海上升压站裙桩型导管架基础设计分析

  [目的]  随着国内市场能源供给逐渐往新能源方向发展,海上风电在国家的大力支持下,逐步发展。作为海上风电的核心构筑物,海上升压站有着举足轻重的作用。由于导管架对水深的适应范围较广,目前国内及国际上主流的海上升压站平台,大部分采用导管架结构。根据导管架与桩的连接方式的不同,分为水下裙桩导管架以及常规的桩腿打入式导管架,根据以往经验,裙桩基础一般应用在深水区域(超过40 m)。  [方法]  针对导管架海上升压站裙桩基础,从施工及设计两个方面进行介绍,在某工程的区域性地质条件下,与常规打入式导管架腿进行了设计计算对比。  [结果]  分析表明:海上升压站带裙桩的导管架相比目前浅水区常规导管架,减小了桩长以及导管架杆件截面,降低了用钢量,节约了海上升压站的成本。  [结论]  研究成果对海上升压站的模块化开发具有重要的应用意义。     

海上风电机组基础灌浆技术应用与发展

海上风电灌浆是影响海上风电发展的一项重要技术,由于风机设备的长期动力载荷作用,使得海上风电的灌浆无论是灌浆材料、连接段类型、受力机理等多方面都与常规海洋工程有所不同。海上风电机组基础灌浆具有高终强、高早强、抗疲劳、抗离析等优越性能,本文简述了海上风电场对灌浆材料的要求,详细介绍了单桩基础与导管架基础这两类典型的灌浆连接段类型及其各自的工程应用和发展,最后简述了灌浆病害的监测与修复,并对海上风电灌浆技术进行展望与总结。     

海上风机导管架基础灌浆连接偏心受压承载性能研究

灌浆连接是海上风电基础中的常见连接形式.受海上施工条件的影响,钢套管与钢管桩不可避免地会存在一定的偏心.国内外灌浆连接段偏心受压性能研究较少,现有规范的计算方法均未明确评估偏心受压对灌浆连接段承载性能的影响.为研究偏心对海上风电灌浆连接轴向承载力的影响,设计2个缩尺试件进行静力加载试验,试件按1∶4比例对6.7 MW风...     

海上风机灌浆连接段应力评价方法探析

  [目的]  灌浆连接段被广泛应用于海上风机支撑结构与基础的连接,其力学性能对整个风机的可靠性至关重要。为了探寻对灌浆连接段合适的应力评价方法,文章进行了有限元模拟分析。  [方法]  通过建立数值模型来探究灌浆连接段在给定的压弯荷载下的应力分布情况,提出用名义平均应力和应力相关系数的概念来评价其总体应力水平,最后研究了各种参数对连接段力学性能的影响,并确定了在各参数变化条件下应力相关系数的范围。  [结果]  参数分析的结果显示剪力键的位置对灌浆连接段钢管的Mises应力和浆体的Tresca应力有较大的影响。并且钢管的厚度与最大应力具有负相关性。同时发现,灌浆层的最大Tresca应力仅对自身厚度的变化较为敏感,而对钢管厚度变化不敏感。最后,根据参数分析确定的应力相关系数在3到6之间。  [结论]  参数分析结果可以为灌浆连接段设计提供参考,而应力相关系数能够被应用于初步评估灌浆连接段在联合荷载作用下的力学性能。     

深水海上风电三筒导管架基础受力及浮运分析

以中国福建某较深海域风电场为背景,提出一种海上风电宽浅型三筒导管架基础结构,继而通过建立考虑分层土体的基础整体有限元模型,对分层土中宽浅型三筒导管架基础静动力特性及浮运稳性展开研究。研究结果表明,正常荷载作用下此基础结构法兰倾斜率为3.98‰,满足规范要求：极限荷载作用下,基础结构各部位应力满足要求;基础-塔筒-机组整体共振校核满足要求：基础可在4级风浪以内的海况下进行自浮远距离拖航浮运;等效疲劳荷载作用下,基础结构疲劳损伤满足要求。     

单桩海上风机灌浆连接的抗震性能研究

在地震作用下,灌浆连接段的稳定性直接关系到风机结构的安全。为了探讨灌浆连接的抗震性能,文章以5 MW单桩风机为研究对象,采用OpenSees和ANSYS软件分别建立风机结构及灌浆连接有限元模型;以最不利的地震动为输入,同时考虑风和波浪耦合作用分析灌浆连接的受力及反应。结果表明,地震动使风机灌浆连接处产生较大荷载作用,容易使灌浆层出现高拉应力,导致灌浆材料拉裂,致使灌浆连接失效;地震动强度较小时,风和波浪荷载对灌浆连接受力影响较大,随着地震动强度增大,风和波浪的影响逐渐减弱。风机灌浆连接的抗震设计,应重点分析灌浆层的震动破坏,并充分考虑风和波浪的荷载效应。     

