水下挤密砂桩加固海上风电重力式基础地基研究展望

文章针对软土层厚度10m 左右下伏基岩的地层结构,从控制海上风机垂直度和经济性角度论述水下挤密砂桩加固重力式风电基础地基的优势,分析水下挤密砂桩加固黏性土及砂性土地基的机理。结合风电实例工程,依据最不利荷载组合对水下挤密砂桩复合地基承载力、稳定性和沉降进行了详细计算,并提出了保证重力式基础不均匀沉降的措施。结果表明:采用水下挤密砂桩复合地基加固软弱土层可以满足重力式基础承载力及不均匀沉降的要求。     

海上风电装配式多桩承台基础结构研究

文章针对海上风电多桩承台基础,从桩基结构和上部承台结构两方面进行优化,提出了带预应力锚杆的装配式全直桩承台新结构。结合国华东台海上风电项目,采用Abaqus软件建立模型,模拟装配式承台结构的实际受力,研究装配式承台的结构应力和桩身水平度等设计参数。计算结果表明:装配式承台结构应力和位移满足规范要求,具备施工可行性,有一定的应用前景。     

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.     

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...     

海上风电基础结构动力分析

针对单桩、三桩、四桩导管架3种常规海上风电基础结构型式动力特性展开研究。以模态分析为基础,获得结构整体固有频率和振型;进而综合运用谐响应分析、瞬态分析、谱分析等方法,对基础结构在简谐荷载、冲击荷载、地震荷载及波浪荷载作用下的动力响应特性进行了数值模拟计算和分析。结果显示:本设计中的单桩、三桩、四桩基础结构刚度依次增大,一阶固有频率递增;对于相同的动力荷载激励,基础结构动力响应递减;基础结构设计中既要保证结构具有足够的刚度以满足荷载作用下的变形控制要求,还要使基础刚度适中以避免共振。为海上风电基础结构动力分析提供了参考。     

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。     

海上风电半潜式基础初步选型Pareto-Optimal评价

针对半潜漂浮式风电基础初步选型,采用Pareto-Optimal评价方法对不同吃水、平台立柱直径、立柱间距和垂荡板直径四个参数的不同组合进行分析比较。基于浮体动力学频域计算方法,采用我国阳江某海域极限波浪条件计算得到叶轮中心水平加速度,同时考虑完整稳性的计算结果。对比分析表明平台吃水和立柱直径宜选择适中的取值,较大的排水量和立柱总体积并不会显著减小叶轮中心水平加速度。垂荡板对于改善平台整体性能是较为敏感的,垂荡板与立柱的直径比存在一定的最佳范围。平台立柱间距是影响平台运动性能最大的因素,增大立柱间距可以有效地降低叶轮中心水平加速度,但立柱间距的增大对立柱间的撑杆结构强度以及平台整体的建造和下水提出了较大的挑战。     

基于专利信息的海上风电技术趋势分析

基于德温特数据库中的专利信息,通过对比海上风电和其他海洋主要可再生能源的年专利信息,结合海上风电专利数量与碳减排压力以及年新增装机数量之间的相关性分析,对海上风电技术发展做了分析,归纳了海上风电的重点技术领域;构建了海上风电技术成熟度预测分析模型。分析结果表明,海上风电技术发展迅速,目前整体的技术成熟度已达到0.87,已从成熟期进入饱和期。浮式风电作为一种具有替代性特征的新兴技术,也得到了快速的发展,目前的技术成熟度已达到0.54,从技术成长期进入技术成熟期。     

国内外海上风电机组基础结构设计标准浅析

对国内外海上风电机组基础结构设计规范和相关标准进行了对比研究,结合我国海上风电机组基础结构设计开发中遇到的问题,论述海上风电机组基础结构设计中关于安全理念和设计荷载的设计方法和标准;分析对比各国规范对海上风电机组基础结构设计的推荐做法,剖析各国规范的设计理念和方法;比较海上风电机组基础结构与海洋石油平台在设计理念和设计标准方面的异同,并根据海上风电和海洋油气的行业特点,分析海上风电机组基础结构设计规范和海洋石油平台设计规范对于海上风电机组基础结构设计的适用性。在此基础上,基于我国海洋工程技术和海上风电产业的发展水平,提出发展我国海上风电机组基础结构的设计建议,指出我国海上风电开发中应注意和避免发生的问题。     

