海上风电大尺度预应力筒型基础结构预应力优化设计

应用于海上风电工程中的大尺度筒型基础为钢筋混凝土结构,中间的弧形过渡段为塔筒和筒基之间的传力过渡段,因而对其传力性能和防腐性能有着较高的要求.为优化大尺度筒型基础过渡段的传力性能和防腐性能,对基础上部弧形过渡结构施加预应力.借助有限元软件ABAQUS,对施加有预应力的大尺度筒型基础结构进行数值模拟分析.在极限荷载、交变荷载及相同的边界条件下,在弧形过渡结构上作用不同大小的有效预应力,计算各种情况下的弧形过渡结构和基础环梁受力特征,通过其主拉应力、主压应力的峰值以及主拉应力大于2,MPa的分布区域来分析结构受力性能.经过计算分析可知:弧形过渡结构在有效预应力增加到800,MPa时,继续增大预应力值,过渡结构抗裂性能趋于稳定;基础环梁在作用600,MPa有效预应力情况下,其抗裂性能最佳.在基础预应力设计中,应综合考虑两部位的受力变化趋势.有限元模拟的是有效预应力,在实际工程中,除考虑各种预应力损失外,应适当增加张拉控制应力.     

近海浅滩地区大尺度海上风电筒型基础在风荷载作用下的响应

把现场实测的加速度时程转换为实际荷载作用在模型中,把风速时程转化为风荷载,用ABAQUS有限元软件分析了基础和土体在荷载作用下的响应,比较了风荷载和塔架涡激振动等其他因素分别对实际荷载的贡献;主要研究了沉降的发展和基础及周围土体应力在不同时程内的变化,以及加载结束后土体内的等效塑性区等影响区域的情况,通过变化土质参数（土体密度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等）,考察了筒型基础在不同土质中荷载作用下的反应情况.研究表明：随着加载的持续,土体中的应力值逐渐增大,基础周围的土体会产生马鞍形的沉降,土体中的等效塑性区产生在基础底部距筒底端约2倍筒高处,土体的强度越大,筒的沉降越小其对周围土体的影响范围也越小.     

纵倾角对筒基平台气浮拖航影响模型试验研究

以某四筒一简型基础平台为对象,就不同后倾纵倾角（后倾角）拖航组合,采用1：20的模型进行顺浪和逆浪下的拖航试验．通过测定各试验组合拖航过程中平台运动加速度、筒内气压力、筒底水压力以及拖缆力变化,并对试验数据进行对比分析,得到纵倾角对筒型基础平台拖航基本力学参数的影响,进而得出其对平台拖航稳性的影响．结果表明：设置一定的后倾角,可明显降低筒型基础平台拖航时的摇摆以及升沉运动的幅度,但后倾角对提高平台拖航稳性是有限的,与逆浪拖航相比,后倾角对平台顺浪拖航影响较大．对于该四筒一筒型基础平台,在顺浪和逆浪拖航中,当设置1。的后倾角时,平台的拖航稳性和耐波性均最高．     

海上风电大直径宽浅式筒型基础抗弯特性分析

风机属于高耸结构物,承受巨大的弯矩是海上风电基础区别于其他常见结构基础的重要特征．大直径宽浅式筒型基础是适应海上风电特征荷载作用的新型基础型式．筒型基础的直径、入土深度、顸盖及侧壁厚度是控制其抗弯能力的重要技术参数．结合某海上风电工程实例,采用数值分析方法,系统研究了不同尺寸特征参数对筒型基础传递及抵抗弯矩荷载的影响,揭示了弯矩荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式及基础转动点位置;研究了地基承载力设计中等效均质算法的合理性．研究表明：基础抗弯承载能力随筒型基础的直径及入土深度的增加而显著增长;在弯矩荷载作用下,筒周围土体出现贯通的弧形破坏面而在基础下方土体中存在曲边三角形的稳定区;对于实际工程中的上软下硬成层土地基,经等效均质化后,将导致计算得到的基础抗弯极限承栽力明显偏高．     

淤泥土中筒型基础负压电渗加固试验研究

筒型基础在淤泥土地基中要实现较高的承载能力,需对筒内淤泥土进行加固处理.通过负压法及负压电渗加固法对300mm和600mm筒径的筒型基础模型进行加固试验,结果显示在对地基仅采用抽负压处理时,筒径尺寸的变化对于土体最终处理效果基本没有影响,而相比于单一的负压加固法,负压电渗加固法对筒型基础的加固效果更为有效,尤其筒径越大电渗的作用效果越明显.分析发现负压电渗加固法存在一个有效时间点,通电时间控制在有效时间点附近可以在有限的时间内取得良好的地基处理效果,避免过多的能量损耗.     

