海上风电大尺度筒型基础传力体系优化设计

论文摘要

近年来,风能作为一种新型可再生的清洁能源,已经越来越受到世界各国的重视。建造海上风电场,开发利用海上风能已经成为国际风力发电发展的大方向。其中风机基础部分的选型和设计,是整体风机建立的关键环节。与现有的海上风电传统筒型基础相比,新型筒型基础——大尺度筒顶承载式筒型基础凭借其特有的宽浅式筒顶承载模式和更大的承载能力已经越来越受到关注。对现有的筒型基础结构的合理优化可以让各个部分之间更有效地发挥作用,同时为降低结构工程建造成本提供保障,必将会对实际工程产生良好的现实指导意义。本文以江苏启东海域正在兴建的海上风电项目为背景,首先从承载力方面对直线型筒基和弧线型筒基两种基础进行结构形式选型优化,确定了弧线型筒基为更安全的和承载性能更好的筒基形式。之后以大尺度海上风电筒型基础为研究对象,运用建筑工程结构优化的一般理论与方法,通过大型有限元软件ABAQUS,对初始结构各个主要受力部分建立多种试算模型并进行了优化调整。首先,根据初始结构的有限元模拟结果确立了主要受力和优化部分——基础结构弧形过渡段,筒顶盖区域和主梁构件区域。优化调整过程中,根据计算结果对各段结构内钢绞线或者钢筋在整体承载体系中的受力传力作用进行分析,然后根据其对整体结构的抗拉抗压作用,提出几种可能的优化调整方法,对每个可能的优化方案建立试算模型。根据试算模型有限元计算结果,分析提出的几种调整改变形式对于整体承载体系的传力受力影响的大小,以最大化节省材料用量和节约成本为目的,最终提出合理的优化调整方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 海上风电基础发展历程
• 1.3 大尺度筒型基础的优越性
• 1.4 本文研究的对象和内容
• 第二章 筒型基础结构选型
• 2.1 有限元计算模型
• 2.2 承载性能分析方法
• 2.2.1 分析控制方法
• 2.2.2 模型加载方式
• 2.3 有限元结果分析
• 2.3.1 复合荷载组合作用下二维包络线分析
• 2.3.2 复合荷载组合作用下三维包络面分析
• 2.3.3 总结
• 第三章 结构优化方法与初始基础结构
• 3.1 结构优化的理论及方法
• 3.1.1 建筑工程结构优化的一般理论
• 3.1.2 建筑工程结构优化的一般方法步骤
• 3.2 初始基础结构
• 第四章 结构传力体系的研究与优化
• 4.1 初始基础结构有限元受力分析
• 4.1.1 有限元模型的建立
• 4.1.2 有限元计算结果分析
• 4.2 结构传力体系研究
• 4.3 结构主要受力部分优化设计
• 4.3.1 基础端部放大区域及弧线型过渡段结构钢筋优化
• 4.3.2 初始基础结构筒顶盖钢筋优化
• 4.3.3 初始基础结构筒顶盖上主梁配置钢筋优化
• 第五章 结构优化调整方案汇总与总结
• 5.1 初始结构优化调整设计方案汇总
• 5.2 初始基础结构优化调整措施总结
• 5.3 优化后的基础结构有限元计算结果
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