SACS在海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

SACS在海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用定義：風(fēng)機(jī)塔筒以下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分（包含樁基或系泊系統(tǒng)），通常與塔筒底部使用法蘭連接。作用：支撐塔筒、風(fēng)電機(jī)組以及電纜管等附屬結(jié)構(gòu)，保證整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性要求。重要性：由于海洋環(huán)境條件的復(fù)雜性，海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)約占整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)成本的20%-30%。

海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)介紹海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的類型主要由風(fēng)電場(chǎng)址的水深、地質(zhì)等環(huán)境條件確定，經(jīng)濟(jì)性以及穩(wěn)定性是最重要的考量因素。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型可以分為固定式（重力式、單樁、多角架、導(dǎo)管架）和浮動(dòng)式（Semi、TLP、Spar等）兩個(gè)大類。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)現(xiàn)有以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型重力式基礎(chǔ)重力式基礎(chǔ)利用自身的重力抵抗上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的上拔力和傾覆力，適用于近海10米以下的水深。重力式基礎(chǔ)無(wú)須打樁，可以整體運(yùn)輸放置。缺點(diǎn)是對(duì)海床有較高要求，同時(shí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防腐蝕性能也不理想，后期需較大維修成本。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型單樁基礎(chǔ)單樁基礎(chǔ)一般適用于0-15m水深范圍。單樁基礎(chǔ)由一根直徑4至8m的鋼管樁構(gòu)成，鋼樁打入海床下面一定深度，具體由地質(zhì)條件以及風(fēng)機(jī)載荷確定。單樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)海床不需要特殊處理，抗沖刷能力相對(duì)良好。缺點(diǎn)是需要大型打樁鉆孔設(shè)備，抗風(fēng)暴能力不強(qiáng)。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型三腳架基礎(chǔ)三腳架或多角架基礎(chǔ)是由單樁結(jié)構(gòu)演變而來(lái)的，這種結(jié)構(gòu)形式增加了周向強(qiáng)度，因此較為穩(wěn)定，適用于10到30米水深范圍。三腳架基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)承載力較強(qiáng)，適合比較惡劣的海況條件。缺點(diǎn)是整體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，建造成本相對(duì)較高。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型導(dǎo)管架基礎(chǔ)導(dǎo)管架基礎(chǔ)是一種由海洋石油行業(yè)較為成熟的基礎(chǔ)形式，適用于15米至50米以至水深更深的海域。導(dǎo)管架基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及冗余度好，而且技術(shù)也相對(duì)成熟。適合比較惡劣的海況條件。缺點(diǎn)是整體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，前期設(shè)計(jì)分析以及建造安裝技術(shù)相對(duì)較高。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)類型浮動(dòng)式基礎(chǔ)浮動(dòng)式基礎(chǔ)是一種由海洋石油行業(yè)演變而來(lái)的深水結(jié)構(gòu)形式，主要包括張力腿、半潛和SPAR等結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)用水深從幾百米至數(shù)千米。浮動(dòng)式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)目前尚處于可行性研究階段，一般認(rèn)為在水深大于100米時(shí)相對(duì)于固定式基礎(chǔ)有成本優(yōu)勢(shì)，但是諸多的技術(shù)難題限制了這種基礎(chǔ)形式的發(fā)展。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)總體確定結(jié)構(gòu)模擬荷載模擬結(jié)構(gòu)在位設(shè)計(jì)分析建造安裝階段設(shè)計(jì)分析附屬構(gòu)件設(shè)計(jì)分析防腐設(shè)計(jì)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)&載荷模擬WindloadonTurbine（包含控制策略）WindloadonStructureWave&CurrentLoadonStructureDynamicResponseofStructure風(fēng)機(jī)整機(jī)動(dòng)力學(xué)載荷

非耦合設(shè)計(jì)整機(jī)動(dòng)力學(xué)軟件計(jì)算輸出塔底極限載荷&疲勞載荷

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)環(huán)境荷載由SACS計(jì)算作用在基礎(chǔ)上的波浪、海流載荷耦合設(shè)計(jì)

整機(jī)動(dòng)力學(xué)軟件輸出結(jié)構(gòu)時(shí)域載荷結(jié)果文件，SACS進(jìn)行求解計(jì)算得到SACSCSF文件GHBladedGLGarradHassan,UKFAST

NationalRenewableEnergyLaboratory(NREL),USAFlex5

Stig?yeatDepartmentofFluidMechanicsatTheTechnicalUniversityof Denmark.

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在位設(shè)計(jì)工況

靜態(tài)極端風(fēng)暴載荷工況

桿件強(qiáng)度、節(jié)點(diǎn)沖剪、樁強(qiáng)度以及樁基抗拉抗拔性能地震工況

桿件單元、節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，樁基校核疲勞設(shè)計(jì)工況

管節(jié)點(diǎn)疲勞壽命整機(jī)模態(tài)

