專利名稱：一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及潮間帶及海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法也可應(yīng)用到潮間帶風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中。
背景技術(shù)：
海上風(fēng)力資源豐富。通常離岸IOkm的海上風(fēng)速要比沿岸陸上高出25%，深海區(qū)域的風(fēng)力資源比近海區(qū)域更為豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國海域在水深60 900m處的海上風(fēng)力資源達(dá)到1533GW，而近海O 30m的水域只有430GW。據(jù)國家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所等機(jī)構(gòu)的研究，中國近海10m、20m和30m水深以內(nèi)的海域風(fēng)能資源分別約為I X 108kW、3 X 108kff和4. 9X 108kW。按比例計(jì)算，深海60 900m處的海上風(fēng)能資源將約有17. 4X 108KW。海上·風(fēng)力發(fā)電發(fā)展前景廣闊。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)有重力式、樁式及浮動(dòng)式等幾種基礎(chǔ)型式。樁基礎(chǔ)是目前應(yīng)用最多的一種基礎(chǔ)型式，適用于潮間帶以及100米以下水深海域，有單樁、多樁之分，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括打入海底土壤的鋼樁和上部支撐結(jié)構(gòu)兩部分。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與陸上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不同，除了承受風(fēng)載荷、上部風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷以外，還承受波浪載荷、海流載荷、冰載荷等，海底土壤條件也與陸上基礎(chǔ)土壤條件差別較大。由于海上風(fēng)機(jī)在我國剛剛起步，目前還沒有形成一套比較系統(tǒng)的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)性強(qiáng)，具有分析精確，結(jié)果可靠，設(shè)計(jì)效率高的特點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述方法在潮間帶風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，按照海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范及海上固定平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范，基于海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析，所述設(shè)計(jì)計(jì)算分析包括基本分析、模態(tài)分析、地震分析、冰載荷分析、吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析，其中所述基本分析為第一步，用所述海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS建立設(shè)計(jì)計(jì)算模型，包括由鋼樁及支撐結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型及塔筒模型；第二步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型中輸入設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括鋼樁的間距、長度、直徑及壁厚，支撐結(jié)構(gòu)的型式及支撐結(jié)構(gòu)中支撐鋼管的長度、直徑及壁厚，鋼樁與支撐結(jié)構(gòu)之間的連接型式及具體尺寸；塔筒的高度、直徑及壁厚；以及鋼樁、支撐結(jié)構(gòu)及塔筒的材料常數(shù)；第三步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型上施加外載荷，所述外載荷包括風(fēng)機(jī)重力載荷、風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷以及海洋環(huán)境載荷；所述風(fēng)機(jī)重力載荷包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重量、塔筒重量、風(fēng)機(jī)葉片重量、輪轂重量及機(jī)艙重量；所述海洋環(huán)境載荷包括風(fēng)載荷、波浪載荷、海流載荷，還包括二次彎矩以及水動(dòng)力放大效應(yīng)引起的載荷；第四步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型上施加泥面以下的鋼樁與海底土壤的邊界條件，所述邊界條件以土壤參數(shù)軸向載荷-位移t_z曲線、樁尖載荷-位移Q-z曲線以及側(cè)向承載力_位移p-y曲線模擬；第五步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型及、外載荷及施加在模型上的邊界條件基礎(chǔ)上，按照所述規(guī)范，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求。所述模態(tài)分析為在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷，分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)，計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻，避開風(fēng)機(jī)1P-3P之間的頻率和所在海域的波浪頻率。所述地震分析在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷、再考慮地震加速度及地震譜，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求。所述冰載荷分析在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷、風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷、風(fēng)載荷、海流載荷，再考慮冰載荷，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求。
所述吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析在所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，考慮所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重力載荷及海洋環(huán)境載荷，分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性是否符合規(guī)范要求。根據(jù)以上分析結(jié)果判斷設(shè)計(jì)是否合理，如不合理則重新建立設(shè)計(jì)計(jì)算模型或適當(dāng)調(diào)整第二步中的輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述風(fēng)機(jī)重力載荷中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重量、塔筒重量根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型中輸入的尺寸及材料常數(shù)由SACS軟件自動(dòng)計(jì)算，所述風(fēng)機(jī)葉片重量、輪轂重量及機(jī)艙重量以集中力形式施加于塔筒頂端。