陆上风电装配式基础结构研究综述

陆上风电结构的基础通常采用现场浇筑混凝土的施工方式,效率低,污染大,质量难以保障,不利于风电产业的高质量发展。装配式风电基础结构采用了标准化设计、工厂化生产的建造方式,能大幅缩短风电场建设周期,有效保障基础质量,并减少对环境的污染,是风电转型升级和降本增效的重要举措之一。搜集、整理和归纳陆上风电装配式基础结构及研究现状,针对风电装配式基础结构的特点,总结了梁板基础、多足基础等6类主要的风电装配式基础结构形式,并对每种形式的特点、研究现状做了详细的分析,列举了部分国内外应用装配式基础的陆上风电场项目。结果表明:陆上风电装配式基础结构需要进一步完善设计依据,优化结构形式,形成全寿命设计理论与性能控制方法,以支撑风电结构高质量发展。

风浪作用下海上风电结构动力响应数值仿真

为了能够更好利用海洋资源,提高发电效率,提出了风浪作用下海上风电结构动力响应数值仿真方法。建立波动力平衡方程获取海波谱,计算出风场平均波高与周期。利用离散频谱逼近目标随机过程,用互功率频谱密度矩阵求拟脉动风场的风速时程曲线,将平均风速和谐波叠加风速相加,得到单位高度风荷载。按照拟层流风波产生机理,构建波浪谱模型,采用莫里森公式计算结构波浪荷载,考虑风浪间的相关性,将波浪参数代入风浪谱,得到风电结构响应数值。通过仿真得出在不考虑波面高度变动的情况下,波面力在波峰处被低估,在波谷处被高估,波面高度的变化会对风电结构动态响应产生一定影响,得出结果可以为保障电能效益提供参考。

《新能源结构风工程》专栏征稿简则

新能源发电是优化能源结构,解决能源危机,促进节能减排,实现“双碳”目标和可持续发展的重要途径之一。风电光伏等新能源结构发电均需要具备大规模的开阔场地条件,一般建设在我国西北沙漠、戈壁、荒漠地区以及沿海、滩涂与海面上,因此风荷载成为新能源结构的主要控制荷载。

基于CNN-GRU并联网络的海上风电支撑结构损伤识别

利用振动响应和深度学习进行结构损伤识别时,会遇到需要较多测点数据、损伤识别准确率不高以及网络容易发生过拟合等问题。为此,提出了一种基于卷积神经网络-门控循环单元(convolutional neural networks-gated recurrent unit,CNN-GRU)神经网络并联网络的结构损伤识别新方法。首先,对响应信号进行广义S变换(generalized S-transform,GST)得到其时频图像。然后,分别利用CNN和GRU从时频图像和响应信号中提取时频域特征和时序特征,并将时频域特征和时序特征拼接后输入全连接层和Softmax分类器中进行结构损伤识别。位移激励下的海上风电支撑结构模型试验数据验证结果表明,该方法仅需要一个测点的响应信号,与其他同类方法相比具有更高的识别准确率和效率。

波浪荷载对海上风电筒型基础结构振动响应的影响

以混凝土弧线段为过渡段的宽浅式筒型基础所受的波浪荷载较大,易对整个海上风电结构体系的振动响应产生影响。针对某海上风电筒型基础结构,文章基于现场实测数据构建了整机有限元模型,通过数值模拟方法分析波浪荷载对海上风电筒型基础结构塔筒顶部振动响应的影响。结果表明:在风机运行过程中,由风荷载所引起的塔筒顶部的振动响应较波浪荷载所引起的响应要大;在浪高较小工况下,相较风荷载,波浪荷载的影响可以忽略;波浪荷载对风机塔筒顶部振动响应的影响随着外界风速及浪高的增大而增大,其对塔筒顶部振动位移响应的影响比振动加速度大。

测风激光雷达对孤立雷暴引发湿下击暴流的结构分析

为了揭示中γ尺度孤立单体雷暴引发的下击暴流的风场结构及成因,采用多源数据结合的方法着重分析了激光雷达资料,对2022-06-25发生在乌鲁木齐机场跑道入口端的一次湿下击暴流进行了结构场剖析,取得了能够表征下击暴流发生发展过程的数据。结果表明,本次过程发生在西北气流控制且有明显风场辐合和冷空气堆积的背景下,中低层切变线和地面中尺度辐合线是此次过程的触发机制;两个气象雷达体扫呈现了孤立雷暴的初生-发展-成熟阶段,及回波中心下降接地引发湿下击暴流的过程;强的不稳定能量是造成此次强天气过程的关键;强降水发生前6 min不稳定能量积攒至最强,随后能量迅速释放,强下沉气伴短时强降水,触发了湿下击暴流;测风激光雷达可观测到雷暴高压始发的中心位置和反气旋特征、大风区和外流边界,明确了高压区域大小和强度变化,对强下沉气流爆发的时间和强度指征明显。这些结果为研究雷暴单体引发下击暴流的结构提供了有力支持,提高了民航精细化服务的能力。

