海上漂浮式综合发电平台设计

针对海岛区域的孤立性、海上环境的复杂恶劣性以及波浪发电的不稳定性,结合风能、太阳能、潮汐能及波浪能发电的特征,提出一种新型的海上漂浮式综合发电平台,该平台可以综合利用风电、太阳能、潮汐能、波浪能等能源,同时还可以为海岛提供大型养殖网箱。

远海漂浮式海上风电平台用动态海缆的发展

漂浮式海上风电平台用动态海缆作为浮式风机与静态海底电缆间的连接设备,是实现近远海风能资源开发、远距离输送以及规模化利用的关键装备。文中按照动态海缆系统的开发脉络,从动态海缆"干式"与"湿式"结构对比、抗水树绝缘材料开发、电缆附件相关技术、动态海缆失效因素、试验方法以及工程应用等方面,全面综述了动态海缆的技术发展现状。特别针对"湿式"结构动态海缆用抗水树绝缘材料的测试方法、动态海缆系统试验标准等热点问题进行了分析,提出了目前动态海缆开发中亟待解决的问题,包括研究抗水树绝缘材料长期老化行为及机理,开发更高电压等级抗水树绝缘材料,优化附件结构及制造工艺,探求电缆系统联调测试技术,完善国标海缆相关规范与标准等。该研究可为中国动态海缆设计、关键材料开发、装备制造工艺和试验技术完善等相关方面提供参考。

基于AQWA的新型10 MW浮式平台运动响应分析

随着海上风机由近海进入深海,低功率的风机不再满足海上发电需求,需要设计出新的海上浮式平台来支撑更大功率的风机。基于频域与时域的分析方法,运用AQWA软件,对一种新型10 MW浮式平台在风、浪、流联合作用下的水动力性能进行研究。通过对不同浪向角下幅值响应算子(RAO)、附加质量、运动响应以及系泊张力的计算,结果表明,平台垂荡、横摇和纵摇的固有周期可以有效避开海上波浪能量集中的周期范围;在极限工况下纵荡、纵摇以及垂荡的最值分别为16.83 m、11.81°以及-6.213 m,说明有着良好的运动性能;系泊缆的安全系数为1.92,于允许安全系数1.67,能够保证平台安全运行。

面向深远海的新型海上风力机浮式平台水动力性能研究

针对目前海上风机浮式平台现阶段技术瓶颈问题,结合经典半潜式平台与单柱式平台的结构特点,提出面向深远海的新型海上风力机漂浮式平台设计方法,设计了一种具有倾斜侧柱的全潜式浮式风机平台。基于NREL 5MW风力机上部机型参数,对提出的新型浮式平台进行参数优化设计。在此基础上,基于考虑结构全耦合效应的一体化数值计算方法,进行了考虑风剪切、波浪、海流的海上浮式风机水动力响应研究,对比分析了新型浮式风机、半潜式风机与单柱式风机在不同波浪入射角以及波浪频率下的水动力性能。结果表明:基于海上风力机漂浮式平台设计流程可设计出水动力性能优秀的海上浮式平台,新型浮式平台相较于半潜式平台能够明显降低垂荡峰值与其对应波浪频率,降低发生垂荡共振的可能性。此外,不同浮式平台方案的共性结论表明风机运行中应尽量保证波浪正向流入,对于避免侧向产生过大波浪力有利。

钢-混凝土组合结构在海洋工程中的应用研究（英文）

海洋工程建设是我国海洋强国战略实施的重要基础和保障。相比陆地工程,海洋工程面临更加复杂苛刻的建造环境和条件,其设计、建造、施工难度通常更大,因而对结构工程提出了新的挑战。钢-混凝土组合结构由于充分利用钢材和混凝土各自性能优势,扬长避短,优化组合,具有显著的性能优势和综合经济效益,在海洋工程中拥有广阔的应用前景。本文从跨海桥梁、海底沉管隧道和海上浮体平台三方面综述了清华大学组合结构研究团队近年来在海洋工程组合结构研发和应用方面的工作:1)提出了新型抗拔不抗剪连接技术,并与传统支座升降、预应力、施工工序优化等技术结合,形成跨海连续组合梁桥负弯矩综合抗裂技术,与现有预应力抗裂方法相比具有显著的施工和运维成本优势,与混凝土结构相比具有明显的抗裂性能优势。这一新技术将极大提升结构的耐久性,已经在大连湾跨海大桥的结构设计中得到应用,为组合结构跨海桥梁的推广应用提供了有效的技术支撑。2)研发了适用于跨海多塔斜拉桥的新型双钢板-混凝土组合桥塔,从界面连接和结构整体受力性能两个维度开展研究。结果表明,其在开孔板连接件的作用下可以实现钢与混凝土的协同工作,与纯钢结构和混凝土结构桥塔相比有更高的承载能力、刚度和延性。同时钢板可兼作混凝土模板,提高施工效率,混凝土对钢壳的约束作用也解决了纯钢结构易局部失稳的问题。新型组合桥塔已在南京长江五桥工程中得到应用,刚度、承载力等关键性能指标的显著优势有助于新型组合结构桥塔在未来跨海多塔斜拉桥工程中得到进一步的推广与应用。3)提出了适用于海底沉管隧道的隔舱式双钢板-混凝土组合结构,揭示了其抗弯、抗剪和型钢连接件性能,提出了相应的设计方法。结果表明,相对于传统钢筋混凝土结构,组合结构尺寸小,承载能力强,抗震适应性好。双钢板既可作为混凝土模板,也可起到受力与防水的多重作用。除此以外,该结构施工便捷,尺寸不受加工设备限制,预制厂地要求低。该成果已在深中通道沉管隧道段得到应用,是未来跨海隧道的重要发展方向。4)研发了海上超大型钢-混凝土组合结构漂浮平台,将其应用于海上超大型浮式平台的建设,基于水弹性响应及结构强度分析,对大型钢-混凝土组合箱式浮体平台进行了案例设计和分析。结果表明,其可在提高结构防火、抗爆、抗冲击性能的基础上,增强构件的稳定性及耐久性,显著减小结构用钢量,同时组合浮式平台不用设置加劲肋,设计和施工便捷,维护成本低,具有良好的发展前景。研究与实践表明,组合结构由于其灵活多样的结构形式,即使面对海洋工程复杂苛刻的荷载环境条件和使用功能需求,也能发挥其性能优势,解决工程难题。本文所提出的新型组合结构体系具有较为显著的性能优势,取得了令人满意的综合经济效益,为海洋工程建设提供了崭新的思路和选择,有力地推动了组合结构在海洋工程中的应用。目前,组合结构在海洋工程中的应用仍处于起步阶段,尚需在复杂荷载响应分析、高性能新材料应用、结构形式多样性和适用性等方面进一步开展深入研究。