近海風(fēng)機(jī)傘式吸力錨基礎(chǔ)(USAF)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)力響應(yīng)與災(zāi)變控制.pdf

1、近海風(fēng)力發(fā)電是未來(lái)國(guó)家風(fēng)電能源戰(zhàn)略的核心,風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)作為海洋構(gòu)筑物,長(zhǎng)期面臨復(fù)雜海況和海底地質(zhì)活動(dòng)的考驗(yàn),其在風(fēng)、浪、流等荷載聯(lián)合作用下的穩(wěn)定性分析成為風(fēng)電設(shè)計(jì)面臨的巨大挑戰(zhàn)。現(xiàn)役的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大都存在波浪對(duì)基礎(chǔ)周邊海床沖蝕嚴(yán)重,水平承載力在循環(huán)荷載下衰減快,安裝施工對(duì)海底環(huán)境擾動(dòng)大等弊端,適于近海風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的新型風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式迫切需要提出,風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)成為影響大容量(MW級(jí))、大規(guī)模風(fēng)電開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本論文基于已有風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)

2、存在的弊端,設(shè)計(jì)提出了一種新型傘式吸力錨基礎(chǔ)(USAF),并通過(guò)理論分析、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段較系統(tǒng)的研究了USAF基礎(chǔ)的承載特性和動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題,運(yùn)用海床土臨界液化孔壓比準(zhǔn)則,構(gòu)建了USAF基礎(chǔ)的災(zāi)變控制監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。具體研究工作如下:
　　1、以黃三角典型近海沉積環(huán)境與水動(dòng)力特征為例,指出近海風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型和承載性能研究的重要性,進(jìn)而提出了自主設(shè)計(jì)的傘式吸力錨基礎(chǔ),并對(duì)USAF基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)、沉貫機(jī)理、安裝方法等

3、進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。
　　2、運(yùn)用極限分析原理對(duì)USAF基礎(chǔ)的水平承載特性展開(kāi)分析,重點(diǎn)研究了各破壞區(qū)土體許可滑動(dòng)狀態(tài)和許可速度場(chǎng),通過(guò)對(duì)土體破壞機(jī)制和破壞區(qū)許可速度場(chǎng)的建立,推導(dǎo)了內(nèi)部能量耗散率和外力功功率表達(dá)式,繼而提出了 USAF基礎(chǔ)的水平極限承載三維上限解法。通過(guò)算例將上限解與有限元模擬結(jié)果對(duì)比,證明了上限解法在求解USAF基礎(chǔ)水平極限荷載中的合理性。
　　3、通過(guò)室內(nèi)土箱試驗(yàn)分析了USAF基礎(chǔ)在水平靜力加載、水平循環(huán)

4、加載和豎向拉拔荷載下的錨-土相互作用規(guī)律。模擬了 USAF在水平低頻荷載和一次風(fēng)暴潮作用后錨體的變位響應(yīng),指出錨枝對(duì)動(dòng)力荷載激勵(lì)下的錨體變形具有抑制作用。發(fā)現(xiàn)并闡述了USAF在上拔過(guò)程中的“分段現(xiàn)象”,提出了一種確定USAF基礎(chǔ)極限抗拔荷載的動(dòng)力學(xué)搜索方法,并得到驗(yàn)證。
　　4、使用 ANSYS軟件分析了除風(fēng)荷載之外的波浪荷載、地震荷載和冰荷載等海洋動(dòng)力載荷對(duì)海上風(fēng)機(jī)USAF基礎(chǔ)動(dòng)力承載特性的影響。重點(diǎn)分析了主筒、筒裙、錨枝的不同

5、模態(tài)振型和振動(dòng)規(guī)律,討論了0~130Hz外荷載激勵(lì)作用下USAF結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)狀況,基于功率譜密度(PSD)法分析了波浪荷載作用下USAF結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),研究了地震荷載和冰荷載兩類隨機(jī)荷載對(duì)USAF基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響。
　　5、依據(jù)Geo-Studio軟件在巖土非線性分析中的優(yōu)勢(shì),采用擬靜力法對(duì)風(fēng)浪荷載下USAF周圍地基土變形及破壞模式進(jìn)行了有限元模擬,模擬發(fā)現(xiàn)土體內(nèi)部最大剪應(yīng)力發(fā)生在錨趾轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)和錨枝下壓區(qū),并結(jié)合土體內(nèi)部剪應(yīng)力應(yīng)變

6、分布對(duì)主筒和筒裙轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的位置進(jìn)行了分析。最后,將USAF基礎(chǔ)與常規(guī)吸力錨基礎(chǔ)進(jìn)行同等水平荷載下的地基土變形比較,證明了新型USAF基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)承載優(yōu)勢(shì)。
　　6、從海床土微觀結(jié)構(gòu)入手,綜合考慮滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用,構(gòu)建了海床土液化破壞的重正化群模型,闡述了飽和海床土宏觀液化與微觀強(qiáng)度的定量關(guān)系,提出了海床土臨界液化孔壓比概念,繪制了不同土質(zhì)海床的臨界液化判別準(zhǔn)則表,并對(duì)其影響因素進(jìn)行了分析,準(zhǔn)則對(duì)USAF基礎(chǔ)的災(zāi)變控制監(jiān)測(cè)預(yù)警具