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。

导管架式海上风机基础频域疲劳分析

海上风机基础长期受到环境载荷作用,其管节点、过渡段等薄弱部位易产生疲劳破坏,需进行疲劳强度校核。通过有限元软件建立结构模型,参考DNVGL-RP-C203划分结构有限元网格。由AQWA计算波浪载荷,Bladed计算风机气动载荷,使用APDL命令流快速加载、求解并读取结构应力。采用谱分析方法计算载荷单独作用下的结构应力谱,使用谱叠加原理计算风浪同时作用下的结构应力谱,采用Dirlik解析式计算疲劳寿命,完成疲劳校核,并给出优化建议。

导管架式海上风机基础结构优化设计

目前海上风机基础结构存在明显的设计冗余,导致海上风机建造成本过高。为提高经济效益,需要对导管架式海上风机基础结构进行优化设计。该文首先基于海上实测数据对海上风机所处环境载荷进行模拟,得到其时间历程;其次通过有限元方法对平箱梁四桩导管架式海上风机基础结构进行强度校核,发现结构可进行轻量化处理;最后以结构最大平均应力、最大位移和质量为目标响应,通过试验设计(design of experiments,DOE)方法和粒子群算法组合的优化方法,得到结构尺寸对结构目标响应的贡献度和主效应关系,并确定各结构最优尺寸。对海上风机基础结构进行优化设计,能在保证安全的前提下降低建造成本,可为后续海上风机基础结构设计建造提供参数参考。

海上风机基础灌浆连接段压弯性能有限元分析

灌浆连接段在海上风机支撑结构中得到了广泛运用。由于灌浆连接段独特的几何构成,其内部浆体的变形和应力状态难以用试验方式得到。因此,基于已有试验结果,利用有限元软件ABAQUS对灌浆连接段试件在压弯荷载下的力学性能进行了分析。将有限元分析结果与试验结果对比,从试件破坏形态、荷载-位移曲线和钢管纵向应变分布三方面验证了有限元模型的可靠性。基于有限元分析结果,对灌浆连接段浆体及钢管的应力分布和变形进行深入分析,进而得到了灌浆连接段压弯荷载的传递机理。研究结果表明:灌浆连接段主要通过形成灌浆料斜压短柱来将荷载从套管传递至桩管,且钢管的破坏先于灌浆体。

海上风机基础钢结构防腐蚀设计

总结了海上风机基础的腐蚀特点,以及适用于海上风机基础的常用防腐蚀方法。着重分析比较了耐候性要求高的大气区的涂层防腐技术、耐蚀性要求高的浪溅区、水位变动区的涂层防腐技术和包覆防腐技术。建议风机基础防腐蚀设计采用考虑整个建设和运行期的全寿命周期设计,并阐述了相关设计要点。可供海上风电场选择防腐蚀设计方案参考。

海上风机基础极限状态分析及规范对比研究

以某海上风电场单桩风机基础为例,首先采用海上风电基础设计计算软件FDOW和海洋工程结构分析与设计软件SACS分别对其基础结构建立有限元模型,并根据DNV GL相关规范要求,进行极限状态组合和分析。将不同软件计算的各土层p-y曲线和桩体弯矩值分布进行对比。最后,采用多种规范如API-LRFD(荷载与抗力分项系数)、ISO19902(质量体系生产安装和服务的质量保证模式)以及GB 50017(钢结构设计规范)等对桩体结构进行校核与对比,得到的结论可为海上风机基础结构设计提供参考。

海洋污损生物对海上风机基础的影响

根据福建不同海域的水文地质条件,使用结构分析软件SACS对导管架、高桩承台和单桩基础等3种海上风机基础型式进行静力和动力分析,研究海洋污损生物产生的不同附着厚度和表面粗糙度对基础结构的影响。结果表明:海洋污损生物主要通过增加杆件直径、质量和拖曳力因数影响海上风机基础结构;平均附着厚度和表面粗糙度是2个主要指标;水动力载荷、内力和位移均随平均附着厚度的增加而增大,随表面粗糙度的增加先增大后趋于稳定;频率随平均附着厚度的增加而减小且几乎不受表面粗糙度的影响;海洋污损生物对水动力载荷的影响最大。

