海上风电单桩基础采用抛石修复冲刷坑的施工实践

目前海上风电单桩基础多采用软体土工布砂被防护方案,因风电场所处海域海床演变频繁,属于稳定性差场地,在潮汐、波浪等作用下对桩周土体产生冲刷,使砂被防护失去原有效果,导致海床下降。为保障风机稳固运行,需对原冲刷防护进行修复处理。文章从经济性、适用性等方面对海上风电单桩基础冲刷坑修复的两种方案进行了比对,研究了一套完整的抛石修复施工工艺,并进行了成功实践,可为类似海上风电基础防冲刷的设计与施工提供借鉴。     

基于二向倾角传感器的海上风机单桩基础在线监测系统设计

提出一种基于二向倾角传感器的海上风机单桩基础监测系统,通过对传感器测量数据进行实时在线采集,并通过光纤网络传输至陆上监控中心服务器进行智能分析,结果显示,当桩基础受地质条件或强大外力影响导致倾角仪测量值超过报警值时,监控中心服务器会生成报警信息并发送至负责人,以便及时采取控制措施。该系统具有灵敏度高、成本低、使用简单等特点,可方便全时段全海况条件下的监测,为海上风机单桩基础监测预警提供一种新的途径。     

海上风电单桩基础冰激振动及抗冰措施

为研究冰激振动对海上风电机组单桩基础的影响,基于我国北黄海海域海上风电工程的典型单桩基础,采用室内模型试验的方法研究单桩与海冰相互作用时,海冰的破坏模式及结构的振动特点,并验证抗冰锥结构的作用效果;建立ANSYS和SACS数值计算模型,对比分析典型冰激振动条件下单桩基础的动力响应。结果表明:直立的大直径单桩在海冰作用下会发生明显的冰激振动,试验得到的冰力与采用ISO 19906规范推荐方法的计算结果更加接近,并且在某一冰速下单桩结构会出现动响应明显的"锁频振动",这将威胁到风机的运行安全;而增加抗冰锥体后,海冰转化为弯曲破坏模式,结构的动力响应明显降低,能够满足风机运行需求。相关成果可以为其他有冰海域风电机组单桩基础设计与研究工作提供参考。     

固化土加固海上风电桩基水平承载特性研究

为探究固化土加固对于海上风电大直径单桩基础水平承载特性的影响，以江苏如东H4#海上风电场工程为背景建立了固化土加固海上风电大直径单桩基础的有限元计算模型，研究了固化土加固前后单桩基础的水平承载特性，分析了固化土强度参数对单桩基础水平承载特性的影响。研究结果表明：利用固化土加固单桩基础可显著改善桩基的水平承载特性，桩基的水平承载力可提高147%;桩身位移对于固化土粘聚力的变化较敏感，内摩擦角的变化对于桩身位移的影响则较低。     

粉土海床中风机单桩基础水平承载特性

通过室内三轴固结排水剪切试验(CD)率定了典型剪胀性粉土的物理力学特性参数。利用有限元软件ABAQUS,建立了水平受荷下的超大直径单桩基础有限元模型,并经过了模型试验的验证。在此基础上讨论了API规范p-y曲线法对近海风机超大直径单桩的适用性;重点研究了超大直径单桩基础临界埋深影响因素。研究结果表明:API规范p-y曲线法对超大直径单桩基础难以适用;在密实度为88%的粉土地基中,无论桩径大小,Lc,const准则下的临界埋深约为8倍桩径;在进行超大直径单桩基础设计时,选取小直径大埋深的桩基尺寸组合,可大幅减少桩基重量。     

基于ANSYS的风机结构动力响应分析

本文采用Ansys软件对风机单桩基础结构动力特性进行分析。基于谐波合成法及流体力学方法推导出风机塔架上的风荷载时程,利用线性波理论结合Morison方程,得出近海风机塔架所受的波浪荷载时程。计算了在风,浪联合作用下近海风机塔架所受的最大荷载、法兰处位移及其动力响应,为风机塔架设计关键参数确定提供依据。     

