海上风电机组支撑结构与地基基础一体化分析设计 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书阐述了海上风电机组支撑结构与地基基础一体化设计的基本理论、方法及应用，包括海上风电机组下部结构与地基基础的类型及设计特点、一体化设计分析模型及环境荷载、**环境条件和正常发电工况的一体化设计、一体化设计疲劳损伤分析、下部结构与群桩基础协同作用承载特性分析等。

本书可供从事海上风电机组支撑结构与地基基础设计、海上风电机组荷载分析的工程师和科研人员使用，也可作为高校相关专业本科生和研究生的参考书。

作者序

前言

第1章绪论

1.1研究背景

1.2支撑结构与地基基础的设计特点

1.2.1海上风电机组结构体系

1.2.2支撑结构与地基基础的工程特性

1.3一体化设计与分离式设计的基本概念

1.3.1一体化设计的基本流程

1.3.2分离式设计的基本流程

1.3.3一体化设计的必要性及意义

1.4一体化设计的现状

1.5本书主要内容

第2章下部结构与地基基础的类型及设计特点

2.1单桩基础

2.1.1单桩基础的结构形式

2.1.2单桩基础结构体系的荷载传递及承载特性

2.1.3单桩基础的设计特点

2.2高承台群桩基础

2.2.1高承台群桩基础的结构形式

2.2.2高承台群桩基础结构体系的荷载传递及承载特性

2.2.3高承台群桩基础的设计特点

2.3导管架基础

2.3.1导管架基础的结构形式

2.3.2导管架基础的荷载传递及承载特性

2.3.3导管架基础的设计特点

2.4重力式基础

2.4.1重力式基础的结构形式

2.4.2重力式基础的荷载传递及承载特性

2.4.3重力式基础的设计特点

2.5筒形基础

2.5.1筒形基础的结构形式

2.5.2筒形基础的荷载传递及承载特性

2.5.3筒形基础的设计特点

第3章一体化设计分析模型及环境荷载

3.1风力发电基本原理

3.1.1风力发电机组的基本构成

3.1.2贝茨(Betz)理论

3.1.3风力机设计的基本概念

3.2叶片、机舱及支撑结构模型

3.2.1考虑风轮旋转与弹性变形耦合的叶片结构动力学模型

3.2.2机舱模型

3.2.3支撑结构模型

3.3地基基础模型

3.3.1桩土相互作用模型

3.3.2天然地基基础模型

3.3.3筒形基础模型

3.4主要环境条件及其荷载

3.4.1风及其荷载

3.4.2波浪及其荷载

3.4.3海流及其荷载

3.4.4海冰及其荷载

3.5一体化分析的求解方法

3.5.1一体化分析的动力学方程

3.5.2动力学方程的数值解法

第4章环境条件和正常发电工况的一体化设计

4.1环境条件工况

4.1.1海上风电机组设计工况

4.1.2环境工况定义

4.2环境条件的塔底荷载特性分析

4.2.1算例的一体化设计模型

4.2.2塔底荷载特性

4.3一体化设计与分离式设计的对比分析

4.3.1桩基轴力标准值对比分析

4.3.2下部结构应力标准值对比分析

4.3.3桩顶轴力设计值对比分析

4.4海冰冰激振动的一体化分析

4.4.1冰激振动的冰力函数

4.4.2冰激振动算例分析

4.5正常发电工况一体化分析

4.5.1风轮旋转动态效应对支撑结构的影响

4.5.2正常海况波浪条件下的波浪动力效应

4.5.3正常发电工况下风浪耦合分析

4.6地震工况一体化分析

4.6.1地震工况塔底荷载

4.6.2地震与风浪耦合分析

第5章一体化设计疲劳损伤分析

5.1海上风电机组支撑结构疲劳损伤的基本概念

5.1.1海上风电机组支撑结构疲劳损伤分析的特点

5.1.2结构疲劳损伤分析方法

5.1.3多种交变荷载共同作用的疲劳损伤

5.1.4海上风电机组支撑结构一体化设计疲劳损伤分析流程

5.2热点应力计算

5.2.1简单管节点分类

5.2.2应力集中系数SCF

5.2.3热点应力时间序列

5.2.4热点应力时间序列的雨流计数分析

5.3结构疲劳损伤计算

5.3.1PalmgrenMiner疲劳损伤准则

5.3.2SN曲线

5.4风浪荷载、风海冰荷载共同作用一体化结构疲劳损伤分析

5.4.1风波浪荷载共同作用的疲劳损伤分析

5.4.2风海冰荷载共同作用下的疲劳损伤分析

5.5地基基础疲劳弱化分析

5.5.1土体刚度疲劳弱化特性

5.5.2土体强度疲劳弱化特性

5.5.3基于累积塑性应变的土体疲劳弱化模型

