波致液化海床土中伞式吸力锚承载特性试验研究

伞式吸力锚作为一种新型海上风电基础,现已在数值模拟方面进行了大量的研究,但缺少相应的室内试验。本文对伞式吸力锚(USAF)水平静力承载特性和波致土体液化中伞式吸力锚承载特性进行了室内模型试验,并与无锚枝吸力锚(SAF)进行了对比试验。研究发现,USAF的锚枝使得锚体转动中心升高,锚体承载性能得到提升;在波致液化海床土中,USAF的承载性能优于SAF,并且具有一定的防冲刷效果。     

单向流作用下伞式吸力锚基础的冲刷特征

伞式吸力锚(USAF)是一种新型的海上风电基础,与单桩基础相比,吸力锚基础(SAF)局部冲刷对风机稳定性的影响更为显著。因此,研究其冲刷特性对海上风电项目的建设具有重要意义。本文基于FLOW-3D软件,采用VOF法描述水体自由面,移动网格捕获冲刷形态随时间的变化,建立了三维USAF冲刷模型,并且与冲刷模型试验对比,验证了模型的可靠性。通过固定欧拉网格求解Navier-Stokes方程,得到了单向流作用下伞式吸力锚和普通吸力锚的冲刷范围,形态以及冲刷深度。结果表明USAF相比SAF具有一定的防冲刷能力,两者的冲刷特征差异显著,其中最大冲刷深度相差一个量级。     

组合荷载作用下伞式吸力锚基础承载特性数值分析

针对用于海上风力发电机的伞式吸力锚基础(USAF)实际条件下的受力特点,采用数值模拟方法,基于大型通用有限元软件ABAQUS构建数值计算模型,对伞式吸力锚基础在H-V、H-T、V-T荷载平面内以及H-V-T非共面复合加载模式下的承载特性进行分析,进而推导其破坏包络面数学表达式。分析中采用固定位移比加载法进行复合加载,并将桶顶位移作为失效破坏标准。结果表明：(1)拟定的应力归一化复合加载破坏包络面椭圆曲线方程可以较好地模拟不同主筒长径比USAF在不同荷载空间内的破坏包络面形式;(2)H-T空间内USAF复合承载性能随主筒长径比(L/D)的增大而提高,而H-V、V-T空间内变化不明显;(3)绘制了H-V-T空间内USAF三维破坏包络面,可根据实际受荷状态与包络面之间的相对位置关系,评价实际工况下伞式吸力锚基础的稳定性。     

随机波作用下伞式吸力锚基础局部冲刷演变分析

为了验证新型伞式吸力锚基础的防冲刷效果,本文利用Flow-3D软件建立三维海床-吸力锚-波浪相互作用模型,基于JONSWAP随机波浪谱,结合某海域风区资料模拟随机波,对随机波浪作用下伞式吸力锚基础(USAF)局部冲刷演变进行分析,试验土体为非黏性土.首先探讨了随机波浪作用下基础周围流场变化规律和冲刷演变模式,其次分析了...     

黄河三角洲海上风机新型吸力锚基础型式分析

海上风力发电是未来风电产业的主要趋势,黄河三角洲沿海滩涂地带风能蕴藏量丰富,多为风能富集型,具有很大的开发潜力。但水下黄河三角洲地域条件复杂,广泛发育着不稳定地形地貌,加上波浪荷载和风荷载的联合作用,极易引起海床土体侵蚀液化,直接影响海上风机基础的安全稳定性。在分析了现有海上风电风机基础的优缺点后,针对现有风机基础存在的弊端,提出了一种新型伞式吸力锚基础,并对其结构优势和安装方法做了说明,该新型吸力锚基础独特的结构设计在黄河三角洲地区风电开发中具有一定的应用前景。     

海上风电塔架基础的新型吸力锚研发

海上风电作为一种清洁能源,其开发利用越来越受到世界各沿海国家的重视.吸力锚基础是海洋工程中的一种新型基础型式,广泛应用于海洋平台、海洋浮动式结构等.近年来,也被作为海上风电工程塔架的基础,此海上风电塔架的基础部分是整个工程结构的重要组成部分,它涉及到整个风电结构的安全性,是工程可靠运行的前提.在深入研究已有塔架的基础上...     

