海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準

1、海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準 Guidelines for Designing Offshore Wind Turbine Foundation StructuresDRAFT 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 i 頁_目目 錄錄前前 言言.I1. 引言引言.11.1 總則.11.2 參考標準.11.3. 支撐結(jié)構(gòu).21.4 結(jié)構(gòu)型式的選取.32. 環(huán)境條件環(huán)境條件.52.1 總則.52.2 風.52.3 波浪.52.4 海流.62.5 水位.72.6 冰.72.7 土壤調(diào)查和巖土資料.82.8 其它環(huán)境條件.83. 荷載及荷載組合荷載及荷載組合.103.1

2、 總則.103.2 固定荷載.103.3 活荷載.103.4 環(huán)境荷載.113.5 荷載組合.174. 鋼結(jié)構(gòu)設計鋼結(jié)構(gòu)設計.204.1 總則.204.2 許用應力.204.3 組合應力.214.4 圓管構(gòu)件的強度.214.5 構(gòu)件的穩(wěn)定性.225. 樁基礎設計樁基礎設計.275.1 一般規(guī)定.275.2 樁體壁厚的確定.275.3 樁體分段的確定.275.4 樁體的構(gòu)造要求.275.5 橫向荷載下樁基計算.285.6 P-Y曲線.285.7 樁的軸向承載力.29 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 ii 頁_5.8 群樁效應.316. 鋼材料鋼材料.326.1 總則.326.2 設計溫

3、度.326.3 結(jié)構(gòu)分類.326.4 結(jié)構(gòu)用鋼.337. 結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)構(gòu)分析計算.347.1 總則.347.2 結(jié)構(gòu)建模.347.3 靜強度分析.357.4 動力分析.367.5 地震響應分析.377.6 疲勞分析.378. 防腐防腐.388.1 總則.388.2 涂層與鍍層保護.388.3 陰極保護.398.4 防腐系統(tǒng)的檢查與維護.41 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 i 頁_前前 言言大規(guī)模的海上風電場建設即將在我國拉開帷幕，為此，在渤海海上風電示范項目的基礎上，海油（北京）能源投資有限公司組織開展了海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)研究。在借鑒國外海上風電場建設經(jīng)驗和相關規(guī)范的基礎上，經(jīng)

4、過項目研究起草了本標準（初稿） 。在本標準各章節(jié)的編制過程中，通用部分以 API 為主，并參考了部分其它相關規(guī)范、資料，具體 各部分參考的規(guī)范如下：（1）結(jié)構(gòu)形式主要參考 DNV 規(guī)范和歐洲海上風電場建設經(jīng)驗，并結(jié)合我國海上固定式采油的設計建造經(jīng)驗提出；（2）環(huán)境條件、荷載計算（除風機靜荷載和動冰力荷載） 、鋼結(jié)構(gòu)設計、樁基礎設計和結(jié)構(gòu)分析計算主要參考 API 規(guī)范確定；（3）風機荷載根據(jù)中國機械行業(yè)標準: 風力發(fā)電機組設計要求（JB/T10300-2001）確定；（4）動冰力荷載采用了 DNV-OS-J101 建議的冰力計算方法。本標準（初稿）僅作為海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計的建議。本標準（初

5、稿）主要起草人：李華軍、黃維平、王樹青、張兆德、孟珣、石湘 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 1 頁_1. 引言引言1.1 總則總則1.1.1 一般要求一般要求1、本標準提供海上風力發(fā)電結(jié)構(gòu)的設計原則和技術要求。2、本標準用于海上風電機基礎結(jié)構(gòu)的設計。3、本標準不包括機艙、轉(zhuǎn)子、發(fā)電機、變速箱等風電機構(gòu)件的設計。1.1.2 目標目標本標準給出了海上風電場結(jié)構(gòu)設計的一般原則和指南。1.1.3 范圍和應用范圍和應用1、本標準適用于所有類型的海上風力發(fā)電機的基礎和支撐結(jié)構(gòu)。2、本標準適用于整體結(jié)構(gòu)設計，包括水下結(jié)構(gòu)和基礎，但不包括風機部件，如風機吊艙和轉(zhuǎn)子等。3、本標準提供了下列內(nèi)容：環(huán)境條

6、件荷載與荷載組合鋼結(jié)構(gòu)設計樁基礎設計鋼材料結(jié)構(gòu)數(shù)值計算與分析腐蝕防護1.2 參考標準參考標準1.2.1 一般要求一般要求表 1.2.1 中的標準包括了本標準中的一些參考標準，它們構(gòu)成了本標準的部分條款。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 2 頁_表表 1.2.1 參考的標準和規(guī)范參考的標準和規(guī)范參考標準標題DNV-OS-J101DNV 規(guī)范: 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準JB/T10300-2001中國機械行業(yè)標準: 風力發(fā)電機組設計要求SY/T 10030-2004中國石油天然氣行業(yè)標準: 海上固定平臺的規(guī)劃、設計和建造的推薦作法-工作應力設計法SY/T 10049-2004中國石油

7、天然氣行業(yè)標準: 海上鋼結(jié)構(gòu)疲勞強度分析推薦作法SY/T 10008-2000中國石油天然氣行業(yè)標準: 海上固定式鋼質(zhì)石油生產(chǎn)平臺的腐蝕控制SY/T 10050-2004中國石油天然氣行業(yè)標準: 環(huán)境條件和環(huán)境荷載標準DNV-OS-B101DNV 規(guī)范: 金屬材料DNV-OS-C101DNV 規(guī)范: 海洋鋼結(jié)構(gòu)設計荷載抗力法 DNV-OS-C201DNV 規(guī)范: 移動式海洋平臺結(jié)構(gòu)設計 工作應立法 DNV-OS-C401DNV 規(guī)范: 海洋工程結(jié)構(gòu)裝配和檢測 DNV-OS-C502DNV 規(guī)范: 海洋工程混凝土結(jié)構(gòu)1.3. 支撐結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)1.3.1 引言引言1、大型海上風電場開發(fā)的基礎結(jié)構(gòu)可

8、以根據(jù)它們基礎類型、安裝方法劃分成：樁基結(jié)構(gòu)重力基礎結(jié)構(gòu)桶基結(jié)構(gòu)浮式結(jié)構(gòu)2、根據(jù)基礎之上的結(jié)構(gòu)型式可分為 3 種基本結(jié)構(gòu)：單立柱結(jié)構(gòu)導管架結(jié)構(gòu)浮式結(jié)構(gòu)3、將不同基礎與上部結(jié)構(gòu)組合可以產(chǎn)生具有不同類型的混合基礎結(jié)構(gòu)。1.3.2 單立柱基礎單立柱基礎1、單立柱單樁結(jié)構(gòu)是樁承結(jié)構(gòu)中最簡單的一種結(jié)構(gòu)形式，基礎施工采用打樁或鉆孔方法。單立柱結(jié)構(gòu)一般為鋼質(zhì)，塔架通過單樁支撐，塔架與樁之間可以直接連接，或者通過過渡段連接。樁和立柱均為圓柱形結(jié)構(gòu)。2、樁的貫入深度取決于環(huán)境和土壤條件。單樁結(jié)構(gòu)在海床活動海域和沖刷海床海域是非常有利的，因為，它對水深有較大的靈活性。這種結(jié)構(gòu)的一個弱點是傾斜和振動，因此，對設計和

