PDF《1.4 海上风机基础结构设计及施工关键技术研究 ¾ 简要信息》

28 中国水科院科学技术奖

2011 年度获奖成果汇编 结合海上风机基础结构初步设计, 进行多种风机机型的桩基础结构型式的设 计和对比分析.下表以2MW机型为例进行说明. 2MW 机型的不同基础方案特性比较 机型(MW) 单桩 三桩 三桩加中心桩 四桩 四桩加中心桩 八桩 特点 结构简单, 受力明确, 制造工艺相 对简单,国 外采用较多 结构稳定性好, 国内石油平台采 用较多,单桩的 承载力要求较高,为提供必要 的抗弯性能,桩 中心距较大 具有三桩的特点, 在中心加一 根桩, 改善了整 个受力条件, 结构抗极端工况的能力较强 采用四边形对称结构,抵御不同方向荷载的能力较强 在四边形中心加 桩,改善了结构 的受力条件,结 构比较稳定可靠 承台需要承 受较大的风 浪作用力, 材料耗量较 大,适合于 各类地层 施工 桩径达到4.8m,需要 超大型设备,施工存 在一定困难 桩径2.5m以上, 需要大型打桩设 备,同时基础的 水平度需严格控 制,水下焊接与 灌浆质量需保证 最大桩径2.5m, 变水下施工为水上施工, 焊接 与灌浆质量易控制;

桩支撑架 不会下沉, 调平 容易;

增加一道 工序, 需要两种 桩锤 桩径2m, 变水 下施工为水上施工,焊接 与灌浆质量易控制;

基础 的水平度需严格控制 最大桩径2m,国 内有类似经验变 水下施工为水上 施工,焊接与灌 浆质量易控制;

桩支撑架不会下 沉,调平容易;

增加一道工序, 需要两种桩锤 有类似的经 验借鉴,若 承台在水面 处对受力极 为不利,若 承台位于水 底,则需沉 井作业. 2MW 钢材 量t/m 5.3 5.51 4.78 3.13 3.82 4.7 结合响水近海区域相关资料,以2MW风机(上海电气)为例,进行筒形吸 力式基础型式下沉过程的渗流分析、竖向和水平荷载下的受力分析. 筒基周围局部土体渗流速度分布图 极限荷载条件下筒基内部土体塑性应变分布图 (2)海上风机基础与上部结构的连接技术 结合海上钢结构连接的特点和海上施工的难易程度, 对导管架腿柱与钢管桩 的焊接、螺栓和灌浆等多种连接方式进行对比分析,详细研究采用灌浆连接方式 的优缺点.对国内外现有的高强灌浆料进行了比较,并选取三种有代表性材料进 行了室内物理力学性能测试,根据海上风机的受力特点,确定了高强灌浆料的力 学指标,并结合海上施工的特点,通过室内模拟试验和现场灌浆模拟试验对高强 灌浆料的灌浆工艺进行了详细的研究.

29 特等奖成果 剪切键处水泥体的破坏情况 根据海上风机结构对连接结构的受力要求, 进行了连接结构的剪切键布置型 式、剪切键单面布置与双面布置、环形空间宽度、剪切键宽度、剪切键高度及剪 切键布置间距等相关参数的优化设计, 并结合响水试验风机相关参数完成了基础 灌浆连接的计算分析.

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13 剪切键键高h/mm 节点应力/MPa

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4 5 节点位移/mm 最大Von Mises应力 最大节点竖向压应力 最大节点竖向位移 灌浆结石体最大节点应力及位移随剪切键高度的变化曲线 响水试验风机三桩基础灌浆连接位置的节点 Von Mises 应力分布云图 (3)海上风机结构的动力分析和动力响应 分析研究了风机塔筒结构及基础结构受风、浪等不定向循环荷载的作用机 理,以及地震、撞击等非固定周期荷载作用,采用地基土相关动力特性参数与有 限元分析结合研究风机基础结构计算简化型式和相应的基本参数, 分析研究了不 同风机桩基基础在各种荷载下的桩土作用机理.