水平荷载作用下裙式吸力基础承载性能研究

传统吸力基础是一个单桶结构,被广泛作为海洋平台、漂浮结构的基础,近年来也被推广到海上风电塔架。作为风电塔架基础,要充分提高其水平承载能力。为此,提出一种改进的基础形式—裙式吸力基础。采用Z_SOIL有限元软件,针对砂土地基,从水平单调加载和循环加载两个方面,对传统单桶吸力基础和裙式吸力基础进行了承载性能对比研究,得到了相应的荷载-位移曲线。研究结果表明,裙式吸力基础由于设置了"裙"结构,显著提高了其抵抗水平静载和循环水平动力荷载的能力,并能有效控制基础的水平位移,是值得推广应用的一种新型海洋工程基础形式。     

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。     

循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究

利用ABAQUS有限元软件构建模型,对伞式吸力锚施加水平循环荷载,研究伞式吸力锚的承载性能。在固定荷载大小的情况下,研究锚体位移以及不同位置土体的应力应变。分析可得,在水平循环荷载的作用下,土体的最大塑性应变出现在筒裙位置,筒裙和锚支的结合发挥了主要的承载作用。改变荷载工况,研究不同荷载大小对伞式吸力锚的影响。研究发现,随着循环波浪荷载作用强度的增大,筒裙的稳定作用愈加明显,且这种作用在循环波浪荷载的后期阶段相对更加突出。     

剪土环对筒型基础负压沉贯下沉过程中渗流场的影响研究

筒型基础沉放施工中,随着入土深度的增加,筒体所受的侧摩阻力越大,当达到一定程度时,将导致基础无法继续下沉.为了避免这种情况的发生,在实际的施工中可以在锚体上设置剪土环以减小侧摩阻力的影响.论文针对海上吸力锚基础这一新型海洋平台基础形式研究中面临的吸力锚负压沉贯下沉中设置剪土环及剪土环对其渗流场的影响这一问题,通过对吸力锚渗流场的有限元分析,运用有限元软件ANSYS对锚体周围土体渗流场进行建模分析,利用有限元计算的结果来分析剪土环对渗流场的影响.     

环境激励下海上风电结构模态参数识别

针对海上风电结构,研究了环境激励下海上风电结构的模态参数识别问题。采用了一种时域联合算法:自然激励法(Natural Excitation Technique,简称NExT)和多参考点复指数法(Polyreference Complex Exponential,简称PRCE)的结合(简称NExT/PRCE方法)对海上风电结构的模态参数进行识别。对某三脚架式海上风电结构进行数值模拟,考虑了风电结构的实际操作工况,对结构施加了随机波浪荷载和风机载荷。利用动力响应数据进行了环境激励下风电整体结构模态参数识别,采用了稳定图与模态置信准则进行了虚假模态的剔除,并分析了NExT中参考通道选取对于模态参数识别效果的影响。通过与有限元模型模态参数比较,验证了NExT/PRCE方法对于风电结构参数识别的有效性。     

海上风电基础结构研究现状及发展趋势

对国外海上风电机组基础结构的研究与工程应用现状进行了较为详尽地分析,重点对我国海上风电场开发建设有借鉴意义的重力式结构、单桩结构、三角架结构和导管架结构进行了分析论述.基于我国海洋工程技术水平和海上风电产业发展的动态,分析发展适合我国国情的海上风电机组基础结构的可行性及必要性,提出我国海上风电产业发展所面临的挑战.     

深海吸力锚水平极限承载力研究

深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程锚固系统的一个关键问题。基于Coulomb摩擦接触对原理,给出一种模拟吸力锚承载能力的有限元模型。在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABAQUS,研究系泊点位置、吸力锚长径比对极限承载力的影响,并给出深海吸力锚失稳模式。结果表明,系泊点位置极大地影响着吸力锚的极限承载力与稳定性,系泊点位置的变化会导致吸力锚出现前倾转动、平移滑动和后仰转动失稳模式,同时吸力锚失稳模式受长径比的影响。为工程实际和理论分析提供了技术支持和理论指导。     

深海吸力锚承载特性与稳定性研究

深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程结构设计中的一个关键问题.基于Coulomb摩擦对原理,给出了一种精确模拟吸力锚承载能力的有限元模型.在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABAQUS研究系泊点位置对吸力锚极限承载力的影响,并给出深海吸力锚失稳模式.结果表明,系泊点位置极大地影响着吸力锚的极限承载力与稳定性,系泊点位置的变化会导致吸力锚出现前倾转动、平移滑动和后仰转动失稳模式.当系泊点位置在吸力锚入泥深度3/5左右处,更能发挥深海吸力锚的承载能力.     

