湛江某海上风电桩基局部冲刷特征研究

海上风电场桩基局部冲刷是工程设计与运行阶段的重要参数之一。基于湛江某海上风电场桩基3次现场局部冲刷实测数据,进行冲刷坑最大深度、冲刷坑半径和冲淤变化特征的分析与研究;根据桩基局部冲刷经验公式,采用工程海域实测海洋水文动力学数据进行最大冲刷深度与冲刷半径的计算,并进行公式计算值的对比与分 析。结果表明:桩基础在防冲刷设施的保护下,3次实测最大冲刷深度基本稳定为4.0 m,最大冲刷深度与桩径之比为0.57。而经验公式的最大冲刷深度与桩径之比均超过了1.1,说明桩基防冲刷设施取得了一定的效果,冲刷坑半径的计算值与现场实测值吻合较好。建议海上风电场在运行阶段进一步加强桩基冲刷坑监测与防护。     

基于声呐图像的海上风电桩基局部冲刷实时监测研究

在江苏大丰某海上风电场选取代表机位,安装桩基局部冲刷实时监测系统对桩基周围海床进行实时监测,并和多波束水下地形测量成果进行对比分析。结果表明：该系统实时监测效果较好,与多波束的测量结果相吻合,其最大优势在于能长期实时连续监测桩基周围海床的高程变化情况,掌握长期冲淤趋势。监测桩基海床已产生最大冲刷深度达8 m 的冲刷坑,为保障风机系统的安全稳定,建议及时采取冲刷防护措施,以防冲刷坑进一步发育。     

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。     

套筒对波流作用下桩基局部冲刷防护试验研究

为减轻桩基局部冲刷对近海结构物稳定性造成的影响,采用套筒作为冲刷防护措施。在波流水槽中开展局部冲刷物理模型试验,改变波流条件、套筒相对高度和直径,记录套筒内外冲刷过程及冲刷深度发展历时,利用地形扫描仪测量冲刷后的床面形态,分析各工况下冲刷坑形态的差异,讨论影响套筒冲刷防护效果的主要因素。试验结果表明：套筒结构具有较好的防冲效果,本试验工况下,筒内冲刷深度最高可减小70%,筒内外最大冲刷深度可减小40%左右。套筒高度对筒内冲刷的影响比套筒直径更为显著,筒内最大冲刷深度随套筒高度的增大而减小。套筒直径主要影响筒外冲刷,套筒埋置于初始床面以上时,筒外最大冲刷深度随直径的增大而减小;随着套筒高度逐渐减小,直径对筒外冲刷的影响越来越小。     

大型涉水群桩桥基局部冲刷特性试验研究

利用正态宽水槽研究梅花形大型涉水群桩基础的局部冲刷特性,得到最大冲深、最深点位置以及桩群内垂向和顺水向的冲刷形态,并与常规形群桩布置引起的冲刷进行了试验对比.其中梅花形群桩局部冲刷的特性和试验结果在苏通长江大桥建设中得到较好地验证.     

模型变率对潮流波浪作用下局部冲刷深度的影响

根据窦国仁波浪潮流共同作用下的全沙模型相似理论,设计5个变率分别为2．5、4、6、8．33和12．8的长江口深水航道北槽概化物理模型,进行潮流和潮流波浪共同作用下的丁坝坝头清水和浑水冲刷试验,研究不同动力条件和不同工程布置下变率对冲刷坑发展过程及冲刷深度的影响,给出了变态模型与正态模型冲刷坑稳定冲刷深度的关系式。     

新型旋转减冲装置对桩基局部冲刷防护试验研究

为减轻海上风电单桩基础周围局部冲刷对其结构安全的影响,提出了一种新型旋转减冲装置。在波流水槽中开展物理模型试验,改变波流条件、装置安装高度、安装距离,记录桩周冲刷发展历时,运用激光地形仪扫描冲刷坑形态,分析各工况下冲刷坑形态差异,验证装置不同安装距离、安装高度下的冲刷防护效果,提出了不同安装位置下的防护效率公式。结果表明：新型旋转减冲装置具有较好的冲刷防护效果,本试验工况下,桩周最大冲刷深度可减小44%左右。装置安装距离对冲刷防护效果影响较小,波流作用下的冲刷防护效果受装置安装高度影响显著,冲刷防护效果随装置安装高度的增加而减弱。     

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。     

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。     

水流作用下管汇结构周围局部冲刷试验研究

水下生产系统的管汇结构是海底油气资源开采的关键设备之一,近年来得到了广泛的应用。放置在海床上的管汇改变了海床泥沙沉积物的输移能力,由此导致结构基础周围冲淤变化。如果结构物周围冲刷深度过大,将会影响结构的正常使用。为预测管汇结构在水流作用下的冲刷形态与冲刷深度,本文通过水槽物理模型试验和分析手段,对恒定流作用下水下生产系统的管汇结构周围的局部冲淤形态及形成机理进行了分析。采用声学多普勒测速仪(ADV)对结构周围流场进行了精确测量,利用测量结果分析了流速分布规律及对结构物周围局部冲刷的影响。得出影响低矮结构物周围局部冲刷的主要水流结构为结构物尖角处的水流加速,马蹄形漩涡的影响较小。对研究低矮结构物周围局部冲刷的影响因素具有重要意义。     

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。     

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。     

波浪作用下桶形基础冲刷特性试验研究

在设计结构和考虑有效的海洋工程基础的冲刷防护工程时,了解和预测海洋结构周围的冲刷发展机理是非常重要的。通过波流水槽研究规则波作用下桶形基础的冲刷特性,试验主要考虑波高与结构尺寸对桶形基础周围局部冲刷的影响,并分析波浪冲刷过程中模型周围的时程地形、波浪作用后的冲刷坑性状、冲刷影响要素以及不同结构间的冲刷差异。结果表明:桶形基础的冲刷过程是震荡加深发展,最大冲刷深度与冲刷宽度随波高增大而增加,随上部结构直径增大而增加,最大冲刷深度位置随波高与结构尺寸变化而变化;不同结构间的冲刷坑形态与冲刷后的地形不同,最大冲刷深度相差可高达4倍;桶形基础结构直径比范围为0.2～0.5时,结构自身具有防冲刷能力。     

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。     

港珠澳大桥青州航道桥桥墩基础冲刷试验研究

桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素,是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法,利用正态系列模型方法,在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明,桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关;在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下,桥墩局部冲刷深度达到平衡后,将会达到与恒定流基本一致的最大冲深;波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。     

适用于潮流能电站的新型模块式嵌岩灌注桩基础结构的应用

近年来,潮流能能量转换技术发展迅速,但大型潮流发电机组基础结构方面的研究和应用还并不多见。针对潮流能电站基础结构在抗弯抗剪强度、桩径尺寸方面的特殊要求,结合我国潮流能富集区海底多为浅覆盖层或裸露基岩、且地形复杂的情况,提出了一种新型模块式嵌岩灌注桩基础结构。该基础结构的嵌岩灌注桩通过在桩内布置环形钢板箍和钢筋束来增强抗剪抗弯能力,使其在常规桩径即可满足潮流能电站的支撑要求,减少了对发电水流断面的阻挡;各主体灌注桩可通过横撑、纵撑和斜撑连接构成模块式基础,以适应不同地形条件、不同机组数量和安装方式的要求。新型模块式嵌岩灌注桩基础结构在LHD联合动能公司3.4 MV潮流发电项目中进行了首次应用,获得了良好的使用反馈。