重力墩式结构抛石基础的稳定块重

将作者关于直墙建筑抛石基础稳定块重的计算方法推广应用于重力墩结构的抛石基础,经验证符合较好。     

基于实测数据的海上风电结构动力响应分析

地震是危害海上风电结构作业安全的重要环境因素,目前,国内尚未公开发表真实地震响应下,海上风电结构的实测动力响应数据。分析了某地震活动区海上风电结构的实测地震响应,采用随机子空间识别方法进行风机的模态识别,阐述了风机机舱偏航将引起前后、左右两个正交方向振动的耦合,并从理论上证明了利用耦合、解耦数据识别模态参数的差异。结果表明：1）耦合与解耦信号识别的频率、阻尼比完全相同,而耦合信号识别的模态振型与偏航角有关;2）地震作用会对结构产生巨大冲击;3）非地震作用下,风机塔筒前后、左右第一阶弯曲模态为主要模态,地震作用可以激发风机的高阶模态,使得塔筒中上部而不是顶部的振动响应最大。此分析对地震活动区海上风电结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

海上风电工程结构安全监测体系框架设计

文章针对海上风电工程结构安全监测的需求,在系统回顾了目前的主要监测现状及存在的监测难点的基础上,初步构建了水上、水下一体化安全监测体系基础框架,阐述了主要的工作流程,重点探讨了海上风电工程安全监测中的精密单点定位（PPP）技术、高程传递、多传感器集成、精密水下定位技术、水下摄像机标校、水下三维激光点云快速建模、水下桩基全景影像与点云数据匹配、多波束与侧扫声呐数据融合等关键技术,以期为海上风电工程结构设施管控、变化监控和防灾减灾提供新的应急方案和技术支撑。     

渤海海域单柱三桩式海上风电结构冰激振动分析

针对渤海某区域以单柱三桩式结构为支撑的海上风电系统进行了冰激振动分析。首先模拟风电结构具有显著动力特性差异的主-从式结构特征,根据工程场址海域冰情条件,设置了合理的海冰分析工况,随后依据概化冰力函数确定作用于风电基础结构上的动冰力时程,开展全时域瞬态动力分析。通过对计算结果的详尽分析,选定表征冰与风电结构相互作用进程的综合控制因子Ic,建立基于综合控制因子的冰振事件区划及其出现概率的预判方法。相关方法将为渤海海域风电工程结构冰激振动问题的预判与评估提供参考。     

海上风电楔形单桩基础竖向承载力特性分析

为提高基础利用率增加海上风电设施的可行性，对楔形单桩基础竖向承载力特性进行研究分析。采用PLAXIS 3D 有限元软件建立楔形单桩基础模型，从桩侧摩阻力、桩侧法应力及土体位移对比分析楔形单桩基础与等截面单桩竖向承载特性差异，并探讨内摩擦角、楔角及楔高对承载力的影响。研究表明：楔形单桩基础竖向承载力高于等截面单桩基础，且承载力随着楔角、楔高的增大而增大，提高率最大达24.786%。倾斜侧壁的引入改变了桩侧摩阻力的传递规律；倾斜侧壁挤密桩周土体，桩侧摩阻力与法向应力增大，从而有效提高单桩基础的竖向承载力。研究成果可为今后海上风电单桩基础截面型式的设计提供参考。     

