海上风电吸力式筒型基础应用研究

  [目的]  筒型基础是一种极具潜力的环境友好型海上风电基础,如何有效的实现筒型基础顺利下沉到设计深度和下沉过程结构垂直度的精准控制,避免筒内土塞隆起或筒裙及分舱板变形甚至屈曲带来的安装风险是筒型基础应用层面的关键问题。  [方法]  通过总结吸力式筒型基础在国内外风电工程中的应用,分析了筒型基础施工过程中下沉和调平两个关键问题涉及的相关机理和方法。  [结果]  研究表明:准确预测复杂土质条件下筒型基础施工过程下沉阻力及施工临界吸力和施工过程可能发生的结构变形等不稳定性态分析将有效规避单筒型、多筒型和单筒多舱复合型筒型基础吸力下沉调平过程中的施工风险。  [结论]  海上风电吸力式筒型基础应用总结分析,可以为实际工程提供筒型基础下沉和调平施工方案的相关参考。     

粉质黏土中厚壁筒型基础沉放及受力分析

筒型基础具有海上施工效率高、建造成本低等优点,已成功应用于实际工程。为了进一步降低筒型基础结构的制造成本,避免建造、运输、安装过程中钢制筒裙的屈曲,文章研究并优化了混凝土筒壁和钢质内分舱板的组合式筒型基础结构。首先,针对厚壁筒型基础沉放安装难度增加问题,开展了室内试验,研究了粉质黏土中厚壁沉放阻力计算方法;然后,利用三维有限元模型对该组合式筒型基础在位状态下的结构受力进行了分析。研究结果表明：考虑形状和深度系数的端阻力计算公式可以用于该新型风电基础;混凝土筒壁+钢质内分舱板组合式筒型基础倾斜率、结构强度和自振频率满足设计要求,且在造价上更为经济。     

不同边界条件下吸力筒导管架式海上风电振动特性分析

  目的  吸力筒导管架是一种具备许多优点的新型海上风电基础,其振动特性与传统基础有着明显的不同。正确处理无限域地基的边界条件对准确分析振动问题至关重要,故对不同边界条件下吸力筒导管架式海上风电的振动特性进行分析。  方法  以某吸力筒导管架式海上风电为分析对象,在ANSYS APDL中建立结构与土体耦合的全三维有限元模型,研究边界条件对自振频率的影响并对相关参数进行敏感性分析。  结果  不同边界条件对整机固有频率影响较大,改变边界条件对结构轴向刚度和扭转刚度的影响大于对弯曲刚度的影响,整机固有频率随着粘弹性边界弹簧刚度、土体弹性模量和筒土摩擦系数的增大而增大。  结论  分析了影响整机固有频率计算精度的相关因素,可为工程计算提供参考。     

海上风电单柱复合筒型基础沉放过程分析

单柱复合筒型基础是中国国内自主研发的新型海上风电基础结构型式，以海上风电单柱复合筒型基础为研究对象，通过现场原型试验的方法，对首批海上风电单柱复合筒型基础的沉放过程进行分析，并提供现场施工监测数据。研究结果表明：单柱复合筒型基础可实现吸力安装下沉，且在调平上具有极强的可控性，可为筒型基础今后的施工及沉放研究提供重要的参考数据。     

筒基平台破舱拖航性态试验研究

针对筒基平台在中舱破舱情况下的静水拖航过程进行试验研究，分析破舱下沉及打气上浮过程中结构的运动性态，并对比不同航速条件下结构的拖航稳性，得到了中舱破舱情况及不同航速对结构拖航过程的影响。试验结果表明，中舱破舱对筒基平台的拖航稳性影响较小，因此可对结构进行优化，即将基础中舱与大气连通，以获得更好的下沉效果。     

土质对三筒吸力桩导管架基础水平承载特性的影响

针对三筒吸力式导管架基础在粉砂质土、淤泥质土中的承载特性进行一系列的数值研究。选取不同厚度的粉砂质土和淤泥质土组合，利用ABAQUS有限元软件对不同土质组合下基础单向的水平承载能力、破坏特性和吸力筒的临侧土压力进行分析。研究发现：三筒吸力式导管架基础在不同土质组合下的水平承载能力呈规律性的变化，且随粉砂质土厚度的增加而增大。结构承载力在吸力筒侧壁的粉砂质土厚度为3～6 m时表现出最大的增长能力，研究结果可为实际工程中三筒导管架基础设计提供建议和参考。     

