导管架式海上风电基础结构分析
海上风电场风机基础结构形式探讨
１ 单桩基础 （ ｏｏｉ ） Ｍ ｎｐｌ ｅ
单 桩基 础 是 最 简 单 的基 础 结 构 ， 图 １所 示 。 如 它 由焊 接钢 管组 成 ， 与 塔 筒 之 间 的连 接 可 以是 焊 桩 接 法 兰连接 ， 可 以是套 管 法 兰连 接 。单 桩 基 础 通 也 过侧 面土壤 的压 力 传输 风 机荷 载 ， 入 深 度 取 决 于 插 海床 地 质 类 型 ， 般 深 至 海 床 下 ｌ 一 ０—２ 直 径 根 ０ｍ， 据 负荷 的大小 而 定 ， 般 在 ３～ 壁 厚 约 为 桩 直 一 ５ｍ，
７ 浮体结构支撑
在深 海海 域 ， 机基 础称 为 浮体结 构 支撑 ， 风 包括 浮体 结构 和锚 固系 统 。 当水 深 ＞ ０１， ５ ３采用 其 他 形 １ 式 的基础 不经 济 时 ， 就可 以考 虑采 用 浮体结 构 支撑 。 浮体 结构 是漂 浮在 海 上 的合 式 箱 体 ， 机 塔 架 固定 风
图 ６ 示 。这是 一 种 新 的 基 础 结 构 概 念 ， 际 上 就 所 实
是传 统 桩基 与重 力式 基础 的结 合 。所谓 负压 是指 用 来安 装桶 基 时所 采 用 的方 法 ， 目的是 负 压 效 应 可 其
图 ３ 三脚桩基础 示意图
以部分承担动态峰值荷载 。
４ 导管架基础 （ａｋｔ Ｊｃｅ）
６ （ Ｏ） ｏ
。。。。。。●。Ｈ。＿。●。一 。
有不 占用陆地面积 、 风速 比陆地大 、 风的方 向较稳定 等优 点 。
海上 风 电场风 机基 础是 将风 机稳 固在 海上 的重 要 建 筑物 ， 风机 基础 处在 海洋 环境 ， 仅要 承受 结构 不 自重 、 荷 载 ， 风 还要 承 受 波 浪 、 流力 等 ； 时 ， 机 水 同 风
海上风机导管架基础调平装置夹桩器结构分析
夹 桩器 压 块 的材 料 选 用合 金 结构 钢 ２ Ｃ Ｍｏ ０ｒ ，
荷代入式 （ ），得 ＝ ０ ． ３ ａ ２ １６９ ＭＰ ，小于许用应 ４
力 （ ４ ．ＭＰ ３ ２５ ａ），表 明压 块 的结 构 尺 寸满 足 设计 要求。
弧线 的曲率半径Ｒ ７ ｍ。夹持器压块受力情况 ， ＝ｍ
简单 弯 曲理论 所依 据 的应 力 为线性分 布 的假设 已不 再 适用 ，可 近似参 照长度 非 常短且底 部横 截 面 比较 大 的梁来 分 析 Ｊ 当集 中载 荷作 用 于非 常 短 的悬 。 臂 梁或 突 出部 分 （ 齿轮 轮齿 、锯齿 、螺纹 ）时 ，所
俐
＆ ｃ
ｕ
Ｉ算 设 计 计
海上风 机导 管架基础调 平装置夹桩器结构分析
乌 建 中 ，陈州全 ，李 龙华
（ 同济 大 学 机 械 工 程 学 院 ，上 海 ２ １０ ０ ８ ４）
［ 要］ 摘 针对 用 于海 上 风机 导管 架 基础 平 台建 设 的导 管架 基 础 调平 装 置 ，在夹 桩 器结 构设 计 分析 过
１ 概 述
导 管 架 基 础 是 近海 风 机 基 础 的 一 种 重要 的 基 础形 式 ，导管 架基础 与 钢管桩 之 间通过 高强 度灌 浆
的作用 ，因此设计合理 的夹桩器结构是调平装置设
计 过程 中 的关 键 环节 。
材料连接后 固定 于海底 ¨ ，风机塔筒法兰与导管
架 基 础法 兰 用螺 栓 连接 ，如 图 １ 所示 。为 了保 证 风
［ 收稿 日期 ］ ０ １ １— １ ２ １— ０ ３ ［ 通讯 地址 ］陈州全 ，上海 市虹 口区曲阳路９ ０ １ 号楼 ２弄 ７
