海上风电筒型基础结构设计研究

【摘要】：海上风电发展前景广阔,海上风机基础结构的经济性、安全性与稳定性成为当今的研究重点。筒型基础以其自身优势展现出作为海上风电基础的很大发展空间,本文从现有筒型基础应用研究现状出发,通过理论分析和数值模拟,重点研究了如下几个问题: (1)系统而全面回顾了国内外海上风电基础设计和研究的背景,并结合筒型基础的特点和工程应用经验,提出筒型基础用于海上风力发电的可行性和自身优势。 (2)对筒型基础的基本原理,承载力分析理论,拖航稳定性理论,以及桩土之间的相互作用机理等都做了系统的总结与研究。 (3)根据近海地区不同的环境条件和荷载条件,深入研究了风力发电筒型基础的结构形式,并给出了其设计要点,同时对海上风力发电的荷载体系,各种环境荷载及施工负压荷载的计算方法进行了研究分析。 (4)利用有限元分析软件ABAQUS分析筒基在极限荷载下的强度,刚度,稳定性。有限元模型采用摩尔库仑弹塑性本构模型,考虑土和筒体之间接触作用,对使用有限元分析软件ABAQUS处理非线性问题做了一定的探讨与研究。 (5)以优化选型设计的思想,使用ABAQUS对不同模型进行风控极限荷载下的静力分析,选出较优的立筒连接过渡方式;在施工负压下,选出较优的筒内分仓结构形式。综合以上两种优选,最终确定较优方案,并继续进行屈曲分析和拖航稳定性验算。设计过程较为完整的阐述了海上风电筒型基础结构的设计计算思路,较好的完成了课题的要求,对海上风能发电机基础结构设计选型具有一定的参考价值。 【关键词】：海上风电 筒型基础 ABAQUS 结构设计 静力分析
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU476.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 风力发电概述8-9
• 1.2 海上风力发电技术应用及研究现状9-13
• 1.2.1 海上风力发电国内外应用现状9-10
• 1.2.2 海上风力发电的特点10
• 1.2.3 海上风力发电基础主要形式10-13
• 1.3 筒型基础的原理及应用现状13-16
• 1.3.1 筒型基础的基本原理13-14
• 1.3.2 筒型基础的特点14
• 1.3.3 筒型基础发展历程14-16
• 1.4 本论文研究内容及方法16-17
• 第二章 海上风电筒型基础结构形式及设计要点17-28
• 2.1 概述17
• 2.2 筒型基础的主要形式及设计要点17-21
• 2.2.1 筒型基础主要形式及参数比较17-20
• 2.2.2 筒型基础设计要点20-21
• 2.3 海上风电筒型基础的主要荷载21-26
• 2.3.1 计算规范21
• 2.3.2 主要荷载及分类21-22
• 2.3.3 主要荷载计算22-26
• 2.4 设计方法26-28
• 第三章 海上风电筒型基础结构计算原理28-43
• 3.1 概述28
• 3.2 筒型基础承载力计算理论28-34
• 3.2.1 水平力作用下土抗力的计算28-29
• 3.2.2 砂土中筒型基础水平极限承载力29-31
• 3.2.3 砂土中筒型基础极限抗压承载力31-32
• 3.2.4 砂土中筒型基础极限抗拔承载力32-34
• 3.3 拖航稳定性分析原理34-38
• 3.3.1 拖航稳性问题34-35
• 3.3.2 平台拖航稳性计算35
• 3.3.3 静水力要素计算35-37
• 3.3.4 算例37-38
• 3.4 筒与土的相互作用38-41
• 3.4.1 弹塑性模型39-40
• 3.4.2 主动面与被动面的概念40
• 3.4.3 初始地应力场的模拟40-41
• 3.5 筒型基础稳定性原理41-43
• 第四章 海上风电筒型基础结构设计43-62
• 4.1 概述43
• 4.2 设计基本资料43-45
• 4.2.1 土质条件43
• 4.2.2 荷载及组合43-45
• 4.3 主要设计内容45-46
• 4.4 ABAQUS 建模分析46-62
• 4.4.1 计算边界条件的确定46-47
• 4.4.2 模型形式与参数47-51
• 4.4.3 应力和位移分析51-54
• 4.4.4 连接处应力集中分析54-55
• 4.4.5 立筒中的应力分布55-56
• 4.4.6 沉降分析56-57
• 4.4.7 施工负压优化57-59
• 4.4.8 屈曲分析59-61
• 4.4.9 拖航稳定分析61-62
• 第五章 结论和展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 发表论文和参加科研情况说明67-68
• 致谢68

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