海上风电单筒多舱筒型基础筒体屈曲特性研究

对单筒多舱筒型基础入土下沉过程进行稳定性分析,研究其失稳模式与临界屈曲荷载以及分舱板与纵向加劲肋对筒内外压差临界值的影响。结果表明,单筒多舱筒型基础筒体失稳属于极值点失稳,应采用非线性方法确定结构失稳的临界荷载;分舱板和适当间距的加劲肋均可提高筒体的临界屈曲荷载,但随筒顶接近泥面,其提升效果逐渐减小,筒内外压差控制条件转变为防止筒内土体发生渗透破坏。     

三筒吸力式导管架基础循环承载特性研究

为研究长周期循环荷载对多筒导管架基础水平承载力的影响，在砂土地基中开展物理模型试验，考虑循环加载次数、循环幅值比及对称比等因素为变量，对基础在循环加载后的水平单向极限承载力进行分析。结果表明：随着循环荷载幅值比和循环次数的增加，基础周土的致密性得到有效提高，进而增强了水平极限承载力。同时循环荷载对称比的增加会减小基础的水平承载力。说明水平单调承载力受循环荷载极值差的影响，差值越大对于基础周土的致密化效果越好，水平承载力越大。     

水灰比对混凝土毛细吸力的影响

毛细吸力为非饱和混凝土中驱动孔隙水-气流动、控制材料收缩开裂的重要作用力，其大小取决于混凝土细观孔隙结构，与混凝土的主要指标—水灰比密切相关。因此，基于相对湿度法，研发了一套非饱和混凝土毛细吸力的间接测试装置及方法，分析不同水灰比条件下毛细吸力的演化特征，并从孔隙尺度探析了毛细吸力演变的内在机制。结果表明，毛细吸力随水饱和度的减小呈非线性增长趋势，饱和度越低增长速率越大；水灰比减小会导致混凝土孔隙更加细密，从而使毛细吸力增大。     

吸力式桶形基础负压安装的渗流侵蚀过程研究

针对吸力式桶形基础负压安装渗流侵蚀效应,建立轴对称坐标下吸力桶在砂性土中负压沉贯的数值模型,应用包含土骨架、流体和液化土颗粒的三相耦合模型描述海床土体,计算负压作用下海床的渗流场分布,并模拟负压引起的渗流侵蚀过程.渗流侵蚀可改变不同区域土体的渗透率,进而引起水力梯度从内侧向外侧转移.基于孔隙水压力场的重新分布,揭示出负...     

导向架平台吸力桶基础施工过程控制关键技术

[目的]针对目前吸力桶基础设计与施工技术还未成熟,缺乏规范性指导文件的现状,对吸力桶施工过程控制关键技术展开专题研究。[方法]以某海上风电场导向架平台基础工程为背景,以实测数据为基础,采用统计分析、数据挖掘、过程回溯反演的方法与技术手段。[结果]详细介绍了吸力桶基础成套安装设备与智能化、数字化控制系统的构成与功能;探讨了导向架吸力桶基础施工过程中的控制参数与控制标准;归纳总结吸力桶贯入/顶升可行性分析计算工况与参数取值方法;提出吸力桶从入泥沉贯到顶升回收全过程每一环节的控制要点与控制方法。[结论]最后以7个四桩导向架吸力桶基础的施工实测数据,说明吸力桶基础施工过程中控制参数的变化特征与控制效果,以供类似吸力桶平台基础设计施工时参考。     

软黏土中张紧式吸力桶基础循环弱化过程分析

采用基于Tresca屈服准则的理想弹塑性模型，结合建议的软土刚度弱化模型，通过编制USDFID子程序，建立描述软土中吸力桶基础循环弱化过程的数值分析方法；针对张紧式吸力桶循环加载模型试验开展三维数值模拟，验证建立的数值方法的合理性，同时分析吸力桶基础的循环弱化承载特性。研究结果表明，该方法能预测吸力桶基础在软黏土中的循环变形和承载能力，描述其荷载-位移曲线的非线性滞回及循环累积特性。增加吸力桶的直径或长度均能一定程度上降低基础刚度的弱化，且在用钢量相同的条件下，相较于增加桶径，增加桶长对循环承载力的提升更为显著。     

排水方式及加载条件对三筒型基础水平承载的影响

以三筒型基础为研究对象,分析吸力筒筒高、加载角度、加载速度以及排水条件对其承载性能的影响。研究表明,在其他3种影响因素不变的情况下,随着筒裙高度的增大,三筒基础的水平承载力提高;不排水条件下,加载速度明显影响筒型基础水平承载力和筒内孔隙水压力,排水条件下加载速度对筒型基础的水平承载力影响有限;加载角度不同,筒型基础的水平承载力最大增加1倍;不排水条件较排水条件可致使水平极限承载力最大增幅达149%。因此,实际工程中,沉放三筒型基础后,宜关闭筒顶阀门,有助于筒型基础保持较好的水平承载能力。     

