软岩地基中新型倒肋式风机基础力学性能有限元分析

目的 提出一种新型倒肋式风机基础,解决软岩地基中采用梁板式风机基础带来的挖方量大、模板支设繁琐、施工成本高、周期长等问题。方法 以2.5 MW风机为例,采用ABAQUS有限元分析软件,建立相同尺寸的倒肋式与梁板式风机基础模型,对比两种基础在极端工况下的倾斜率、水平位移、破坏特征等,并结合挖方量、模板工程量对两者的经济性进行分析。结果 倒肋式基础的水平位移为0.444 mm、倾斜率为0.012 1%,均满足规范要求;倒肋式基础的肋梁受力特征与悬臂梁相似,在基底反力作用下肋梁与墩台连接处承受的剪力及弯矩较大,容易开裂破坏,可通过增加肋梁截面高度改善;倒肋式基础相较于梁板式基础土方挖量可节省54%、模板工程量可节省48%。结论 倒肋式基础充分发挥出了倒置肋梁与软岩地基之间齿槽嵌固的优势,相较于梁板式基础不仅具有更优的抗滑移稳定性和受力性能,而且减少了挖方和模板工程量,经济效益显著。

锚杆倒肋式风机基础受力性能的数值模拟

为了解决风机基础施工成本高、施工难度大等问题,提出了一种新型锚杆倒肋式风机基础。利用有限元分析软件ABAQUS对该新型风机基础与传统梁板式风机基础在极端运行荷载工况下的混凝土应力、钢筋应力、基础位移以及基础倾斜率进行数值模拟分析,并进一步讨论二者的混凝土用量、钢筋用量、土方开挖量。结果表明,锚杆的添加以及倒肋的结构设计使锚杆倒肋式风机基础的受力性能、经济性等方面明显优于传统梁板式风机基础,具有较好的应用前景。

四浮筒半潜式海上风机基础水动力性能分析

参照三浮筒式OC4半潜式风机基础,设计了四浮筒式浮式风机基础。建立三浮筒式OC4半潜式风机基础与四浮筒式浮式风机基础水动力模型,利用AQWA软件分析四浮筒式浮式风机基础相关水动力参数,并将四浮筒式浮式风机基础与三浮筒式OC4半潜式风机基础进行不同工况下的时域分析对比,探究两者间性能差异。结果表明,四浮筒式浮式风机基础具有良好的水动力性能,相较于三浮筒式OC4半潜式风机基础,其在纵荡、横荡、纵摇、艏摇4个自由度方向上的运动响应以及缆绳张力方面存在优势。

海上风机基础定位吊装系统研发及应用

为了提升海上风机“先桩法”导管架基础的施工效率,减少安全事故发生的可能性,研发了海上风机基础定位吊装系统,该系统包含:形象进度模块、三维模型展示模块、视频监控模块、基础结构物监测模块,通过对导向平台及导管架(后统称为结构物)上传感器实时传输数据的相关理论计算及可视化,实现对风机基础吊装施工全过程的定位、监控,以指导施工过程有序、快速地进行。该系统成功运用于粤电阳江沙扒海上风电工程项目。吊装过程中结构物平台上的倾角角度始终在3°以内且最终达到稳定时小于0.2°,满足倾斜度0.5%以内的要求;GNSS定位数据异常值较少,不影响整体判断结构物的位置,且最终GNSS测值均趋于目标坐标。应用结果表明:在该系统辅助下,基础结构物吊装过程平稳且高效,能够实现基础结构物吊装厘米级定位精度。

调谐多液柱阻尼器对浮式风机基础的减摇特性研究

建立调谐多液柱阻尼器(TLMCD)与浮式基础的缩尺模型,在水池内开展试验,研究规则波激励下TLMCD对浮式基础纵摇运动响应的控制效果;同时利用OpenFOAM建立数值模型并进行验证,从流场、水动力载荷、浮体运动姿态和阻尼力做功等方面,分析TLMCD与浮式基础耦合的作用机理。结果表明:TLMCD在共振激励下的减摇效果最佳,2%质量比的液体可以降低浮体在共振激励下最大纵摇响应的10.84%~18.53%,在0.9<T/T0<1.1范围内TLMCD能实现至少7.32%以上的减摇效果;共振条件下液舱晃荡产生的水动力做正功的时间占比为89.52%,液柱内液体的晃荡周期性为浮体提供反向的阻尼力矩。

叶片质量不平衡下风机基础的疲劳性能

为探究基础环式风机基础在叶片质量不平衡时的疲劳性能,文章通过重构风力发电机组叶片质量不平衡模型推导了附加载荷,基于谐波合成法理论对脉动风速谱做单点模拟以计算风电机组气动荷载等基本运行载荷,并以实际工程为例建立了风机叶片—塔筒—基础一体化有限元模型,计算了结构自振特性和基本运行载荷与附加载荷共同作用下的载荷响应。结果表明:风机叶片质量不平衡程度加深会导致基础结构的应力集中现象,加剧应力幅增加,进而影响结构的疲劳性能与寿命;结构中混凝土的受力特性受影响较大,钢筋笼次之,基础环最小。

