海上多桶复合式测风塔基础设计

多桶复合式基础在国外海上风电工程中已有少量使用,而国内目前多用于海上石油平台,海上石油平台主要承受竖向荷载为主,而测风塔作为典型的高耸结构其主控荷载为水平荷载,其竖向极限承载力、水平向极限承载力、抗倾覆性能、在往复荷载作用下的变形特性等研究的较少,相关的计算方法还不成熟。文章基于漳浦六鳌海上风电场测风塔建筑工程,介绍海上多桶复合式测风塔基础的设计及施工关键技术,可为类似结构设计与施工提供参考。     

海上风电测风塔的选型

风资源的获取与评估是风电前期投资的一项重要工作。作为海上风电,需要动用船舶、浮吊等海上工程机械,施工局限性大,成本高。对目前国内外已经使用的各种测风塔进行了比较,分析了各种测风塔的优缺点,选出适用于海上风电的测风塔塔架和基础形式,为海上风电的开发提供了理论指导。     

一种新型激光雷达测风浮标设计及海试应用

精确获取剖面风数据对海上风电场规划选址、风能资源评估等至关重要。针对测风塔建设成本高、拆卸移动困难,而传统浮标电源供给较小、摇晃角度大等缺点,设计一种新型激光雷达浮标,实现了对目标海域的风资源剖面数据的观测、解算与自存储。在南海海域进行海试应用,并对观测的剖面风数据和传统大型海洋资料浮标风数据进行同步比测分析。结果表明,激光雷达测风浮标的测量结果与大型浮标测风数据吻合较好,风速R~2相关系数达到0.975,风向R~2相关系数达到0.932。该研究成果可为激光雷达测风浮标在海上风电开发和开展风场变化的科学研究等提供参考。     

海上风电场高桩承台群桩基础平台的设计研究

针对国内海上风电基础设计没有统一的规范及标准，为提升海上风电基础设计建设的水平，通过对东南沿海某海域海上风电基础的设计进行了有限元计算分析论证，验证了群桩高承台结构设计方案的设计方法和设计参数。分析结果表明该设计的最大应力主要发生在塔筒底座与承台接触部位及钢管桩与承台连接段，应在连接部位加强措施处理；基础竖直位移较小，水平位移相对较大；分界部位应力较集中，刚度不能顺畅过渡，可考虑填充碎石土等方法加强。本研究对海上风电基础设计技术的研究与探索，可为将来制定中国海上风电行业标准提供可靠的依据，对中国未来大批量的海上风电能源的开发有着重要意义。     

浅海海底地形变迁对海上平台动力特性的影响

海上平台在服役期间,由于周围自然环境以及水动力条件的改变,使得其所在海域地形条件与设计时相比有较大的变化,这势必会对平台的动态响应产生影响。以老黄河口海域埕岛“中心1号”生活平台为例,通过现场实测和数值计算,分析了海底地形变迁对海上平台动力特性所产生的影响,为该海域未来平台的设计和施工提供参考。     

南海北部中尺度涡流预报及应用

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常（SLA）数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。     

女姑口跨海桥基础及下部构造施工技术

青岛环胶州湾公路女姑口跨海桥海上基础及下部构造工程于１９９３年底完成。施工中采取了一些切合实际的做法，如搭设海上钢结构作业平台，承台施工采用钢筋混凝土与钢套箱相结合方法以及坍孔断桩处理等。本文仅就桥的海上基础及下部构造施工做概略介绍。     

埕岛油田动力电缆铺设环境和方案分析

描述了胜利埕岛油田所在海域全年各季风、浪、潮汐、海流等的基本状况、产生机理及黄河三角洲区域对它们的影响。同时介绍了目前国内在深水及浅水区域几种海底电缆的铺设工艺 ,从施工机械到水动力学原理的角度 ,对其应用进行了技术上的分析 ,指出了每种施工工艺的优劣 ,并由此确定了较为理想的电缆埋设工艺和定位技术方案 ,使电缆铺设实际长度误差控制在设计长度的 1 %范围内 ,从而大大节省了工程投资费用。该工艺的选择和推广可为埕岛海上油田的开发创造较好的经济效益。     

