海上风力发电用SeaStar张力腿基础的静力分析

发布时间：2020-05-14 16:26

【摘要】：随着化石资源的日益枯竭、生产生活需求量的日益增加这一矛盾的激化,清洁能源的开发利用备受瞩目。风能主要用于风能发电,海上风能相比陆地风能优势显著,固定式海上风机已经不能适用深水水域的要求,海上漂浮式风机多采用钢结构,其造价高、维护费用高等问题突出。因此,建造设计力学性能优良、经济性好的漂浮式风机基础这一问题亟待解决。SeaStar张力腿基础作为第二代张力腿基础是以传统张力腿基础为前提发展而来的,其建造成本低,运动性能好,能够有效的抵抗环境荷载,更适应深水环境。但是这种基础的研究不足30年,其结构形式、运动性能和受力特征等在理论和实验方面需进一步展开研究。本文对SeaStar张力腿基础进行了如下研究:首先介绍该SeaStar张力腿基础的工程背景,以有限元理论为基础,利用通用有限元软件ABAQUS建立三维有限元模型,并介绍了该基础的几何尺寸,本构模型和本台本体和连接件、连接件和拉索之间的相互作用关系,选用的单元类型、荷载种类及边界条件。然后,对张力腿基础在0°风向的常风和2m波高的波浪力的常时环境荷载作用下,进行完整结构和破损结构的静力分析,得出结构应力和位移的分布规律。相对完整结构,拉索失效对结构的受力和位移产生不利的影响。分析基础本体薄弱区域应力集中的原因,采取增加截面厚度和设置内支撑的方式减小应力,对应力较小区域适当减小截面厚度,在结构优化后进行相同荷载组合作用下的静力分析,得出这种优化方式使得基础具有更优良的力学性能和运动性能。其次,在风荷载和波浪力大小一定时,为了探究风向的影响,每隔15°改变一次风向角,总结了各种风向下结构的应力和位移的分布规律,得到了位移和应力的最不利风向角。最后,以上述章节的结论为基础,得出了在地震和暴风等极端荷载作用下的强度控制工况,结果表明,基础的位移满足规范要求,拉索的应力设计值满足强度要求,依据基础本体的内力进行配筋保证基础本体满足强度要求。钢筋混凝土结构的SeaStar张力腿基础具有良好的力学性能、运动性能和经济性,适合对其进行大力推广。本文的研究成果对SeaStar张力腿基础的设计和施工提供了理论依据。
【图文】：

浮式,基础形式,漂浮式,风机

天津大学硕士学位论文式风机的基础形式简介逡逑上风机基础主要有固定式基础和漂浮式基础两种形式［７］。逡逑定式基础主要包括：通过将钢管安装在或夯入海床的单桩钢管基础；凭大的重力固定上部风机的重力式基础；通过抽走钢筒中的水和空气，，插入海床的吸力式基础；将多根桩基斜打或直打入地基，上部通过承相连的多桩基础。逡逑定式风机适用的水深较浅且造价很氋，尤其美国、日本等国家浅海风固定式风机不能满足电力需要［８］。在深水区（水深＞６０ｍ），固定式风力足经济性要求，海上漂浮式风机是最合适的选择［９］。目前许多国家都漂浮式基础，漂浮式基础可以适用６０ｍ至几千米的海域，具有很大的。逡逑

应力图,微元体,内力,应力图

图２＿１薄壳微元体的应力图逡逑着ａ线单位宽度的面积上的内力为：逡逑Ｃｈ／２逦ｚ逡逑ｒｈ／２逦Ｚ逡逑Ｓ＾＝Ｌ２Ｔ＾ｌ邋＋邋＾）ｄＺ逡逑ｒｈ／２逦ｚ逡逑０１＝Ｌ／２ｒ－（１邋＋邋＾）Ｊｚｒｈ／２逦ｚ逡逑？＝0＋食）成逡逑着ｐ线单位宽度的面积上的内力为：逡逑ｐｈ！２逦Ｚ逡逑Ｎ２＝Ｌ２ａｆｉ（１＋￥）ｄｚ逡逑
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM614;P752

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