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。

浅谈远程自动监控技术在海上风电基础结构安全监测中的应用

在海上风电快速发展的背景下,海上风电结构基础安全监测已成为一个关键问题。远程自动监控技术是利用多种传感器及监测设备实时采集海上风电结构运行状态,结构变化情况等数据,并对这些数据进行分析处理,提供了及时,精确的监测结果及预警信息,对确保海上风电结构安全可靠运行提供了强有力的支撑。文章将结合远程自动监控技术原理及优点,对该技术在海上风电基础结构安全监控方面的应用进行探究,并对相关方面的研究与实践起到一定的借鉴与参考作用。

鲁西地区一次持续性污染天气过程的风场结构特征及其影响分析

基于空气污染数据、风廓线雷达资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料(2.5°×2.5°)和全球同化系统(GDAS)资料(1°×1°),对比分析了山东西部地区2016年1月一次持续性污染天气过程中3个天气阶段的风场结构特征及对污染天气和污染物质量浓度的影响。结果表明:此次过程中,污染物质量浓度有持续时间长和存在波动变化的特点;500 hPa冷暖平流强弱、850 hPa上暖脊、925 hPa切变线和地面冷高压可影响地面污染物的积聚和输送;对应垂直风场上水平气流输送通道越低,地面污染物积聚越快,垂直气流下降到500 m时会引起霾和雾天气的转化;水平风对污染物质量浓度的影响明显大于垂直气流的影响;近地面风速越小、持续时间越长,越有利于积聚类污染天气产生,地面到1000 m大气层偏北风为4 m·s^(-1)<风速≤6 m·s^(-1)时,有利于输送类污染天气产生,混合类污染天气受上游输送作用和本地积聚作用共同影响,是重度污染天气最主要的形成方式;1500 m至3000 m大气层风速为8 m·s^(-1)以上的西风和西北风对地面污染物消散具有明显的作用,风速越大或风向的经向分量越大,污染物消散越快。

大跨度钢结构屋盖风-温耦合效应研究现状

近年来,结构风工程和温度效应一直是大跨度空间钢结构的重点研究问题,本文先后总结了国内外建筑结构风工程的发展现状,以及其在日照温差、年温差与骤然降温三种最不利温差作用下的结构温度场研究现状。随着实际工程应用的发展,针对大跨度钢结构风工程、温度效应等的交叉领域成为最新的研究问题之一,而根据对国内外文献的调研总结,发现对于大跨度钢结构屋盖风-温耦合效应研究甚少,其中存在的难点问题是如何建立针对大跨度钢结构屋盖的风-温荷载耦合效应模型,并在此基础上实现对结构风-温耦合效应评估。建立大跨度钢结构屋盖风-温荷载耦合效应的分析和评定方法可为结构防灾减灾提供理论参考,由于国内外相关研究还不完善,积极开展这方面研究的理论和工程应用价值非常明显。

海上风电钢结构防腐施工研究

为全面提升海上风电钢结构工程项目质量水平,需整合资源处理机制,有效构建完整的防腐施工处理体系,以便能优化综合管理效果,共同促进大量钢工程项目的进步,实现经济效益和安全效益和谐统一的目标。文章结合案例,对海上风电钢结构防腐施工作业的具体内容展开讨论。

高耸烟囱风致响应精细化计算方法

高耸烟囱的风致响应可分为顺风向响应和横风向响应,其中顺风向响应以大气脉动风引起的抖振响应为主,横风向响应以Karman旋涡脱落引起的涡激振动为主,准确地预测和评估这两种风致响应对其抗风设计和结构安全性至关重要。在Tamura提出的二维平面尾流振子模型的基础上进一步推导,将该模型成功运用在三维结构上,提出可用于实际工程结构的有限元迭代计算方法,为高耸烟囱类结构横风向涡振响应的计算提供了新的方法。此外,基于结构的固有模态坐标,建立了适用于高耸烟囱耦合抖振响应分析的有限元CQC频域计算方法,并将频域计算结果与时域计算结果对比。结果表明:有限元迭代计算方法可以有效地计算三维烟囱的涡振响应,烟囱抖振响应频域计算和时域计算结果吻合良好。

顺风向风振对结构风荷载的影响

为解决低烈度区一些对风荷载较敏感的结构设计,常常忽略风荷载顺风向风振系数,而这些结构都是由风荷载起控制作用,导致结构设计出现安全隐患.本文以6度区钢筋混凝土排架结构设计为例,对该结构风荷载计算中是否考虑顺风向风振影响对结构的风荷载进行对比分析,阐述了顺风向风振系数对低烈度区房屋及轻钢结构房屋等抗侧刚度较小结构风荷载影响的重要性,以期为结构工程师开展同结构设计工作提供参考.