QuikSCAT卫星遥感风场可靠性分析及其揭示的中国近海风速分布

利用2000—2009年美国国家航空航天局(NASA)在中国近海海域(0°~45°N,105°~135°E)的QuikSCAT卫星遥感风场资料与近海测风塔(位于上海近海)、海上石油平台(位于东海和渤海)、岛屿站(南海珊瑚岛和西沙海边观测塔)的实测风场资料进行对比分析,检验了QuikSCAT卫星遥感风场资料在中国近海海域的可靠性。研究结果如下:各站点实测风速与站点位置以及站点附近的QuikSCAT卫星遥感风场资料相关系数均在0.7以上;QuikSCAT卫星遥感风场资料与海上石油平台的风速均方根误差较小(约1.5 m/s);其年均值均大于实测值,差值范围是0.1~1.3 m/s;其Weibull形状参数K与海上石油平台以及近海测风塔的K值较为接近,表明QuikSCAT卫星遥感风场资料各风速段的频次分布形态与观测站的实测值基本吻合,QuikSCAT卫星遥感风场资料能基本合理地反映出中国近海风速的分布状况。利用QuikSCAT卫星遥感风场资料分析了中国近海及其邻近水域风速的空间分布特征:(1)台湾海峡是中国近海风速最大的区域,从台湾海峡向东北至日本海,往西南至南海北部115°E附近和巴林塘海峡为风速的次大值区;(2)28°N到长江入海口的东海海域年均风速为7.0~7.5 m/s,在黄海和渤海为5.5~7.0 m/s,在南海北部自东向西由8.5 m/s递减为6.0 m/s,北部湾最大风速区位于东方附近海域。     

精密单点定位技术在海上工程中的应用

结合海上科研工程实践,对GPS精密单点定位模型及数据处理方法进行研究,并采取陆上静动态定位和海上动态定位试验进行了精密单点定位精度统计和分析。结果表明:在超出常规差分定位基线长度限制的广阔海域,采用精密单点定位技术可实现亚米级实时动态定位,为海上高精度实时动态定位应用提供了技术依据。     

支撑结构频率对海上风机动力响应的影响机理研究

海上支撑结构的优化设计是海上风机技术发展的必然趋势,降低支撑结构的载荷是保证风机安全运行的有效途径。海上支撑结构受到风浪复杂环境荷载作用,风、浪载荷决定着塔底承受较大的剪力和倾覆力矩,同时风浪的随机性和周期性会影响塔架的疲劳载荷。基于海上风机支撑结构频率对载荷影响的研究,分析海上支撑结构频率对叶片根部挥舞和摆振响应的影响,探究频率对风机响应的影响机理。研究表明：波浪频率诱导是基础疲劳载荷响应的主要原因;开展单桩基础设计,当整机频率确定时,基础变径段可设置于浪溅区下部区域范围;叶片摆振响应受1P频率影响较大,在风机设计时可增加叶片摆振方向的阻尼;当整机频率邻近3P频率时,塔筒刚度变化对基础载荷响应的影响大于基础刚度变化;海上支撑结构设计时可优先考虑塔筒刚度。     

单向荷载作用下海上风机多桶基础承载特性数值分析

作为一种新型的深水海上基础型式,桶形基础在海上风机设施设计与建设中逐步得到了发展和应用。以三桶基础为例,采用大型有限元软件ABAQUS对海上风机多桶基础的承载特性进行了三维有限元数值分析。根据海上风机的荷载受力特点,分别探讨了三桶基础在竖向荷载、水平荷载和力矩作用下的极限承载力,得出荷载作用方向及桶间距对极限承载力的影响程度,研究成果为复合加载模式下海上风机多桶基础的承载特性分析奠定了基础。     

Wind and wave induced behaviour of offshore guyed tower platforms

Offshore guyed tower platforms belong to the group of compliant offshore platforms which are most suited for deep water exploration. The basic feature of compliant offshore platforms is that they are designed to move with the waves, in at least some degrees-of-freedom. As far as excitation of wave frequencies is concerned, the system opposes wave forces by inertial effects. The offshore guyed tower derives its stability against lateral movement from its mooring system.In this study, the response of offshore guyed towers to random forces generated by wind and wave is investigated. The exposed portion of the tower is subjected to the action of turbulent wind, while the submerged portion is acted upon by random wave forces. The analysis includes the nonlinearities due to the Morison equation of drag force, the variable submergence effect due to waves, the instantaneous position of the tower and force excursion relation of the mooring lines. A parametric study is conducted to investigate the behaviour of the tower under waves, and the combined effect of wind and wave forces.     