冰区海上风机基础设计中的冰荷载研究初探

冰荷载参与组合的工况往往成为冰区海上风机基础设计的控制工况。通过对冰荷载计算方法、冰激振动研究、冰振疲劳分析和抗冰结构设计的相关介绍,明确了海上风机基础设计中开展冰荷载研究的必要性,为海冰作用对基础设计的影响评估提供了理论依据和技术路线指导。

海上风机加翼桩基础水平承载性能分析

利用有限元软件分析加翼桩水平承载规律。在此基础上讨论了翼片长度、宽度以及埋深对其水平承载能力的影响;从提高水平承载性能和节约用钢量两个角度共同考虑,改进了翼片效率指标公式,利用该公式优化翼片尺寸;研究了水平荷载加载高度、方向以及竖向荷载对加翼桩水平承载力的影响规律。结果表明:翼片尺寸和埋深是影响加翼桩水平承载性能的关键因素;矩形翼片最优宽度为0.6倍桩径、最优长度为4倍桩径;荷载作用高度增加会降低加翼桩水平承载力;45°方向水平荷载作用下,加翼桩水平极限承载力最小;均质粘土地基中,竖向荷载的存在会影响加翼桩水平承载性能的发挥。

基于时域载荷的海上风机基础结构疲劳分析

对某5MW大型海上风机基础结构进行了疲劳分析,探讨了湍流风载荷时间历程和不规则波浪载荷时间历程计算方法,考虑风和浪对应关系,将载荷在时域内叠加,解决了风浪对结构的耦合作用问题.在此基础上,给出了一套基于疲劳时域载荷叠加法的海上风机基础结构疲劳分析方法.通过对该5MW海上风机基础结构进行疲劳损伤分析,验证了该方法的可行性与优越性.

桩土参数对海上风机基础结构动力特性的影响分析

基于风机基础结构的动力学响应模型,考虑桩土相互作用对海上风机桩基础结构力学特性的影响,进行了主要桩土参数对基础结构动力响应的敏感度分析研究。结果表明,桩土参数对结构动力响应有显著影响,不同参数对于结构动力响应的敏感度不同,不同土壤的同一参数对于结构的动力响应敏感度亦不同。并给出了全粘土、全砂土、半粘土半砂土3种地基模型中参数敏感度大小排序,对海上风机基础结构的设计具有重要指导意义。

海上单桩风机基础破碎波载荷及其动力响应

破碎波冲击载荷是极浅水固定式风机基础设计中不可忽略的载荷,但工程实践中对其评估方法并不成熟。本文介绍了海上固定式单桩风机基础在破碎波作用下的准静力和时域冲击力的计算原理和方法,以实际案例为基础,对于不同规范方法计算的破碎波冲击力进行了对比,采用SACS软件进行破碎波冲击载荷下的动态响应分析,给出了若干结论和建议,可为同类型项目的结构设计提供借鉴。

随机荷载组合作用下海上导管架基础结构的动力响应分析

在导管架动力学分析中,开展了不同随机荷载组合作用下的导管架动力响应特性研究。基于AR线性滤波法和随机波浪理论及P-M谱对于风速和水质点速度、加速度进行模拟,从而计算得到塔筒所受风荷载与结构所受波流荷载,基于线性叠加法和Turkstra法对随机荷载进行组合,进行不同组合作用下的导管架基础结构的动力响应分析,对塔筒顶部位移及导管架基础顶部位移、加速度进行对比。研究结果表明,海上导管架基础结构在随机风与最大波流荷载的组合作用下,塔筒顶部和导管架基础顶部的动力响应最大,塔筒所受风荷载取值对于结构的动力响应影响较小,可进行简化处理,波流荷载对于结构的影响很大。

基于风险分析的海上风机基础安全性评价研究

海上风机基础是海上风机的重要组成部分,提出有效可行的方法评价海上风机基础的安全性意义重大。论文分勘察阶段、设计阶段、施工阶段和运营阶段详细阐述了影响海上风机基础安全性的有害因素。论文结合海上风机基础风险事故,提出了基于综合风险矩阵法和模糊层次综合评价的海上风机基础安全性评价方法,从而减小安全性评价的主观性,更加准确、定量地评价海上风机基础安全性。详细介绍了本文提出的安全性评价方法流程,简述了评价标准以及接受准则,并根据工程实例,建立层次分析模型,构建模糊关系矩阵,综合分析海上风机基础安全性。论文通过实例分析,验证本文提出方法的可行性及实用性。