导管架基础近海风力发电结构模态研究
低
温
建
筑
技
术
２１ ０ １年第 ９期（ 总第 １９期 ） ５
２ ．ｒｍ。因此 ， １ ５ｐ 结构 的 自振频率应该 避开 ０ １０—０ ３４ ｚ ．８ ．９Ｈ
和 ０ ５０～１１２ 的 范 围 。 ．４ ．８ Ｈｚ
本文对采用 导管架基础 的近海 风力 发电结 构固有频 率 进行 了研究 。为 了更方 便 的研 究 ， 型采 取 了一定 的 简化 模 措施 【 ， ２ 对叶片 ， Ｊ 轮毂 ， 机舱 采 用等 效质 量 的方 法 ， 保持 质
心 位置 不 变 。本 文 采 用 Ａ Ｓ Ｓ软 件 进 行 分 析 ， 用 的 结 构 ＮＹ 采
模态分析是 近海风力发 电结 构动力 分析 的一个重要 方 面 。为 了防止共 振 ， 海 风力 发 电结构 对 自振 频率 有很 高 近 要求 。模态 分 析是 分 析 地 震作 用 ， 荷载 ， 浪荷 载 的基 风 波
础， 是进行近海 风 力发 电结 构 设计 研 究的重 要 方面 。同时
表 １ 考 虑 附 连水 质 量 的 结 构 自振 频 率
深是 ３ ｍ， ６ 塔架 离水 面高度是 ９ ｍ。 ０
２ 模态分析 模态分析 的结构 动力学方程是 』 ：
『 ］ ＋『 ｘ ＝ ０ 肼 Ｋ］ 特 征 方程 是 Ｊ ：
Ｊｆ ］一 ［ Ｋ ：Ｍ］Ｉ ＝０
其 中 ，Ｍ］为质量矩 阵 ； ［ ［ ］为刚度矩阵。 本文 采用的是有 限元方法求解结构 的固有频率。
【 文章编号】 １０ — ８４ ２ １）９— ０９ ０ ０１ ６６ （０ １０ ０３ — ２
ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ｏＮ ｏＤＡＬ Ｍ ＯＦ ＴＨＥ ＡＣＫＥＴ Ｊ ＦｏＵＮＤＡＴＩ ＯＮ ＦＯＲ
海上风电机组多桩导管架基础设计方法探讨
设计 应力 ， 使构件 的设计应力小于钢 材的容许应 力。 目前 国 内较 多海上风电场。影 响灌 浆连接强度的主要 因素 有 ： １ ） 灌浆体 的 常用的有限元软 件主要 有 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ和 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ等 ， 但 使 用这类 软 强度与弹性模 量 ； ２ ） 灌浆 环形空 间的几何 尺寸 ； ３ ） 是否采 用剪 力 件进行海上风机基 础结构设 计 时， 无论 是在建 模 、 计算 以及 结果 键 ； ４ ） 灌浆的长度与桩径 比值 ； ５ ） 与水 泥浆接 触 的管状 表面 的表 的后处理方面 都 比较繁 琐 ， 而且 一 般结 构设 计 时 的计算 工 况较 面条件 ； ６ ） 水泥浆收缩或膨胀 ； ７ ） 载荷历史 。 多， 设计效率不高 。 国外最早提出灌浆连接段计算方 法的是 Ａ Ｐ Ｉ 规范 ， 它认 为海 由美 国 Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ 公 司开发 的一款专 门用 于海洋 洋石油平 台腿柱的灌浆连接段 以受轴 力作用 为主 ， 因此给 出了在 石油平台结构设 计 的软件 Ｓ Ａ Ｃ Ｓ也可 以用来 设 计多 桩导 管 架基 轴 向荷载 作用 下分 有剪 力键 和无 剪力 键 的许用 轴 向传递 荷 载。
． ２ 管节 点强度 刚度 大 ， 稳定性好 ， 对海 床要求 低 ， 而且施 工便 利 ， 特 别适 合 于单 １