整機(jī)第一階頻率要求其他工況

冰載荷、渦激振動(dòng)等

極端載荷工況（非耦合）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與樁基校核，載荷由最大環(huán)境載荷與最大風(fēng)機(jī)載荷進(jìn)行組合：通?？紤]環(huán)境載荷由八個(gè)方向極端波浪、流等。最大風(fēng)機(jī)載荷，通常由Fxmax、Fymax、Mxmax以及Mymax等不同方向最大載荷組成。非線性樁基設(shè)計(jì)分析土壤屬性定義:APIP-Y/T-ZSoilUserdefinedP-Y/T-ZSoilAPIAdhesionSoilUserDefinedAdhesionSoilPileMudline單元強(qiáng)度規(guī)范校核POST:節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)JOINTCAN:交互式重新設(shè)計(jì)Redesignby:SectionPropertyYieldStressView:MomentDiagramUnityCheckDiagramPlateStressContoursPOSTVUE:結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)模態(tài)性能要求模態(tài)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)質(zhì)量剛度相關(guān)設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)自振頻率避開(kāi)風(fēng)電機(jī)組葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的1P和3P。地震工況設(shè)計(jì)動(dòng)力響應(yīng)模塊:

譜分析法APIresponsespectrabuiltinUserdefinedspectraModalcombinationSRSSorCQCGenerateEquivalentStaticLoads時(shí)域分析方法VariableTimestepIntegrationNonlinearfluiddampingLinear,quadraticorcubicinterpolationbetweentimehistoryinputvalues節(jié)點(diǎn)疲勞設(shè)計(jì)S-N:API,HSE,AWS,NORSOK,ISO,USERDEFINEDSCF:Efthymiou,KwangandWordsworth,SmedlyandFisher,Marshal,DNVSACS疲勞設(shè)計(jì):

疲勞分析方法譜疲勞

PiersonMoiskowitzOchi-HubbleJONSWAPUserDefined時(shí)域疲勞確定性疲勞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)疲勞載荷風(fēng)機(jī)機(jī)械載荷疲勞波浪載荷疲勞SACS針對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的三時(shí)程疲勞：

交互式疲勞設(shè)計(jì)分析INTERACTIVEFATIGUE:

Changefatigueparameterson-the-fly(SCF,S-N,geometry)GenerateReportsandPlotsInteractivelyAutoredesign基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工安裝工況

吊裝分析工況

吊裝過(guò)程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、吊繩力以及吊點(diǎn)設(shè)計(jì)拖航分析工況

拖航船舶穩(wěn)性、拖航過(guò)程中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下水扶正工況

滑移下水、吊裝下水其他工況

打樁分析、坐底穩(wěn)性分析

裝船分析AnalyzeJacketforlossofsupportasitsbeingloadedoutandtransferredontoabarge.

StaticAnalysiswithNon-LinearGapElements(CompressionOnlyElements)拖航分析Step1JacketskiddedontobargeStep2Jacketsecuredwithtie-downs(tie-downscontainnoload)拖航分析Step3TOW,SEASTATEMODULES:TowAnalysis(generateinertialoads)COMBINEMODULE:combinecommonsolutionfiles(static+dynamic)Designjackettoresistinertialloads+selfweightDesigntie-downsdesigntoresistinertialloadForlongdistancetransportationaccountfortowfatigue吊裝與扶正分析DesignJacketfordifferentliftconditionsFEMGV:Designliftpadeyesandliftnode滑移下水分析LAUNCHMODULE:Jacket&BargeMotionsHydrodynamicForcesUserdefineddragareasOutputunbalancedforcesatanytimestep(PostLaunchAnalysisusinglaunchrestartfile)漂浮與扶正分析FLOATATION:PerformsStabilityandUpendingAnalysisUserdefinedmemberfloodingatanytimestepDualHookCapabilitiesBuoyancyTanks,Valves,UserDefinedBuoyancyGenerateloadsatanytimestep附屬構(gòu)件設(shè)計(jì)以及防腐設(shè)計(jì)

附屬構(gòu)件設(shè)計(jì)

靠船件、爬梯、防沉板、電纜護(hù)管等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防腐設(shè)計(jì)

防腐涂層、陽(yáng)極塊設(shè)計(jì)，飛濺區(qū)設(shè)計(jì)

LowEnergy(OperationalImpact)

Jacketbracingdesignedtosurviveoperationalimpact(partialyieldingatpointofimpact).

HighEnergy(AccidentalImpact)

Jacketlegsdesignedtosurviveaccidentalimpact.Jacketbracingallowedtofail–Structuredesignedtosurvivelossofbracemember.FaceandlegJointstosurviveaccidentalimpactloading.(partialyieldingallowed).ImpactDesignCriterion:船撞分析

DynamicResponseResults船撞分析shipstructureSACSExecutive–Bladed/FASTInterfaceforOffshoreWindTurbineDesignModelinginSACSAnalysis-GHBladedSACSPostProcessingWindTurbineAnalysisSACS–GHBladedInterface:FullyCoupledAnalysisModelinginSACSPrecedeFullyCoupledTimeHistoryAnalysisFatigue/MemberCheck/JointDesigninSACSFullyAutomatedGHBladedProvidesaSACSinputfilecontaining:ModeldescriptionNumberoftotaltimehistorysimulations(approx:600forfatigue,3000forULS)LocationoffoldercontainingtimesimulationresultsProbabilityofoccurrenceofeachtimehistorysimulationFatiguedesignlifeSACSInputPartialFatigueinputfilecontainingfatigueoptions/overrides.InterfaceAutomaticallyGeneratesallFatigueLoadCasesandaccumulatesdamageFullMulti-CoreProcessingForTimeEfficientAnalysis.SACS–GHBladedFatigueInterfaceModelinginSACS/FASTAnalysis-FAST/SACSSACSPostProcessingWindTurbineAna