Dynamic modeling and vibration suppression for an offshore wind turbine with a tuned mass damper in floating platform

The worldwide demand for renewable energy is increasing rapidly. Wind energy appears as a good solution to copy with the energy shortage situation. In recent years, offshore wind energy has become an attractive option due to the increasing development of the multitudinous offshore wind turbines. Because of the unstable vibration for the barge-type offshore wind turbine in various maritime conditions, an ameliorative method incorporating a tuned mass damper (TMD) in offshore wind turbine platform is proposed to demonstrate the improvement of the structural dynamic performance in this investigation. The Lagrange's equations are applied to establish a limited degree-of-freedom (DOF) mathematical model for the barge-type offshore wind turbine. The objective function is defined as the suppression rate of the standard deviation for the tower top deflection due to the fact that the tower top deflection is essential to the tower bottom fatigue loads, then frequency tuning method and genetic algorithm (GA) are employed respectively to obtain the globally optimum TMD design parameters using this objective function. Numerical simulations based on FAST have been carried out in typical load cases in order to evaluate the effect of the passive control system. The need to prevent the platform mass increasing obviously has become apparent due to the installation of a heavy TMD in the barge-type platform. In this case, partial ballast is substituted for the equal mass of the tuned mass damper, and then the vibration mitigation is simulated in five typical load cases. The results show that the passive control can improve the dynamic responses of the barge-type wind turbine by placing a TMD in the floating platform. Through replacing partial ballast with a uniform mass of the tuned mass damper, a significant reduction of the dynamic response is also observed in simulation results for the barge-type floating structure.     

波浪荷载作用下近海风电单桩基础受力变形特性影响因素分析

为了对波浪荷载作用下近海风电大直径单桩基础受力变形特性的影响因素进行分析，以江苏省如东县某近海区域的水位地质条件为基础，运用有限元模拟软件 ABAQUS 进行数值模拟，对荷载大小、荷载位置、土体压缩模量、桩体自由度 影响因素展开分析。通过影响因素的不同量值，得出近海风电大直径单桩基础动载情况下受力变形特性的变化规律，从而为实际施工提供有价值的参考。     

Numerical Studies on Piled Gravity Base Foundation for Offshore Wind Turbine

This study aims to investigate a hybrid gravity base foundation to support offshore wind tower. A new hybrid gravity base foundation considered in this study has five component piles, referred to as ‘piled gravity base foundation’. The three-dimensional finite element analyses were carried out for the piled gravity base foundation subjected to a combined load with a lateral load and overturning moment. The parametric analyses were undertaken varying the loading height and direction, the rigidity of the piled gravity base foundation, the field soil layers, and the clay strength. Overall, the response of the piled gravity base foundation was significantly influenced by the interaction between the cone base piles and the surrounding soil. The increased strength of the soil led to a significant reduction of the pile and gravity base foundation responses, in terms of the bending moments, axial forces, lateral displacements, and rotations.     

海上风机吸力基础的水平受荷研究综述

吸力基础具有施工速度快、安装过程中受海况天气影响小且易于回收重复利用等优点,被广泛应用于海洋工程。当吸力基础作为海上风电塔架的基础时,常常承受较大的水平荷载,因此其水平承载力是设计的主控因素。介绍了海上风机基础的设计要求,分析了影响基础水平承载性状的因素,总结了吸力基础受水平单调荷载、水平循环荷载和不同荷载组合三个方面的研究现状。讨论了水平荷载的大小、水平加载的高度(偏心率)、循环荷载的频率、循环荷载的次数、循环荷载的幅值、循环荷载的方向性、竖向荷载对吸力基础水平承载性状的影响,考虑了水平荷载的非共线性,指出了目前研究的不足,明确了吸力基础水平承载性状进一步研究的方向,提出了供工程实践参考的建议。     

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。