机容 量大 、 水深较深 的项 目。目前 ， 国内的如东 潮间带 、 珠海桂 山 导管架各 圆管构件 的汇交处 应力状态极 为复杂 ， 由于撑杆 和 几何应力 ） ， 还有 由于 等…海 上风电场都采用 了该基础型式 。从设计 的角度来讲 ， 多桩 弦杆在荷载作用下变形差 引起 的协调应力 （ 通 常存在很 高 的应 导管 架基 础为全钢结 构 ， 大部分 构件为 钢管组 成 ， 而且长 期处 在 焊缝趾部形状及缺 陷等 因素引起 的局部应 力 ， 管节点是 导管架 最关键 复杂的海洋环境 中， 受到 风 、 波浪、 海流和 地震 等荷 载作用 ， 除了 力集 中现象 。大量 的海洋工程经 验表 明， 也是最薄弱 的部位 ， Ａ Ｐ Ｉ 规定管节点除应满足强度要求外 ， 还应满 要进 行常规的结构静力分析外 ， 还需考虑海 洋工程 中所必须 面对 它认为 节点不 能先 于杆件 破坏 ， 节 点的设 计应 留有 的动力分析问题。 目前 国 内还 没有专 门针对 于多桩 导管 架基 础 足韧性要求 ， 定 的强度储备 。Ａ Ｐ Ｉ 规范 中校核 管节点强度 的公式 主要是 以试 的设 计标 准 ， 国内现有 已建成 的多桩导 管架 基础 主要 是参 照挪威
强震作用下导管架基础结构特性分析
山 西建筑SHANXI ARCHITECTURE第47卷第2期・56・4 0 0 1年6月Vol. 07 No. 2Jus. 2001DOI ：2. 13719/j. oki. 209-6525.2022 2.022强震作用下导管架基础结构特性分析沈骏1上海市水利工程设计研究院有限公司，上海200061）摘要:海上风电导管架基础结构作为应用广泛的固定式海上风机基础之一,具有能适应较大水深、稳定性好的优点。
采用时程 分析法输入Northridge 地震波，研究导管架基础结构的动力响应，结果表明塔筒顶端位移最大，位移随时间变化呈先增加后来减弱直至平稳的规律，与地震波加速度峰值相比，结构响应峰值存在一定的滞后,结构动力响应加速度不仅仅只与地震动峰值加速 度有关，还与地震波波频谱特性有着很大的关系。
越靠近桩底，结构等效应力越大，桩底处出现最大等效应力137 MPe 。
关键词:导管架基础,强震荷载，动力分析,ANSYS 中图分类号:TU312 3 文献标识码:A文章编号:209-3525 （2021） 2P056-040引言导管架作为一种钢结构,能较好地发挥其自重轻、塑性 变形能力强和延性好的优点。
由于钢材的延展性,导管架 基础结构曾被认为能够抵抗强烈的地震荷载。
然而, 294年1月1 2日美国加州San Fersanko Valley 北岭地震 中，陆域及附近海域大约有200多幢钢框架结构出现破坏, 1295年1月2日日本兵库县南部地区阪神地震中出现不 同程度破坏的钢结构建筑也高达985幢。
本研究针对海上 风电导管架基础，运用大型通用有限元软件ANSYS ,对受 到地震作用的导管架基础进行强度校核,得到基础的转角、 位移、强度，判断结构的安全性和稳定性。
1工程概况本文以渤海某海上风电导管架平台为例，上部结构采用NREL5 MW 风力发电机，风机高度为66 m,下部为四桩 型导管架基础结构,桩基础为直桩,导管架基础结构全部采 用的DH36钢圆管，整个工程处于水深为5。
海上风电机组导管架基础水下灌浆技术应用分析
海上风电机组导管架基础水下灌浆技术应用分析我国是一个资源消耗大国，对于电力资源需求极为庞大。