海上风电导管架群桩施工技术的研究应用

  [目的]  由于目前我国海上风电工程尚未推广应用导管架群桩结构形式基础,还没有导管架群桩基础施工的成熟技术,为了填补该项施工技术空白,也为了解决国内首例导管架四桩型式基础在珠海桂山风电项目的桩基定位控制难题和倾斜度控制难题,特对该项工艺技术进行了探索研究。  [方法]  针对珠海桂山海上风电项目的特殊水文、地质和风浪等海况进行了分析,反复推敲国际案例,研究定位测量技术,邀请行业专家论证,最终设计出了一套导管架四桩基础空间位置精确定位、倾斜度精确控制、水下多点对接安装的关键成套技术,并设计了一套桩基施工工装用以辅助群桩施工。  [结果]  该套技术方案功能包括双层导向架着床精确定位调平、下层导向架插桩限位、双层液压千斤顶联动调整钢桩倾斜度和RTK GPS搭配全站仪测控系统实时追踪指引导管架与水下桩基多点对接安装,已成功地应用于广东珠海桂山海上风电示范项目,优化了设计工序,高效率、高质量、高精度地完成了全部导管架四桩基础的施工,为整个风电场项目的快速推进争取了更多的宝贵时间,为项目后续风机安装、海缆敷设和并网发电等工作的快速展开做好了准备。  [结论]  该套技术实现了海上风电导管架群桩型式基础在国内由理论研究转换为工程实践的重大突破,解决了导管架群桩型式基础在海上风电工程的精确成桩技术难题,为后续海上风电场导管架群桩基础技术的推广应用作了技术储备和经验推广。     

海上风电窄深式三筒导管架偏心承载特性分析

针对海上风电三筒导管架基础,采用有限元软件ABAQUS分析在导管架与多筒基础偏心情况下整体结构的承载特性,对比分析了水平承载力、筒内外土压力、旋转中心变化情况.结果表明:主腿间距的增大,可以显著提升基础的水平承载力,并使基础的旋转中心逐渐下移,筒内外的土压力极值也随之增大.     

海上风电三筒导管架基础复合加载模式下承载特性分析

为了研究海上风电三筒导管架基础在海洋土中的承载性能,文章对其在复合加载模式下的破坏包络线进行了探究,绘制了两种不同长径比三筒导管架基础的三维承载能力包络面,对比了极限工况下两种基础法兰及导管架处的倾斜率。结果表明：一定范围内的竖向荷载提高了基础的水平及弯矩极限承载力;三吸力筒式导管架基础的承载性能要略优于三吸力桩式导管架基础,且两者在不同荷载作用下的承载模式略有不同。总体而言,基础直径较大、筒高较小的三吸力筒导管架基础的承载性能要更强。     

珠海桂山200MW海上示范风场风电机组导管架基础方案设计

本文针对广东省第一个海上示范风场,也是中国目前最大的海上示范风场——珠海桂山200MW海上风场的海况和地质条件,并充分考虑了在中国制造的可行性和经济性以及海上安装施工和后续运营维护的便捷性,在中国首次提出了一种海上风电机组导管架基础方案。经过专家多次评审,该方案被确认为适合该项目的最优方案。     

海上风机单桩基础疲劳影响因素分析

  [目的]  为提高评估海上风机单桩基础疲劳寿命准确性,重点探讨了影响海上风机单桩基础疲劳寿命计算的影响因子。  [方法]  首先利用简化梁单元模型与局部有限元模型模拟了某工程的单桩基础结构,其次结合波浪谱疲劳方法对单桩基础由波浪载荷造成的疲劳强度进行了评估,最后分别计算并讨论了传递函数、波浪理论和局部开孔的结构形式对风机基础疲劳损伤的影响。  [结果]  分析结果表明:传递函数和局部开孔的结构形式对钢管桩结构的疲劳强度影响显著。  [结论]  所提计算方法和分析结果是正确并有效的,可为实际应用提供指导。     

浅析海上风电灌浆连接段力学研究发展及趋势

目的  海上风电机组基础与上部结构连接通常采用灌浆连接方式,保证灌浆连接段的安全性至关重要,灌浆连接段的研究一直是重点和难点。 方法  对过往海上风电灌浆连接段的相关力学研究进行综述,介绍了海上风电灌浆材料的基本力学性能,总结了灌浆连接段的受力机理和影响承载力的因素,并对现有规范设计和未来研究方向进行阐述。 结果  灌浆连接段对灌浆材料的使用要求严苛,需要使用高强灌浆料。在轴压作用下,灌浆连接段通常表现为斜压短柱的延性破坏模式,承载力主要受到灌浆连接段径向刚度、剪力键的高距比和形状、灌浆连接段长径比以及灌浆材料强度的影响。相关设计规范对极限承载力的设计均有明确的设计方法,但在疲劳设计方面研究较少,存在不完善的情况。 结论  因此,尚需进一步研究灌浆连接段浸没在水中的疲劳性能。同时,未来在试验研究上需要采用足尺或小缩尺的试件,在数值研究上需要采用精细化的数值模型进行分析。     

桁架式支撑结构海上风电机组研究

本文基于国际能源署(IEA)课题30"海上风电机组动态学仿真软件和模型的比较"项目第一阶段桁架式支撑结构的海上风电机组仿真结果,针对海上风电模型复杂的特点,给出桁架式支撑结构细节,研究用BladedV3.80建立桁架式支撑结构的海上风电机组模型。与其他软件建立的模型比较质量和模态,验证海上风电机组的模型。     