9、施工的要求較高。3、這種類型的結(jié)構(gòu)受到海底地質(zhì)條件和水深的制約，適合于水深從 0 米到 25 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 3 頁_米的海域。1.3.3 單立柱三樁結(jié)構(gòu)單立柱三樁結(jié)構(gòu)1、單立柱三樁結(jié)構(gòu)有三條樁腿埋入海床，其上部連接一個單立柱，單立柱是圓柱形鋼管?；A寬度和樁的貫入深度取決于實際的環(huán)境和土壤條件。2、海上風電機組的單立柱三樁結(jié)構(gòu)與邊際油田開發(fā)的簡易平臺相似，三根樁通過一個三角形剛架與中心立柱連接，風電機組塔架連接到立柱上形成一個結(jié)構(gòu)整體。3、三腳架的中心立柱與塔架連接，三腳架的樁可以是豎直的，也可以是傾斜的。當結(jié)構(gòu)采用自升式鉆塔安裝時要使用傾斜樁。4、單立柱三樁結(jié)構(gòu)的

10、剛度大于單立柱結(jié)構(gòu)，因此，適用水深為 20m50m。1.3.4 三腿或四腿導管架結(jié)構(gòu)三腿或四腿導管架結(jié)構(gòu)1、海上風電機組的三腿或四腿導管架結(jié)構(gòu)完全借鑒于海洋石油平臺的概念，采用了比單立柱三樁結(jié)構(gòu)剛度更大的結(jié)構(gòu)形式。因此，其適用水深和可支撐的風機規(guī)格大于單立柱三樁結(jié)構(gòu)。2、四腿導管架的適用水深為 2050m。1.4 結(jié)構(gòu)型式的選取結(jié)構(gòu)型式的選取1.4.1 一般要求一般要求1、風電機組基礎結(jié)構(gòu)為高聳結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)受荷載影響很大，尤其要認真考慮風機荷載和地震荷載的影響。2、結(jié)構(gòu)型式的選取不僅要考慮靜強度，還必須充分考慮結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應，使結(jié)構(gòu)的固有頻率避開外荷載頻率，尤其是風荷載，從而不致產(chǎn)

11、生過大的動力響應。3、風電機組基礎結(jié)構(gòu)還必須進行疲勞分析和屈曲分析，以及腐蝕疲勞問題。4、風電機組基礎結(jié)構(gòu)可以是剛性結(jié)構(gòu)，也可以是柔性結(jié)構(gòu)。柔性結(jié)構(gòu)的設計要保證平穩(wěn)地度過穿越頻率。1.4.2 不同結(jié)構(gòu)型式適用的水深范圍不同結(jié)構(gòu)型式適用的水深范圍表 1.4.1 中列出了推薦的不同基礎結(jié)構(gòu)形式適用的水深范圍。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 4 頁_表表 1.4.1 不同基礎結(jié)構(gòu)形式適用水深范圍不同基礎結(jié)構(gòu)形式適用水深范圍基礎類型水深(m)重力式基礎010桶基單立柱結(jié)構(gòu)025單立柱結(jié)構(gòu)030三腿/四腿導管架20浮式結(jié)構(gòu)50 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 5 頁_2. 環(huán)境條件

12、環(huán)境條件2.1 總則總則1、海上風電平臺設計應考慮與特定海域和操作有關的各種環(huán)境條件，主要包括風、浪、流、潮、冰和地震等。2、環(huán)境條件應根據(jù)長期的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來分析得到，并根據(jù)最新的海況統(tǒng)計資料確認，包括極端海況和正常操作海況。2.2 風風1、 風速可以分成兩種：（1）持續(xù)風速：平均持續(xù)時間大于 1 分鐘的風速；（2）陣風風速：平均持續(xù)時間小于 1 分鐘的風速；2、 一般來說，持續(xù)風速用于計算平臺上部的總風力，而陣風風速用于局部構(gòu)件的作用力計算3、 詳見 SY/T 10030-2004 的有關條款；2.3 波浪波浪1、波浪使用有效波高 Hs 和譜峰周期 Tp 來表示。2、波浪統(tǒng)計資料是長期和短期波

13、浪狀態(tài)表示的基礎。用于設計的經(jīng)驗統(tǒng)計資料必須經(jīng)過足夠長的時間周期。3、波浪和風是有聯(lián)系的，因為波浪通常是由風導致產(chǎn)生的。在設計中需要考慮波浪和風的聯(lián)系。4、當?shù)氐暮Ｃ孢\動的譜密度可以由已有的波浪資料確定。5、在沒有實測資料的情況下，海浪的譜密度函數(shù)可以用 JONSWAP 譜來表示， 24exp0.52545Sexp42ppfffpgffff 其中：f波浪頻率，f=1/T；T波浪周期；fp譜峰頻率，fp=1/Tp；Tp譜峰周期；g重力加速度；歸納的 Phillips 常數(shù)，24245/1 0.287lnSpHfg 譜寬參數(shù)，ffp 時，=0.07；ffp 時，=0.09；譜峰升高因子；上跨零點周

14、期 Tz 取決于譜峰周期 Tp，由下面的關系來確定， 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 6 頁_511zpTT譜峰升高因子5.3.6exp 5.75 1.15.3.651.5psppsspsTHTTHHTH若若若其中：Tp 單位是秒，Hs 單位是米。6、從當?shù)匾延匈Y料獲得的波浪參數(shù) Hs 和 Tp 的長期概率分布可以用一般分布形式或者散點圖的形式表示。典型的一般分布包括有效波高的 Weibull 分布和與 Hs 有關的 Tp 的對數(shù)分布。散點圖給出的是點對（Hs,Tp）在給定的（Hs,Tp）區(qū)間里發(fā)生的頻率。7、有效波高服從 Weibull 分布 1 expSHhFh 當表示任意 t

15、小時有效波高的分布時，每年最大有效波高的分布可以 SHFh取為： ,max,1SSNHyearHFhFh其中：N 是一年中 t 小時海浪間隔的個數(shù)，t=3 時，N=2920。8、以年為單位的重現(xiàn)期為 TR的有效波高，在每年最大有效波高的分布中定義為(1-1/TR)分位數(shù)。用表示，表達式為：,rS TH1,max,111rSS THyearRHFT其中 TR 大于一年。2.4 海流海流1、海流對海洋平臺有作用力，此外海洋考慮流對波浪的 Dopple 效應。2、流速一般按照表層、中層、底層給出。3、海流主要有風成流、潮流和環(huán)流。4、海流統(tǒng)計數(shù)據(jù)是表示長期和短期海流環(huán)境的基礎。用作設計基礎的經(jīng)驗統(tǒng)計

