季鵬

摘要：通過對比分析海上風力機基礎結構的常用形式，發(fā)現(xiàn)海上風力機基礎結構的主要問題，研究和分析不同基礎結構的使用條件以及施工工藝，并對海上風力機基礎結構的選型工作提供研究方法。

關鍵詞：海上風力機;基礎結構;設計

由于海上風電場的建設成本較高，所以目前我國海上風電場的發(fā)展較為緩慢，在眾多成本支出項目中，風力機基礎結構成本大約占據(jù)海上風力機總成本的百分之二十五左右。現(xiàn)階段，我國對于海上風電場的相關研究尚處于起步狀態(tài)，通過研究與分析海上風力機基礎結構設計，探討常用的海上風力機基礎結構形式，總結風力機基礎結構的設計問題，對海上風力場的建設有一定的現(xiàn)實意義。

一、海上風力機基礎結構簡析

海上風電場建設屬于一項十分復雜的項目工程，從論證到建成的過程中一般會涉及到現(xiàn)場勘察、設計、選型、設備的研制、采購、設備與材料的運輸、安裝、建設等過程，并且海上風電場投入使用后還需運行和維護，各個環(huán)節(jié)并不是相對獨立的，而是存在著緊密的聯(lián)系。其中，風力機基礎結構在海上風力場中主要發(fā)揮著支撐的作用，所消耗成本約占據(jù)海上風力場總成本的約五分之一比例，基礎結構的成本支出，是海上風電場建設成本高的主要原因之一。要結合實際場地的巖土形狀、海水深度、風力情況、波流力等各種因素與數(shù)據(jù)值進行風力機基礎結構的設計，同時，實際施工建設方式也是影響成本之處的因素之一。所以要重視海上風力機基礎結構的設計，從多個角度出發(fā)控制成本支出，確保海上風電場的建設質量[1]。

海上風力機基礎結構的基本類型主要分為四種，分別是重力基礎結構、樁式基礎結構、負壓桶式基礎結構、導管架式基礎結構以及漂浮式基礎結構。不同基礎結構類型的屬性不同，且都有其配置方法與安裝方法。結合施工現(xiàn)場的實際情況選擇相應的基礎結構類型進行設計和建設[2]。

二、海上風力機基礎結構設計方法探討

（一）依照規(guī)范的設計方法

依據(jù)海上風電場基礎結構設計的相關規(guī)范，進行風力機基礎結構設計，對于不同的海水深度條件，結合穩(wěn)定性因素，控制強度和變形情況，對風力機基礎結構的尺寸以及結構進行設計。以某海上風電場為例，在現(xiàn)場勘驗過程中分析其底層結構與巖性特征，選擇樁式基礎結構的設計方式。這一過程中重點關注塔頂?shù)淖畲笏轿灰瞥潭取俄斬Q向位移程度、承臺傾斜角等信息參數(shù)。反復計算以確保數(shù)據(jù)的準確無誤[3]。

（二）有限元整體建模方法

美國SIMULLA公司研發(fā)了一款功能強大的有限元軟件：ABAQUS，能夠分析非線性問題以及線性問題，將其應用到海上風力機基礎結構的設計中，能有效降低工作難度。在建模過程中，結合地基、基礎與結構之間的相互作用關系，與吐得非線性影響，分析基礎結構整體的受力性能及動力特性，主要的建模過程有：土體本構模型的構建、樁土相互作用分析以及地基、基礎、塔架模型的建立等。海水底部的巖土材料主要有粒狀物體構成，其摩擦力主要來自于顆粒之間的摩擦，在剪應力與垂直作用力的作用下，顆粒之間發(fā)生滑移和破壞，根據(jù)摩擦發(fā)作計算顆粒之間可以承受的荷載能力。在近海地域內(nèi)建設風力機基礎結構時，由于該地段內(nèi)的土層基本為軟土地基，容易發(fā)生較大變形，所以在設計建模過程中，計算地基與土表面的接觸方程。研究地基、基礎與塔架之間的相互作用關系時，首先分析地應力平衡，在模型中構建與實際地應力狀態(tài)相同的應力狀態(tài)，然后是對樁基與土質之間相互作用的分析，在地應力平衡的基礎上，將風機荷載、自重荷載、波浪荷載等分別計算并施加在基礎結構之上。最后是建模和網(wǎng)格劃分工作。利用ABAQUS軟件準確的得出受力數(shù)值、性能以及動力特性相關要素，在建模的過程中結合不同物體之間的相互作用關系，與土的非線性影響因素，構建接觸模型，完成風力機基礎結構的設計工作，為以后的施工建設提供有效的保障[4]。

三、結束語

綜上所述，海上風力機基礎結構是海上風電場的重要組成部分，并且，海上風力機基礎結構的成本之處占據(jù)海上風電場建設總成本的較大部分比例，所以要重視風力機基礎結構的設計，準確的計算出不同結構之間的受力情況，并完成建模，這樣能夠為后期的施工建設提供指導，對于減少成本，提供建設質量有重要的積極作用。結合海上風力機基礎結構的四種主要類型，根據(jù)施工地區(qū)內(nèi)的實際情況與各方面數(shù)據(jù)信息，選擇合適的基礎結構進行設計與施工建設，利用ABAQUS軟件輔助設計和建模，提高海上風力場的整體施工建設質量。

參考文獻：

[1]練繼建，燕翔，王海軍.新型重力式海上風力機基礎結構動力特性分析[J].太陽能學報，2016，37（06）：1624-1630.

[2]明小燕，周毅，曾文.海上風力機基礎結構的疲勞損傷組成研究[J].太陽能，2016（01）：63-67.

[3]王濱，李昕，明小燕.海上風力機基礎結構疲勞損傷研究[J].太陽能學報，2015，36（03）：769-774.

[4]尚景宏. 海上風力機基礎結構設計選型研究[D].哈爾濱工程大學，2010.

[5]孫文， 劉超， 張平， et al. 國內(nèi)外海上風電機組基礎結構設計標準淺析[J]. 海洋工程， 2014（6）：128-136.

[6]路偉. 關于國內(nèi)外海上風電機組基礎結構設計標準的探討[J]. 中國設備工程， 2017（21）：181-182.

（作者單位：江蘇龍源振華海洋工程有限公司）