某近海风电场风机基础选型设计

目的  自2022年起,海上风电的国家补贴将全面退出。海上风电机组基础是风电机组的支撑结构,对海上风电场的安全运行起着至关重要的作用。在平价上网、“30·60”双碳目标和国家“十四五”能源规划等政策的指导下,合理地选择、设计海上风电机组基础,是海上风电场降本增效的有效手段。 方法  文章以某近海风电场风机基础选型设计为例,综合国内海上风电场的建设经验,进行基础型式比选;首先选择单桩基础、导管架基础和高桩承台基础3种基础型式进行初选,然后结合该近海风电场的海洋水文和地质条件,分析不同风机基础型式的适用水深及优缺点,从结构安全性、施工可行性、工期及工程经济性等方面进行了综合比选。 结果  研究表明：风机基础型式的选择与水深、土层地质条件、风电机组固有频率、施工安装设备能力、施工工期、工程造价等几个因素有关。单桩基础结构型式优良、施工可行、工期最短、经济性最优,优势明显。 结论  推荐该近海风电场风机基础采用单桩基础方案。     

不同边界条件下吸力筒导管架式海上风电振动特性分析

  目的  吸力筒导管架是一种具备许多优点的新型海上风电基础,其振动特性与传统基础有着明显的不同。正确处理无限域地基的边界条件对准确分析振动问题至关重要,故对不同边界条件下吸力筒导管架式海上风电的振动特性进行分析。  方法  以某吸力筒导管架式海上风电为分析对象,在ANSYS APDL中建立结构与土体耦合的全三维有限元模型,研究边界条件对自振频率的影响并对相关参数进行敏感性分析。  结果  不同边界条件对整机固有频率影响较大,改变边界条件对结构轴向刚度和扭转刚度的影响大于对弯曲刚度的影响,整机固有频率随着粘弹性边界弹簧刚度、土体弹性模量和筒土摩擦系数的增大而增大。  结论  分析了影响整机固有频率计算精度的相关因素,可为工程计算提供参考。     

海上风机单桩基础桩形影响因素分析

  [目的]  随着大直径单桩基础建造与施工能力的日益进步,单桩基础型式的应用正向更大水深发展,需要研究深水海域单桩基础不同桩形的优缺点,为同类工程提供参考。  [方法]  按高中低三种锥段位置,对广东阳江某海上风电场的单桩基础机位参数进行分组统计,分析其中的桩形选用规律。  [结果]  分析表明:高锥段大桩径设计会导致风机疲劳荷载偏高,机位浅层土中砂土和黏土的比例及具体力学指标决定了最佳桩形的锥段位置。  [结论]  通过对比研究:发现降低锥段是降低大桩径机位疲劳荷载的最佳方法,砂土含量高且内摩擦角较大的机位可通过提高锥段减小桩径,而黏土含量高地质偏软的机位则适用较低锥段的桩形。提出用单桩最优解的泥面刚度矩阵行列式大小来衡量机位的地基刚度水平,并分析了地基刚度水平与基础钢料量的关系。     

海上风机基础设计中的破波力计算

海上风机基础设计中的关键环境载荷之一为波浪荷载。主要介绍了国内外规范关于直立桩柱上破波力的计算方法,通过对相同参数下破波力计算结果的比较和分析,给出了选用破波力计算方法的建议。     

Seismic Centrifuge Modelling of Offshore Wind Turbine with Tripod Foundation

The development of offshore wind energy is fast as it is clean, safe and of high efficiency. The harsh marine environment raises high demand on the foundation design of offshore wind turbine. Earthquake loading is one of the most significant factors which should be considered in the design phase. In this paper, a group of earthquake centrifuge tests were conducted on a physical wind turbine model with tripod foundation. The seismic responses of both wind turbine model and foundation soil were analyzed in terms of the recorded accelerations, pore water pressures, lateral displacements and settlements. The results were also compared with those measured in the previous research on mono-pile foundation. It is demonstrated that the tripod foundation can provide better resistance in the lateral displacement and structural settlement under earthquake loading.     

冰区海上风机基础设计中的冰荷载研究初探

冰荷载参与组合的工况往往成为冰区海上风机基础设计的控制工况。通过对冰荷载计算方法、冰激振动研究、冰振疲劳分析和抗冰结构设计的相关介绍,明确了海上风机基础设计中开展冰荷载研究的必要性,为海冰作用对基础设计的影响评估提供了理论依据和技术路线指导。     

Haliade-X Offshore Wind Turbine

正According to John Lavelle,CEO offshore Wind at GE Renewable Energy,the prototype GE Haliade-X offshore wind turbine has produced the most recent record of 312 MWh of electricity in a single 24-hour period.This prototype GE Haliade-X offshore wind turbine is installed in the Dutch city of Rotterdam,and started producing its first power in November 2019. Since then,it has set several world records.The latest record of 312 MWh was made after the prototype was optimized to operate at a 13 MW power output.