16、數(shù)據(jù)必須有足夠長的時間周期。5、必須相應地考慮海流隨水深的變化。6、風電基礎結(jié)構(gòu)底部容易腐蝕的地方，需要特別研究接近海底處的海流環(huán)境。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 7 頁_7、沒有詳細的現(xiàn)場測量資料時，海流速度隨水深的變化認為是 tidewindv zvzvz其中 z0 時， 170tidetidehzvzvzh時，00hz 17000windwindhzvzvzhv(z)水深 z 處海流的總速度；z到靜水面的距離，向上為正；vtide0靜水面的潮流速度；vwind0靜水面的風成流速度；h水深（取正） ；ho風成流的參考深度，ho=50m。2.5 水位水位1水位由平均水位、潮位和

17、風、壓力導致的風暴潮構(gòu)成。潮差定義為最高天文潮和最低天文潮之差。2水位統(tǒng)計資料可以用長期和短期水位環(huán)境表示。用作設計基礎的經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)必須有足夠長的時間周期。3、水位和風是有相關的，因為水位成分里有風成因素。設計中要考慮水位資料和風資料之間的這種聯(lián)系。2.6 冰冰1、如果風電場所在海區(qū)可能形成冰或是可能有流冰，冰環(huán)境必須適當考慮。2、對于下面的海冰環(huán)境和性質(zhì)要考慮相應的統(tǒng)計資料：冰的特性和幾何形狀；冰區(qū)密度和分布；冰的類型（浮冰、狹長的冰、冰排） ；冰的機械性能（抗壓強度 ru，抗彎強度 rf） ；流冰的速度和方向；冰厚。3、冰的增長來源于海浪飛濺、雪、雨和潮濕的空氣，在不同的海區(qū)這些因素要相

18、應地考慮。4、如果有除去冰雪的設備，由于雪和冰的積累導致的雪和冰荷載可以減小或是忽略。5、當風荷載和水動力荷載確定之后，要相應考慮冰引起的橫截面積的增加和表面粗糙度的改變。6、冰厚是計算冰荷載的重要參數(shù)。冰厚的確定應該基于當?shù)氐谋鶖?shù)據(jù)， 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 8 頁_2.7 土壤調(diào)查和巖土資料土壤調(diào)查和巖土資料1、土壤調(diào)查應該給詳細設計提供所有需要的土壤資料。土壤調(diào)查分為地質(zhì)研究、地球物理測量和巖土調(diào)查。2、土壤調(diào)查的范圍和土壤調(diào)查方法的選擇要考慮風機的類型、大小、重要性、土壤的復雜性和海床環(huán)境、實際土壤沉淀物的類型。土壤調(diào)查覆蓋的區(qū)域要看場地布置和安裝的容許誤差。3、對于

19、風場中的多重地基，土壤的巖石組成和土壤強度特性范圍要在每一層地基或者每個地基的位置進行相應的評估。4、土壤調(diào)查必須提供達到某一深度土壤的相關信息，在此深度以下的薄弱基礎不再會影響到風機和支撐結(jié)構(gòu)及基礎的安全性和性能。5、土壤調(diào)查通常由下面的調(diào)查類型組成：該點的地質(zhì)調(diào)查海床的地形調(diào)查地球物理調(diào)查，土壤鉆孔并進行現(xiàn)場測試土壤取樣并進行隨后的實驗室測試在采樣處進行測試，例如錐形穿透試驗（CPT）6、現(xiàn)場的巖土調(diào)查包括取樣做實驗室分析和現(xiàn)場測試兩部分，調(diào)查應該提供下面所有重要土層的巖土資料類型：土壤分類和描述的資料；實施要求的分析類型之后提供剪切強度和變形特性；現(xiàn)場應力環(huán)境。提供的土壤參數(shù)，應該覆蓋所

20、有的基礎設計和細節(jié)要求，包括重要土層的橫向范圍和這些土層中土壤特性的橫向變化。7、確定土壤的強度和變形特性的實驗室測試，應該包括一系列不同類型的實驗，每種實驗要重復多次，這樣才能滿足基礎詳細設計的需要。2.8 其它環(huán)境條件其它環(huán)境條件2.8.1 地震地震1、風電場海域的地震活躍程度必須根據(jù)地震活動的歷史記錄，如地震發(fā)生的次數(shù)和量級，以此來進行評定。2、如果能夠得到該地區(qū)地震活動的詳細信息，那么該地區(qū)的地震條件由這些信息來確定。3、如果沒有該地區(qū)地震活動的詳細信息，那么地震條件的確定要根據(jù)詳細的調(diào)查，這包括地質(zhì)歷史的研究和該地區(qū)發(fā)生的地震。4、如果某地區(qū)被定為地震活躍區(qū)并且風機受地震的影響，就需

21、要做當?shù)睾驮摰貐^(qū)地質(zhì)評估以確定缺陷的位置和排列、震中和震源的距離、能量釋放的機制和震源到該地的衰減特征。應該考慮當?shù)氐耐寥罈l件，某種程度上地震能夠影響到地面的運動。地震設計包括形成該地的地震設計標準，應該與認可的工業(yè)操作相符合。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 9 頁_2.8.2 鹽度鹽度應該考慮海水的鹽度對腐蝕的影響。2.8.3 溫度溫度1、高、低溫度的極值表示成可能的最高值和最低值，各自有相應的重現(xiàn)期。2、當描述溫度環(huán)境時，空氣和海水的溫度都要考慮。2.8.4 海生物的生長海生物的生長1、海底的植物、動物和細菌引起水下和潮間帶的結(jié)構(gòu)部件上的海生物生長。潛在的海生物生長必須得到重視

22、。海生物增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量，還可能增加構(gòu)件上水的作用力。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 10 頁_3. 荷載及荷載組合荷載及荷載組合3.1 總則總則1、該部分定義并詳細敘述了在總體強度分析和局部設計中需考慮的荷載及荷載組合情況。2、風機和支撐結(jié)構(gòu)至少要滿足 IEC61400-1(風渦輪發(fā)電機系統(tǒng)規(guī)范第一部分：安全要求)中給出的特定風工況的要求。3.2 固定荷載固定荷載固定荷載是指平臺適用期間，大小、位置或方向不會發(fā)生改變的荷載，如：平臺結(jié)構(gòu)在空氣中的重量永久安裝在平臺上的設備和附屬結(jié)構(gòu)作用在結(jié)構(gòu)上的靜水力3.3 活荷載活荷載1、活荷載是指在與平臺使用和正常操作有關的荷載，其大小、位

23、置和方向會發(fā)生改變。例如：人員的變化起重機操作荷載船舶撞擊與設備運行有關的荷載可變的壓艙物和設備荷載存儲的材料、設備、氣體、液體和流體救生艇2、對于海上風機結(jié)構(gòu)，活荷載包括：運動荷載（actuation loads）服務船只的撞擊荷載起重機操作荷載3、運動載荷運行載荷是由于風力發(fā)電機組的運行和控制產(chǎn)生的，可將它們分成若干類。每一類都與風輪轉(zhuǎn)數(shù)的控制有關，例如通過葉片或其他氣動裝置的變距進行扭矩控制。運行載荷包括由風輪停轉(zhuǎn)和啟動，發(fā)電機接通和脫開引起的傳動鏈機械剎車和瞬態(tài)載荷，以及偏轉(zhuǎn)載荷。4、運行載荷通常認為是風荷載作用在風渦輪機上產(chǎn)生的荷載中一種。因此，在該標準中，驅(qū)動荷載認為是環(huán)境風機荷載