在资源需求和环境保护的压力下，寻找电力资源的目光瞄向了风力发电。
我国的海上风力资源充足，建立起了海上风电机组，进行风力发电已是一种必然趋势。
在海上建立发电机组需要用到导管架基础水下灌浆技术，导管架基础需要能够承受风电机组设备的长期动力荷载，这就要求导管架基础灌浆具备高强度、高抗疲劳、高抗离析等性能。
面对不同的海域情况，又要进行区别对待，我们因此对海上风电机组导管架基础水下灌浆技术进行研究分析。
标签：海上风电机组；导管架基础；水下灌浆技术0 引言随着科技的不断发展，人们对于能源的需求也是越来越大。
在使用水力、燃煤和核能发电的同时，风力发电也相对应用而生。
我国的辽阔海域上风力资源充足，建立起海上发电机组，可以为沿海城市提供电能。
海上风力发电机组建立在海上，基础形式大多为桩式基础，桩式基础又可以分为单桩基础，多桩导管架基础等形式。
这些基础都建立在海水中，我们使用的是先进的水下灌浆技术，然而不同的海域条件还会对技术有不同的要求。
一些复杂的海域条件，会导致水下灌浆难度提升，对海上风电机组基础的支撑结构安装起到不良影响。
在这里我们对导管架基础水下灌浆技术进行研究。
1 导管架基础结构导管架基础是一种应用较为广泛的海上风电机组，具有重量轻、地理条件适应性好和稳定性极佳等优点，在较深海域也可以广泛应用。
导管架结构是一种钢制框架结构，主要分为过渡段和导管架基础。
导管架基础一般分为先打桩导管架和后打桩导管架两种结构形式。
先打桩导管架是在海底先做出固定模架，然后打入四根呈正方形分布的钢管桩，然后再进行整体吊装，之后进行水下灌浆，连接并固定钢管桩和导管架基础。
另外的后打桩导管架则是在导管架的支腿底部安置桩靴，在导管架吊装结束后，钢管桩通过桩靴打入海底，在进行水下灌浆连接起来。
2 导管架基础水下灌浆材料灌浆使用的灌浆材料可以是普通混凝土浆，也可以是高强灌浆料。
8专题五：海上风电机组支撑结构分析
3.1 计算方法－环境载荷
3.1.1 风 3.1.2 波浪 3.1.3 流 3.1.4 冰 3.1.5 地震 3.1.6 冲刷、海生物、雪等其它
3.1.2 计算方法－环境载荷－波－波浪理论
•随机波
随机波浪模型是反映真实海洋状态特征的最好描述，其假设波面位移服从均值为零的正态过 程，该过程具有平稳性和各态历经性。随机波浪模型把实际海况描述为无限多个频率不等、 方向不同，振幅变化及相位杂乱的微幅简谐波叠加而成的不规则波系。一般用波谱、有效波 高H s、谱峰周期T p和平均波向来描述。波谱，主要包括Pierson-Moskowitz（简称P-M谱）， Bretschneider双参数谱，JONSWAPS谱
风电机组关键结构部件有限元分析培训
专题五：
海上风电机组支撑结构分析
孙政策博士 中国船级社（CCS）
内容
1. 海上风电机的基本结构 2. 海上风电机支撑结构的种类 3. 海上风电机支撑结构的计算方法和特点 4. 海上支撑结构计算实例
1 海上风电机的基本结构
2 海上风电机支撑结构的种类
2.1 现用结构 2.2 基础型式 2.3 组合型式 2.4 发展结构 2.5 影响结构型式选择的因素
•P-Y曲线 •T-Z曲线 •Q-Z曲线
3.3 计算方法－计算工况
•要考虑海上风电机可能出现的最危险条件 •根据海上风电机的设计状态（建造、安装、工作、自 存等）来确定各个条件的组合。
3.3 计算方法－计算工况
3.3 计算方法－计算工况－详细描述
