国电赤峰某风力发电机组基础优化设计探讨

第36卷第5期2010年5月水力发电国电赤峰某风力发电机组基础优化设计探讨李桂庆王岩峰内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特010020摘要根据风机基础的受力特点，分析了正常运行工况和极端荷载工况下，圆板式扩展基础在相同埋深和不同埋深情况下基础设计所需混凝土量的变化规律，得出了合理的结论，供相关科研及设计参考。关键词风力发电机组塔架基础；优化探讨DESIGNOPTIMIZATIONFORFOUNDATIONOFWINDTURBINEINCHIFENGLIGUIQING，WANGYANFENGINNERMONGOLIAPOWEREXPLORATIONANDDESIGNINSTITUTE，HOHHOTINNERMONGOLIA010020ABSTRACTACCORDINGTOTHEFOUNDATIONSTRESSCHARACTERISTICSOFWINDTURBINEUNDERNORMALANDEXTREMELOADCONDITIONSTHECONCRETEVOLUMESFORROUNDPLATEFOUNDATIONATTHESAMEDEPTHANDDIFFERENTDEPTHWEREANALYZEDTHERESULTSCANBEASREFERENCEFORRESEARCHANDDESIGNKEYWORDSWINDTURBINE；TOWERFOUNDATION；OPTIMIZATION中图分类号TU4711TM614文献标识码B文章编号055993422010050073030引言国电赤峰某风电场位于赤峰市松山区境内，建设规模为4950MW。该风电场地貌属低山丘陵，地形总体起伏不大，勘探点地面标高范同在134435146829M之间，风电场所在地区土壤的最大冻结深度为139M，标准冻深为114M。场址范同内的地基土主要以黄土状粉土、玄武岩为主，由于黄土状粉土层厚度相对较薄，小于3M，分析比较表明，换填法较其他地基处理方法更经济。查GB183062001中国地震动峰值加速度区划图图AL，该地区地震动峰值加速度为005G对应地震基本烈度为度，设计地震分组为组。1理论依据风力发电机组具有承受360。方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对地基基础的稳定性要求较高，基础应该按大块体结构设计LLZL。在工程设计中，风力发电机组基础同时承受竖向荷载、倾覆弯矩、水平荷载和扭矩的共同作用，水平荷载、竖向荷载和力矩共同作用的加载方式称为复合加载模式31。在这种复合加载模式下建筑物及其地基的整体失稳和极限承载力是工程设计中的关键问题II。基础地基计算主要包括地基承载力计算、变形计算、稳定性计算。11地基承载力计算地基承载力按式1计算叼6TB3叼Y一051式中，为修正后土体的地基承载力特征值；为地基承载力特征值；、吼为扩展基础宽度和深度地基承载力修正系数；扩展基础底面以下土的密度；B扩展基础底面力矩作用方向受压宽度；TM为扩展基础底面以上土的加权平均密度；H为扩展基础埋置深度。12地基抗压计算在偏心荷载作用时基础底面的压力公式为尸RN了X广GK2R式中，P舢为基础底面压力最大值；肌为基础受到收稿日期20100203作者简介李桂庆198L一，男，内蒙古赤峰人，工程师，硕士研究生，主要从事_丁程结构数值模拟及结构动力计算方面的研究WATERPOWERVO136NO5困垂直荷载标准值；G为基础自重标准值；R为基础底面半径；为系数，可根据ER计算得到，E为基础底面的偏心距。13变形计算地基沉降计算时，地基内的应力分布，可采用各相同性均质线性变形理论假定，其最终沉降值按式3计算SR_五一3ILLD,SI式中，S为地基最终沉降值；S为按分层综合法计算出的地基沉降值；为沉降计算经验系数；12为地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；为附加压力；E为压缩模量；Z为I层距底面距离；A为压力系数。