海上风电筒型基础结构方案设计研究.pdfVIP

第十届全困现代结构T程学术研讨会 海上风电筒型基础结构方案设计研究 曲罡，丁红岩 (天津大学建筑工程学院，天津300072) 摘要： 海上风电发展前景广阔，海上风机基础结构的经济性、安全性与稳定性成为当今的研究重点。筒型基础以其自身 优势展现出作为海上风电基础的很大发展空间。本文以优化选型设计的思想，使用ABAQUS对不同模型进行风控 极限荷载下的静力分析，选出较优的立筒连接过渡方式；在施工负压下，选出较优的简内分仓结构形式。综合以 上两种优选，最终确定较优方案，并继续进行屈曲分析和拖航稳定性验算。设计过程较为完整的阐述了海上风电 筒型基础结构方案的设计计算思路，对海上风能发电机基础结构设计选型具有一定的参考价值。 关键词： 海上风电；筒型基础；ABAQUS；结构设计；静力分析； 一、引言 海上风电的广阔发展前景是其自身的特点所决定的，与陆地风电相比，海上风电的优势如下：(1)风 速高。由于海面粗糙度小，离岸十公里的海上风速通常比沿岸陆上高约25％t11。 (2)风向恒定，湍流低。 (3)产能高。也正由于海上风电的特点，使得在基础设计过程中，对于风力发电机产生的很大水平荷载以 及对基础产生较大的弯矩应该着重考虑，应该对基础设计提出很高要求。根据现有研究成果结合工程实例 中的经济成本统计，可知风机基础约占风电场总成本的20％～30％【2l，很大程度上影响海上风电的投资和 成本，因此，探讨合理的基础结构类型对海上风电发展具有重要意义。可用于海上风电的基础主要有单桩 基础，三脚架基础，导管架基础，重力式基础和负压筒型基础等几种，与其他形式基础相比，筒型基础有 如下优点[31： (1)施工安装费用低。(2)运输便捷、施工灵活。(3)重复利用性：(4)地质勘查难度 低。所以，将简型基础用于海上风电是十分可行的，同时还具有高效，节能和经济等优势。 本文主要使用ABAQUS对不同钢结构筒型基础模型进行数值分析【3】，主要进行静力，屈曲，拖航等分 析验算，其内容包括在风控极限荷载下，选出较优的立筒连接过渡方式；在施工负压下，选出较优的筒内 分仓结构形式。综合以上两种优选，最终确定较优方案，并继续进行屈曲分析和拖航稳定性验算，以确定 优选方案。 二、基本设计资料 本工程根据实际的场地条件及地质勘查结果，来确定土质参数，见表2．1；由厂家提供3MW风机的尺 寸及重量和折算到法兰面的风荷载：结合当地不同重现期波、浪、流的参数值，综合确定以风荷载为极限 荷载的荷载组合，见表2．2；由简型基础负压下沉原理，估算需要施加的负压荷载，由API规范可得负压 值应满足公式：负压值≥侧摩阻力+端阻力一结构自重，具体参数计算，见表2—3；筒型基础模型基本力学 参数见表2．4。 (1)土质条件 工业建筑2010增刊 1575 第十届全国现代结构工程学术研讨会 表2-1工程地质条件参数 压缩模 承载力 抗剪强度 分层 土质 天然干密度 饱和度 浮容重 空隙比 里 特征值 (m)类型 (kg／m3) (％) -t(kN／m3) C ∞ (mPa)fk_Pa) m5 粉砂 1．6x103 95 0．674 9．7 14．2 160 9 3l 5．25 粉土 1．5I×103 94 0．792 9．2 10．6 190 7 30 (2)极限荷载 表2-2极