[发明专利]一种海上风机桩基础设计方法及应用

摘要

本发明公开了一种海上风机桩基础设计方法，按照海上风机基础设计规范及海上固定平台设计规范，基于海洋工程设计分析软件SACS进行设计计算分析，所述设计计算分析包括基本分析、模态分析、地震分析、冰载荷分析、吊装分析、运输分析及安装分析，所述方法全面考虑了海上风机所处的实际环境条件，分析精确，结果可靠，设计效率高；同时，该设计方法还考虑了海上风机基础设计、吊装、运输及安装的各个环节，具有系统性、全面性的优点；本发明的上述方法还可以应用在潮间带风机桩基础设计中。

主权项

一种海上风机桩基础设计方法，其特征在于，按照海上风机基础设计规范及海上固定平台设计规范，基于海洋工程设计分析软件SACS进行设计计算分析，所述设计计算分析包括基本分析、模态分析、地震分析、冰载荷分析、吊装分析、运输分析及安装分析，其中：所述基本分析为：第一步，用所述海洋工程设计分析软件SACS建立设计计算模型，包括由钢桩及支撑结构组成的基础结构模型及塔筒模型；第二步，在所述设计计算模型中输入设计相关数据，包括钢桩的间距、长度、直径及壁厚，支撑结构的型式及支撑结构中支撑钢管的长度、直径及壁厚，钢桩与支撑结构之间的连接型式及具体尺寸；塔筒的高度、直径及壁厚；以及钢桩、支撑结构及塔筒的材料常数；第三步，在所述设计计算模型上施加外载荷，所述外载荷包括风机重力载荷、风机运行载荷以及海洋环境载荷；所述风机重力载荷包括基础结构重量、塔筒重量、风机叶片重量、轮毂重量及机舱重量；所述海洋环境载荷包括风载荷、波浪载荷、海流载荷，还包括二次弯矩以及水动力放大效应引起的载荷；第四步，在所述设计计算模型上施加泥面以下的钢桩与海底土壤的边界条件，所述边界条件以土壤参数轴向载荷‑位移t‑z曲线、桩尖载荷‑位移Q‑z曲线以及侧向承载力‑位移p‑y曲线模拟；第五步，在所述设计计算模型、外载荷及施加在模型上的边界条件基础上，按照所述规范，计算结构静强度、屈曲强度、疲劳强度、钢桩承载能力以及管节点冲剪能力，并分析计算结果是否符合规范要求；所述模态分析为：在所述设计计算模型基础上，考虑所述风机重力载荷，分析结构的模态，计算结构的基频，避开风机1P‑3P之间的频率和所在海域的波浪频率；所述地震分析：在所述设计计算模型基础上，考虑所述风机重力载荷、再考虑地震加速度及地震谱，计算结构静强度、屈曲强度、疲劳强度、钢 桩承载能力以及管节点冲剪能力，并分析计算结果是否符合规范要求；所述冰载荷分析：在所述设计计算模型基础上，考虑所述风机重力载荷、风机运行载荷、风载荷、海流载荷，再考虑冰载荷，计算结构静强度、屈曲强度、疲劳强度、钢桩承载能力以及管节点冲剪能力，并分析计算结果是否符合规范要求；所述吊装分析、运输分析及安装分析：在所述基础结构模型的基础上，考虑所述基础结构重力载荷及海洋环境载荷，分析基础结构的强度及稳定性是否符合规范要求；根据以上分析结果判断设计是否合理，如不合理则重新建立设计计算模型或适当调整第二步中的输入数据。