钢质平台海上测风塔基础结构强度及稳定性分析唐东洋1万庆宇1黄春芳1翟钢军2（1中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，长沙4100142大连理工大学建设工程学部，辽宁大连116024）摘要：针对渤海海域拟建的钢质平台海上测风塔基础结构及该海域环境荷载建立数值计算模型，对测风塔基础的整体稳定性及强度进行分析计算。重点分析了撑杆直径大小对测风塔整体稳定性及焊缝应力产生的影响；对比分析两种不同型式的柱脚，详细分析其优缺点，并采用ansys有限元软件对其进行强度分析。本文研究为我国海上测风塔基础工程设计提供参考。关键词：海上测风塔基础；整体稳定性；结构强度；数值模型；1引言：拥有资源才能获得发展，掌握未来。特别对于我国这样的发展中大国而言，能源的充分供给更是驱动经济快速发展车轮的动力。在气候变化问题日显，化石能源濒临枯竭，各国纷纷掀起能源革命的今天，发展清洁可再生能源、积极调整能源结构、促进技术创新、减少温室气体排放已成为能源行业发展的主流。风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，利用风力发电已经成为当今世界最主要的可再生能源技术之一。然而，由于陆地上经济可开发的风资源越来越少。全球风电场建设已出现从陆地向近海发展的趋势。与陆地风电相比，海上风电具有风能资源的能量效益比陆地风电场高2O％-4O％，海上风湍流强度小，风切变小，而且海上风电场具有不占用宝贵的土地资源等优势。因此，海上风电已经成为未来风电开发的主战场。进行海上风电开发首先需要收集近海区域海洋水文参数及风参数的数据。获得这些数据的最直接、有效的方法就是建立海上测风塔。目前我国已建成的海上测风塔很少，可供借鉴参考的资料更少。本文针对三桩钢质平台海上测风塔基础结构设计情况进行总结分析，为海上测风塔基础设计提供参考。2环境荷载参数及荷载组合2.1环境荷载参数海上测风塔设计过程中考虑的荷载主要包括基础自重，上部塔架荷载、波浪力、水流力、风荷载、冰荷载和地震力等。本文对塔架荷载的考虑主要为上部塔架承受风荷载作用及其自重传递至塔架与基础连接的法兰部位的荷载。对于波浪力，本文对已收集到的测风塔海域的水文参数进行分析，分别计算波浪从0度、90度和270度入射时测风塔基础的稳定性及强度，拟建测风塔海域水位及波浪要素如表1所示。假定海流流速为1.14m/s。对于冰荷载，根据《中国海海冰条件及应用规定》[1]，取拟建测风塔海域调查统计单层冰最大厚度35cm，单轴无侧限极限抗压强度按50年一遇取值为1.99MPa。对于地震荷载，本文计算过程中按APIB谱计算，地面运动水平加速度取0.15g。考虑海生物附着影响，平均海平面以下的构件考虑10cm厚的海生物附着。本文在计算工程中，各荷载组合风、浪、流均为同向。表1测风塔海域水位及波浪要素水位（85高程）对应水深设计波高周期波速波长1*唐东洋（1986-）男，助理工程师，主要从事海上风能发电基础设计。E-mail:deep_tdy@dlut.edu.cn（m）（m）（s）（m/s）（m）极端高水位（3.71m）17.646.98.511.093.5设计高水位（2.15m）16.086.98.510.790.7设计低水位（-0.89m）13.046.58.59.984.5极端低水位（-2.73m）11.268.59.479.82.2荷载组合对出现在测风塔上的荷载作用，应考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态，并结合相应的设计工况进行作用效应组合。风、波浪力、水流力和海冰荷载作为海洋工程中的经常作用力，设计将之纳入基本可变荷载而非其他可变荷载参加荷载组合，荷载组合中考虑可能出现的不利水位和波浪、水流及风的作用方向。因为测风塔海域的海浪主要是风浪，本文假定风荷载和波浪荷载方向一致，而风浪方向有可能和海流方向重叠，由于铁塔荷载除了竖向力之外，绝大部分由风产生，所以本文计算中可变荷载的作用方向全部考虑为同一方向，即波流力荷载、铁塔荷载水平力和弯矩、测风塔基础所受风荷载作用方向相同。具体组合如表2所示：表2荷载组合原则水位承载能力极限状态正常使用极限状态持久组合短暂组合偶然组合频遇组合准永久组合短暂状况极端高水位√设计高水位√√√√√√设计低水位√√√√√√极端低水位√3荷载计算3.1塔架荷载本文对测风塔基础结构进行分析时，所考虑的...