進(jìn)一步地，所述風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷由風(fēng)載荷軟件計(jì)算得出，以集中力及力矩施加于塔筒頂端。進(jìn)一步地，所述風(fēng)載荷軟件為BLADED軟件。進(jìn)一步地，所述海洋環(huán)境載荷中，風(fēng)載荷需輸入風(fēng)速、參考高度與方向，以均布力施加于水面以上的設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)上；波浪載荷、海流載荷需輸入水深、波高、波浪方向、流速、流向，以均布力施加于水面以下的設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)上；二次彎矩是由設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)軸向壓力和整體側(cè)向位移聯(lián)合作用產(chǎn)生的力和彎矩，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型的結(jié)構(gòu)整體側(cè)向位移與結(jié)構(gòu)重量計(jì)算，以集中力施加于設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)重心；水動(dòng)力放大效應(yīng)是由波浪或波浪和海流共同產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)基頻和波浪頻率計(jì)算，以集中力施加于設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)重心。進(jìn)一步地,所述土壤參數(shù)軸向載荷-位移t-ζ曲線、樁尖載荷-位移Q-z曲線以及側(cè)向承載力-位移p-y曲線根據(jù)勘查得到的海底土壤物理及力學(xué)性能，依據(jù)規(guī)范API RP 2A計(jì)算得出。進(jìn)一步地，所述海洋環(huán)境載荷考慮I年一遇以及50 —遇數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述基本分析時(shí)的規(guī)范可以采用載荷系數(shù)法，也可以采用工作應(yīng)力法。進(jìn)一步地，所述疲勞強(qiáng)度分析可以采用應(yīng)力時(shí)程方法，也可以采用等效載荷方法。上述海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法還可以應(yīng)用在潮間帶風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供了一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，所述方法按照海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范及海上固定平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，基于海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析；該設(shè)計(jì)方法全面考慮并真實(shí)反映出海上風(fēng)機(jī)所處的實(shí)際環(huán)境條件，設(shè)計(jì)合理，分析精確，結(jié)果可靠，適用于海上風(fēng)機(jī)以及潮間帶風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；其次，該設(shè)計(jì)方法還考慮了海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、吊裝、運(yùn)輸及安裝的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有系統(tǒng)性、全面性的優(yōu)點(diǎn)；再次，該設(shè)計(jì)方法簡便易行、效率高、節(jié)省人力物力成本。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖I是海上風(fēng)機(jī)四樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基本分析模型及載荷圖；圖2是基本分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度及屈曲強(qiáng)度分析結(jié)果；圖3是基本分析管節(jié)點(diǎn)沖剪能力分析結(jié)果；
圖4是基本分析鋼樁承載能力分析結(jié)果；圖5是吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析模型立面圖；圖6是吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析模型平面圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，按照海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范=Designof Offshore Wind Turbine Structures, DNV-0S-J101, 2011 ；Design Requirements forOffshore Wind Turbines, IEC 61400-3，2009 及海上固定平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范Recommendedpractice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms—loadand resistance factor design, 1993 ；Recommended practice for planning, designingand constructing fixed offshore platforms—working stress design, 2007,基于海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析，所述設(shè)計(jì)計(jì)算分析包括基本分析、模態(tài)分析、地震分析、冰載荷分析、吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析，本實(shí)施例以四樁基礎(chǔ)型式為例進(jìn)行詳細(xì)說明基本分析為第一步，用所述海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS建立設(shè)計(jì)計(jì)算模型，包括由鋼樁及支撐結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型及塔筒模型，具體如圖1、6所示，包括4根鋼樁I、支撐結(jié)構(gòu)2以及塔筒3。第二步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型中輸入設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括鋼樁I的間距、長度、直徑及壁厚，支撐結(jié)構(gòu)2的型式及支撐結(jié)構(gòu)2中支撐鋼管的長度、直徑及壁厚，鋼樁I與支撐結(jié)構(gòu)2之間的連接型式及具體尺寸；塔筒3的高度、直徑及壁厚；以及鋼樁I、支撐結(jié)構(gòu)2及塔筒3的材料常數(shù)。第三步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型上施加外載荷，所述外載荷包括風(fēng)機(jī)重力載荷、風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷以及海洋環(huán)境載荷；所述風(fēng)機(jī)重力載荷包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重量、塔筒重量、風(fēng)機(jī)葉片重量、輪轂重量及機(jī)艙重量；所述海洋環(huán)境載荷包括風(fēng)載荷、波浪載荷、海流載荷，還包括二次彎矩以及水動(dòng)力放大效應(yīng)弓I起的載荷。