海上风电支腿船单桩沉桩技术

目前我国海上风电开发已经进入了规模化、商业化的发展阶段,海上风电的建设呈现由近海到远海,由浅水到深水的趋势。在响水、东台海上风电场中,均采用稳桩平台定位、起重船吊打工艺。文章结合某海上风电工程深水条件下大直径单桩沉桩施工情况,介绍自带定位抱桩器的1000t支腿起重船沉桩施工技术。     

海上风电单桩自动化移动式稳桩平台研究

海上风电单桩稳桩技术是保证单桩垂直度的关键。文章在确定功能定位和总体方案的基础上,对自动化移动式稳桩平台推进系统、升降系统、稳桩系统进行研究选择。研究确定自动化移动式稳桩平台单桩沉桩方法。采用ANSYS软件对平台整体强度和稳桩系统强度进行校核,并与传统拆卸式稳桩平台进行工效对比分析。结果表明:海上风电单桩自动化移动式稳桩平台整体强度、稳桩系统强度等均满足规范要求,且施工工效更高,所需船机设备更少,操作更简便。     

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。     

复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展

文章从桩基—土体相互作用与传统桩基冲刷两个方面对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统的回顾与分析,总结了这两个方面研究中各自存在的不足。为了使研究成果更贴近工程实际,建议该领域未来的研究中应同时考虑传统冲刷研究中的水动力荷载与桩基在复杂荷载作用下的循环振动响应,深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动力特性的影响,揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理,进一步优化现有冲刷防护设计。     

海上风电单桩基础土相互作用特性影响因素分析

采用有限元软件ABAQUS建立了海上风电单桩基础与土相互作用数值计算模型,将波浪、洋流及风荷载等效成双向对称循环荷载,研究了水平循环荷载作用下不同因素对桩身水平位移、剪力和弯矩的影响规律。研究表明,随着循环荷载比的增加,桩身位移零点和桩身剪力反弯点沿埋深逐渐下移,桩身弯矩最大值点位于浅层土体;不同荷载频率时桩身位移在零点以上变化较大,桩身弯矩随着频率的增加逐渐增大;单向循环荷载作用下桩身位移最大,双向对称循环荷载作用下桩身位移最小;壁厚较小时对桩身水平位移影响较大;在位移零点之上范围内可以考虑设计"上厚下薄"的钢管桩,以减小桩身水平位移;不同桩壁厚时桩身剪力曲线在埋深约6D处出现交点,且泥面处桩身弯矩变化不明显。     

台风对海上风电单桩基础累积变形影响试验研究

文中主要采用小比尺模型试验,研究了台风对海上风电单桩基础累积变形的影响。通过在模型槽中进行桩的水平静力和循环加载试验,得到了不同工况下桩的累积转角与循环加载次数之间的关系曲线。随后对曲线进行分析,拟合出无台风工况下累积转角的计算公式,然后运用叠加法,得出了有台风工况下累积转角的计算公式。试验结果表明,单独作用一种循环荷载时,桩的累积转角是循环次数的幂函数。台风引起的大幅值循环荷载会导致转角的陡升,且增加幅度与小幅值循环荷载的幅值负相关。当将台风荷载设置在加载过程的开头时,对于疲劳设计工况,台风荷载产生的累积转角占总的累积转角的99%以上,因而可以忽略小幅值循环荷载产生的累积转角,直接用台风荷载产生的累积转角代表桩的长期累积转角,实现简化设计。     

考虑流固耦合效应的单桩式海上风电机组结构响应模拟

针对海上风电整机系统,建立了一体化流固耦合分析方法。在模拟过程中,采用浸入边界法解决风机叶片旋转引起的静动干涉问题,利用改进的守恒式 level set（简称 ICLS）方法捕捉海浪自由面,并使用交错迭代法求解流固耦合方程。通过构建 “风机—塔架—基础”一体化流固耦合数值模拟方法,能够在一次仿真计算中实现海上风电整机系统的全过程数值模拟,准确求解多荷载耦合作用下“风机—塔架—基础”的整体结构动力响应。以某单桩式海上风电工程为例,验证了本方法能够实现对海上风电整体系统的一体化分析。     

基于实测波浪的单桩式海上风电基础波浪力计算研究

基于实测波面的波浪力获取作为结构动力响应分析以及数字孪生模型建立的必备环节,对海上风电数字化运维至关重要。为了满足更大的装机容量需求,单桩式海上风电基础趋于大型化,其尺度因子D/L也随之增大;并且实际海域均为非规则波,以尺度因子划分波浪力计算理论的方法对非规则波的适用性尚不明确。通过建立数值水槽,依据实际工况对不规则波与桩基的作用进行数值模拟,得到入射波浪场与桩基所受波浪力,在此基础上,基于入射波浪场分别采用Morison方程以及绕射理论求解波浪力并将之与数值模拟结果进行对比,分析了不同波浪力计算理论关于尺度因子的适用性,同时探究了波浪要素对计算精度的影响。结果表明：Morison方程在波高较大时精度下降;相对于Morison方程,绕射理论在该尺度下的精度更高。最后,通过分析实测数据进一步探讨了典型工况下的波浪力特征,以期通过实测波面计算波浪力的方法为实际服役风机波浪力计算提供技术支持。     

