波浪荷载作用下海上新型潜式浮式风力机运动特性研究

以适用于中等水深(50~200 m)的新型潜式浮式风力机为研究对象,该风力机基础综合Spar式、半潜式及张力腿(TLP)3类浮式风力机基础的优点,运行时基础主体淹没在水下,具有较小的水线面(如同Spar平台),受波浪影响较小;平台通过张紧式系泊线与海床相连(如同TLP平台),具有良好的垂荡和摇摆运动特性;拖航状态下,浮式平台处于半潜状态,水线面面积大(如同半潜式平台),具有良好的浮稳性。通过分析不同波况下的潜式浮式风力机耦合动力响应得到潜式浮式基础的横荡、纵荡、垂荡及纵摇运动响应,以及发电功率、叶片根部弯矩、塔筒顶部和底部弯矩、锚链张力时程曲线。研究结果表明:波浪对于结构的纵摇运动的影响最为明显,对发电功率、叶片根部弯矩和塔筒顶部弯矩影响较小,对塔筒底部弯矩和系泊线张力影响较大。     

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。     

筒形基础水膜的形成机理与灌浆试验研究

通过模型试验观察筒形基础沉降就位后,筒内水膜形成的机理,提出了向筒内灌浆解决水膜的方案。试验通过配土、设计模型筒基、负压沉贯和筒内灌浆等操作过程,并运用正交方法进行泥浆配比,从土体破坏的角度,对筒基空载与加载不同情况下水膜高度的变化规律进行分析。     

四筒型基础气浮过程自振特性及运动响应研究

针对多筒型基础气浮过程中的动力及运动响应问题,设计了筒间距为2.5倍筒直径的四筒型基础,通过比尺为1∶25的物理模型试验并结合数值模拟的方法,对结构在静水中的自振特性和规则波下运动响应的变化规律进行研究。研究结果表明：建立的数值分析模型能够较好地预测结构静水中自振特性以及波浪中运动响应的变化趋势;随着吃水的增加,该四筒型基础的有阻尼摇荡自振周期呈增大的趋势,而附加质量系数和阻尼比呈下降的趋势,结构摇荡运动的附加质量系数取值在1.4～1.7之间变化;吃水的增加能够改善结构的摇荡运动性能,但是增大了结构的垂荡响应以及接近纵摇角最大幅值的周期范围;水越浅,摇荡运动越大。     

砂土中桩靴插桩对临近筒型基础的影响研究

通过物理模型试验和有限元法研究砂土中风电安装船桩靴插桩对临近筒型基础的影响。首先通过物理模型试验,验证有限元模型的合理性,初步确定桩靴在砂土中贯入的影响范围大致在2.5倍桩靴直径。基于有限元CEL方法进一步研究桩靴和筒型基础的净距与桩靴直径之比（S/D）对筒型基础在位稳定性的影响。结果表明：筒型基础的倾斜率、最大竖向位移以及筒壁应力随着S/D的增大而逐渐减小,插桩过程中,靠近桩靴一侧的筒裙和分舱板应力远大于远离桩靴一侧的筒型基础应力,且筒顶的土压力远小于筒底土压力。     

拖缆长度对筒基平台气浮拖航影响的试验研究

以筒型基础平台为对象,在拖航速度、系拖点以及吃水深度一定的条件下,对不同拖缆长度的拖航组合,采用1:20的模型进行顺浪和逆浪下的拖航试验.通过测定各试验组合拖航过程中平台运动加速度、筒内气压力、筒底水压力以及拖缆力变化,分析得到拖缆长度对筒型基础平台顺浪与逆浪拖航时基本力学参数的影响,进而得出其对平台航向稳定性的影响.分析结果表明,与顺浪拖航相比,逆浪拖航时拖缆长度对平台横荡运动影响较大;合理的拖缆长度有利于缓解拖车与筒型基础平台运动不协调而产生的冲击张力,有利于缓解偏荡;但当拖航长度过大,其纵荡、横荡及垂荡幅度加大,直线航行能力越差,拖航操纵困难.对于该筒型基础平台,在顺浪和逆浪拖航中,拖缆长度为48 m(即3.2倍的平台宽度),平台的拖航稳性和耐波性均最高.     

海上临坡宽浅式筒型基础承载特性研究

采用有限元分析方法,分析砂土中海上临坡大直径宽浅式筒型基础在单一荷载作用下极限状态承载特性和土体破坏特征,复合荷载作用下的基础变形和土压力分布情况。研究表明:筒基竖直极限承载力随坡角和临坡距线性变化,当临坡距大于0.2D时,水平极限承载力折减小于15%。当边坡坡角小于30°时,临坡距离对弯矩极限承载力影响不大。复合荷载作用下,埋深4 m以上临坡侧筒基外壁土压力随临坡距的增加而增加,其余侧壁土压力受临坡距变化影响较小。     

筒间距对四筒导管架基础在砂土中承载特性的影响

导管架吸力筒基础是近年来兴起的一种新型的海上风电基础,目前对其承载特性的研究相对较少。针对四筒导管架海上风力机基础,通过建立不同筒间距的四筒导管架基础有限元模型,研究了筒间距对导管架基础在砂土中极限承载力的影响。研究发现：导管架基础的竖向承载力受筒间距变化的影响不大,而极限水平、抗弯以及抗扭承载力随筒间距的增大而呈现明显的增加趋势。     

分舱板对海上风机混凝土筒型基础承载模式的影响

出于拖航稳性、施工下沉、精细调平及结构强度的原因,混凝土筒型基础筒内须设置分舱板。一般设计时不考虑分舱板对承载力的作用,实际上分舱板的存在对于筒型基础的承载模式和承载能力本身是有一定的影响。通过数值模型定量对比带分舱板和无分舱板两种混凝土筒型基础的承载特性,得到分舱板对承载模式的影响。结果显示带分舱板的基础与无分舱板的基础承载模式基本相似,当荷载较小时分舱板对承载力的作用不明显,因此基础设计时可以不考虑分舱板的作用,但随着荷载的增加,分舱板对承载力的提高作用逐渐显现,当达到极限承载时,基础竖向承载力提高6.9%,水平承载力提高18.3%,弯矩承载力提高16.5%,在极端条件下,带分舱板的混凝土筒型基础将具有更大的安全储备。