•中国船级社海上风电机规范（即将出版） •Germanischer Lloyd, Rules & Regulations, IV Non Marine Technology, Part 2 Regulations for the Certification of Offshore Wind Energy Conversion Systems, 1995. • Rekommandation for Teknisk Godkendelse af Vinmoller pa Havet, 2. December 2001. Danish Energy Agency • IEC/TC88 61400-3 Edition 1: Safety requirements for offshore wind turbines - under development • ISO 19900-19909, Offshore Structures – under development
海上风电机组导管架基础水下灌浆施工技术 卓豪海
海上风电机组导管架基础水下灌浆施工技术卓豪海摘要：文章以海上风电导管结构及桩基灌浆连接施工技术为研究对象，首先对海上风电导管架结构进行了阐述分析，随后分析探讨导管架基础灌浆连接段与导管架施工难点，最后结合实际案例对海上风电导管桩基灌浆连接施工技术进行了探讨，以供参考。
关键词：海上风电；导管架构；桩基灌浆连接施工技术前言我国沿海风能资源丰富，有着非常高的有效利用小时数，并且用电负荷中心也比较近，因此在海上风电发展上有着得天独厚的地利优势。
随着国家越来越重视绿色可持续能源开发利用，为海上风电发展带来了空前的机遇。
风机导管架基础是海上风电建设的重要组成部分，做好海上风电导管结构及桩基灌浆连接施工技术分析，对于促进我国海上风电产业发展具有重要的意义。
一、海上风电导管架结构分析导管架结构形式一般包括两种，一种是先桩法导管架，另一种是后桩法导管架。
两种导管架有着相同的主体结构，即都是框架对称结构，结构材料均为钢制材料。
但在结构细节部分有着明显的差异。
对于先打桩导管架而言，在自身支撑腿末端不需要进行桩靴设置，而后打桩导管架则需要设置桩靴。
导管架结构一般分为两部分，一部分是导管架结构基础，一部分是过渡段，过渡段主要包括平台甲板、主斜撑、主筒体等。
在实际开展灌浆施工作业时，一般地点会选择专业灌浆船上，并在完成打桩、下部导管架施工等工序后，正式开始进行桩基灌浆作业。
在具体进行灌浆施工时，需要遵循如下施工流程，首先稳步停靠灌浆船，保证船体在有灌浆终端面板的导管架一侧，方便灌浆管连接，然后连接好灌浆管，并向环形空间内进行淡水压注；接着在正式灌浆前，需要做好环形空间气密性检查，并向灌浆管进行润管料压注，使得灌浆管道处于湿润状态，随后将拌制好的灌浆料由灌浆泵灌入灌浆区域，一般完成单桩灌浆的标志是在溢浆口处有浓浆溢出，然后将灌浆管拔出，连接导管架同侧的另一根导管线，继续进行灌浆，在完成导管架同侧灌浆后，移动灌浆管到导管架另一侧，重复上述步骤，对另外两个单桩进行灌浆，全面完成灌浆工作。
海上风电风机基础结构形式及安装技术
海上风电风机基础结构形式及安装技术摘要：海上风力发电是未来主要风能趋势，且海岸滩涂风力储量丰富，具有巨大开发潜力。
但是海上存在复杂区域条件和不稳定地形，直接开发很容易引起海底土壤侵蚀和液化，这直接影响到海上风力发电机基础安全性和稳定性。
针对现有风力发电机基础，本文分析现有海上风力发电机基础结构形成，探讨其施工安装技术。
关键词：风机基础；单桩基础；安装技术前言：随着传统热能发展停滞，新能源增长会成为全球趋势。
由于热力和煤炭资源不足，清洁能源成为全球能源领域的热门话题。