水平循环荷载下海上风电楔形单桩土体变形研究

海上风电工程主要受到风、波浪及洋流等产生的水平循环荷载作用,本文研究楔形单桩基础在水平循环荷载作用下的变形规律,并探讨不同循环荷载对变形规律产生的影响,以确保风电设施正常运行。通过数值模拟建立海上风电单桩-海床模型,考虑土体超孔隙水压力的演变规律及土体致密规律,土体采用UBC3D-PLM本构模型。本文重点讨论并分析在不同水平循环荷载作用下楔形单桩基础与等截面单桩基础的桩周土体位移、塑性应变及桩基累计转角位移之间的差异。研究结果表明：楔形结构会降低桩周土体位移及塑性应变,使得楔形单桩基础旋转中心位置更低,产生倾覆的可能更小,当循环荷载比为0.7时,累计转角位移能减少41.86%;循环荷载越大,楔形单桩基础水平受荷特性越好,累计位移减少量的增长率越高。研究成果可为今后海上风电基础的选择与设计提供参考。     

海上风电大直径单桩基础结构在渤海海冰环境下的抗冰性能研究

文章以大连庄河临近的渤海海域为例,基于SACS模型研究大直径单桩基础结构在渤海海冰环境下的抗冰性能。研究结果表明：在静冰力方面,根据不同规范推荐公式设计的大直径单桩基础材料的用量可相差约10%;在动冰力方面,在不同冰速和冰厚的组合工况下,低冰速和大冰厚作用下的大直径单桩基础结构更易产生持续振动。     

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。     

波浪荷载及土体特性对风电单桩基础水平变形影响规律

大直径单桩基础是海上风电应用广泛的一种基础形式,严格控制桩基泥面处的位移是保证基础稳定和风机安全运营的关键因素.通过数值方法建立了单桩—海床的三维模型,将可以描述海洋砂土超固结性和结构性的弹塑性本构模型通过UMAT子程序嵌入有限元软件ABAQUS中,桩基承受的波浪荷载通过Morison方程进行计算模拟.针对无波浪荷载、仅作用于海床的波浪荷载、同时作用于桩基和海床的波浪荷载三种情况,分析了海床土的动力响应以及桩基的水平位移之间的差异,探讨了海床土体参数对桩基水平变形的影响.研究结果表明海床土体液化会导致桩基水平变形增加,海床土渗透性、超固结性、结构性对桩基水平位移影响显著,研究成果可为海上风电单桩基础的设计与运维提供参考.     

循环荷载作用下基础阻尼变化对海上风机单桩基础疲劳寿命的影响分析

在长期风浪循环荷载作用下,海上风机单桩基础的基础阻尼会发生变化,疲劳寿命受到影响。对于此问题,目前还缺乏足够的研究。本文针对砂性土中海上风机单桩基础,基于Abaqus软件平台建立其疲劳损伤分析模型,桩-土相互作用采用非线性弹簧模拟,风和波浪荷载由FAST程序分别基于Kaimal谱和Jonswap谱计算,最后采用S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原则计算单桩基础在风机运行和停机等不同工况下的疲劳损伤和疲劳寿命。结果表明:基础阻尼由2%减小到0.5%,海上风机单桩基础的疲劳寿命从27.3年减少到17.7年。在停机状态下,基础阻尼的减小对海上风机单桩基础的疲劳寿命的不利影响更为显著。在设计使用期内,额定风速附近工况导致的疲劳损伤较大。在海上风机单桩基础疲劳设计时,考虑长期循环荷载作用下基础阻尼减小的不利影响是非常有必要的。     

海上风电单桩式支撑结构冰激振动及参数敏感性分析

针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PSI曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析;其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱;最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。     

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。     

海上风电大直径单桩翻身钳溜尾吊装工艺优化

文章介绍了东台海上风电项目大直径单桩采用翻身钳溜尾施工技术。通过solidworks建模进行计算和现场试验实测,翻身钳和钢管桩的应力应变满足要求。翻身钳溜尾施工提高了沉桩施工效率。     

渤海湾海上风电场大规模超长钢管桩沉桩技术与控制

随着海上风电的蓬勃发展,如何提高沉桩质量与施工工效是需要研究的问题。唐山乐亭菩提岛海上风电场300MW 示范工程作为渤海湾第一个海上风电场,施工前期通过对渤海湾水文、地质分析,对沉桩相关设备、施工流程、施工质量控制点等的分析,克服了水深、涌浪大、地质条件差、钢管桩长等难点,确保了15个承台共120根钢管桩的沉桩进度与质量,得到了业主的好评。文章总结优化了渤海湾海上风电场沉桩相关技术与控制难点,为后续渤海湾海上风电场沉桩施工提供了重要施工经验与保障。     

黏土中海上风电水平受荷大直径单桩设计方法的思考

文章回顾了目前风电大直径单桩基础水平受荷静力响应分析的p-y 曲线规范方法,结合现有成果探讨了该方法会高估桩侧初始刚度并低估极限承载力的原因。为解决其不足,文章介绍了一种基于土体应力应变关系的p-y 曲线方法,它不但能较为正确地反映桩侧刚度,还能跟踪桩周土体的平均塑性应变的累积。在此基础上探讨了桩基在循环疲劳状态下的规范方法,由于其无法精确反映循环次数和幅值对于桩侧刚度弱化的影响,因此,进一步介绍了基于静力p-y 骨干曲线的滞回曲线构造方法,最后,基于上述分析方法,提出了一些大直径单桩优化设计的建议。     

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。