深远海大兆瓦级半潜式风机基础运动特性数值模拟及试验研究

针对水深百米以上的深远海浮式风电开发需求,本文面向可搭载大兆瓦级(15 MW)风机的新型半潜式风机基础的运动特性展开研究。利用AQWA软件建立了该基础与系泊系统的数值模型,基于南海实际海况确定了风机塔筒的载荷,并开展了缩尺比为1∶64的水池模型试验,验证了数值模型计算的准确性;基于验证的数值模型分析了新型风机基础在南海恶劣海况下的运动特性及系泊张力,发现该新型风机基础的运动极值和系泊张力均满足规范要求。相同海况下,新型风机基础与经典半潜式风机基础OC4-DeepCwind(三浮筒平台)的运动性能及系泊缆张力对比结果表明:发电工况下,新型风机基础的垂荡和倾角的极值较三浮筒平台的分别下降62.8%和81.3%;停机工况下,垂荡和倾角的极值则分别下降46.1%和41.4%,充分说明该新型风机基础具有优越的运动性能;而在停机工况下1、2号缆系泊张力最大值分别下降17.4%和9.6%,大大降低了系泊系统的设计难度。研究结果为中国深远海浮式风电开发船型的选择提供了借鉴。

基础环式风机基础周期荷载损伤特征分析

基础环式风机基础的损伤累积破坏影响风力机系统的安全运行。针对基础环式风机运行过程中基础混凝土损伤问题,以内蒙古某49.5MW风电场为例,利用ABAQUS有限元软件建立风机基础混凝土损伤模型,对比分析了静力荷载工况与周期性荷载工况下基础混凝土损伤变化规律。结果表明:静力荷载工况下,基础主要产生拉伸损伤,受压性能稳定,钢筋骨架未达到极限状态;相较于静力荷载,在周期性荷载作用下,拉伸损伤区域增大3倍,竖向扩展增加3倍,压缩损伤面积扩展2倍,位移量增加1.6倍,钢筋应力增大0.5倍,有助于解释周期性荷载作用下基础的损伤行为。

基于PC-Kriging模型的极端环境下海上风机基础可靠性分析

为研究基础结构的材料属性和尺寸对单桩式海上风机基础可靠性的影响,提出基于PC-Kriging模型(Polynomial-Chaos-based Kriging,PC-Kriging)和蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS)方法,结合IEGO学习函数建立的单桩式海上风机基础可靠性分析模型,并通过算例验证了该方法的精确性。以50年重现期的海况为极端环境,考虑材料密度、弹性模量和桩腿壁厚的不确定性,进行单桩式海上风机基础在塔筒顶部位移和应力控制两个失效因素下的可靠性分析,并进行全局灵敏度分析。分析结果表明,单桩式海上风机基础失效概率为8.4×10-3,材料密度对可靠性影响可以忽略不计,而材料弹性模量和桩腿壁厚对可靠性影响较大。

基于AHP-模糊综合评价的海上风机基础状态评估

为掌握服役时期的海上风机基础状态并对海上风机基础状态进行评估,提出一套结合故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)法、层次分析(Analytic Hierarchy Process,AHP)法和模糊综合评价法的海上风机基础状态评价模型。针对导管架式海上风机基础,考虑海洋腐蚀和海底冲刷,通过p-y曲线法模拟桩-土相互作用,在风浪流载荷的作用下进行动力响应分析,采用故障树对其失效模式进行分析,确定评价指标,构造判断矩阵计算指标权重,运用模糊综合评价法对各指标和整体进行评价。该模型结合各评价方法的优点,使评价结果更有说服力,可为海上风电场运行维护管理提供技术参考。

预应力岩石锚杆风机基础地基承载力与锚杆抗拔力验算

地基承载力和锚杆抗拔力满足要求对于确保预应力岩石锚杆风机基础的安全性和稳定性至关重要。本文以某风电场项目为例,对于设计的预应力岩石锚杆风机基础进行地基承载力与锚杆抗拔力验算。验算结果表明:该预应力岩石锚杆风机基础的地基承载力小于1.2倍修正后的地基承载力特征值,满足要求;杆体抗拉验算、微桩的砂浆和锚杆间粘结验算、微桩和岩体之间的粘结验算以及岩体倒椎体抗剪验算均满足要求,该预应力岩石锚杆风机基础的锚杆抗拔力满足要求。

筒承式风机基础设计分析

山区复杂地形风电场工程,在保证边坡稳定和风机运行安全的前提条件下,为减少开挖工程量,实现对环境的最少破坏,提出了筒承式这一新型风机基础结构形式。本文研究了筒承式风机基础概念设计与受力特点,基于CFD技术精细化分析了筒承式风机基础上侧边坡高差影响,研究了筒承式风机基础主要控制标准及荷载,采用有限元分析方法进行结构承载力分析,提出了施工期间按基础强度分段施工的方法。按照强度折减系数法等方法研究基础与岩土地基协同作用与变形。经对比分析,筒承式风机基础和风机平台综合效益明显。