风力发电作为清洁、无污染的可再生能源，越来越受到人们关注，本文将对海上风电风机进行分析探讨。
1 现状风能具有可持续发展，是一种清洁无污染能源，是未来能源发展方向。
面对我国当前环境污染现实和环境保护以及节能减排的迫切需要，海上风电将进入发展黄金时代。
故此，近年来将是海上风电发展爆发阶段。
海上风电机组安装，现已建成许多套，在基础上对风力发电机进行综合提升[1]。
2 基础结构形式通常，海上风力发电机形态基础结构主要包括重力基础、单桩基础、高桩承台基础、多桩基础及导管架式基础、吸力锚基础，详见下表。
2.3 高桩承台基础高桩承台基础需要根据实际地质条件和施工难度施工，其外围桩通常从一定角度向内倾斜。
地基应用于风电设备建造前，它是由基桩和上部承载平台组成，是沿海码头常见结构。
优点是对水平位移受力和阻力有利；缺点是基底较长，整体结构较重，因此适合于深度小于20米浅海海域。
2.4 多桩基础多桩基础使用多个钢堆，管道方向上部连接在钢桁架基础部分，基础上部连接在塔筒上。
多桩基础主要用于大规模风力发电园区和水深海域，在许多国家都有使用。
适合水深300米内海洋地区，不适合海底岩石多发地区情况。
多桩基础在海上石油和生产平台建设上非常成熟，可以应用于大众化和海上风能。
其优点包括质量轻、基础强度高、安装技术成熟，适用于深海；缺点是需要大量钢材，生产时间长，成本相对高，安装易受到天气影响[3]。
海上风电导管架基础建造方法探讨
海上风电导管架基础建造方法探讨摘要：海上风电开发力度在不断增大，发电规模的增大对施工建造技术提出了更高的要求，面对复杂的施工环境，必须要有适应性更强的技术工艺作为支持，更灵活的应对各种施工问题，提高导管架基础建造质量。
目前海上风电多数应用的是桩基结构，应用灌浆技术来进行导管架与基础的连接处理，为避免各种质量病害的发生，必须要基于现场情况编制科学的施工方案，确定技术要点，达到与预期一致的施工效果。
关键词：海上风电；导管架；基础建造；施工技术风能是一种可再生的清洁能源，近年来我国海上风力发电机组容量在不断增加，在丰富的海上风能资源支持下，风电效益在持续上升。
面对复杂的海上环境，在建造风电导管架基础时，需要基于实际情况来选择适应性更强的技术工艺，确保所选基础形式适应水深条件，建设后保持较高的安全性与稳定性，满足风电机组运行需求。
一、海上风电机组基础形式我国拥有丰富的海上风能资源，且相比近海远海风能储备更高，具有非常广阔的开发空间。
当前大部分的海上风电项目均集中在潮间带以及近海浅水区，重力式基础、单桩基础、导管架基础以及新型吸力桶基础是常见的基础形式，不同基础形式所适用的条件不同，可根据施工环境以及建造需求来灵活选择。
例如单桩基础可根据水深大小来设计直径，主要用于0~30m水深环境，相比来讲导管架可适用不同水深环境，且深度越大经济效益越高。
单桩基础在海上风电机组建设中应用十分广泛，一般钢管桩直径设计为3~7m，多被用于水深低于25m且海床浅层土体良好的海域[1]。
但是随着我国海上风电开发逐渐向远海以及深水开发，导管架基础的适应性就大大提高。
导管架基础主要包括导管架基础结构以及基础桩两部分，具有重量小、强度高、受海流作用小以及水深适用性强等特点，尤其是超过30m以上的水深海域经济性更高。
随着导管架结构基础在更深海域中的应用，为更好的适应复杂的海况条件，导管架基础规模越来越大，施工难度也更高，需要不断的对施工技术进行更新优化，以便达到与设计一致的建造效果，满足海上风电机组安全稳定运行的要求。