5.5.4算例分析

5.5.5工程案例分析

5.6结构动态特性对疲劳损伤影响的分析

5.6.1等效疲劳荷载计算

5.6.2支撑结构自振频率对疲劳荷载影响的分析

5.6.3结构阻尼比对疲劳荷载影响的分析

第6章下部结构与群桩基础整体协同作用承载特性分析

6.1海上风电机组下部结构与群桩基础整体协同概念

6.1.1海上风电机组群桩基础大偏心受力特性

6.1.2海上风电机组群桩整体协同承载性能分析方法

6.2整体协同作用的有限元仿真模型

6.2.1地基基础基本参数

6.2.2有限元模型及现场测试验证

6.2.3整体协同作用的数值仿真方案

6.3计算结果及分析

6.3.1不同加载方式的仿真分析

6.3.2基桩压拔承载力比值的影响

6.3.3整体协同作用分析

6.3.4考虑整体协同的桩基承载力设计控制标准

参考文献

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前言

2020年4月22日风力发电是当前规模化商业开发价值的新型可再生能源开发方式，由于海上风能具有资源秉性优越、可开发区域广阔等优势，海上风电是风力发电的重要发展方向。风电机组是风力发电场的核心，支撑结构与地基基础是风电机组正常安全运行的重要保障。由于海洋环境的复杂性，支撑结构与地基基础成为海上风电工程中仅次于风电机组的第二大成本构成部分，因此支撑结构与地基基础一直是海上风电开发的重大关键技术之一。受海洋环境和风电机组运行特性的影响，海上风电机组支撑结构与地基基础同时具有海洋结构工程、大型动力设备基础和高耸结构三种工程特性，多学科交叉、多种荷载共同作用和多物理场耦合成为其显著的工程特性。这种工程特性决定了海上风电机组支撑结构与地基基础应该作为一个整体系统进行一体化的分析和设计。

从科学的视角分析，海上风电机组支撑结构与地基基础一体化分析与设计具有合理性和必要性，但是受当前我国海上风电设计分工和责任的制约，一体化设计在工程设计实践上遇到了较大的障碍。我国海上风电设计领域，风电机组和塔架由风电机组供应商承担设计，塔架底部法兰以下的结构及地基基础设计由风电场设计单位承担，这两个设计主体通过塔架底部法兰面的荷载进行数据传递。这种分离式的设计方法无法正确考虑结构整体动力特性和多种环境荷载的合理组合，在实践中往往采取偏安全的实用化应对措施。在当前海上风电面临电价补贴退坡和平价上网的压力下，通过一体化设计手段实现降本增效已经成为海上风电设计界的热点和共识。目前我国海上风电界对风电机组支撑结构与地基基础一体化分析与设计的实质内涵、主要技术瓶颈、实现手段等仍缺少系统的研究，对一体化设计与传统分离式设计所得的工程设计成果尚缺少深入的对比分析研究。

本书对海上风电机组支撑结构与地基基础一体化分析与设计的主要内容和关键技术进行了系统阐述和算例分析，包括这两种设计方法力学机理的差异、主要设计流程、一体化设计动力学模型及荷载分析、一体化设计模型的数值求解方法等。环境条件和正常发电工况是海上风电机组支撑结构与地基基础的主要控制设计工况，疲劳环境条件工况下的结构损伤和地基弱化是支撑结构与地基基础设计的难点。在上述重要设计工况中，风、波浪、海冰等环境荷载的耦合，地基基础与塔架和风机机组动力特性的耦合，风电机组伺服控制系统对结构动力响应的影响分析等恰是一体化设计方法可以充分发挥其优点的用武之地。本书对环境条件和正常发电工况及疲劳环境条件工况的一体化分析与设计做了重点阐述和算例分析。

需要强调的是，一体化设计在本质上只是一种分析方法，作为一种先进的设计手段，该方法只有充分结合海上风电其他相关关键技术才能真正发挥其作用。为此，本书除了对一体化设计进行阐述外，还结合相关课题研究和工程实践，对海上风电机组支撑结构与地基基础的设计特点和关键技术进行了介绍，阐述了大直径单桩尺寸效应分析及解决方案、多结构尺度条件下的风电机组基础波浪荷载分析、风浪荷载耦合及风海冰荷载耦合对结构和地基基础的极限响应和疲劳损伤的影响、地基基础疲劳弱化特性、下部结构与地基基础整体协同作用承载特性等方面的相关创新成果。

本书由中国长江三峡集团上海勘测设计研究院有限公司副总经理、总工程师陆忠民主审，由中国长江三峡集团上海勘测设计研究院林毅峰和机械工业信息研究院李帅博士进行全书统稿,由林毅峰、李帅和中国长江三峡集团上海勘测设计研究院范可、黄俊撰写。

本书获得了上海市领军人才工程、上海市企业技术中心能力建设项目的出版资助，谨此表示感谢。

限于作者水平，书中存在的不足之处，敬请读者批评指正。