24、，不以獨立的功能荷載出現(xiàn)在荷載組合中。5、船舶撞擊荷載用于主要的支撐結(jié)構(gòu)和基礎的設計以及次重要結(jié)構(gòu)物的設計中。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 11 頁_3.4 環(huán)境荷載環(huán)境荷載3.4.1 總則總則1、環(huán)境荷載是指平臺使用期間，大小、位置和方向會發(fā)生改變的自然因素引起的荷載。包括：風機荷載由波浪和流產(chǎn)生的水動力荷載，包括拖曳力和慣性力地震荷載流致渦激荷載潮汐效應海生物生長雪、冰荷載2、更加詳細的信息請參考中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準， “環(huán)境條件和環(huán)境荷載標準” ，SY/T 10050-2004。3.4.2 風機荷載風機荷載1、風機運行荷載風力發(fā)電機組運行時，其葉片上的風荷載和風

25、機偏航引起的荷載通過結(jié)構(gòu)和傳動機構(gòu)作用在塔架頂端，因此，DNV 規(guī)范規(guī)定，海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計應考慮風電機組的荷載。這部分荷載包括：風輪上的靜風壓引起的荷載、湍流和尾流引起的荷載、風力發(fā)電機偏航引起的荷載和風力發(fā)電機組的重力荷載等。中華人民共和國機械工業(yè)部標準（JB/T10300-2001）對風力發(fā)電機組的荷載計算做出了具體的規(guī)定：A.1 正常運行荷載 (1) 作用在風輪上的平均壓力作用在風輪掃掠面積A上的平均壓力由下式計算：Hp2HFB12rpC V式中：CFB=8/9；空氣密度；Vr額定風速。代入系數(shù)值并經(jīng)量綱轉(zhuǎn)換后得： 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 12 頁_（kN/m2

26、）2H1800rVp 式中：Vr 的量綱為m/s。 (2) 作用在塔架頂部的力為：XHHFp A (3) 湍流、風斜流和塔尾流的影響利用氣動力距風輪中心的偏心距ew 來考慮湍流以及風斜流和塔尾流的影響：22wrwReV式中：R風輪半徑；w任一方向風的極端風梯度，取w=0.25或風速梯度的1.5 倍m sm（二值中取較小值）。由于此偏心距而產(chǎn)生最大附加力矩為：YHHwMp Ae或ZHHwMp Ae (4) 扭矩XHM由最大輸出功率 Pe1 確定：e1XHPM式中：風輪轉(zhuǎn)動角速度；發(fā)電機和增速器的總效率系數(shù)。若無輸出功率或總效率系數(shù)實際值時，則可假定單位風輪掃掠面積的輸出功率為500W/m2及總效

27、率系數(shù)=0.7。將=0.7 及Pe1（kW）代入得：e1XH14PMn式中：n風輪轉(zhuǎn)速，r/min。A.2 風機偏航荷載風機偏航運動時，由于陀螺效應，偏航運轉(zhuǎn)將引起作用在塔架頂部的陀螺力，這就是偏航荷載，對于偏航運動的不同階段，該荷載分為啟動荷載和勻速轉(zhuǎn)動荷載。（1）啟轉(zhuǎn)當風機偏航時，偏航啟動作用在塔架上的扭矩為：ZTHwMp Ae 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 13 頁_在偏轉(zhuǎn)運動開始時，除扭矩外，還作用有塔架頂端的橫向力：YTMMFm e式中：發(fā)電機和風輪的總質(zhì)量；Mm總質(zhì)量的質(zhì)心位置距塔架的距離；Me偏航角加速度。（2）勻速偏轉(zhuǎn)運動如果裝被動偏航系統(tǒng)的風力發(fā)電機組無合理加速時

28、間數(shù)據(jù)可用，則可假定加速持續(xù)時間為1s。此外，要使用偏航系統(tǒng)的角速度。對于裝主動偏航系統(tǒng)的風力發(fā)電機組，角速度通常很小，可不考慮此荷載情況。在這些情況下，將作用下述荷載：2XTMMFZm e YTBMZI 式中：Z 葉片數(shù)量； 葉片相對風輪軸的慣性矩；BI偏航角速度2、風在轉(zhuǎn)子和塔架上產(chǎn)生的荷載應當加以考慮。風生荷載包括風直接產(chǎn)生的荷載以及由風機的運轉(zhuǎn)和風激運動產(chǎn)生的間接荷載。直接風激荷載包括：空氣動力輪機葉片荷載（在運轉(zhuǎn)，停止、空閑，制動和啟動時） ；塔架和發(fā)電機艙的氣動阻力。根據(jù)標準，在結(jié)構(gòu)設計中，以下風荷載包括由風間接產(chǎn)生的荷載和風機工作產(chǎn)生的荷載。葉片上的動力荷載。隨著葉片的轉(zhuǎn)動，該荷

29、載隨時間不斷變化；由轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的地心引力和科里奧利力；偏轉(zhuǎn)引起的回轉(zhuǎn)力；風機的制動力。3、以下因素在風荷載的定義中應當予以考慮：塔架的遮蔽、塔架的填塞物和漩渦脫落，即塔架的存在而產(chǎn)生的風紊流；一個風力渦輪機在另一個的后面產(chǎn)生的伴流效應，例如在風力發(fā)電場中；與回轉(zhuǎn)軸有關的風流方向偏離，例如偏航誤差；轉(zhuǎn)動樣本，例如，由于輪機葉片切割漩渦，低頻的氣體紊亂將會變成高頻荷載；氣體彈性效應，例如，渦輪機在一面的運動和與另一面的風場的相互作用；葉片螺距的不同導致的空氣動力的不平衡和轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡；風力渦輪機上控制系統(tǒng)的影響，例如，限制穿過葉片螺距上的極限荷載； 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 14

30、 頁_氣體的紊流和陣風；由停止導致的槳葉和邊緣振動所引起的不穩(wěn)定性應當避免；阻尼；風力渦輪機控制器。3.4.3 風荷載風荷載1、風速的選取 參考 SY/T 100302004 2.3.2 條款。2、風力的計算 計算公式如下 221AVCFs式中：F風力（N） ；空氣的密度（kg/m3） ；A物體的迎風面積（m2） ；V風速（m/s） ；Cs形狀系數(shù)。3、形狀系數(shù)和遮蔽效應 參考 SY/T 100302004 2.3.2e 和 2.3.2f 條款。3.4.4 波浪荷載波浪荷載1、在波浪荷載的計算中，應根據(jù)水深、環(huán)境條件級結(jié)構(gòu)形式采用合適的波浪理論；2、對于細長結(jié)構(gòu)，如導管架結(jié)構(gòu)構(gòu)件和單樁結(jié)構(gòu)，可