海上风机复合筒型基础负压沉放调平

复合筒型基础是一种巨型宽浅式负压沉箱基础,其筒内设置分舱以对托航、沉放、调平等进行控制.渗流与负压是筒型基础重要的研究内容,而目前尚未发现对复合筒型基础的相关研究.针对复合筒型基础,通过数值模型研究了其沉放调平渗流特性,以出口水力梯度为控制条件,建立了均质砂土中临界负压计算公式,并与无分舱板情况进行比较;最后分析了土质分层和渗流"反作用"对渗流场的影响.结果表明:分舱板使筒型基础沉放临界负压降低约10%,调平临界负压随倾角迅速下降;分层土体中相对渗径变长,临界负压增大,不容易发生渗透破坏;渗流使筒内土体疏松,渗透系数变大,造成内侧土体中水力梯度减小,对土体渗透稳定起到保护作用.     

海上风电机宽浅式筒型基础渐进破坏研究

海上风电的吸力筒基础在服役过程中受到来自风、浪、流、地震和船舶停靠带来的水平荷载作用,从而使吸力筒基础产生平移和转动地基变形,这种地基变形累计会导致结构整体失稳破坏。宽浅式吸力筒基础埋深较浅,基础-土体相互作用机理与传统浅基础不同。因此,在极限载荷作用下基础的渐进破坏机理尚不明确。利用土工离心机对不同筒径比的宽浅式吸力筒基础进行试验,分析了基础在砂土中的水平极限承载特性。基于Abaqus有限元模型,进一步分析了吸力筒基础的渐进演化失效模型,揭示了破坏过程中矢量旋转中心位置变化曲线,提出了考虑旋转中心位置变化的水平极限承载特性计算模型,为宽浅式吸力筒基础设计提供参考。     

水平静荷载作用下箱筒型基础防波堤位移特性的离心模拟

通过离心试验对箱筒型基础防波堤在水平静荷载下的位移特性进行了研究.研究表明:防波堤发生向港侧转动,海侧和港侧分别发生向上和向下位移,整个防波堤发生向港侧水平位移.地基土体强度越大,转角、港侧竖向位移量和水平位移量越小,而海侧竖向位移量越大.荷载比大于屈服荷载比后,位移速率显著增大,地基土体强度越高,屈服荷载比越大.     

航速对四筒型基础海洋平台拖航影响的试验分析

以海军某四筒型基础平台为研究对象,在吃水深度、波浪条件和水深一定的条件下,在不同拖航速度下静水、顺浪和逆浪拖航,通过模型试验测定筒型基础平台在横荡、纵荡和垂荡方向上的加速度、筒内气压力和筒底水压力以及拖航中的拖缆力.试验结果表明:静水拖航中,筒型基础平台的拖航速度存在一个上限;拖航过程中的拖缆力随着拖航速度和水质点振荡速度的相对值以及纵荡加速度变化;平台拖航过程遇到大浪情况下,降低拖航速度是保证结构耐波性和稳性的有效方法.     