坐底式辅助桩稳桩平台在风电工程中的应用

近年来海上风电工程在国内沿海得到大规模建设,风机的诸多基础型式中单桩基础因其工厂整体化制作,造价低,施工方便,无需海床准备,安装简便等优点,目前广泛的应用于我国海上风电场建设中。根据我国主要海上风电场统计,单桩基础占比达到65%以上。随着风机单机容量增大及建设水深增加,海上风电单桩基础采用的钢管桩直径也越来越大,长度也越来越长,钢管桩沉桩施工对海上沉桩船机的选择、沉桩稳桩定位方式比常规沉桩工艺提出更高的要求。文章结合汕头某风电项目桩基施工情况,阐述超大型单桩施工中坐底式辅助桩稳桩平台选用及施工注意事项,确保沉桩施工质量满足设计规范要求,为类似大型海上风电工程和测风塔工程中推广使用。     

基于ANSYS零阶方法的海上风机单桩基础优化分析

采用ANSYS有限元软件模拟了某海上风机单桩基础,考虑风、波浪、海流等环境荷载的共同作用对风机基础进行了拟静力分析,基于ANSYS零阶优化方法对桩基尺寸进行了优化。在保证位移、应力及稳定性要求的前提下,减小了桩基壁厚,优化后使桩基的总体积减小了33.4%,达到了轻型化设计目的;结合优化过程中目标函数、设计变量和状态变量的变化规律,提出了桩顶位移是优化设计的主要限制条件,结构设计时可以考虑进行形状拓扑优化;在保证桩顶位移的情况下,可以适当减小桩基础某些地方的壁厚,使材料的强度得到充分的利用。     

海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

海上风电单桩稳桩平台的结构设计与安全性评估

根据海上风机基础的打桩作业要求,设计一种单桩稳桩平台,并利用ANSYS APDL软件对单桩稳桩平台在打桩作业工况、遭遇台风工况等极端典型工况的结构强度、整体稳定性和单桩稳定性进行校核。结果表明,设计的稳桩平台可满足海上复杂环境下单桩基础的定位、导向和沉桩等技术要求,为海上风电单桩稳桩平台的结构设计和安全性评估提供参考。     

海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

近海固定式风机单桩大直径基础波浪载荷研究

以一种近海风机的固定式单桩大直径基础为研究对象,使用计算流体力学(CFD)软件STARCCM+计算求解了该基础在几种典型的波浪工况(包括规则波和不规则波)及不同海底泥面条件下所受的波浪载荷。本文通过对不同条件下载荷的数值和幅值频率进行比较分析,得出不同情况下桩基础受载的变化情况,总结相关规律,为结构设计提供参考。此外,本文将上述数值模拟结果与工程中常用的,由MacCamy和Fuchs提出的平面波对单圆柱作用的计算结果进行对比,从而分析了本文使用的数值模拟方法与势流理论下对波浪载荷计算结果的差异。     

海上浮式10 MW级垂直轴风机气动特性

海上浮式垂直轴风机未来在向深远海、大型化、集群化发展的道路上具有广阔的发展前景。文章通过Fluent软件计算出NACA0018和NACA0020共2种翼型的升阻力系数，并对-180°～180°范围内的攻角进行了升阻力系数外推。基于双盘多流管模型和叶素动量理论，分析了叶片的翼型，风轮的高径比、实度，浮台的倾斜程度对垂直轴风机气动性能的影响；确定了10MW级垂直轴风机的初始设计参数。结果表明：翼型是决定风机气动性能的基础，NACA0018翼型具有更优异的气动性能；高径比为1.61，弦长为5.5m的风轮可满足设计需求；浮台倾斜程度增大，风轮功率系数峰值增大、功率峰值降低。     