海上风机加翼单桩基础承载性能研究

加翼单桩基础是一种新型的海上风机基础.为了分析翼板对加翼单桩基础承载性能的影响,利用ABAQUS建立有限元三维模型,对比分析同桩长及同钢量的普通单桩基础与加翼单桩基础的水平、竖向及弯矩承载性能,并且探讨不同加载方向、土体弹性模量和摩擦系数的设置对加翼单桩基础承载性能的影响规律,为加翼单桩基础的设计和推广应用提供技术支撑.结果表明:翼板能够使基础刚度增加,显著降低基础的水平位移及沉降,提高整体的承载能力;增加入土桩长改善桩基承载性能的效果比增设翼板更明显;30°的水平加载方向最能增益四个翼板对基础水平承载能力的贡献;土体弹性模量的改变对加翼单桩基础的桩身变形影响十分显著.

海上风机复合筒型基础负压沉放调平

复合筒型基础是一种巨型宽浅式负压沉箱基础,其筒内设置分舱以对托航、沉放、调平等进行控制.渗流与负压是筒型基础重要的研究内容,而目前尚未发现对复合筒型基础的相关研究.针对复合筒型基础,通过数值模型研究了其沉放调平渗流特性,以出口水力梯度为控制条件,建立了均质砂土中临界负压计算公式,并与无分舱板情况进行比较;最后分析了土质分层和渗流'反作用'对渗流场的影响.结果表明:分舱板使筒型基础沉放临界负压降低约10%,调平临界负压随倾角迅速下降;分层土体中相对渗径变长,临界负压增大,不容易发生渗透破坏;渗流使筒内土体疏松,渗透系数变大,造成内侧土体中水力梯度减小,对土体渗透稳定起到保护作用.

海上风机单桩基础疲劳损伤计算方法

为提高海上风机基础疲劳损伤计算的准确性,评价不同计算方法的适用性和影响,以海上风机单桩基础为例进行疲劳评价,建立全时域的动力分析模型和基于功率谱密度函数的频域疲劳损伤计算流程,研究气动阻尼比取值、风与波浪联合作用、应力幅概率分布模型对基础疲劳损伤的影响.结果表明:基础疲劳损伤受气动阻尼比影响突出,风致疲劳损伤对气动阻尼比的敏感性大于浪致疲劳损伤;由于风与波浪联合作用对基础的疲劳损伤有较大影响,简单叠加风致疲劳损伤和浪致疲劳损伤得到的结果较风与波浪联合作用时偏小;确定合适的应力幅概率分布模型十分必要,频域法中采用Dirlik模型得到的风致疲劳损伤和采用快速傅里叶逆变换(IFFT)的浪致疲劳损伤分别与时域法的结果相近,但叠加的总疲劳损伤小于风与波浪联合作用时的总疲劳损伤.

浅析台湾海峡岩基海床海上风机嵌岩八桩承台基础的优化

本文针对台湾海峡复杂的海洋水文气象及特殊的地形地质条件等特点，以岩基海床海上风机嵌岩八桩承台基础为研究对象，对其基础施工工效、钢管桩嵌岩方式及钢管桩参数进行分析，并从静强度、动力模态、基础施工工效及投资等方面分别对嵌岩八桩承台基础优化的可行性进行对比分析，认为从基桩数量进行优化的方案切实可行，并成功将优化方法应用于该海域海上风电项目建设中，为海上风电基础结构设计提供指导。

高桩承台在福建海上风机基础的应用

该文针对福建目前海上风电发展情况及工程海域特点,结合工程实例,以高桩承台基础方案为研究对象,通过承台不同底高程方案的波浪荷载、桩基础静力计算、整机动力模态计算、防撞设施布置和施工难易程度等对比分析,认为高桩承台基础方案可做为福建20 m水深以内海上风电场风机基础的推荐方案之一。