人工鱼礁群对单桩基础局部冲刷防护效应的试验研究

为探究人工鱼礁群对单桩基础冲刷的影响,在波流水槽中开展局部冲刷物理模型试验,分析不同波流条件、鱼礁类型、布置方式以及鱼礁群与桩基础距离条件下鱼礁群的自身稳定性及其对桩基的防护效果.结果表明:立方体空心礁相比实心礁具有更好的稳定性,交错布置对桩基础冲刷的防护效果优于均匀布置形式;纯流作用下,人工鱼礁群桩基础冲刷深度的削弱效果随流速的增大而减小;波流作用下,空心礁对桩基础冲刷深度的削弱效果更优;2种礁体的不同平面布置形式对桩基础冲刷范围的削弱程度相近;鱼礁群与桩基础前缘距离的改变影响桩基础冲刷深度和冲刷形态.

海上单桩基础风机土体阻尼校核与预测方法研究

对长期承受动荷载作用的海上风机而言,土体阻尼是影响其疲劳寿命的重要因素之一,不同学者对其考虑方式尚未统一,同时土体阻尼的输入和校核结果间存在一定差异.针对这一问题,本文以江苏黄海某风机工程项目为依托,在ABAQUS软件中建立单桩基础式海上风机有限元计算模型,设计了包含风机结构壁厚、基础埋深、结构密度及土体阻尼等因素的系列计算方案,采用自由振动分析对土体阻尼输入与校核间差异性进行系统研究,并设计正交试验采用极差分析方法进行各因素的影响权重分析,在此基础上基于多参数非线性回归分析提出了综合拟合公式,并给出相应土体校核阻尼预测方法.结果表明:风机土体阻尼校核结果远小于其输入值,仅为后者的2%~15%;校核阻尼与风机结构壁厚、结构密度呈正相关关系,与基础埋深呈负相关关系,但当基础埋深达到8倍桩径后,则基本不再影响校核结果;以上各因素并非线性独立,三者共同作用决定土体阻尼校核结果,其中结构壁厚影响最为显著,其次为结构密度,最后为基础埋深;本文提出的以结构壁厚与校核结果间幂函数为基础的拟合经验公式,其拟合精度良好,可有效模拟各因素与校核阻尼间的关系,同时可为同类型风机土体阻尼校核预测提供数学基础.

海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计研究

常规海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计模型的构建多采用粒子群优化算法。但该算法无法准确计算出海水与单桩基础之间的耦合力,估计准确率较低。对此,提出海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计研究。首先,根据海上风力发电机组与连接单桩基础的基本结构,将单桩基础结构进行断面划分,建立单桩基础结构动力学方程。然后,结合海水域、桩基区域和两者交界处这三个场域,求取海水与单桩基础之间的耦合力,并计算单桩基础的受力值。基于此,采用风力和海浪循环荷载作用下单桩基础的累积应变指数型经验式,构建单桩基础侧向位移估计模型。以某海域NREL 5 MW单桩基础海上风力发电机组为算例,对所提模型进行仿真对比试验。试验结果表明,所构建的模型具有更高的估计准确率,即准确率在98%以上。该模型能够更好地监测和评估海上风力发电机组的结构安全性,及时发现潜在的问题并进行修复或维护。

非均质黏土地基单桩基础水平极限承载力研究

为减少海上风机长期受到风浪流等水平荷载的影响,利用ABAQUS软件建立非均质黏土单桩基础极限承载力有限元模型,利用温度作为虚拟变量以反映非均质黏性土抗剪强度随深度变化的关系,采用生死单元法进行地应力平衡,并比较有限元得到的水平荷载下单桩基础承载力变化结果与离心机试验结果,以验证其准确性。结合刚性桩与刚柔性桩水平极限荷载下土体失效模式,分析不同长径比、土体弹性模量系数、桩土摩擦因数等参数对单桩基础水平极限承载力影响。结果表明:桩体预埋深度增加后,桩体从刚性桩向刚柔性桩转变,土体破坏模式从楔形、旋转破坏转变为楔形、满流和旋转破坏。土体弹性模量系数对单桩基础水平极限承载力影响较小,长径比和桩土摩擦系数对单桩基础水平极限承载力有较大影响。

考虑局部冲刷的海上风电单桩基础侧向承载特性

在当前海上风电单桩基础设计中,通常会忽略局部冲刷坑形态并直接简化为整体冲刷,造成桩基设计偏于保守。针对这一问题,文章采用适用于大直径单桩的双曲线型p-y曲线构建桩-土相互作用模型,引入等效深度的概念,并基于土工离心机试验数据对其进行修正,建立了考虑冲刷坑形态的单桩基础一维简化分析模型。通过与试验结果的对比,验证了模型的合理性。进一步对比分析其它修正模型,探讨了各模型对冲刷条件下单桩基础侧向响应的预测效果,结果表明:局部冲刷主要导致浅层海床的桩侧土反力减小,故合理修正浅层土的p-y曲线是分析受冲刷单桩侧向响应的关键。现有模型由于低估了局部冲刷后浅层海床土的竖向有效应力,导致桩基侧向响应预测结果更接近于整体冲刷模型。

