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        海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

        2019-09-10 09:31:34季鵬
        名城繪 2019年10期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        季鵬

        摘要:通過對(duì)比分析海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的常用形式,發(fā)現(xiàn)海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要問題,研究和分析不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的使用條件以及施工工藝,并對(duì)海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選型工作提供研究方法。

        關(guān)鍵詞:海上風(fēng)力機(jī);基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)

        由于海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本較高,所以目前我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展較為緩慢,在眾多成本支出項(xiàng)目中,風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本大約占據(jù)海上風(fēng)力機(jī)總成本的百分之二十五左右。現(xiàn)階段,我國(guó)對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)的相關(guān)研究尚處于起步狀態(tài),通過研究與分析海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),探討常用的海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式,總結(jié)風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題,對(duì)海上風(fēng)力場(chǎng)的建設(shè)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

        一、海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析

        海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)屬于一項(xiàng)十分復(fù)雜的項(xiàng)目工程,從論證到建成的過程中一般會(huì)涉及到現(xiàn)場(chǎng)勘察、設(shè)計(jì)、選型、設(shè)備的研制、采購(gòu)、設(shè)備與材料的運(yùn)輸、安裝、建設(shè)等過程,并且海上風(fēng)電場(chǎng)投入使用后還需運(yùn)行和維護(hù),各個(gè)環(huán)節(jié)并不是相對(duì)獨(dú)立的,而是存在著緊密的聯(lián)系。其中,風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在海上風(fēng)力場(chǎng)中主要發(fā)揮著支撐的作用,所消耗成本約占據(jù)海上風(fēng)力場(chǎng)總成本的約五分之一比例,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的成本支出,是海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本高的主要原因之一。要結(jié)合實(shí)際場(chǎng)地的巖土形狀、海水深度、風(fēng)力情況、波流力等各種因素與數(shù)據(jù)值進(jìn)行風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),同時(shí),實(shí)際施工建設(shè)方式也是影響成本之處的因素之一。所以要重視海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),從多個(gè)角度出發(fā)控制成本支出,確保海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)質(zhì)量[1]。

        海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的基本類型主要分為四種,分別是重力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、樁式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、負(fù)壓桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及漂浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型的屬性不同,且都有其配置方法與安裝方法。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇相應(yīng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)[2]。

        二、海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探討

        (一)依照規(guī)范的設(shè)計(jì)方法

        依據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范,進(jìn)行風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)于不同的海水深度條件,結(jié)合穩(wěn)定性因素,控制強(qiáng)度和變形情況,對(duì)風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以某海上風(fēng)電場(chǎng)為例,在現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)過程中分析其底層結(jié)構(gòu)與巖性特征,選擇樁式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式。這一過程中重點(diǎn)關(guān)注塔頂?shù)淖畲笏轿灰瞥潭?、樁頂豎向位移程度、承臺(tái)傾斜角等信息參數(shù)。反復(fù)計(jì)算以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤[3]。

        (二)有限元整體建模方法

        美國(guó)SIMULLA公司研發(fā)了一款功能強(qiáng)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(yīng)用到海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,能有效降低工作難度。在建模過程中,結(jié)合地基、基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)之間的相互作用關(guān)系,與吐得非線性影響,分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體的受力性能及動(dòng)力特性,主要的建模過程有:土體本構(gòu)模型的構(gòu)建、樁土相互作用分析以及地基、基礎(chǔ)、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(gòu)成,其摩擦力主要來自于顆粒之間的摩擦,在剪應(yīng)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(jì)算顆粒之間可以承受的荷載能力。在近海地域內(nèi)建設(shè)風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí),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(shè)計(jì)建模過程中,計(jì)算地基與土表面的接觸方程。研究地基、基礎(chǔ)與塔架之間的相互作用關(guān)系時(shí),首先分析地應(yīng)力平衡,在模型中構(gòu)建與實(shí)際地應(yīng)力狀態(tài)相同的應(yīng)力狀態(tài),然后是對(duì)樁基與土質(zhì)之間相互作用的分析,在地應(yīng)力平衡的基礎(chǔ)上,將風(fēng)機(jī)荷載、自重荷載、波浪荷載等分別計(jì)算并施加在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上。最后是建模和網(wǎng)格劃分工作。利用ABAQUS軟件準(zhǔn)確的得出受力數(shù)值、性能以及動(dòng)力特性相關(guān)要素,在建模的過程中結(jié)合不同物體之間的相互作用關(guān)系,與土的非線性影響因素,構(gòu)建接觸模型,完成風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作,為以后的施工建設(shè)提供有效的保障[4]。

        三、結(jié)束語

        綜上所述,海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是海上風(fēng)電場(chǎng)的重要組成部分,并且,海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的成本之處占據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)總成本的較大部分比例,所以要重視風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),準(zhǔn)確的計(jì)算出不同結(jié)構(gòu)之間的受力情況,并完成建模,這樣能夠?yàn)楹笃诘氖┕そㄔO(shè)提供指導(dǎo),對(duì)于減少成本,提供建設(shè)質(zhì)量有重要的積極作用。結(jié)合海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的四種主要類型,根據(jù)施工地區(qū)內(nèi)的實(shí)際情況與各方面數(shù)據(jù)信息,選擇合適的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工建設(shè),利用ABAQUS軟件輔助設(shè)計(jì)和建模,提高海上風(fēng)力場(chǎng)的整體施工建設(shè)質(zhì)量。

        參考文獻(xiàn):

        [1]練繼建,燕翔,王海軍.新型重力式海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析[J].太陽能學(xué)報(bào),2016,37(06):1624-1630.

        [2]明小燕,周毅,曾文.海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)疲勞損傷研究[J].太陽能學(xué)報(bào),2015,36(03):769-774.

        [4]尚景宏. 海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2010.

        [5]孫文, 劉超, 張平, et al. 國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)淺析[J]. 海洋工程, 2014(6):128-136.

        [6]路偉. 關(guān)于國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的探討[J]. 中國(guó)設(shè)備工程, 2017(21):181-182.

        (作者單位:江蘇龍?jiān)凑袢A海洋工程有限公司)

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