论文部分内容阅读
我国海上风电正处于快速发展阶段,基础和塔筒是支撑风电机组的重要部分,其安全性是保证风电机组正常工作的基本条件,而基础和塔筒的安全性取决于设计规范的规定。我国现行海上风电场设计规范采用了分项系数设计法,但荷载和抗力的计算方法及分项系数的值分别取自其他各行业规范,缺乏对海上风电规范中分项系数合理性的论证。另外,海上风电机组时常会受到台风的侵袭,风电塔又是对台风敏感的结构,因此台风区海上风机基础和塔筒的安全性应加以重视。本文依托中国能源建设集团“台风区海上风机基础结构可靠度分析”项目,对台风区海上风机基础和塔筒进行可靠度分析研究。具体研究内容和结论如下:(1)根据中国海洋大学提供的广东、福建和山东沿海海域20年的风荷载资料,对海上风速和风荷载进行了统计分析。分析表明,三个沿海海域的年最大风速均服从对数正态分布,年最大风速的均值系数为0.7134、0.2516和0.7831,变异系数为0.1891、0.7990和0.1369。(2)根据中国海洋大学提供的广东、福建和山东沿海海域20年的波浪资料,对波浪要素和波浪荷载进行了统计分析。分析表明,三个沿海海域风电塔桩基础的年最大波浪力和波浪力矩均服从极值I型分布;年最大波浪力的均值系数为0.3639、0.7186和0.3793,变异系数为0.6677、0.3633和0.7399;最大波浪力矩的均值系数为0.4017、0.6793和0.4248,变异系数为0.6383、0.4048和0.6775;波浪荷载与风荷载的相关系数为0.85。(3)根据25根钢管桩的试桩资料和已有的土性参数统计资料,对钢管桩基础竖向承载力和水平承载力进行了统计分析。分析表明,钢管桩的竖向承载力和水平承载力均服从对数正态分布,均值系数分别为1.3316和1.000,变异系数分别为0.2196和0.1601。(4)根据所建立的风荷载、波浪荷载和风电塔基础、塔筒抗力概率模型,采用一次二阶矩方法计算了符合规范要求的基础结构和塔筒的可靠指标。结果表明,广东、福建和山东三个沿海海域海上风电塔钢管桩基础竖向、水平、桩身结构、塔筒、法兰盘螺栓连接和导管架受拉、受压承载力的年平均可靠指标分别为4.03、3.74、3.89、4.34、3.17和3.23,25年使用期内的平均可靠指标分别为3.11、2.82、3.02、3.55、2.07和2.14。(5)将本文计算的风电塔基础和塔筒可靠指标与国外风电塔结构和基础设计的目标可靠指标进行了比较。比较表明,钢管桩、塔筒和筒桩连接的年可靠指标比丹麦风险国家实验室风能部针对第3版和第4版IEC 61400国际标准建议的年可靠指标3.09和3.3高,导管架受拉和受压构件的年可靠指标比针对第3版IEC 61400国际标准建议的年可靠指标3.09略高,比针对第4版IEC 61400国际标准建议的年可靠指标3.3略低。