海上风电导管架灌浆料产品开发与工程应用研究

导管架结构是海上风机重要基础结构形式之一。灌浆连接是导管架结构与桩基础连接的典型方法,由于灌浆连接受力复杂,对材料技术指标要求极高。本研究自主研发导管架灌浆料,并通过纳米超细矿物粉体改性、聚合物改性和双重膨胀组分改性等系统研究形成超高性能灌浆料,通过成果转化形成海上风电灌浆料专利产品,并实现产品系列化,在实际工程中大量应用。其中UHPG-120型产品打破国外技术垄断,填补国内空白,该产品具有大流动性、抗水分散性、高早强、超高强、无收缩、抗疲劳和高耐久性特点,适用于深水导管架水下灌浆。本研究形成的海上风电灌浆料产品及灌浆连接核心技术实现核心技术和产品国产化,促进我国海上风电施工技术进步,引领国内海上风电灌浆技术发展。     

海上不利工况下的导管架灌浆连接段黏结力试验研究

为解决海上风机导管架支腿和钢管桩灌浆段在海上恶劣施工与工作环境下发生偏心连接和偏心受力等不利工况时灌浆连接段的力学特性问题,文章制作海上风机导管架灌浆连接段足尺模型,对其黏结承载力进行原型抗拔试验,同时进行应变测试,以研究偏心灌浆等不利工况对灌浆连接段黏结承载力的影响。研究结果表明:导管架灌浆连接的轴向和偏心黏结承载力均满足设计要求;在轴向拉拔时,由于灌浆料受拉拔时其厚度越大则剪切变形越大,灌浆连接段各测点的位移由大到小依次为灌浆较厚侧、平均位移、灌浆较薄侧,但其应力差异不大;在偏心拉拔时,总上拔力虽减小,但偏心受力会导致结构弯矩和内力增加,表明在设计时应充分考虑偏心荷载对灌浆料的不利作用。     

海上风电导管架结构与桩基灌浆连接施工工艺

灌浆技术作为导管架安装的重要关键技术,越来越受到业界的关注。灌浆连接具有良好的结构性能,以及施工便利、造价低廉等优点,被广泛应用于海上风电场。导管架灌浆是整个风电基础结构施工的一项关键技术,灌浆的成功与否直接关系到风机基础结构抵抗环境载荷的能力和寿命。文章针对导管架结构灌浆工艺进行研究,并结合江苏滨海项目分析了导管架灌浆工艺及其施工过程中的难点,为我国海上风电基础建设提供参考。     

海上风电倒Y形导管架筒型基础受力特性研究

以一6.7 MW风机为研究对象,提出了一种适用于30～50 m水深的海上风电倒Y形导管架筒型基础结构型式,采用三维精细有限元模型对结构的受力特性展开研究,包括结构的自振特性以及在随机风浪流荷载作用下的动力响应。研究结果表明,倒Y形导管架筒型基础采用“三腿变六腿”导管架的结构型式,能够更加有效的将上部荷载传递至下部筒型基础,具有较好的受力特性和传力体系;整机结构的前两阶自振频率均在风机允许运行的频率范围内;在50年一遇极端随机风浪流荷载作用下,整机结构的位移响应和应力响应,均可满足结构安全使用要求。     

导管架下水驳船摇臂运动研究

导管架下水驳船摇臂是安装在驳船尾部用于导管架滑移下水的过渡装置。分析导管架下水后,驳船、摇臂运动特点的基础上,建立描述导管架下水后驳船-摇臂耦合系统运动的变系数微分方程,给出基于改进的龙格库塔法的数值求解方法。以一艘3万吨下水驳船在1.6万吨导管架实施下水后摇臂翻转运动为实例,对导管架下水后驳船及摇臂翻转运动状态进行了计算,并将计算结果与水池试验结果进行了对比。讨论影响摇臂翻转运动的主要因素,提出导管架与摇臂完全脱离时刻,驳船的吃水、纵倾角度以及摇臂纵倾角度、摇臂重心纵向位置对摇臂能否自动翻转复位以及复位时摇臂角速度影响较大。     

“埕岛二号”中心平台非灌浆腿导管架结构设计

结合“埕岛二号”生活平台介绍了非灌浆腿导管架的结构分析的细部构造设计计算,将其受力性能与常规导管架作了对比总结了该结构型式的导管架在结构设计时应注意的问题。     

定量风险评估在导管架海上安装工程中的应用

定量风险评估是风险评估发展的主要趋势。论文基于TOPS IS和神经网络响应面法,提出一种定量风险分析方法,并运用此方法对导管架海上安装过程进行深入分析,以及时查找并消除各方面的事故隐患。首先找出潜在的风险事件及相关风险因素,然后对风险事件的模糊概率和损失程度后果进行量化,最后依据风险评价结果对需要控制的风险事件给出控制措施。实例表明,该方法是一种实用而有效的定量风险评估方法。     

