近海風(fēng)機傘式吸力錨基礎(chǔ)(USAF)結(jié)構(gòu)設(shè)計動力響應(yīng)與災(zāi)變控制.pdf

1、近海風(fēng)力發(fā)電是未來國家風(fēng)電能源戰(zhàn)略的核心,風(fēng)機基礎(chǔ)作為海洋構(gòu)筑物,長期面臨復(fù)雜海況和海底地質(zhì)活動的考驗,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)計面臨的巨大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)役的海上風(fēng)機基礎(chǔ)大都存在波浪對基礎(chǔ)周邊海床沖蝕嚴重,水平承載力在循環(huán)荷載下衰減快,安裝施工對海底環(huán)境擾動大等弊端,適于近海風(fēng)電場建設(shè)的新型風(fēng)機基礎(chǔ)型式迫切需要提出,風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計成為影響大容量(MW級)、大規(guī)模風(fēng)電開發(fā)研究的熱點問題。本論文基于已有風(fēng)機基礎(chǔ)

2、存在的弊端,設(shè)計提出了一種新型傘式吸力錨基礎(chǔ)(USAF),并通過理論分析、模型試驗、數(shù)值模擬等手段較系統(tǒng)的研究了USAF基礎(chǔ)的承載特性和動力響應(yīng)問題,運用海床土臨界液化孔壓比準則,構(gòu)建了USAF基礎(chǔ)的災(zāi)變控制監(jiān)測預(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)境與水動力特征為例,指出近海風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型和承載性能研究的重要性,進而提出了自主設(shè)計的傘式吸力錨基礎(chǔ),并對USAF基礎(chǔ)的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)勢、沉貫機理、安裝方法等

3、進行了詳細的說明。
　　2、運用極限分析原理對USAF基礎(chǔ)的水平承載特性展開分析,重點研究了各破壞區(qū)土體許可滑動狀態(tài)和許可速度場,通過對土體破壞機制和破壞區(qū)許可速度場的建立,推導(dǎo)了內(nèi)部能量耗散率和外力功功率表達式,繼而提出了 USAF基礎(chǔ)的水平極限承載三維上限解法。通過算例將上限解與有限元模擬結(jié)果對比,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、通過室內(nèi)土箱試驗分析了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),指出錨枝對動力荷載激勵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)極限抗拔荷載的動力學(xué)搜索方法,并得到驗證。
　　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力載荷對海上風(fēng)機USAF基礎(chǔ)動力承載特性的影響。重點分析了主筒、筒裙、錨枝的不同

5、模態(tài)振型和振動規(guī)律,討論了0~130Hz外荷載激勵作用下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)的振動響應(yīng),研究了地震荷載和冰荷載兩類隨機荷載對USAF基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)振動的影響。
　　5、依據(jù)Geo-Studio軟件在巖土非線性分析中的優(yōu)勢,采用擬靜力法對風(fēng)浪荷載下USAF周圍地基土變形及破壞模式進行了有限元模擬,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、分布對主筒和筒裙轉(zhuǎn)動點的位置進行了分析。最后,將USAF基礎(chǔ)與常規(guī)吸力錨基礎(chǔ)進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。
　　6、從海床土微觀結(jié)構(gòu)入手,綜合考慮滲流場和應(yīng)力場的耦合作用,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則表,并對其影響因素進行了分析,準則對USAF基礎(chǔ)的災(zāi)變控制監(jiān)測預(yù)警具