波浪作用下单桩式风机基础防护设施极限强度研究

针对防护设施的研究多集中于船撞下的抗碰撞性能方向,缺少对防护设施自身安全性校核的问题,基于单桩基础海上风机的防护设施在波浪载荷下的情况,提出了一种防护设施的设计方案。该方案使用GeniE模块建立结构的有限元模型,在HydroD模块中计算结构在各海况下的应力分布,并在Xtract模块中对结果进行后处理,对恶劣海况下结构的极限强度进行校核。结果表明：防护设施满足安全要求。     

深水海上风电植入式嵌岩导管架基础施工工艺

为了适应阳江海域风电场地质复杂,在常规打入式基础及传统灌入桩基础无法满足风机基础承载力要求的情况下,根据施工海域地质条件,通过分析研究提出植入式嵌岩导管架基础的施工工艺,并成功运用至海上风电场,解决施工海域地质难题,使得导管架基础适用范围更广,并为后续海上风电嵌岩基础施工提供参考。     

海上风机导管架基础钢管桩稳桩平台结构强度分析

海上风机导管架基础钢管桩沉桩施工通常需要专门的稳桩平台辅助进行。结合作业工艺要求、海洋环境条件和相关规范,对钢管桩稳桩平台进行结构设计。采用SESAM软件和ANSYS Workbench软件分别对稳桩平台整体结构强度和吊耳局部结构强度进行计算分析,并根据规范对计算结果进行评估。结果表明,稳桩平台整体结构强度和吊耳局部结构强度均满足规范要求。该计算分析方法同样适用于海上升压站导管架基础、海上单桩基础稳桩平台或其他类似导管架结构的强度评估。     

粉喷桩加固软土岸坡抗滑性能现场实验研究

介绍了某软土岸坡粉喷桩加固水平抗滑实验实例。该岸坡分别进行了天然基础、单桩基础和四桩基础的抗滑实验。通过传感器量测了水平荷载施加过程中粉喷桩桩身应力分布及其变化。实验结果表明，水平荷载作用下：天然岸坡经过粉喷桩加固后，抗滑能力有明显改善；单桩基础和四桩基础的摩擦角、粘聚力对应相差不大，但桩身应力的发挥模式不同；6．0m以下的水泥土桩桩身应力随水平荷载变化不明显。     

浅海单立柱桶形基础平台整体结构分析

单立柱桶形基础平台是以桶形基础代替传统的桩基础，是海洋工程结构中的一种新型基础。该平台为板壳结构，受力复杂。本文中用水平弹簧模拟桶基与土壤系统，建立了二种计算模型并对平台进行结构分析，采用弹性抗力法解算桶型基础与土壤的相互作用，为平台结构设计提供了依据。     

半潜漂浮式风机垂荡板附加质量研究

半潜漂浮式风机基础往往采用立柱-垂荡板组合结构作为选型型式，这种选型型式的垂荡板附加质量是影响漂浮式风机垂向运动性能的重要参数。以基于边界元法的水动力分析为手段，对半潜漂浮式风机基础垂荡板附加质量的影响因素进行分析与讨论。研究表明：构成半潜漂浮式风机基础多个立柱的垂荡板附加质量彼此之间的干扰较小，并可根据单立柱-垂荡板结构的附加质量推导得到半潜式风机基础的垂向自由度运动整体附加质量。垂荡板-立柱直径比和垂荡板深度的改变都可以调整附加质量，然而从材料成本考虑，改变垂荡板-立柱直径比是较优的选择，最后根据简化计算模型和半潜漂浮式风机的频率设计策略给出了对于初步选型可选择的垂荡板-立柱直径比范围。     

海上风电场风机基础型式及计算方法

介绍海上风电场基础目前采用的单桩基础、群桩基础、三角架或多角架基础等结构型式,并提出了进行设计的计算方法及标准,结构防撞可能采用的方法以及风塔基础的防腐蚀方法。