海上风力发电结构性能分析研究

海上风电结构设计是海上风电整体设计的主要组成部分。海上风电结构的设计是一个复杂的系统工程,涉及到海洋环境、海洋结构物设计、近海桩基工程、基础与地基相互作用等多个方面。我国在海上风机结构设计研究还处于起步阶段,对结构在风力和波浪力作用下的极限载荷、塔架动态响应等方面还有待进一步研究。 本文以单桩1.5MW风机为研究对象,对水平载荷作用下单桩的承载性能进行分析,对比了现有的各种桩基础水平承载力的计算方法,证明了p-y曲线法是最为适合海上风力发电桩结构水平承载力的方法。 针对海上风力机结构主要的载荷,包括风、浪、流、冰载荷进行研究,建立了海上风电结构外载荷的计算体系。运用有限元软件ANSYS对海上风力发电结构进行整体建模,经过大量的计算,给出了海上风力发电结构在正常工况、极限波浪和极限冰工况下的响应,并对强度和稳定性进行了校核。对极端波浪工况进行了模态分析和瞬态动力学时程分析,研究了平台的各阶自振特性、动力响应特性以及动力放大效果,证明了对海上风电结构进行动力分析的必要性。 结合实际的土壤资料,对砂土液化对地基承载力影响进行了分析,并对现有的p-y曲线进行了双系数修正,对砂土层发生液化时的水平承载力进行了计算,应用有限元模拟证明了砂土液化对泥面处的桩身位移有较大的影响。本文的研究成果为海上风电结构的合理设计提供了一定的理论依据,海上风机结构的研究能够对将来进行海上风机的优化设计提供借鉴,对我国海上风电产业的发展有一定的实用价值。