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。     

考虑气动阻尼影响的海上风电筒型基础整机运行状态振动模拟研究

运行状态下由叶轮旋转效应产生的气动阻尼对海上风电结构振动影响显著,然而当前的数值模拟方法受到计算能力与施加气动阻尼方式的限制,无法真实高效地表征气动力对振动的影响,使得模拟结果与实际工程存在偏差。针对上述问题,以某海上风电场内1台筒型基础整机为研究对象,考虑气动阻尼效应搭建了整机顺风向振动的简化理论模型,研究气动阻尼对运行状态下整机振动的折减效果,并以折减系数形式引入到数值模型计算中再与原型观测结果进行对比。研究表明：所建理论模型与数值模型的一阶自振频率与实测数据反馈值均相差较小,两类模型对实际工程的适用性良好;理论模型与数值模型同风速下的振动差值稳定,两者动力学上具有很好的同步性;停机工况与运行工况下,模拟塔筒顶部振动位移均方根值与原型观测均方根值平均误差分别为 12.19%与7.99%,说明基于考虑气动阻尼效应的振动理论模型对数值模拟结果进行折减是可行的,模拟精度可以满足工程需求。     

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。     

集成于海上风电钢管桩基础上的升降式网箱结构波浪场特性研究

对安装在海上风电钢管桩基础上的升降式网箱结构的波浪场特性进行研究,掌握升降式网箱结构内部及结构后方水体的运动特征及速度场变化情况。基于OpenFOAM软件包开发了波、流与孔隙介质结构相互作用的数值计算模型,将网箱结构按等效阻力简化为多孔介质结构,开展升降式网箱结构的波浪场特性研究。研究结果表明：网箱结构对流体具有一定的阻流作用,网箱结构内部速度场得到一定程度的减小,网箱结构背浪侧也有一定的速度衰减区域;对比网箱结构顶部不同潜深条件下的网箱结构内部流场特征,网箱结构顶部潜深在1/4D~1/2D（D为水深）范围内网箱结构内部流场速度最小、流场最为稳定、速度分布均匀,网箱结构向浪侧前方和背浪侧后方流场波动较小。所得结论表明在钢管桩基础上安装升降式网箱结构时需要关注的网箱结构对流场特性的影响,充分考虑网箱结构阻力对流速的作用,掌握极端工况下升降式网箱结构保持优良养殖环境需要下潜的高度范围,以保障升降式网箱的安全。     

基于2010—2020年东海风浪统计数据的海上风电吸力桶基础动荷载承载特性

为了得到桶基础承受风、浪动荷载的承载性能,结合我国东海地质条件,统计中国东海2010—2020年浅、深海风速和最大海浪数据,通过计算得到风浪荷载并制成ABAQUS软件幅值曲线施加到海上风电吸力桶基础上,分析了吸力桶基础在动荷载作用下的承载特性。结果表明：吸力桶基础受风、浪荷载影响明显,桶基础迎力面受到风浪动荷载产生拉拔现象。在浅海区,桶基础在风浪荷载作用下桶身自上而下变形不协调,风浪荷载最大的10月份桶基础迎力面最大位移超出了规范0.02D的限制,基础失稳;桶基础背力面受压变形较小。在深海区,桶基础在风浪荷载作用下桶身自上而下变形相对协调,施加风浪荷载后桶体迎力面最大位移为14.9 mm,整体上迎力面位移比背力面位移大4 mm,桶体处于稳定状态。相较浅海区的吸力桶单桶结构,深海区吸力桶结构由于尺寸增加,桶体的稳定性得到提高,说明吸力桶结构的尺寸对稳定性起决定性作用。     

海上风电场基础结构设计综述

针对我国海上风电场开发建设的现状和发展趋势,结合海上风电场基础结构设计研发现状和存在的问题,探讨海上风电场基础结构设计的关键问题——设计理念、设计方法和设计标准等,分析海上风电场基础结构的结构、荷载和服役特点,分析海上风电场基础结构与水工结构和海洋石油平台设计的异同。并根据海上风电和海洋石油的行业特点,分析API规范和DNV规范对于海上风电场基础结构设计的适用性,阐述了海上风电场基础结构设计的特殊性、荷载取值和参考标准等问题。基于我国海洋工程技术发展水平和海上风电产业的发展趋势,提出发展适合我国国情的海上风电场基础结构型式及设计,指出我国海上风电产业发展应注意和避免发生的问题。