长期循环荷载作用时单桩式海上风力机结构自振频率的影响规律研究

基于FLAC^3D有限差分计算平台,建立风力机结构自振频率数值计算模型,并与工程监测的自振频率数据进行对比验证模型的有效性;然后通过嵌入土体刚度衰减模型（DSM）,考虑长期循环荷载对地基刚度的影响;探讨不同大小的循环荷载、不同的循环加载次数对海上风力机结构体系自振频率的影响规律,提出自振频率衰减公式;最后结合既有的风力机结构体系自振频率简化计算方法,建立单桩式海上风力机长期自振频率简化评价方法。结果表明,循环荷载的增大、加载次数的增加会导致海上风力机结构体系自振频率较小;风力机结构体系的设计自振频率应偏移3P,以保证海上风力机的长期运营安全。     

响水海上风电钢管桩基础水平承载特性对比研究

结合江苏响水海上风电场2 m桩径钢管桩水平试验工程,以ANSYS有限元软件为平台建立海上风力机钢管桩的单桩基础模型,根据设计提供土层参数,采用API规范建议的p-y曲线法、港口工程桩基规范的m法和m折减法进行水平承载力计算,与实测的桩顶荷载-位移曲线、桩身变形和弯矩曲线进行对比分析,结果表明,API(American Petroleum Institute)规范建议的p-y曲线计算结果偏于安全,m法和m折减法偏于不安全,总体上m折减法与实测值更接近。上述几种分析方法的对比研究尚需更多的试验数据和计算分析工作。     

分缝自重与整体自重对乌东德拱坝动力横缝张开度的影响

针对分缝自重与整体自重对乌东德拱坝在地震作用下横缝张开度的影响,采用接触力模型对其进行对比分析。结果表明,两种自重施加方式造成坝顶横缝张开度分布规律不同,但最大张开度数值相差不大,地震结束后横缝均处于闭合状态;对两种自重施加方式,上下游坝顶横河向压应力分布是影响横缝张开度分布的主要原因。这对乌东德及类似高拱坝工程具有参考价值。     

基于荷载传递曲线的大直径钢管桩水平受力特性分析方法

海上风电通常选用大直径钢管单桩基础。水平受力的大直径钢管桩桩截面转动引起的桩周土对桩的附加抗力作用较为显著,为考虑这部分附加抗力对大直径桩水平受力特性的影响,首先,提出适用于大直径钢管桩水平受力分析的修正文克勒地基梁模型,分别使用非线性弹簧模拟土和考虑剪切变形的C1型梁单元代表桩,假定桩单元内部土荷载传递曲线的割线刚度为线性分布,推导相应的有限元公式,形成考虑桩截面转动附加抗力作用的耦合法,并根据该算法编制程序。然后,基于现有的土荷载传递曲线使用耦合法对算例进行分析,以验证耦合法的合理性,并将其计算结果与仅考虑横向非线性弹簧作用的p-y法的计算结果进行对比分析。分析结果表明:耦合法可更好地预测大直径钢管桩的水平受力特性;大直径钢管桩桩身变形越接近于刚性转动,桩截面转动产生的附加土抗力作用越显著,当大直径钢管桩桩身变形接近于柔性变形时,桩截面转动产生的附加土抗力作用基本可以忽略。     

基于静载试验的海上风电钢管桩砂土p-y 曲线研究

基于福建某近海风电项目2根钢管桩基础水平静载试验,获得桩身弯矩和位移随深度变化规律:桩身最大弯矩位于泥面以下1D(桩径)深度附近,桩身位移在泥面下约7 m达到零值。通过实测p-y(地基土水平抗力-桩水平位移)曲线,讨论中粗砂地层的初始刚度和极限抗力随深度变化规律,并分别给出考虑桩径、埋深影响的修正公式,并在此基础上提出修正双曲线模型计算砂土的p-y曲线,并与API(American Petroleum Institute)规范及双曲线模型进行比较。结果表明API规范高估了p-y曲线的初始刚度而低估了极限抗力,计算结果在桩基变位较小时偏于危险,在桩基变位较大时偏于安全;双曲线模型同时低估了初始刚度和极限抗力,计算结果偏于保守;此外,对于泥面以下0.5D范围的中粗砂地层,各类方法均低估了p-y曲线的初始刚度和极限抗力,建议适当增加。     

