DNV新型海上风机结构设计实践

2009年秋天，DNV评估了当前业内在单桩式海上风机结构设计上的状况，尤其对无剪切键、大直径灌浆连接的轴向承载力的计算情况进行了评估。研究发现，现有的设计都无法正确反映此类连接的真实物理特性。

基于此次研究的结果，DNV迅速建立了一项跨行业联合研究项目，邀请业内高级专家一起参与评估现有设计准则，并对轴向承载力的计算方法进行修正并提高。DNV、风场业主、运营商、灌浆生产商和设计公司在DNV的实验室共同协作，对风机结构进行了物理测试、结构分析、现场监测和经验共享。该小组共有12名成员，目前关于这个项目的测试报告已经正式发布。

背景

灌浆连接用于连接过渡段和单桩基础（参考图1）。过渡段置于桩基础的顶部，置于临时支撑上。在安装过程中，过渡段会在进行灌浆前被抬高到垂直位置。水泥浆固化后，起重装置将被移走，并在临时支撑和桩基础间保留几厘米的间隙。

灌浆连接向临时支撑方向的沉降，在结构上可能导致产生与设计阶段的预测不同的应力流。通过临时支撑的意外应力转移会导致结构疲劳开裂而需要修复。

此项跨行业研究项目已经得出结论：不推荐采用无附加支撑结构的圆筒型灌浆连接设计。主要原因是，由于大直径的影响，缺少对轴向承载力有较大影响的公差的控制，以及由于风浪引起的过大弯矩导致的灌浆接触面的滑动所带来的磨损，造成轴向承载力将低于先前的假定。

然而，对于目前已经被用于海上项目的圆筒型灌浆连接设计以及可能发生的沉降，应考虑采用附加的支撑结构来转移轴向载荷。目前已经为现有装置的开发了降缓方法，并已经在几种结构上得到应用。 -->

采用剪切键的灌浆连接

新的技术也将影响采用剪切键的大直径灌浆连接设计。剪切键是焊接在单桩外部和过渡段内部的环形焊条。剪切键的目的是增加水泥和钢铁之间的滑动阻力以防止发生沉降。对于这种连接，现有的设计标准是根据交变动态载荷的有限测试数据。在推荐此解决方案之前，剪切键的设计应该按照相关标准进行开发。为此DNV启动了后续的跨行业研究项目，旨在更新现有采用剪切键的灌浆连接的知识与设计。 -->

圆锥型连接

根据此次跨行业研究项目，一种采用圆锥型连接来承受大动态弯矩的单桩设计已经得到开发。根据这种设计，单桩基础和过渡段在灌浆部分使用小锥角构造。（参考图2）

如果钢结构和水泥之间的固结连接部分于在役周期间发生破坏，过渡段会出现轻微的沉降。这些沉降将使钢结构和水泥之间产生接触压力，加之摩擦，反而将进一步提供足够的阻力以防止沉降进一步发生。

参与者

跨行业研究项目的成员为这次工作做出了支持和贡献，以下是他们的名单：

荷兰坝力顿工程公司,丹麦巴斯夫化学建材公司, Centrica Renewable Energy Limited, Densit A/S, Dong能源公司, DNV, GustoMSC, MT Højgaard a/s,丹麦派尔公司, RWE Innogy GmbH,挪威国家石油公司，挪威电力公司和Vattenfall Vindkraft A/S。

规范升级

海上风机结构设计标准DNV-OS-J101已经在此跨行业研究项目期间进行了部分修订，新版本将于2011年第二季度发布。

JIP具体研究报告可参阅：

www.dnv.com/windturbinestructures