31、用 Morison 方程求解波浪力。3、對于大尺度結(jié)構(gòu)物，波浪運動因結(jié)構(gòu)物的存在受到干擾，應當進行波浪繞射分析以確定局部（壓力）及整體波浪荷載。4、作用在諸如浸沒在水中的圓柱體等細長結(jié)構(gòu)部分上的波浪力，可通過Morison 方程預測得到。在該方程中，作用在水深 z 處的豎直單元 dz 上的水平力表達如下：第一項是慣性力，第二項是拖曳力。CD和 CM是拖曳力和慣性力系數(shù)，D 是圓柱體直徑， 是水的密度，是水質(zhì)點的水平速度，z 由靜水面處測量，x z 軸向上。因此，在海底處，z=-d，水深為 d。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 15 頁_5、作用于圓柱體上總的水平波浪力可由 Moris

32、on 方程沿高度 z 從-d 到波浪頂端的積分得到。6、當結(jié)構(gòu)物的尺寸接近波長時，如 D0.2，那么 Morison 方程不適用。慣性力將占主導地位，可由繞射理論計算得到。7、波浪容易在結(jié)構(gòu)物所在地或其周圍發(fā)生破碎，那么在結(jié)構(gòu)設計中應當考慮破碎波的波浪荷載。破碎波的波浪荷載取決于破碎波的類型。崩破波、卷破波和激破波之間有區(qū)別。三種類型波浪的動力學不同。8、在波浪荷載的計算中，可用增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件外徑的方法來考慮海生物的生長。3.4.5 流荷載流荷載 1、單獨流力的計算 VDVCFd212、與波浪同時出現(xiàn) 流速應與波浪的水質(zhì)點速度矢量迭加，然后計算。3、流致渦激振動 對暴露于流中的細長構(gòu)件，應考慮周

33、期性的漩渦脫落引起的渦激振動的影響。3.4.6 冰荷載冰荷載1、靜冰力計算海冰對結(jié)構(gòu)的作用力取決于海冰的破壞形式，海冰的擠壓破壞強度為彎曲破壞強度的 3-4 倍，因此，一般采用擠壓破壞時的冰力作為設計冰荷載。各國學者提出了不同的靜冰力計算公式，其中被普遍認可而且在海洋平臺結(jié)構(gòu)設計中廣泛采用的冰力計算公式為 Korzhavin-Afanasev 公式（簡稱 K-A 公式） 。K-A 公式表達的靜冰力為 ImscFkdt式中：-嵌入系數(shù)，取值為I51tId 樁柱形狀系數(shù)，圓截面柱取0.9；m 樁柱與冰層的接觸系數(shù)，一般取0.3；k 冰塊試樣的極限抗壓強度，Pa；c 樁柱直徑，；dm 冰層計算厚度，

34、。tm 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 16 頁_2、動冰力的計算 動冰力的計算根據(jù)DNV規(guī)范DnV-OS-J101中建議的動冰力曲線，如下圖所示。其中取的是靜力計算得到的，為冰作用的周期，其影響條件是冰0FsF0,1T的破壞長度和冰的漂移速度，LiceU0,1/iceTL U 圖圖3.1 DNV-J101建議的動冰力時程建議的動冰力時程 圖示動冰力時程的表達式如下： 00.10.1000.10.10.10.1000.10.10.10.180.200.777(0.7)0.70.80.3(0.8)0.82FFTTFFFTTTTFFTTTT DNV規(guī)范推薦了兩種確定破壞長度的模型：L （

35、1），其中是樁的外徑，是的函數(shù)，由圖3.212LDD2/()WfDt中確定，其中，是冰的彎曲強度，是水的重度， 為冰的計算厚度。fWt 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 17 頁_圖圖3.2 冰的破壞長度確定參數(shù)冰的破壞長度確定參數(shù)的確定的確定 （2），其中是冰的彈性模量， 是冰的泊松比。0.25321212(1)WEtLvEv 以上兩種模型都表明冰的破壞長度和冰的漂移速度是相互獨立的。冰LiceU的漂移速度根據(jù)所給環(huán)境資料取值。冰的破壞長度取值相對來說比較不確定，L因此，在動力響應計算中要考慮范圍相對比較廣泛的冰周期，以保證結(jié)構(gòu)在0,1T冰載荷作用下有足夠的強度。3、群樁上的冰力但大

36、面積冰層擠向平臺時，應適當考慮群樁的遮蔽效應，后面的樁排應乘以折減系數(shù)。4、對在寒冷地區(qū)的平臺，應參考 API RP2N 確定冰荷載。3.4.7 地震荷載地震荷載1、當風機設計的場所可能發(fā)生地震時，結(jié)構(gòu)應當設計成具有抵抗地震荷載的能力。2、當風機建在易發(fā)生地震引發(fā)海嘯的地帶，那么海嘯對結(jié)構(gòu)的荷載效應也應當加以考慮。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 18 頁_3.5 荷載組合荷載組合3.5.1 荷載組合的原則荷載組合的原則1. 根據(jù)應用海域的具體環(huán)境條件，對實際有可能出現(xiàn)的各種荷載，應按照最不利情況進行組合。2. 在荷載組合過程中，應考慮荷載組合的合理性和可能性。3. 對受水位影響的荷

37、載，必須把水位作為一個組合條件考慮。3.5.2 荷載組合荷載組合1. DNV-OS-J101 推薦的荷載組合2 我國海域的荷載組合 針對我國渤海和南海海域，極端環(huán)境條件下的荷載組合工況見表 3.2。表表 3.2 渤海和南海極端工況荷載組合渤海和南海極端工況荷載組合組合工況風浪流冰表表3.1 DNV荷載組合荷載組合定義相關荷載效應特征荷載值的環(huán)境荷載類型和重現(xiàn)期極限荷載荷載聯(lián)合風浪流冰水位150年一遇5年一遇5年一遇50年一遇25年一遇50年一遇5年一遇50年一遇35年一遇5年一遇50年一遇50年一遇最終極限狀態(tài)450年一遇5年一遇50年一遇平均水位注：最終極限狀態(tài)下，風機處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)。 海上風

38、電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 19 頁_150 年一遇50 年一遇50 年一遇渤海210 年一遇10 年一遇50 年一遇南海100 年一遇100 年一遇100 年一遇對于風機正常運轉(zhuǎn)的情況下，在我國渤海和南海海域，可以采用以下的荷載組合形式，如表 3.3 所示。表表 3.3 渤海和南海操作工況荷載組合渤海和南海操作工況荷載組合組合工況風浪流冰1風機運轉(zhuǎn)10 年一遇10 年一遇渤海2風機運轉(zhuǎn)10 年一遇10 年一遇南海風機運轉(zhuǎn)10 年一遇10 年一遇3、每次對包含風荷載效應貢獻的荷載聯(lián)合進行研究時，應當根據(jù)風機的兩種不同狀況假定來分析：運轉(zhuǎn)中的風機；停止狀態(tài)（空轉(zhuǎn)和靜止） 。 設計時應當使