软弱地基中海上风电大直径缩径单桩基础结构设计研究

基于真实设计参数和环境荷载,通过PLAXIS Monopile Designer和SACS软件实现某风场机位的缩径单桩优化设计,并进行结构极限强度、结构变形、自振频率和疲劳分析计算。相比于相同上部尺寸的常规单桩基础,缩径单桩具有较大的泥面转角和水平位移,较低的竖向位移和自振频率,计算结果验证了缩径单桩基础方案的可行性,并可实现节省10.9%的用钢量。

砂性土中海上风电单桩基础水平极限承载力确定方法对比

总结已有的3类单桩基础的水平极限承载力确定方法,分别为极限平衡法、p-y曲线法和定性方法,并结合试验实例研究采用不同方法计算得到的水平极限承载力之间的差异性。结果表明:不同方法求得的结果差异性较大,最大差距可达38.84%。鉴于无统一的方法,以及采用不同方法得到的结果差异性较大,单桩基础的水平极限承载力确定还需要进一步研究。

海上风电单桩基础及风机施工安装概述

本文论述了海上风电单桩基础及风机施工安装的相关问题,对海上风电单桩基础的设计与施工进行了分析,总结了海上风电单桩基础的设计要点和施工技术要求。概述了海上风机施工安装的流程与方法,对风机吊装、塔筒安装、叶片安装、海底电缆敷设等关键工序进行了介绍和分析,为海上风电项目的设计和施工提供了参考和借鉴。

海上风电单桩基础拆除可行性分析

研究中国海上风电单桩基础拆除的技术可行性和经济适用性。基于API RP 2GEO规范计算了不同条件下单桩所需的拆除荷载;参考日本建机调查株式会社经验公式,计算了采用震动锤方案后对侧摩阻力的折减。以工程实例为依托根据中国现有的设备和技术对海上风电单桩基础拆除方案进行了受力计算和经济评估。结果表明,中国现有设备能够完成对海上风电单桩基础的拆除,采用局部拆除方案经济上优于整体拆除方案。研究成果可为中国未来海上风电单桩基础拆除方案制定提供参考,为海上风场退役规划提供依据。

考虑外平台影响下海上风机单桩基础结构地震动力响应分析

随着海上风机单桩基础的广泛应用,分析单桩基础及其附属结构在地震荷载作用下的动力响应具有重要意义。为此,采用ABAQUS有限元分析软件建立了单桩-外平台整体结构模型,采用粘弹性边界法模拟地震荷载施加,分析了地震作用下整体结构的动力响应情况,并探究了外平台对单桩自振特性及响应的影响。研究结果表明:地震荷载作用下,单桩-外平台整体结构的应力最大值出现在工作平台和支撑杆连接处,水平位移最大值出现在顶部工作平台上,牛腿应力和位移相对较小;外平台对单桩的自振频率具有减缓增大的作用,可降低基频,且会小幅度增大单桩基础应力,对单桩基础的稳定工作不会产生较大影响。

大直径单桩基础稳桩平台结构强度分析

针对自升式海上风电安装船/平台自带的抱桩器纠偏载荷较小、传统稳桩平台作业水深有限、均无法满足大直径单桩基础沉桩作业需求等问题,设计一款可适用于大直径单桩基础施工的新型稳桩平台。考虑稳桩平台底部有支撑和无支撑两种情况,采用SESAM软件对其整体结构强度进行计算分析;基于DNV规范,分别采用手工计算校核和ANSYS Workbench软件模拟两种方式,对其主吊耳局部结构强度进行评估。结果表明,新型稳桩平台整体结构强度和主吊耳局部结构强度均满足要求,主吊耳有限元计算应力值较手工校核应力值更大。

海上风电大直径单桩基础水平向承载特性研究

本文针对海上风电大直径单桩基础的水平受力性能进行研究。首先,建立土的动态强化数学模型,其次,分析单桩基础水平向承载力影响因素,最后,对考虑土体弱化的海上风电大直径单桩基础水平向承载特性进行分析。研究发现,大直径单桩基础的水平向承载能力主要受桩径、桩长等因素影响。在循环荷载作用下,基础的刚度衰减呈现一定的规律性,随着循环次数增加,刚度逐渐衰减。

