深水大容量海上风电筒型基础结构研究
摘 要
海上风电具有风速大、离负荷中心近、不占陆上土地资源等优势，近年来在全球范围得到了快速发展。目前海上风电的发展趋势为单机容量不断增大和从近海走向深海；海上风电固定式基础在近年来得到长足发展，但目前还主要集中在在浅水近海海域；研发适用深水远海海域（30m水深至50m水深）的海上风电基础及配套的施工技术，同时适应大容量机组的发展趋势，成为风电发展的必由之路。
相对于浅水近海海域固定式基础，深水远海海域固定式基础面临的海况更复杂，同时尺寸变的更大。相对于浅水区，深水区波浪、水流等荷载对基础影响更大，导致深水海域固定式基础安全稳定性差，且设计、施工困难，成本较高。如何让固定式基础在深水海域安全可靠地运行，同时控制成本与施工难度，成为本论文研究目的。论文针对上述问题提出一种新型的筒型基础结构形式— —组合式单筒筒型基础结构，并对其进行了结构优化、静动力特性等方面的研究，从受力角度验证其可行性。具体包括以下几方面：
（1）组合式单筒筒型基础基本构造及其设计方法研究。介绍了针对深水大容量风机机组研发的新型海上风电组合式单筒筒型基础结构的基本构造，并分析基础结构所受荷载。通过结构力学及土力学的方法，并参照相关设计规范与规定提出组合式单筒筒型基础设计方法。并根据上述设计方法，对一海域风电工程进行了基础结构设计。
（2）组合式单筒筒型基础结构优化。结合实际工程的深海环境、地质条件，以结构安全稳定性、适用性、经济性为目标，利用ABAQUS有限元软件，对不同的结构体型进行有限元静力计算，分析不同结构体型的应力状态、位移状态及结构稳定性。最终通过优化不同结构部位得到适用的深水大容量海上风电筒型基础结构。
（3）组合式单筒筒型基础结构动力特性及疲劳分析。建立地基基础结构、塔筒及上部结构的有限元模型，分析结构的自振特性，校核结构是否发生共振；考虑风浪流荷载耦合作用，对海上风电结构整机进行了动力计算，分析了风机的动力响应特性，以及评估了结构动态安全性；采用热点应力法对钢结构连接处进行了疲劳分析，系统评估了结构疲劳强度与使用寿命。
关键词：海上风电，筒型基础，深水海域，结构优化，静动力特性。
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