极端波浪条件下深水导管架基础结构波浪总力试验研究

波浪力对海上风电深水导管架基础结构的稳定性和安全性至关重要。通过波浪物理模型试验对极端波浪条件下深水导管架基础结构的波浪总力进行了试验研究,试验水深包括50 m和70 m两种,在1 000 a一遇波浪条件下,分别分析了深水导管架结构所受的波浪总水平力和垂直力。研究结果表明：相同重现期极端波浪作用下,70 m水深情况下的导管架结构波浪总水平力小于50 m水深的结果,但是70 m水深的导管架结构波浪总水平力弯矩大于50 m水深的结果;相同水深、水位和波浪条件下,导管架结构受到的波浪总垂直力明显小于波浪总水平力;在相同重现期极端波浪作用下,低水位情况时70 m水深的导管架结构波浪总垂直力与50 m水深的结果差别不大,但是在高水位时,由于在70 m水深的极端波浪条件下波峰可冲击作用到上部平台底面,70 m水深的导管架结构波浪总垂直力明显大于50 m水深的结果。     

浅海导管架平台结构损伤诊断试验研究

基于模型试验研究了浅海导管架平台的结构损伤诊断,采用标量型ARMA模型识别出结构的三阶模态参数,分别采用遗传算法和模态应变能法对试验模型不同模拟损伤工况进行了损伤诊断。基于遗传算法,提出了采用不同自由度一阶模态参数的损伤诊断方法。研究表明,由于海洋平台的前三阶模态分别为不同自由度的一阶模态,采用两阶或三阶模态识别损伤时,损伤杆件影响较小的自由度方向的模态参数对结构的损伤诊断将产生不利的影响,成为识别噪声。因此,可分别采用不同自由度的一阶模态进行结构损伤诊断。     

水下插桩定位系统在导管架吊装中的应用

针对海上导管架吊装水下插桩到海底已有钢管桩内的作业难点,通过使用高精度定位设备、罗经、姿态仪和无线网桥,组建集测量导管架位置、高程、方位和姿态于一体的三维定位系统,接入定位软件中,实现实时显示导管架的位置、高程、方位、姿态和导管架桩腿插尖分别距每个海底钢管桩的平面距离和垂直距离,用于指导导管架吊装作业。在广东阳江某海上风电项目中,将该定位系统应用于风机导管架吊装作业中,实现了数字化和可视化作业指导,快捷地完成吊装作业,对后续类似项目具有参考意义。     

海上风机基础灌浆连接段压弯性能试验研究

对四根不同轴压比的灌浆连接段试件进行压弯试验,研究了不同轴压比灌浆连接段试件的压弯承载力、延性和破坏模式,并且分析了压弯荷载作用下的灌浆连接段钢管应变分布规律。试验结果表明:灌浆连接段试件具有良好的延性和较高的承载力,且随着轴压比的增加,灌浆连接段试件水平承载力与延性不断减小。     

水下滑翔机海上试验研究

介绍了水下滑翔机工程样机"海翔1"号2015年在南海的海上试验情况,包括试验对象、试验海区、试验步骤和试验数据分析等。本次试验最大下潜深度达到503.7 m,最大垂直速度为0.15m/s,最大水平航速为0.33 m/s,水中航行里程总计41.2 km。在4级海况下完成了通信定位、数据传输、布放与回收作业,搭载了CTD、叶绿素和溶解氧浓度传感器进行海洋环境参数测量,获得了500 m深度剖面内的温度、电导率、叶绿素浓度和溶解氧浓度参数信息。本次海上试验为水下滑翔机产品设计定型和示范应用奠定基础。     

地震作用下的导管架海洋平台结构动力优化设计研究

把导管架海洋平台看作钢框架结构，并把优化方法用于结构的抗震设计中；以结构的总重量最小为优化目标，导管的平均直径和壁厚作为设计变量，考虑强度、刚度和稳定等约束条件。通过渤海BZ28—1油田储油平台为例进行了计算，计算结果表明，此方法对海洋平台的设计具有一定的参考意义。     

超大型导管架下水过程实测研究

以某超大型导管架为例,利用惯性元件/GPS组合系统分别对导管架和驳船在下水过程中的运动轨迹进行测量。当导管架处于水面上时,利用精度较高的GPS测量其运动速度;当导管架入水后,GPS失效,利用惯性元件测量导管架加速度;结合姿态矩阵解算导管架和驳船在下水过程中的运动时历;对比导管架运动的实测和数值计算的结果,验证数值计算的准确性。结果显示,采用惯性元件/GPS组合系统可以准确测量出导管架在下水过程中的运动轨迹;数值计算得出的运动幅值略大,原因可能是计算中的阻尼估计不足。     

导管架平台的三维可靠性分析

本文以渤海有冰海域的导管架平台为对象,探讨了结构系统在海冰、海流和风荷载联合作用下,考虑弯矩与轴力两种荷载效应以及腐蚀海生物附着综合影响的三维可靠性分析方法.     