其中，所述風(fēng)機(jī)重力載荷中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重量、塔筒重量根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型中輸入的尺寸及材料常數(shù)由SACS軟件自動(dòng)計(jì)算，所述風(fēng)機(jī)葉片重量、輪轂重量及機(jī)艙重量以集中力4形式施加于塔筒3頂端。所述風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷由BLADED軟件或其他風(fēng)載荷軟件計(jì)算得出，以集中力5及力矩6施加于塔筒3頂端。風(fēng)載荷需輸入風(fēng)速、參考高度與方向，以均布力7施加于水面以上的設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)上；波浪載荷、海流載荷需輸入水深、波高、波浪方向、流速、流向等參數(shù)，以均布力8施加于水面以下的設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)上；二次彎矩是由設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)軸向壓力和整體側(cè)向位移聯(lián)合作用產(chǎn)生的力和彎矩，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型的結(jié)構(gòu)整體側(cè)向位移與結(jié)構(gòu)重量計(jì)算，以集中力9施加于設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)重心；水動(dòng)力放大效應(yīng)是由波浪或波浪和海流共同產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)基頻和波浪頻率計(jì)算，以集中力10施加于設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)重心。其中，所述海洋環(huán)境載荷考慮I年一遇以及50 —遇數(shù)據(jù)。第四步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型上施加泥面以下的鋼樁與海底土壤的邊界條件，所述邊界條件以土壤參數(shù)軸向載荷-位移t-z曲線11、樁尖載荷-位移Q-z曲線12以及側(cè)向承載力-位移P-y曲線13模擬；這些曲線根據(jù)勘查得到的海底土壤物理及力學(xué)性能，依據(jù)規(guī)范API RP 2A計(jì)算得出。 第五步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型、外載荷及施加在模型上的邊界條件基礎(chǔ)上，按照所述規(guī)范運(yùn)行SACS軟件進(jìn)行基本分析，其中規(guī)范可以采用載荷系數(shù)法，也可以采用工作應(yīng)力法，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力等，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求。其中，疲勞強(qiáng)度分析可以采用應(yīng)力時(shí)程方法，也可以采用等效載荷方法。模態(tài)分析為在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷，分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)，計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻，避開風(fēng)機(jī)1P-3P之間的頻率和所在海域的波浪頻率。地震分析在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷、再考慮地震加速度及地震譜，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求。所述冰載荷分析在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷、風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷、風(fēng)載荷、海流載荷，再考慮冰載荷，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求。所述吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析在所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型(如圖5所示)的基礎(chǔ)上，考慮所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重力載荷及海洋環(huán)境載荷，分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性是否符合規(guī)范要求。根據(jù)以上分析結(jié)果判斷設(shè)計(jì)是否合理，如不合理則重新建立設(shè)計(jì)計(jì)算模型或適當(dāng)調(diào)整第二步中的輸入數(shù)據(jù)。如圖2所示，為基本分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度與屈曲強(qiáng)度分析結(jié)果，最大值為0.9 (小于I. O為安全)；如圖3所示，為基本分析管節(jié)點(diǎn)沖剪能力分析結(jié)果，最大值為O. 919 (小于
I.O為安全)；如圖4所示，為基本分析鋼樁承載能力分析結(jié)果。由上述分析結(jié)果可以看出，該設(shè)計(jì)合理，符合規(guī)范要求。本發(fā)明的上述海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法還可以應(yīng)用在潮間帶風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作 的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，按照海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范及海上固定平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范，基于海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析，所述設(shè)計(jì)計(jì)算分析包括基本分析、模態(tài)分析、地震分析、冰載荷分析、吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析，其中 所述基本分析為第一步，用所述海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS建立設(shè)計(jì)計(jì)算模型，包括由鋼樁及支撐結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型及塔筒模型；第二步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型中輸入設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括鋼樁的間距、長度、直徑及壁厚，支撐結(jié)構(gòu)的型式及支撐結(jié)構(gòu)中支撐鋼管的長度、直徑及壁厚，鋼樁與支撐結(jié)構(gòu)之間的連接型式及具體尺寸；塔筒的高度、直徑及壁厚；以及鋼樁、支撐結(jié)構(gòu)及塔筒的材料常數(shù)；第三步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型上施加外載荷，所述外載荷包括風(fēng)機(jī)重力載荷、風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷以及海洋環(huán)境載荷；所述風(fēng)機(jī)重力載荷包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重量、塔筒重量、風(fēng)機(jī)葉片重量、輪轂重量及機(jī)艙重量；所述海洋環(huán)境載荷包括風(fēng)載荷、波浪載荷、海流載荷，還包括二次彎矩以及水動(dòng)力放大效應(yīng)引起的載荷；第四步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型上施加泥面以下的鋼樁與海底土壤的邊界條件，所述邊界條件以土壤參數(shù)軸向載荷-位移t-z曲線、樁尖載荷-位移Q-z曲線以及側(cè)向承載力-位移ρ-y曲線模擬；第五步，在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型、外載荷及施加在模型上的邊界條件基礎(chǔ)上，按照所述規(guī)范，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求； 