【精彩论文】海上风电机组格构式浮式基础结构优化及响应分析

观点凝练

摘要：面对日益严峻的环境问题，优化浮式基础结构形式成为海上风电降本增效的一大途径。对一种具有双重抗摇摆机制的新型格构式浮式基础进行结构优化，通过格构式塔架不同布置形式的参数化分析，寻找最适合格构式浮式基础的系杆布置形式，同时对优化后格构式浮式基础进行水动力响应分析，验证优化方案可行性。结果表明：在格构式系杆布置方面，斜向系杆与角柱的角度不宜设置较大；减少横杆、增大斜杆截面面积能够更有效地提升结构抗侧刚度和承载能力。优化后的浮式基础受力性能优于原格构式浮式基础，大大提高了格构式浮式基础结构的经济性，同时其各自由度上固有周期均远大于典型波浪周期，具有良好的耐波性。
结论：本文对格构式系杆布置形式进行参数化分析，给出最优布置方案。基于参数化分析结果对一种具有双重抗摇摆机制的新型格构式浮式基础进行结构优化设计，对比应力结果分析优化结构合理性，最后对优化后的结构进行了水动力特性分析。主要结论如下。

（1）系杆布置形式对于提高结构抗侧刚度、优化传力路径、节约钢材等至关重要。斜杆与角柱夹角过大会导致竖向分力较小，削弱系杆传递、分解侧向力的能力；在等用钢量条件下，横杆的过度布置会削减斜杆的截面导致整体抗侧刚度下降。因此，在实际结构应用中，斜向系杆与角柱的夹角不宜设置过大；在抗侧刚度方面，应减少横杆的用钢量；增大斜杆截面面积能够更有效地提升结构抗侧刚度和承载能力。

（2）优化格构式系杆后的新型三浮筒浮式基础的受力性能明显优于原格构式浮式基础，其连接桁架传力路径简单，抵抗结构变形能力强，施工安装更方便，可提高浮式基础结构的经济性。

（3）优化后的新型三浮筒格构式浮式基础受到的波频力（矩）、附加质量及势流阻尼在短周期段内的变化较复杂，长周期段内逐渐平稳；格构式基础垂荡RAO、纵摇RAO及横摇RAO固有周期约为18 s、36 s、36 s，大于典型波浪周期，可避免发生共振，具有良好的运动性能。

引文信息

王宇航, 王文玲, 周绪红, 等. 海上风电机组格构式浮式基础结构优化及响应分析[J]. 中国电力, 2022, 55(5): 21-31.WANG Yuhang, WANG Wenling, ZHOU Xuhong, et al. Optimization and response analysis of floating truss foundation for offshore wind turbine[J]. Electric Power, 2022, 55(5): 21-31.

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编辑：于静茹、杨彪

校对：蒋东方

审核：方彤

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