海上工程吸力筒导管架基础沉贯理论与实证分析研究

为了验证美国石油学会(American Petroleum Institute, API)规范的理论计算分析结果同现场实证试验数据的一致性以及调平新技术的有效性,以大唐大连市庄河海上风电场址Ⅰ(100 MW)海上风电项目吸力式三筒导管架基础为研究对象,运用API规范的静力平衡法、屈曲分析、土塞理论,以及SACS与ANSYS有限元分析软件进行吸力筒导管架沉贯的土塞、沉贯可行性、贯入屈曲、竖向承载力及吊装适应能力的一系列力学分析,通过将吸力式三筒导管架沉贯过程实际监测的土塞高度、负压、承载力、屈曲变形数据同理论计算结果进行比对分析,验证了API规范的理论计算分析结果与现场实证试验数据之间具有良好的拟合度。而“水上星站差分定位+姿态监测及定向的测量+无线网桥通讯组合”和“吸力筒吸力贯入装备一体化系统智能控制系统”两种新技术的应用,成功达成了吸力筒导管架基础功能性的实现。本研究证明了API规范理论分析的准确性和新调平技术的有效性,同时本研究的创新吸力筒式基础可以大幅节约钢材,能显著降低海上风电项目投资成本,经济价值高,有望成为未来海上风电项目的主要基础型式之一。     

导管架平台健康监测中的信号处理技术

振动信号处理技术能够提取反映结构健康的特征信息,在导管架平台健康监测中发挥了重要作用。为了给导管架平台健康监测与振动特征提取的发展提供借鉴和指导,文中对导管架平台特征提取中常用的信号处理方法:傅里叶变换、小波变换和希尔伯特-黄(Hilbert-Huang)变换进行了综述,系统总结了它们的基本理论、适用范围、优缺点以及在导管架平台健康监测中的应用情况。文中发现傅里叶变换方法简单、适用性强,对于平稳信号有很好的处理效果;小波变换和希尔伯特-黄变换能很好地提取非平稳信号的时频特性,在导管架平台健康监测与特征提取中应用广泛。同时,随着人工智能算法的快速发展,未来的发展中,可以进行信号处理方法与人工智能算法的结合使用,以期获得更好的信号处理效果。     

导管架式海上风力发电支撑结构振型扩阶方法

提出1种适用于海上风力发电支撑结构的模态振型扩阶方法。该方法无需借助转换矩阵实现振型扩阶,而是依靠实测模态并通过修正有限元模型对应振型在未测试自由度的振型值而获得空间完备的模态振型,并且所发展的方法在一定程度上可以忽略有限元模型存在的建模误差,是1种直接的估算方法,计算效率相对较高。文中采用三桩导管架式海上风力发电支撑结构验证提出方法的正确性以及在低阶模态振型扩阶上的优越性。数值结果表明,该方法对传感器位置、数量依赖程度低,尤其对于海上风电结构,仅在结构的水深较浅部位布置少数传感器即可比较精确的实现低阶模态振型扩阶,具有良好的工程应用前景。     

海洋导管架平台抗震可靠性分析方法

以渤海湾的两座典型海洋导管架平台为研究对象,运用非线性逐步破坏分析方法,提出了在环境荷载作用下海洋导管架平台结构抗震可靠性的分析方法,并计算了相应的可靠度.计算与分析结果表明,本例的海洋导管架平台的抗震可靠度较大,即失效概率很小,而且该分析方法是一种较为简单、实用和可靠的分析方法.     

抗冰导管架平台冰激疲劳寿命估计

基于安全寿命设计理论,论述了抗冰平台冰激疲劳寿命估计的方法,给出了谱分析和时间域分析方法的内容和流程,其中疲劳冰荷载和冰疲劳环境模型是冰激疲劳估计的两个关键问题。基于渤海冰情和冰荷载连续多年现场观测数据,初步建立了渤海JZ20-2海域海冰疲劳环境模型和锥体结构冰力谱,并利用谱分析方法,对新建的JZ20-2NW平台进行了详细冰激疲劳估计。此方法对抗冰平台的安全评估与动力分析具有一定的借鉴意义。