海上风力发电机塔架与基础连接

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1、海上风力发电机塔架与基础的连接宋础（上海勘测设计研究院上海200434）[摘要]：本文阐述了主要应用于国外海上风机塔架与基础连接的两种型式，详细介绍了规范推荐做法即灌浆连接的设计计算、施工方法及监测手段，简要介绍了滑入式连接的设计计算及施工，并给出了本文推荐采用的连接型式的建议。可供从事海上风电场的设计及施工人员参考。关键词：海上风机连接件设计施工ConnectionofoffshorewindturbineSongChu(ShanghaiInvestigation,DesignandResearchInstituteShanghai2004

2、34China)Abstract:Illuminatedtwoconnectiontypesofoffshorewindturbineabroad.Introducedthecalculationandconstructionofgroutedconnectionandsplit-jointconnection.Itcanbeusefultothedesignerandbuilderofoffshorewindfarm.Keywords:offshorewindturbine.connection.design.construction1前言

3、国内第一座大型海上风电场——东海大桥海上风电场的3台样机已经成功并网发电，其余31台的风机吊装工作均已完成，截止目前已经进入最后两条海缆的敷设工作。东海大桥海上风电场的成功运行标志着我国正式将风电领域扩张到海上。众所周知，国外的海上风电场工程采用单桩基础的占80%以上，而东海大桥海上风电场采用的是高桩承台基础，该基础优点是整体性能较好、对地质条件要求不高、施工经验比较丰富。但其成本较高、施工周期较长的，因此，目前风电工作者正着手研究适于建造在国内的施工周期短、成本较低的单桩基础、导管架基础。与高桩承台基础不同，高桩承台基础与风机塔架的连接采用

4、的是常规的法兰连接，并将过渡段连接件埋入混凝土中，而单桩及导管架基础与风机塔架的连接采用法兰连接，过渡段连接件采用的是灌浆连接或滑入式连接。连接件的有效工作是确保海上风机正常运行的必要条件。因此，本文详细介绍了11规范推荐作法即灌浆连接的设计计算、施工方法及监测手段。由于相对于灌浆连接的广泛应用，滑入式连接应用范围较少，本文仅作简要介绍。2灌浆连接石油或天然气工业的海上平台基础通过灌浆的方式解决连接问题已经数十载，灌浆连接作为海上风机单桩、导管架基础与风机塔架的连接件也已成功应用于很多国外的海上风电场。灌浆连接件是由两个同心圆管构成，内外管面

5、之间填充砂浆。典型灌浆连接件由灌浆连接构件、单或双面管状砂浆及填充砂浆管组成。图1为ScrobySand风电场的连接件。图1连接件安装及施工灌浆连接具有以下优点：1）容易控制风机的安装误差；2）最大程度上降低灌浆、桩及套筒/连接件的疲劳损失；3）最大程度上降低或消除由安装导致的主要构件（如法兰）的疲劳破坏。以下是挪威船级社的规范DNV-OS-J101[1]（以下简称DNV规范）规定的灌浆连接件的设计计算公式。2.1灌浆连接件的设计计算DNV规范规定，灌浆连接必须按承载能力极限状态（ULS）和疲劳极限状态（FLS）荷载以及荷载组合进行设计。DN

6、V规范给出了两种受力模式下连接件的设计规定，即承受扭矩及轴力的受力模式及承受剪力及弯矩的受力模式。为了设计这类受力模式的连接件，DNV累积了扭矩及轴力作用的经验，并建立了一些参数公式。但对剪力及弯矩作用，尚未建立参数公式。因此必须对这样的连接进行详细的调查。在连接件中设置剪力栓可以降低筒体构件和灌浆的疲劳强度。如果剪力栓用于11承受弯曲作用，为了降低对疲劳损伤的影响，应将其置于连接的中部。此外，尚应考虑平均海平面（MSL）和连接件之间的距离影响。与MSL相关的连接位置会影响灌浆的收缩、连接件尺寸及疲劳情况和灌浆操作方法等。2.2承载能力极限状

7、态（ULS）2.2.1承受轴力与扭矩的连接（1）应力计算公式轴力作用的灌浆连接的极限承载力可以根据DNV规范所介绍的方法进行计算。轴力作用下连接件的剪切应力是：（2.2.1-1）式中：τsa——轴向加载连接件的剪切应力；P——计算荷载作用引起的轴向力；RP——桩的外半径（见图2）；L——有效的灌浆结合长度。承受扭矩的连接件的剪切应力：（2.2.1-2）式中：τst——扭矩加载连接件的剪切应力；MT——计算荷载作用引起的扭矩。（2）强度计算公式若灌浆表面用磨具碾磨，且碾磨痕迹被锈蚀或被机械手段完全清除，就可以采用下列简化的设计公式。最终强度为接

8、口剪切强度和灌浆强度两者中的较小值。摩擦力造成的接口剪切强度：（2.2.1-3）剪力栓造成的接口剪切强度：（2.2.1-4）11式中：τkf——摩擦力所造成的特性接