海上风电四筒导管架基础下放过程试验研究

筒型基础结构下水安装过程中,将经历筒裙入水、筒内气-水置换、筒顶完全入水直至入泥到设计深度的复杂施工过程．基础下放通过浪溅区时受到砰击荷载作用,可能出现吊缆过载断裂和松弛失效现象,且下放过程基础与缆绳耦合响应,影响基础稳性．采用筒内主动存储一部分气体的下放方式,不但可以有效控制自重入泥阶段,在水中下放时,可以有效降低缆绳吊力,明显增强筒型基础下放过程中姿态的控制能力．针对海上风电四筒导管架基础下放施工过程中气-水置换关键技术,考虑筒内主动憋气的下放安装施工方法,采用动态下放和稳态响应两种形式,研究波浪环境荷载下不同初始吃水工况下气垫响应机理、基础运动特性和吊缆张力响应规律,明确施工过程中吊缆的安全性能．研究表明：筒型基础憋气下放至顶盖完全淹没前,筒内气垫压力和气垫高度线性增长,不同初始吃水工况下筒内气垫压力增长速率相同;筒型基础顶盖完全淹没前筒内气垫高度线性增长,缆绳张力变化速率大于顶盖完全淹没后的阶段;基础通过浪溅区阶段时受到波浪砰击荷载作用,气垫结构对砰击荷载存在缓冲效应;气垫结构为基础提供浮力较大,且砰击荷载作用下基础受到向上的冲击力,通过分析吊缆动态放大因子和失效因子可知吊缆未...     

四筒基平台拖航试验分析-水深影响研究

为了研究不同水深下筒型基础拖航中的运动响应,以海军某筒型基础平台为研究对象,在拖航干舷、筒的位置以及波浪条件一定的前提下,通过模型试验测定筒型基础平台在不同水深下随浪和顶浪拖航时在横荡、纵荡和垂荡方向上的加速度、筒内气压力和筒底水压力以及拖航中的拖缆力．试验结果表明,在筒型基础由浅水进入深水拖航的过程中,平台的稳定性能和操纵性能下降,且出现倾覆现象,必须降低船速和设置护航船防止漂移,且15m水深时该平台的航速不能超过1．5节（0．771m／s）,20m水深时航速不能超过1．0节（0．514m／s）．     

海上风机桩筒复合基础的水平承载性能分析

为了提高海上风机基础承载力,设计了一种筒型基础与钢管桩组合而成的桩筒复合基础,基于极限平衡方法提出了考虑不同桩数的桩筒复合基础水平承载力理论公式.建立了桩筒复合基础的有限元计算模型,分析了不同桩数、桩径、布置方式的桩筒复合基础水平承载性能.研究结果表明:保持用钢量不变,桩筒复合基础可以有效提高基础的极限承载力;相比单筒...     

海上风电机组基础的适用性与选择

海上风电基础在风电的正常建造和运营维护中占有重要的位置。它的选择与受力特点、海床的地质结构情况、海上风浪载荷以及海流、冰荷载等诸多因素有关。因此,海上风电机组的基础被认为是造成海上风电成本较高的主要因素之一,选择经济合理适用的基础结构及施工方法是海上风电场研究开发的主要课题。     

粉质黏土中厚壁筒型基础静压沉放阻力研究

筒型基础是海上风电工程中出现的一种新型基础形式,因其优越的承载性能与高效的施工方式,在我国海上风电领域备受关注．薄壁单筒多舱筒型基础目前已在江苏海域成功应用,并取得良好的经济效益．为适应风机大型化与风场建设的深远海发展趋势,设计了厚壁单筒多舱筒型基础．厚壁筒型基础采用混凝土筒裙替代钢质筒裙,不仅可以进一步降低建造成本,而且可以防止钢制筒裙在建造和负压沉放过程中出现的屈曲问题．但筒裙壁厚的增加导致筒型基础的沉放阻力增长,因此贯入阻力的准确计算是厚壁筒型基础成功应用的关键．为此,开展了薄壁与厚壁结构在粉质黏土中的静压沉放试验,测量了下沉过程中的沉放阻力与侧壁及端部土压力,对比了薄壁和厚壁沉放特性的异同,校核并优化了薄壁沉放阻力计算公式的相关系数,提出了厚壁沉放阻力的计算方法．结合显式的任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,验证了有限元计算结果的准确性,开展了厚壁基础动态、连续沉放过程的数值分析．研究结果表明：壁厚的增加挤密了端部土体,使端部土压力增大,扰动了侧壁土体,使侧壁土压力减小;提出采用静力触探数据计算厚壁基础沉放阻力的方法,推荐厚壁端阻力系数和侧阻力系数分别取0.7和0.03;薄壁端阻...     