采用固化土防护技术的海上风机单桩基础防冲刷效果数值分析

海上风机基础桩周易发生局部冲刷。固化土防护技术在路基处理、桥墩防护等领域中有广泛应用,并逐步在海上风机工程中开展试点研究。针对江苏省东部某沙脊群海域的海上风电工程项目,使用Flow-3D软件建立恒定流作用下单桩式风机模型。模拟结果与经典试验和经验公式对比,发现无固化土防护的单桩模型能较准确地模拟流场形态并预测最大冲刷深度。此外,固化土防护下的模拟结果与工程现场地形扫测图对比,发现有较好的吻合性。通过对比固化土的保留率和最大冲刷深度,发现固化土的最佳防护半径为2倍桩径。在流速超过4 m/s的流域,固化土防护效果较差,验证了实际工程中通常将固化土的抗冲刷能力设定为能够承受4 m/s的水流冲刷。

海上风电单桩基础冲刷护圈防护性能的数值模拟研究

海上风电桩基普遍存在的地基冲刷问题严重影响风电基础结构的安全,因此有必要对海上风电桩基的防护措施进行深入研究。采用数值模拟的方法,对单向流条件下单桩基础冲刷护圈的防护性能展开研究,在FLOW-3D软件中建立了水流-桩基-海床相互作用数值模型,分析了护圈直径和安装高度两个参数对于冲刷的影响,并根据数值模拟计算结果,给出了安装在护圈防护下冲刷深度的预测公式。研究发现:相同直径的护圈距离床面越近防护效率越高,安装高度为0.04 m时冲刷深度减少50%,安装高度为0 m时的防护效率最高,护圈防护存在失效区域,当护圈距离床面过高时,护圈基本失去防护功能。对于紧贴床面安装的护圈,直径越大,护圈的防护效率越好,护圈直径为0.30 m和0.35 m时,冲刷深度减少均大于50%,但超过一定限度后,随着护圈直径的增加,达到冲刷平衡的时间也相应的增加,但护圈的防护效果几乎没有变化。

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。

单桩基础施工中步进式伸缩梁系统的设计及应用

本文首先从现有单桩抱桩装备的抱桩系统中存在的问题出发,通过第一代步进式伸缩梁系统的设计,成功解决了推力油缸行程小的问题;其次,通过第二代步进式伸缩梁系统的设计,简化了第一代系统的构成,同时解决了推力油缸直接接触单桩的问题,从根本上解决了油缸可能损坏的问题,大大提升了系统可靠性;最后,将步进式伸缩梁系统成功应用在实际工程中,进一步验证了设计的可靠性。

海上风电大直径单桩基础施工技术研究

大直径单桩基础在全球海上风电场中的使用占比超过75%,是最常采用的基础形式。为了解决在复杂地质条件及海况下进行大直径单桩基础施工的难题,对单桩基础施工技术进行了深入研究,主要包含风机基础单桩沉桩、基础冲刷防护和集成式附属构件的安装,重点讨论了施工技术中的难点以及对应的解决方案,可为今后相关的施工作业及研究提供参考。

海上风电大直径单桩基础沉桩施工技术研究

海床地质情况复杂多变,加大了海上风电单桩基础沉桩施工难度。针对江苏省射阳某海上风电项目,为确保单桩基础顺利沉桩,提出了海上抱桩器安装、钢管桩吊装、锤击沉桩施工、终锤及停锤控制等钢管桩沉桩工艺流程。研究成果可为海上风机单桩基础沉桩施工提供参考。

海上风电单桩基础地基加固技术研究

随着全球气候变暖,碳减排势在必行。我国提出碳达峰碳中和目标,持续推进能源结构调整,大力发展可再生能源。海上风电因具有资源丰富、靠近沿海发达地区,就近消纳能力强、发电利用小时数高、适宜大规模开发的特点,成为助力实现双碳目标的重要途径。建设海上风电将为我国能源结构转型升级,促进经济绿色发展,助力我国实现双碳目标具有重要意义。

海上风力发电机组单桩基础有毒有害气体治理的研究

近些年来,我国海上风电得到蓬勃发展。据统计,当前大部分海上风力发电机组基础采用单桩型式,而单桩基础内部底层泥沙中的海洋生物残骸发酵腐败后,生成H2S、CO等有毒有害气体,会积聚在单桩基础底部。随着气体量的增加,通过钢结构缝隙逐渐渗透进单桩基础平台,进而渗透进塔筒一层平台,对作业人员安全和风力发电机组的安全稳定运行造成威胁。文章对海上风力发电机,单桩基础有毒有害气体的处理进行了研究,此研究对单桩基础有毒有害气体的有效处理具有一定的借鉴意义。