复杂结构的集电线路双端行波定位的可行性仿真研究

风电场集电线路多以辐射状电缆架空混架为主结构,发生单相接地故障时,依据站内阻抗法测距信息仅能给出故障点与升压站的距离,无法判定主支路,故障查找效率低下。对此,依托行波法故障测距原理,以广西某风电场集电线路为例,利用小波变换原理进行故障行波电流波头识别,通过搭建待验证风电场集电线路仿真模型,仿真不同情况下集电线路故障情况,然后利用仿真故障点与计算故障点进行对比,验证行波法故障测距在复杂结构集电线路中具有良好的稳定性与精确性。

基础转动结构随机风振响应分析的复模态法

对多自由度基础转动结构随机风振响应问题进行了系统研究。针对用上部结构第一振型展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构以及脉动风谱为非有理分式风谱情况 ,用线性滤波过程生成脉动风谱 ,用复模态和扩阶法进行解耦 ,获得了等效风谱对应的以第一振型表示的结构响应解析解 ,对单自由度体系 ,此解即为结构响应精确解。该方法可用于带TMD或TLD结构的风振分析和优化设计。

局部外形特征对高层建筑立面上围护结构风荷载的影响

基于一外形复杂的高层建筑刚性模型表面压力测量风洞试验,对高层建筑立面上测点的最不利风压系数进行了研究,分析了局部外形特征对高层建筑立面上围护结构风荷载的影响。试验结果表明,最不利正风压系数不受建筑立面局部外形特征的影响,可以基于来流湍流特征用准定常理论近似预测。最不利负风压系数与尾流分离有关,受建筑局部外形特征的影响较大,平直立面上的小,弧形立面上的大。这些结论为高层建筑围护结构的设计提供了参考。

双雷达反演台风外围强带状回波风场结构特征研究

利用移动新一代天气雷达(CINRAD/CCJ)和长乐新一代天气雷达(CINRAD/SA)基数据,采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术,重点分析了2007年8月18日凌晨超强台风"圣帕"外围强带状回波的风场特征。结果表明,带状回波具有以下特征:(1)强盛阶段,每个强回波中心在前进方向的右侧或右后侧对应于强东偏北风速中心(强风核),其中最强回波中心前侧还存在弱风速中心。这样的水平风场结构从低层一直保持到中层,使得强回波区对应于水平辐合和正涡度区,产生明显的上升运动,有助于对流的发展和维持。强盛阶段云体快速移动。相对于移动的云体来说,前侧及后侧中低层气流均指向强回波,在强回波区及后侧水平辐合形成上升气流,最大上升速度出现在强回波中心与北侧强风核之间。同时在强回波上空高层出现辐散,气流主要向后流出。(2)减弱阶段,较强回波中心或其北侧对应于弱风速中心,回波中心出现负涡度区。云体移速变慢。相对于移动的云体来说,偏东气流穿过云体。回波区气流辐合较弱,明显的上升区出现在中层较强回波近台风中心一侧。(3)强风核可以将位于带状回波前进方向后侧的处于减弱阶段螺旋云带的动量和水汽向带状回波发展区输送,因此,强风核结构很可能是带状回波快速发展的主要原因。

大型临时看台可变迎风面结构风载分析

大型临时空间桁架结构看台因广告和维护等非结构构件使结构受风面积大量增加,在较强风力作用下极易发生倾覆。本文采用数值模拟方法确定大型临时看台风荷载立面作用特征,对临时看台周围有遮挡附属结构时看台表面的平均风荷载分布特性进行了建模和仿真,提出了临时看台立面具有遮挡物时各表面的平均风荷载计算方法,并建立了可直接用于大型临时看台结构设计使用的压力系数,本文得到的计算方法对提高大型临时看台抗风性能具有实际和重要的应用价值。

“天鹅”台风风场结构特征

为了进一步认识台风的动力结构特点,利用组网天气雷达产品三维格点反射率因子资料与两步变分法反演出三维风场,对2009年第7号台风天鹅风场结构做了分析,结果表明:两步变分法较好地反演出"天鹅"台风的水平环流结构;在4km高度上,最大风圈半径内,平均切向风速接近Rankine涡旋模型,通过拟合该高度上最大风圈半径上的切向速度,得到具有周期为2π的正弦形式的函数,说明"天鹅"台风具有非对称波数为1的特征;通过垂直剖面上的结构特点分析,说明"天鹅"台风在低层并不具有一致的入流气流,而在高层也不具有一致的出流气流。

一种典型工程结构风致振动现场测量

对一个建筑结构风致振动进行了现场测量研究。结构风振位移采用摄影法测量,由于观测目标不可触及,测量中采用了一种新的摄影定标方法,即利用正多边形物体来标定摄影比例尺,解决了难以接近的观测目标的动态位移测量问题。现场测量得到了某特定气象条件下当地大气湍流的平均风速、湍流度、风谱、积分尺度等统计量和结构风振最大位移,固有频率,阻尼比等振动参数。