海上风机吸力式桶形基础承载特性研究综述

风机基础作为海上风机整体结构的重要组成部分,承受着上部风机所受到的风浪流荷载,并且对风机的安全性及可靠性至关重要。吸力式桶形基础由于其安装简单和可重复利用等优点,在海洋平台基础中得到了广泛应用,并逐步应用于海上风机基础中。但由于海上风机与海洋平台在海洋环境中的荷载工况有一定的差别,仍需要通过对其承载特性研究现状进行全面认识,以实现吸力式桶形基础在海上风机基础中的可靠应用。文中通过总结和评价现有研究对桶形基础在不同土体条件以及荷载条件下进行试验及数值模拟分析得到的研究结果,综述了静荷载和循环荷载作用下砂土和黏土中的吸力式桶形基础的承载特性研究现状,以及海上风机吸力式桶形基础的相关研究。文章展望了目前应用于海上风机基础的桶形基础仍缺乏的研究,为海上风机吸力式桶形基础的可靠应用及后续研究提供重要参考。     

基于锚杆体系的重力式海上风电基础结构受力特性分析

文章以某风电场项目为背景,应用预应力锚杆对传统重力式海上风电基础结构进行优化,组成一种基于锚杆体系的重力式海上风电基础型式。采用ABAQUS软件对锚杆重力式基础结构进行受力分析,研究在正常工况和极端工况两种荷载条件下,结构的位移、应力变化情况以及地基的破坏形式。结果表明,预应力锚杆结构能够有效减小重力式海上风电基础在正常和极端受力工况下的水平位移、转角和沉降量,同时改变地基的破坏形式,有效提升结构的整体稳定性,该结构可为今后重力式海上风电基础的应用优化发展提供一定的参考。     

海上吸力锚负压下沉渗流场的特性分析

采用8结点等参元的有限元方法，对海上吸力锚负压沉贯过程中锚体周围土体的渗流场进行了数值计算与分析，并给出了渗流场相关要素的计算方法，如水头、等势线、渗流力、渗流速度和渗流量等。通过对实例的分析，计算结果和结论令人满意，为吸力锚的设计等现实应用提供了依据。     

海上风机吸力式桶形基础承载特性研究述评

风机基础作为海上风机整体结构的重要部分，承受着上部风机所受到的风浪流荷载，并且对风机的安全性及可靠性至关重要。吸力式桶形基础由于其安装简单和可重复利用等优点，在海洋平台基础中得到了广泛应用，并逐步被应用于海上风机基础中。但由于海上风机与海洋平台在海洋环境中的荷载工况有一定的差别，仍需要通过对其承载特性研究现状进行全面认识，以实现吸力式桶形基础在海上风机基础中的可靠应用。本文通过总结和评价现有研究对桶形基础在不同土体条件以及荷载条件下进行试验及数值模拟分析得到的研究结果，综述了静荷载和循环荷载作用下砂土和黏土中的吸力式桶形基础的承载特性研究现状，以及海上风机吸力式桶形基础的相关研究。文章展望了目前应用于海上风机基础的桶形基础仍缺乏的研究，为海上风机吸力式桶形基础的可靠应用及后续研究提供重要参考。     

海上风电吸力基础在分层土中的沉贯特性研究综述

吸力基础与海洋工程大直径钢桩相比,具有成本低、安装周期短、对环境影响小、不受海况影响及可回收再利用等优点,近年来在海上风电工程中得到推广应用。吸力基础沉贯至海床预定位置,是其发挥承载力和确保服役稳定性的前提。海床地基土体常以分层土形式分布,且各层土体强度、压缩性和渗透性等存在显著差别,导致吸力基础吸力沉贯机理非常复杂。明确吸力基础在分层土中沉贯特性,有助于指导吸力基础在海上风电工程中的推广应用。对目前吸力基础在分层土中沉贯特性研究进行综述和总结,归纳了其沉贯机理研究进展,并对影响吸力基础在分层土中沉贯因素进行了分析;提出了分层土中吸力基础沉贯的研究方向和改进的沉贯方法。     

海上风电机组高承台群桩基础设计特点及关键力学问题

海上风电机组高承台群桩基础是我国首次提出并获得广泛应用的新型海上风电机组基础结构型式,该基础由桩基、混凝土承台、基础预埋环、连接件和靠泊构件等组成。在阐述基础结构总体布置及其特点的基础上,从高耸结构、大型动力设备基础和海洋工程的角度,分析了基础的工程特性和载荷分配传递体系。从水动力载荷、系统整体载荷仿真、桩基岩土力学和承台结构分析等方面,提炼出基础设计的若干关键力学问题,包括:大直径承台结构尺度和群桩影响下的承台波浪载荷分析、基于CFD技术和Bladed软件的海上风电机组-塔架-高承台群桩基础载荷分析、大直径超长钢管桩土塞效应对承载力的影响、地基基础对系统整体频率影响和承台钢筋混凝土非线性有限元分析等。