39、用相應兩種分析結(jié)果的最大荷載效應。3.5.3 瞬態(tài)荷載情況瞬態(tài)荷載情況1、來自風機運轉(zhuǎn)和控制產(chǎn)生的激勵荷載會產(chǎn)生瞬態(tài)風荷載。以下情況會產(chǎn)生瞬態(tài)荷載，應當加以考慮：從停止或閑置狀態(tài)下的啟動；正常關閉；緊急關閉；正常故障事件：控制系統(tǒng)的故障及電力網(wǎng)絡連接的損失；非正常故障事件：保護系統(tǒng)和電力系統(tǒng)故障；偏航。2、特征瞬態(tài)風荷載效應計算為 10 分鐘周期的最大荷載效應，在該周期內(nèi)，風強度取在切入和切出風速范圍內(nèi)最不利 10 分鐘平均風速。為了確定臨界風速，例如，在瞬態(tài)荷載中產(chǎn)生最嚴重荷載的風速，則應當考慮陣風、湍流、風向變化、風剪切、故障時間和梯度損失等因素。3、特征瞬態(tài)風荷載效應應當與 10 年一遇

40、的波浪荷載效應聯(lián)系起來。該聯(lián)合可根據(jù)線性聯(lián)合模式起作用，線性聯(lián)合值可通過獨立計算的特征波浪荷載效應 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 20 頁_和風荷載效應計算設計荷載效應。該聯(lián)合可通過時間域內(nèi)結(jié)構(gòu)分析的特征聯(lián)合荷載效應的模擬來實現(xiàn)，該時間域同時適用于風荷載和波浪荷載的模擬時間列。當瞬時風荷載與波浪荷載相聯(lián)合時，應當考慮它們之間的不一致性。對于非軸對稱支撐結(jié)構(gòu)，應當假定最不利風荷載方向和波浪荷載方向。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 21 頁_4. 鋼結(jié)構(gòu)設計鋼結(jié)構(gòu)設計4.1 總則總則1、本章對風電機組基礎結(jié)構(gòu)中鋼質(zhì)圓管構(gòu)件的設計作了規(guī)定，適用于鋼材屈服強度 s420N/mm

41、2，構(gòu)件徑厚比 D/t120 的圓管構(gòu)件，局部屈曲公式的有效范圍是 D/t60 時，在軸向壓力或彎矩作用下，應考慮管壁的局部屈曲而引起的失穩(wěn)。當圓管的徑厚比 D/t300，且 t6mm 時,通常為非彈性局部屈曲，而在殘余應力及初始缺陷影響較大時，特別是對于高強度鋼,也可能在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生局部屈曲。(1)彈性屈曲時，其彈性局部屈曲臨界應力為：xe N/mm2DtExe/6 . 0式中：E彈性模量，N/mm2。(2)非彈性屈曲時，其非彈性局部屈曲臨界應力為：xc N/mm2 xesxck 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 25 頁_式中：k局部穩(wěn)定系數(shù)，按下式計算：4/23. 064. 1

42、tDk式中：D圓管公稱直徑，mm；t圓管壁厚，mm。2、整體臨界應力無加筋圓管構(gòu)件,在軸向壓力作用下，其穩(wěn)定性由整體屈曲臨界應力控制，可按下式驗算整體穩(wěn)定性： N/mm2 csAN式中：N軸向壓力，N；A圓管截面積，N/mm2；鋼材屈服強度，在本式中當圓管 D/t60 時，應以局部屈曲臨界應s力(或,取小者)替代，N/mm2；xexcs許用屈曲臨界應力，N/mm2。 c整體穩(wěn)定系數(shù)，由下式?jīng)Q定：當時, 2030020044. 0265. 067. 125. 01當時, 202092. 11式中：s0構(gòu)件的長細比；構(gòu)件整體屈曲的臨界應力等于鋼材屈服強度的長細比,按下式計算：sssE2對于圓管，可

43、取。EDKls9 . 004.5.4 無加筋圓管構(gòu)件在彎矩作用下的局部屈曲無加筋圓管構(gòu)件在彎矩作用下的局部屈曲無加筋圓管構(gòu)件在彎矩作用下，當 D/t60 時，可能產(chǎn)生局部屈曲，應按下式驗算其彎曲應力： N/mm2 kWM1 . 1式中：M構(gòu)件的最大彎矩，Nmm；W截面的剖面模數(shù)，mm3；對于圓管可取：tDW42 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 26 頁_k局部穩(wěn)定系數(shù)。4.5.5 軸向壓力和彎矩聯(lián)合作用的穩(wěn)定性軸向壓力和彎矩聯(lián)合作用的穩(wěn)定性1、無加筋圓管受軸向壓力和彎矩的聯(lián)合作用時,應滿足下式要求: N/mm2 cyxWMMAN225 . 1式中：N軸向應力，N；Mx、My計算截面繞

44、 x 軸和 y 軸的彎矩，Nmm；A圓管截面積，mm2；W圓管截面的剖面模數(shù)，mm3；整體穩(wěn)定系數(shù)。2、鋼管樁一般可不進行整體穩(wěn)定性計算，但受橫向荷載作用的樁，同時又有很大的軸向力作用時，在計算中要考慮荷載位移(P)效應，可將樁模擬為非線性彈性基礎上梁進行內(nèi)力分析。當 D/t60 時，應按下式驗算局部穩(wěn)定性： N/mm2 WMMANyxx229 . 04.5.6 靜水中無加筋圓管構(gòu)件的穩(wěn)定性計算靜水中無加筋圓管構(gòu)件的穩(wěn)定性計算1、圓管在外水壓力作用下產(chǎn)生的環(huán)向壓應力,應不超過環(huán)向的許用應力：h h N/mm2 2hchhhpDtk式中：p設計靜水壓力，MPa；環(huán)向屈曲安全系數(shù)；工作環(huán)境條件，=

45、2.0；極端環(huán)境條件，hkhk=1.5；hk環(huán)向屈曲臨界應力，N/mm2。hc無加筋圓管構(gòu)件如滿足規(guī)定的圓度公差，環(huán)向屈曲臨界應力可由下hc列步驟確定： 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 27 頁_按下式計算彈性環(huán)向屈曲應力he： N/mm229 . 0DtEhe確定環(huán)向屈曲臨界應力hc：當時，= N/mm2hhe5 . 0hche當時， N/mm2shes25 . 0heshc2 . 04 . 02、當軸向拉力和外水壓力共同作用時，圓管構(gòu)件應滿足下列公式： 0 . 16 . 022hhxhhx式中：，N/mm2；hbax5 . 0其中：軸向應力的絕對值，N/mm2；a彎曲應力的絕對值