基于ABAQUS的海上风力机动力分析软件平台开发

基于通用有限元程序ABAQUS和风力机开源设计软件FAST,开发海上风力机动力响应分析软件平台ABA-OWT。选用NREL 5 MW海上单桩式风力机标准模型,首先,在ABAQUS中实现风力机结构的自动化建模,并根据风力机的结构特性初步验证模型的正确性;然后,在时域内通过子程序建立风力机结构与FAST子模块(气动、水动和伺服控制)之间的实时耦合;最后,对比ABA-OWT与FAST的风力机结构动力响应结果。分析结果表明:ABA-OWT风力机结构数值模型比FAST模型表现得更柔;在各种工况下,ABA-OWT与FAST的风力机结构动力响应基本一致;ABA-OWT可实现风、波浪和控制等联合作用下的海上风力机结构动力响应分析。     

特约主编寄语

海上风电资源丰富、清洁低碳,规模开发和商业发展潜力巨大,是实现能源结构转型、绿色可持续发展的重要战略支撑。目前,中国海上风电装机容量接近全球的50%,位居世界第一,且主要集中于东南沿海地区,紧邻发达城市电力负荷中心,是缓解东南部地区电力供需压力的重要途径。     

考虑附加抗力影响的单桩水平受力分析方法

单桩基础受水平荷载作用时,桩身截面转动引起的竖向摩阻力形成土对桩的附加抗力矩,同时桩端土对桩也有一定的附加抗力效应。为了研究桩身和桩端附加抗力对单桩水平承载特性的影响,该文基于API规范推荐的砂土摩阻力模型,结合桩身径向土压力引起的极限摩阻力增强效应,推导出砂土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解;采用API规范推荐的黏性土摩阻力模型,推导出黏性土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解。基于双曲线桩端竖向应力-位移模型,在考虑桩端桩-土界面脱开效应的基础上,得到了桩端抗力矩的离散数值解和简化公式解,桩端水平剪力的离散数值解;进而提出基于Winkler地基梁模型的有限元计算方法,并编制了程序。通过对比试验数据,初步验证了该文方法的正确性,进行了水平承载力的参数分析,结果表明:随着长径比的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比逐渐减小;而随着桩直径的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比并未显著变化。     

转子-机舱组合体模型对海上风机结构特征频率和地震响应的影响

转子-机舱组合体(Rotor-Nacelle Assembly, RNA)又称风机机头,常用的简化模型包括点质量(RNA＿M)、偏心点质量(RNA＿ME)、偏心点质量-转动惯量(RNA＿MEJ)和刚性机舱-刚性叶片(RNA＿RB)。该文基于NREL5MW单桩式海上风机原型,使用Abaqus软件分别建立包含这四种RNA简化模型的风机模型,以刚性机舱-可变形叶片(RNA＿FB)风机模型为基准,分析不同的RNA简化模型对风机结构特征频率和地震响应的影响。研究结果表明：对于只涉及支撑结构1阶模态的问题,四种简化RNA模型计算的频率均是准确可靠的;当涉及支撑结构的2阶模态或/和扭转模态时,应采用RNA＿MEJ、RNA＿RB或RNA＿FB模型;当涉及支撑结构的更高阶模态时,应采用RNA＿FB模型。对于风机结构地震响应分析,RNA＿MEJ与RNA＿RB模型计算的结构响应更准确,但它们的大多数结构响应峰值的最大相对偏差均超过了10%,在实际工程应用时应慎重使用这些RNA简化模型。     

混凝土坝坝体裂缝在地震荷载下扩展研究的几个关键问题

位于我国西部强震区的高混凝土坝,如小湾、二滩等,施工期或运行期在坝体表面以及坝体内部出现了一定范围的裂缝。鉴于这些高坝工程的极端重要性,裂缝在地震作用下的扩展性问题为学术界和工程界关注。针对混凝土坝坝体裂缝在地震荷载下扩展研究的关键性问题,包括地震动输入、坝体已有裂缝及其裂缝处理措施的模拟、缝端混凝土破损路径及其破损程度的模拟等研究现状分别进行讨论。最后指出了下一阶段的研究方向。