筒型基础平台冰激振动下粘性土地基软化分析

为了解决由于海冰力对筒型基础平台作用而产生地基土软化,降低平台承载力的问题,应用冰激振动理论对筒型基础平台进行了冰激振动分析,通过相应的有限元计算得到筒体周围土体剪应力的最大变化幅值,并将计算结果与对应位置土体的抗软化极限应力进行了对比分析,结果表明:土体在冰激振动软化方面是安全的。提出一种判断筒型基础土体软化可能性的新方法,该方法可以对筒型基础平台冰激振动基础的安全性作出评价,对筒型基础平台的设计起到积极的指导作用。     

海上风电基础结构灌浆连接段研究综述

海上风电场是发展清洁低碳能源和优化能源结构的重要组成部分,系统研究海上风电结构基础理论对于促进海上风电的发展至关重要。灌浆连接段作为海上风电基础的重要连接结构,在传递结构内力方面起到了不可替代的作用。灌浆连接段是海上风电结构中受力最复杂的传力结构,该文详细阐述灌浆连接段的应用情况,并通过分析国内外关于灌浆连接段的受力机理、承载力计算方法等方面的研究成果,系统说明了灌浆连接段的研究现状。分析已有试验参数的统计结果发现,依照现有灌浆连接段设计理论进行灌浆连接段的设计和施工具有一定局限性。最后结合现有灌浆连接段的应用条件和场景,展望了灌浆连接段未来的研究领域。     

复合筒型基础临界负压试验分析

吸力沉贯是复合筒型基础安装的关键环节之一,施加的吸力值决定安装的成败.施加吸力值过小,无法下沉,吸力值过大容易发生渗透破坏,造成安装失败.本文通过室内模型试验研究了复合筒型基础在不同深度处的临界负压,并与现有的理论公式进行了对比分析.结果表明,适用于单筒基础的临界负压公式计算得到的吸力值小于试验中测得的临界负压,SR公...     

复合筒型基础浮运允许压差研究

复合筒型基础分舱间允许压差对其安全运输具有重要意义,针对复合筒型基础浮运过程中允许压差问题,以某海上风电项目中复合筒型基础浮运工程为背景,基于有限元软件ABAQUS定量分析了复合筒型基础浮运过程中允许压差与基础外吃水、分舱板厚度、基础直径、内舱压强值等参数变化的影响。研究结果表明：复合筒型基础浮运过程中分舱板Mises应力最大值与允许压差最大值随外吃水和分舱板厚度的增加表现为指数增长趋势,但相对于分舱板厚度变化,基础分舱板允许压差最大值对外吃水变化比较敏感;分舱板增设加强肋对复合筒型基础允许压差最大值有20%～35%的显著提升。当允许压差最大值确定时,可以根据实际工程需要选取基础各变化参数安全组合中的最优解。     

砂土中吸力式三筒基础水平承载特性试验研究

通过一系列小比尺模型试验对吸力式三筒基础水平荷载作用下的承载特性进行了研究,分析了长径比、荷载作用方向和筒间距对吸力式三筒基础承载力影响,试验包括3个长径比、3个荷载作用方向以及3个不同筒间距.试验结果表明:不同工况条件下得到的吸力式三筒基础荷载-位移曲线特性有所不同.相同筒重、不同筒间距下,增大筒的长径比有利于提高水平承载力,但在基础失稳前,沉箱基础模型水平位移随长径比的增加而增大.荷载作用方向对吸力式三筒基础联合工作区域影响显著,荷载最有利方向为0°,此时对应的联合工作效应区域最大;最不利方向为60°,此时筒-土间的联合工作效应最弱.相同尺寸和荷载方向条件下,随着筒间距的增加,承载力有不同程度的上升,长径比越大,承载力增加幅度越明显.     

流固耦合渗流模型在筒型基础沉贯中应用

根据筒型基础沉贯作用的特点，研究了适合筒型基础应用的渗流模型，并修正了物理参数动态模型．利用J2流动理论各向同性硬化原理，结合离散元方法，建立筒型基础土体本构关系．将本构关系引入到有效应力原理中，建立沉贯作用基本方程，改进沉贯阻力方程，根据质量守恒定律和流固耦合渗流运动方程来建立适合筒形基础沉贯作用特点的流固耦合渗流数学模型，并给出上述模型的定解条件．利用模型进行了实例计算，检验了模型的可用性和有效性．