所述模態(tài)分析為在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷，分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)，計(jì)算結(jié)構(gòu)的基頻，避開風(fēng)機(jī)1P-3P之間的頻率和所在海域的波浪頻率； 所述地震分析在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷、再考慮地震加速度及地震譜，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求； 所述冰載荷分析在所述設(shè)計(jì)計(jì)算模型基礎(chǔ)上，考慮所述風(fēng)機(jī)重力載荷、風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷、風(fēng)載荷、海流載荷，再考慮冰載荷，計(jì)算結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、鋼樁承載能力以及管節(jié)點(diǎn)沖剪能力，并分析計(jì)算結(jié)果是否符合規(guī)范要求； 所述吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析在所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，考慮所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重力載荷及海洋環(huán)境載荷，分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性是否符合規(guī)范要求； 根據(jù)以上分析結(jié)果判斷設(shè)計(jì)是否合理，如不合理則重新建立設(shè)計(jì)計(jì)算模型或適當(dāng)調(diào)整第二步中的輸入數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述風(fēng)機(jī)重力載荷中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)重量、塔筒重量根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型中輸入的尺寸及材料常數(shù)由SACS軟件自動(dòng)計(jì)算，所述風(fēng)機(jī)葉片重量、輪轂重量及機(jī)艙重量以集中力形式施加于塔筒頂端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述風(fēng)機(jī)運(yùn)行載荷由風(fēng)載荷軟件計(jì)算得出，以集中力及力矩施加于塔筒頂端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述風(fēng)載荷軟件為BLADED軟件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述海洋環(huán)境載荷中，風(fēng)載荷需輸入風(fēng)速、參考高度與方向，以均布力施加于水面以上的設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)上；波浪載荷、海流載荷需輸入水深、波高、波浪方向、流速、流向，以均布力施加于水面以下的設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)上；二次彎矩是由設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)軸向壓力和整體側(cè)向位移聯(lián)合作用產(chǎn)生的力和彎矩，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型的結(jié)構(gòu)整體側(cè)向位移與結(jié)構(gòu)重量計(jì)算，以集中力施加于設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)重心；水動(dòng)力放大效應(yīng)是由波浪或波浪和海流共同產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)基頻和波浪頻率計(jì)算，以集中力施加于設(shè)計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)重心。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述土壤參數(shù)軸向載荷-位移t-z曲線、樁尖載荷-位移Q-z曲線以及側(cè)向承載力-位移ρ-y曲線根據(jù)勘查得到的海底土壤物理及力學(xué)性能，依據(jù)規(guī)范API RP 2A計(jì)算得出。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述海洋環(huán)境載荷考慮I年一遇以及50 —遇數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述基本分析時(shí)的規(guī)范可以采用載荷系數(shù)法，也可以采用工作應(yīng)力法。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述疲勞強(qiáng)度分析可以采用應(yīng)力時(shí)程方法，也可以采用等效載荷方法。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法在潮間帶風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海上風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，按照海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范及海上固定平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范，基于海洋工程設(shè)計(jì)分析軟件SACS進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析，所述設(shè)計(jì)計(jì)算分析包括基本分析、模態(tài)分析、地震分析、冰載荷分析、吊裝分析、運(yùn)輸分析及安裝分析，所述方法全面考慮了海上風(fēng)機(jī)所處的實(shí)際環(huán)境條件，分析精確，結(jié)果可靠，設(shè)計(jì)效率高；同時(shí)，該設(shè)計(jì)方法還考慮了海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、吊裝、運(yùn)輸及安裝的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有系統(tǒng)性、全面性的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的上述方法還可以應(yīng)用在潮間帶風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中。
文檔編號(hào)E02D27/52GK102926399SQ20121045496
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者賈法勇, 吳永祥, 李明輝, 代海濤 申請(qǐng)人:國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司