基于粒子群优化的小波神经网络算法及风机基础监测应用

安全监测是大型风机建筑物的健康保障。由于风机往往处于复杂环境,对其基础的沉降监测和预报非常重要。而传统预报方法存在精度低、可靠性差等局限性。以某风机基础多期沉降监测数据为例,给出15台风机基础各18个监测点的竖向位移。同时,利用粒子群算法对小波神经网络进行全局参数寻优,建立风机基础的竖向位移预报模型。结果表明,基于粒子群优化的小波神经网络算法的预报精度比传统灰色模型方法和小波神经网络方法分别提高22.9%和4.4%。

带约束构造剪力键的插筒式风机基础环的刚度和承载力及影响因素研究

针对插筒式风力发电机基础在长期风荷载作用下出现的界面脱开、周边混凝土被压溃、塔筒周边泛浆以及穿孔钢筋疲劳剪断等问题,提出一种带约束构造剪力键的插筒式风机基础环并进行缩尺模型静载试验,并利用ABAQUS对试验构件进行有限元分析,同时讨论了外包混凝土直径、混凝土基座厚度及基座混凝土强度等级等参数对其承载力和刚度的影响。研究表明:有限元模型与试验吻合较好,外包混凝土直径和混凝土基座厚度对其承载力和刚度的影响较大,基座混凝土强度等级对其的影响较小。

基于多波束方法对海上风机基础冲刷状况监测

为了解吸力筒型基础在风机运行过程中的冲刷情况,指导防冲刷作业开展。通过多波束测量方法对广东某风电场3台吸力筒风机基础冲刷状况进行了监测,并将一年内4次多波束测量数据进行对比分析,得出3台吸力筒风机基础详细的冲刷变化情况。结果表明,在风浪流作用下3台筒型基础冲刷情况整体较小,可暂不采取防冲刷措施。提供的监测数据和分析方法旨在为海上风机基础冲刷防护处理和安全性评估提供数据支撑。

湿陷性黄土地区风机基础施工质量控制

本文研究了湿陷性黄土地区风机基础施工质量控制,分析湿陷性黄土地区风机基础的主要特性,有效控制风机基础施工质量。基于湿陷性黄土地区的地质条件与工程概况,设计施工技术准备的原则、供电、供水的保障措施以及混凝土浇筑;通过控制混凝土裂缝与温度最终实现风机基础施工质量控制。实验表明,该方法能够缩短施工周期,降低工程量与工程投资,缩短工期,增加桩基的竖向承载力。

风机基础倾斜简化计算方法

风电机组运行时产生较大的弯矩,风机基础底部会出现较大的附加应力为负的区域,GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》附录K仅给出了圆形面积上均布荷载和三角形荷载作用下的附加应力系数。为此,论文以某风电项目为研究对象,分析了基底附加应力分布图,提出一种将不规则的附加应力区域简化为矩形区域的办法,从而可以通过查询角点附加应力系数计算沉降变形和倾斜率。

基础不均匀沉降对插环式风机基础受力性能的影响研究

【目的】研究基础不均匀沉降对插环式风机基础受力性能的影响。【方法】以湖南某风场2.0 MW插环式风机为例,建立Abaqus模型,在塔顶施加正常运行工况、极端运行工况及疲劳工况荷载,设定基础倾斜度值,分析基础受力特性与应力分布情况。【结果】在正常运行及疲劳工况荷载作用下,基础不均匀沉降对基础受力性能影响较小,在极端运行工况荷载作用下,基础不均匀沉降使基础混凝土应力分布呈沿环向发展规律,对基础受力性能影响显著。【结论】基础不均匀沉降使风电机组塔顶侧移及倾覆弯矩显著增大,对基础混凝土受力性能产生不利影响,尤其是在极端运行工况下。因此应进行定期巡检,确保基础沉降不超规范限值。

不同位置施工冷缝对风机基础力学性能影响的研究

风机基础主要承担风电机组、塔筒等上部结构的荷载,风电机组基础设计规范要求基础混凝土应一次浇筑成型。风机基础的结构特点和所处环境造成其施工质量控制难度大,基础混凝土浇筑过程中极易出现施工冷缝等质量缺陷。基于非线性有限元数值分析方法,建立多种风机基础混凝土弥散裂缝模型,采用界面单元模拟水平施工冷缝,分析不同位置的水平施工冷缝对风机基础结构力学性能的影响。数值分析结果表明:施工冷缝会削减结构的受力性能,当施工冷缝位于风机基础台柱以下时,会导致正常使用极限状态下基底脱开率超过规范允许值,随着冷缝位置向基底移动,基础脱开率呈现先增大后减小的变化趋势;此外,施工冷缝会造成基础整体刚度下降、裂缝增大且超限裂缝明显增多。

预应力锚栓风机基础环形局压承载力研究

基于预应力锚栓风机基础中的局压应力在现行规范中没有给出对应的计算公式这一事实,论文阐述混凝土的套箍强化理论,介绍预应力锚栓风机基础常见的配筋设计体系,利用套箍理论分析求解,给出风机基础的环形局压承载力计算公式的建议方法。