46、，N/mm2；b環(huán)向應力的絕對值，N/mm2。h3、承受軸向壓力和外水壓力共同作用的無加筋圓管構(gòu)件，在下述兩個環(huán)境條件下，應同時滿足公式要求：(1)工作環(huán)境條件：0 . 12242hehhexehex0 . 12xcx0 . 12hch式中：，N/mm2。hbax5 . 0(2)極端環(huán)境條件：0 . 15 . 1232hehhexehex0 . 15 . 1xcx 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 28 頁_0 . 15 . 1hch 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 29 頁_5. 樁基礎設計樁基礎設計5.1 一般規(guī)定一般規(guī)定1、為確保風電機組基礎結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境條件下能正常工

47、作，在極端環(huán)境條件下具有一定的安全度，應對樁體結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性以及樁基承載力進行分析驗算。此外，樁基礎設計還應包括打樁過程中的樁體強度校核，以及樁可打入性分析。樁基礎應能承受靜力的、循環(huán)的和瞬時的荷載而不致產(chǎn)生過大的變形或振動。應特別注意循環(huán)荷載對支撐土壤強度的影響以及對樁結(jié)構(gòu)動力響應的影響。2、應調(diào)查海底相對于基礎構(gòu)件產(chǎn)生位移的可能性，應預估此位移引起的作用力，并在基礎設計中加以考慮。3、由于海流和波浪作用引起的海床沖刷可能嚴重影響樁基軸向和橫向支承能力，應對風電機組基礎結(jié)構(gòu)所在海域的海床沖刷情況進行調(diào)查,如有沖刷現(xiàn)象，則設計時應加以考慮。4、在基礎施工過程中，由于達不到設計要求需要采取的

48、可能補救措施應在施工前進行研究并做出規(guī)定。5.2 樁體壁厚的確定樁體壁厚的確定鋼管樁壁厚是由樁體強度和穩(wěn)定性要求與腐蝕裕量所決定，同時尚應考慮施工方面的要求，并不得小于規(guī)定的最小厚度 t。鋼管樁的最小壁厚 t 按下式計算：t=6.35+D/100 mm式中：D-樁徑，mm。5.3 樁體分段的確定樁體分段的確定確定樁體的分段長度時，應考慮起吊能力、打樁工藝、打樁時樁體強度、剛度和穩(wěn)定性、現(xiàn)場焊接條件以及土質(zhì)情況等因素。5.4 樁體的構(gòu)造要求樁體的構(gòu)造要求1、在樁頂和樁尖處,一個樁徑長度范圍內(nèi)的樁壁厚度,必要時應加厚最小壁厚的1.5 倍。2、鋼管樁在泥面處厚壁段的上下均應留有適當富裕長度，以適應樁

49、體實際入土的深度的變化。每一樁段應留有 1m 左右的余量，以備因錘擊損傷后，將此長度割去。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 30 頁_3、樁體與導管（或套管）之間的環(huán)形空間，一般宜用水泥漿充填，以實現(xiàn)鋼樁與導管（或套管）之間的荷載傳遞。應該設置定位塊在樁和其周圍結(jié)構(gòu)之間保持一個均勻的環(huán)行空間。為封閉水泥漿應使用封隔器，并提供正確地將水泥漿灌入環(huán)行空間的方法。在具有軟弱的海底泥土的地方，應考慮采用封閉器或其它方法盡量避免泥土侵入環(huán)行空間。5.5 橫向荷載下樁基計算橫向荷載下樁基計算1、橫向荷載作用下樁的內(nèi)力及變形，一般可以通過求解樁軸撓曲的微分方程或用有限元法得到。計算中宜考慮土的非線

50、性特性及泥面沖刷、滑移和沉樁對土體擾動的影響等因素。2、樁側(cè)土抗力 P 應按下式計算求得：P=-Esy N/mm2式中：Es計算點的土抗力模量,MN/m3，其值隨土質(zhì)、深度和位移而變；y計算點的樁側(cè)位移，mm。3、土抗力模量樁在橫向荷載作用下，其側(cè)向位移較小時可不考慮土的非線性特性，按一般公認的線性假定確定土抗力模量。橫向荷載下樁的計算，考慮土的非線性時，宜以計算點的 P-y 曲線為依據(jù)，取其割線斜率作為土抗力模量。5.6 P-y 曲線曲線1、P-y 曲線的線型與土質(zhì)、深度及荷載性質(zhì)等有關。一般應根據(jù)現(xiàn)場或室內(nèi)試驗資料的分析結(jié)果繪制。缺乏資料時，可以參考使用本節(jié)所附 P-y 曲線。2、砂性土的

51、 P-y 曲線砂性土分為淺層土和深層土，淺層土和深層土的極限土抗力轉(zhuǎn)折點深度XR按下式計算： mm123CDCCXR式中：C1、C2、C3系數(shù)，以為參數(shù)；砂性土內(nèi)摩擦角，deg；D外徑，mm。當 x96KPa)比軟粘土脆性更大，工程中應以實際試驗資料繪制 P-y曲線為準，文獻中的 P-y 曲線經(jīng)驗證后方可采用。5.7 樁的軸向承載力樁的軸向承載力5.7.1 一般要求一般要求確定樁的軸向承載力有下列幾種方法：(1) 現(xiàn)場試樁；(2) 靜力公式；(3) 樁的動力公式(基于波傳播理論的公式)；(4) 地區(qū)性的半經(jīng)驗公式。樁基設計可用上述方法確定承載力，但動力公式不能單獨使用，最好是用幾種方法綜合確定

52、。5.7.2 受壓樁的極限承載力受壓樁的極限承載力1、受壓樁的極限承載力 Qd可用下式計算：KNqAAfQQQpsiipfd式中：Qf樁側(cè)摩阻力，kN；Qp總的樁尖阻力(應不大于土塞承載力)，kN；fi第 i 層土的單位面積側(cè)摩阻力，KPa；Asi第 i 層土中的樁側(cè)面積，m2；Q單位面積樁尖阻力，KPa；Ap樁尖毛面積，m2。2、粘性土中樁的單位面積側(cè)摩阻力 f 和單位面積樁尖阻力 q 按下列選?。?1) 粘性土中樁的單位面積側(cè)摩阻力 f 可按下式計算:f=ac KPa式中：a系數(shù)，a1.0；c不排水抗剪強度，KPa。系數(shù) a 可按下式計算： 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 32

53、頁_當時，0 . 15 . 05 . 0a當時，0 . 125. 05 . 0a式中：0/ pcp0有效上復壓力，KPa。(2) 粘性土中樁的單位面積樁尖阻力 q 取樁尖處土的不排水抗剪強度 c 的 9倍。3、砂性土中的單位面積側(cè)摩阻力 f 和單位面積樁尖阻力 q 按下列選?。?1) 砂性土中的單位面積側(cè)摩阻力 f 可按下式計算：tgpkf00式中：k0土層的側(cè)壓力系數(shù)，一般為 0.51.0；p0有效上復壓力，Kpa；樁土間摩擦角(度)。(2) 砂性土中的單位面積樁尖阻力 q 可按下式計算：qNpq0式中：Nq阻力系數(shù)，可參考表 5.7.1 選用。表表 5.7.1砂土類型內(nèi)摩擦角樁土摩擦角Nq