考虑缺陷的大型风力机塔筒屈曲分析与稳定性设计

介绍了风力机塔筒在多荷载联合作用下临界屈曲荷载的工程算法与有限元分析方法,并以某5 MW风力机塔筒为研究对象,对比分析不同方法得到的临界屈曲荷载。计算结果表明,线性屈曲分析由于未考虑非线性因素的影响,得到的临界屈曲荷载偏大,而非线性屈曲分析与工程算法得到的计算结果相近。根据计算结果得出,相关标准提出的工程算法存在一定的局限性,在实际验算中需采用有限元方法进行辅助分析,同时提出一种考虑初始缺陷的非线性屈曲分析方法。     

砂土中宽浅式复合筒型基础刚度退化试验研究

针对有分舱宽浅式复合筒型基础和无分舱宽浅式复合筒型基础,对2种不同结构形式的基础首先在干砂和饱和砂中进行单向水平加载试验,然后对其进行双向循环加载试验,研究2种不同结构形式的基础的动态承载能力和刚度退化现象。结果表明,分舱板的作用增强了宽浅式复合筒型基础的动态承载能力,提高了复合筒型基础的耗能能力,可延缓筒型基础的刚度退化。     

基质吸力对黄河大堤非饱和土渗透能力的影响

针对测定非饱和土基质吸力计算较难的问题,制作了非饱和土三轴仪测定非饱和土吸力,采用直接与间接法测定非饱和土渗透系数.以黄河大堤险工段饱和一非饱和土为例,分析了基质吸力、含水率及渗流系数问的关系,获得了基质吸力对非饱和土渗透能力的影响,为堤防渗透稳定性评价及预测提供了依据.     

大型水平轴风力发电机组塔筒非线性屈曲分析

以某大型水平轴风力发电机组塔筒为研究对象,通过理论计算和有限元数值模拟的方法,对该塔筒临界屈曲载荷进行计算和分析。研究结果表明经典工程计算屈曲临界值往往偏高,而基于有限元的非线性屈曲分析能够考虑几何非线性和材料非线性等因素,其结果可作为对工程算法的修正,为工程实际提供参考,为塔筒结构屈曲优化提供优化方向和初始参数。     

MW级风电机组钢筋混凝土塔筒稳定性分析

通过理论计算与有限元分析方法,对钢筋混凝土塔筒进行屈曲与稳定性分析.计算结果表明,预应力下的钢筋混凝土最大静应力出现在门洞边缘位置,线性屈曲分析由于未考虑非线性因素的影响,得到的临界载荷偏大,而非线性屈曲分析得到的结果可作为对工程算法的修正.随着风力机功率的增加,塔筒高度也不断增加,深入研究钢筋混凝土塔筒的结构特性,为...     

局部冲刷对复合筒基风电结构体系动力响应影响

建立风力机塔筒-复合筒型基础-冲刷地基的耦合动力分析模型,通过实测数据验证数值模型的准确性.基于已完成的复合筒基地基冲刷试验,在耦合动力模型中实现冲刷地基模型的准确建立,考虑局部冲刷后应力历史对剩余土体参数的影响,分析风力机结构体系的动力响应特征,将计算结果与不考虑冲刷影响的计算结果进行对比.结果表明:地基的冲刷使得风...     

干湿循环条件下裂缝对土体吸力影响的机制研究

受干旱影响,土体会出现干缩裂缝,基质吸力的变化是分析裂缝开展的关键点,而裂缝的产生影响着基质吸力的变化,因此基于室内模型研究了干湿循环条件下不同位置土体开裂情况及对应部位基质吸力的时空演化规律。结果表明,斜坡中部裂缝更易发育,受旱过程中当裂缝存在时顶部土体的基质吸力增长滞后于坝坡中部土体的基质吸力增长;降雨后再干燥时段除底部外土体各处基质吸力受裂隙影响在较短时间快速增大,多次干湿循环后土体裂缝发展形态基本保持不变,此时同一部位基质吸力变化趋势基本相同,而不同部位因裂缝开展差异吸力变化有所不同。根据吸力变化情况绘制出的土水特征曲线反映出不同形态的裂缝存在对周边土体的影响(渗透系数)。研究成果可为维护坝坡稳定提供指导。