54、砂353040粉質(zhì)砂土302520砂質(zhì)粉土252012粉土20158注：此表值用于中密密實的砂性土。(3) 計算砂性土中的單位面積側(cè)摩阻力 f 和單位面積樁尖阻力 q 時，應考慮土質(zhì)及埋深等情況，并應符合下列條件：f100KPa 及 q10MPa4、用靜力公式確定樁的極限承載力時，尚應考慮樁和土塞的重量及浮力的影響。5、在分層土中,當與樁尖所處土層相鄰近的土層是松土層時，則樁尖在所處土層中的貫入深度應為 23 倍樁徑，并且樁尖離該土層底線約 3 倍樁徑，以防樁尖刺入軟土層。如果達不到上述距離要求，則對樁尖阻力應作修正。5.7.3 受拉樁的極限抗拔力計算1、計算受拉樁的極限抗拔力時，一般假定樁尖

55、阻力為零，且可考慮樁體有效重量的影響。2、粘性土中抗拔樁的單位面積側(cè)摩阻力。3、砂性土中抗拔樁的單位面積側(cè)摩阻力小于受壓樁的值。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 33 頁_5.7.4 安全系數(shù)安全系數(shù)1、樁基的容許承載力為極限承載力除以安全系數(shù)。所用安全系數(shù)應符合表5.7.2 規(guī)定。表表 5.7.2設計環(huán)境條件荷載情況安全系數(shù) K風電機組基礎結(jié)構(gòu)上固定荷載加相應的最大活荷載工作環(huán)境條件風電機組基礎結(jié)構(gòu)上固定荷載加相應的最小活荷載2.0風電機組基礎結(jié)構(gòu)上固定荷載加相應的最大活荷載極端環(huán)境條件風電機組基礎結(jié)構(gòu)上固定荷載加相應的最小活荷載1.55.8 群樁效應群樁效應5.8.1 一般要求一

56、般要求當樁間距小于 8 倍樁徑時，應考慮群樁效應。5.8.2 對橫向承載力的影響對橫向承載力的影響1、當群樁中的樁距小于 8 倍樁徑時，橫向荷載作用下的荷載變形關系應考慮群樁效應的影響。2、對于埋置于粘性土或無粘性土中的樁，在正常情況下，群樁的變形要大于單樁承受群樁平均荷載時的變形。影響群樁變形和荷載分布的主要因素包括樁的間距、樁的貫入深度與樁徑之比、樁相對于土壤的柔性、群樁的尺寸以及土壤的剪切強度、剛度模量等因素隨深度的變化。5.8.3 對軸向承載力的影響對軸向承載力的影響對于粘性土中的群樁，當樁距小于 8 倍樁徑時，應考慮群樁效應對承載力及變形特性的影響。在砂性土中，可不考慮群樁效應對承載

57、力的影響。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 34 頁_6. 鋼材料鋼材料6.1 總則總則本章主要介紹在海洋鋼結(jié)構(gòu)的設計和建造中鋼材的選擇和檢驗原則。6.2 設計溫度設計溫度1、設計溫度作為鋼材等級選擇依據(jù)的參考溫度。設計溫度應當根據(jù)最低日平均溫度確定。2、所有局部低溫冷藏或其他低溫環(huán)境降低工作溫度的地方，應當考慮這些因素對最小設計溫度的影響。3、漂浮裝置的設計溫度不應超過不同結(jié)構(gòu)部分定義的鋼材最小工作溫度。4、最低水線以上的外部結(jié)構(gòu)應按照與裝置運行處的最低日平均溫度相同的工作溫度進行設計。5、對于不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件，設計溫度的詳細規(guī)定將在結(jié)構(gòu)標準中給出。6、最低水線以下的結(jié)構(gòu)不需要按照 0

58、以下的工作溫度進行設計。如果有足夠的依據(jù)可以表明最低平均溫度適用于相應的實際水深，可采用較高的工作溫度。7、位長期供暖房間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不需要按照 0以下的工作溫度進行設計。8、對于固定裝置，最低天文潮以上的結(jié)構(gòu)材料應按照低于最低日平均溫度的工作溫度進行設計。9、最低天文潮以下的結(jié)構(gòu)材料不需要按照 0以下的工作溫度進行設計。如果有足夠的依據(jù)可以表明最低平均溫度適用于相應的實際水深，可采用較高的工作溫度。6.3 結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)分類1、結(jié)構(gòu)分類的目的，是確保有足夠的材料強度和合適的檢驗方法來避免脆性斷裂，檢驗的目的也是消除在結(jié)構(gòu)服役內(nèi)中可能造成疲勞裂紋的缺陷。2、構(gòu)件根據(jù)以下標準劃分結(jié)構(gòu)類別：根據(jù)破壞后

59、果確定構(gòu)件的重要性。和可能存在的焊接缺陷或疲勞裂紋一起引起脆性斷裂的構(gòu)件應力狀態(tài)。3、用于材料選擇的結(jié)構(gòu)分類應當按照表 6.3.1 給出的原則確定。 海上風電機組基礎結(jié)構(gòu)設計標準（初稿） 第 35 頁_表表 6.3.1 材料選擇的分類材料選擇的分類1）結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)分類的原則特殊結(jié)構(gòu)破壞后產(chǎn)生嚴重后果且處于可能增加脆性斷裂的應力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)部分2）主要結(jié)構(gòu)破壞后產(chǎn)生嚴重后果的結(jié)構(gòu)部分次要結(jié)構(gòu)破壞后不會產(chǎn)生嚴重后果的結(jié)構(gòu)部分1）結(jié)構(gòu)分類的決定因素示例在第一章的表格 B1 所列結(jié)構(gòu)標準中給出2）復雜節(jié)點處于二維或三維應力狀態(tài)，當存在缺陷、低斷裂韌性的材料及拉應力時會造成脆性斷裂4、對應結(jié)構(gòu)分類的相關檢

60、驗分類列于表 6.3.2。表表 6.3.2 檢驗分類檢驗分類檢驗等級結(jié)構(gòu)等級特殊結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)III次要結(jié)構(gòu)5、兩構(gòu)件之間的焊接應根據(jù)兩構(gòu)件中高等級的來確定焊接類別。對于加強板，在加筋件，縱梁和與板連接的梁腹板之間的焊縫要按照檢驗分類中 III 檢驗。6、如果通過試驗可以評估建造的質(zhì)量，或者如果根據(jù)已有經(jīng)驗保證好的質(zhì)量，則對于主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的檢測內(nèi)容可以減少，但檢驗內(nèi)容不能少于 III 類檢測標準。7、在主要和次要結(jié)構(gòu)類別中疲勞控制的構(gòu)件要按照 I 級檢測標準進行檢驗。8、在施工期間，疲勞控制區(qū)域的焊縫如果檢測與維修無法接近，應按照建設階段的 I 級檢測標準進行檢驗。6.4 結(jié)構(gòu)用鋼結(jié)構(gòu)用鋼1、鋼