风机基础设计的主要控制指标详见表1。表1设计主要控制指标规范规定项目控制指标地基标准承载力，KPA地基沉降量值MM地基倾斜率基础抗倾覆稳定值K基础抗滑移稳定值K】3O100000516132设计依据根据国电联合动力技术有限公司提供的风机基础塔架及各工况荷载资料风机型号为UP771500A。风机的主要设计数据轮毂中心高度650RN，机舱重6100KN，叶轮重3310KN，塔架重11404KN正常运行荷载工况和极端荷载1况下的荷载标准值如表2。表2正常运行和极端荷载工况下荷载注，为基础受到的、Z方向的力，为、Y、方向的扭矩，Z为垂直向，、Y为水平向。3基础结构方案比较分析本文利用CFDWTF风机基础设计软件辅助计算，分析正常运行和极限荷载两种工况。因为根据相关学者研究表明，在6度地震作用下，多遇地震工况及罕遇地震工况的荷载不起控制作用L5L，限于篇幅这里不再计算。风机基础计算简图如图1所示在埋深相同的情况下，基础各项计算结果刚好圜WATERPOWERVO136NO5T卜F】天然地面图1风机基础计算简图满足规范要求及表1的控制指标下，基础计算数据详见表3。表3基础计算数据上述计算工况的控制工况为极端荷载工况。从表3可以看出，在风机基础埋深相同的情况下，各工况满足规定21814的要求下，风机基础混凝土用量随基础底板厚度的增加而近似线性增加，其变化趋势及线性回归曲线如图2所示线性回归系数R。09871，拟合的很好，通过表3和图2可以形象的看出，圆板式扩展基础在满足基础高厚比及设计要求的情况下减少基础底板的厚度是节约混凝土量，减少工程造价的有效途径之一。8O一460440似1鸳D00381360708【9I01II2I3M图2基础底板厚度与混凝土用量变化趋势在埋深不同、基础底板厚度相同的情况下，基础各项计算结果刚好满足规范要求及表1的控制指标下。其中R、R、B，与表3相同。基础计算数据详见表4。第36卷第5期李桂庆，等国电赤峰某风力发电机组基础优化设计探讨表4基础计算数据项目基础计算数据二RM929159190898958887865HHN1010101O1O1O10L_010H，M151515L4141414L_313HM030405070809101213HM2627282930313233344648463146144458439943854369422542L_3挖方，M89159214950997089897L0377L0454L062310891从计算数据及图表可以看出，在基础底板厚度相同的情况下风机基础计算的混凝土量随着基础设计埋深的增加，混凝土量逐渐减少，其变化规律如图3所示。从图3我们不难看出，折线有两个斜率相对较大即是基础混凝土用量变化较快的地方，这是由于圆板式扩展基础高厚比的限制，基础埋深与混凝土用量的关系在实际工程设计中更接近指数规律变化，回归系数R为09488。基础挖方随基础埋深的增加而增加。实际工程设计中应综合考虑挖方与混凝土用量增减的相对造价，同时，基础的埋深应尽量选取图3曲线上斜率较大端的末端，从而在保证安全的前提下，取得最大的经济效益。4结论与建议由于风力发电机组基础设计和计算的复杂性，空气动力学计算理论和模型假定也存在一定的误差和不确定性目前我国对此课题的研究正处于自主开发的快速成长阶段。本文只是对风机基础混凝土E理图3基础埋深与混凝土用量变化趋势用量的变化趋势的研究，目的是保证安全的前提下，减低工程造价。由于地质条件的不同，具体的工程应该具体分析，在地质条件相对较好的地区，对于圆板式扩展基础的设计，笔者建议尽量减少基础底板的厚度，同时基础设计的埋深太浅也是不经济的。参考文献1王民浩，陈观福我国风力发电机组地基基础设计J水力发电，2008，341188912FD0032007风电机组地基基础设计规范试行S3栾茂田，金崇磐，林皋非均质地基上浅基础的极限承载力J岩土工程学报，1988，10414274UKRITEHONB，WHITTLEAJ，SLOANSWUNDRAINEDLIMITANALYSESFORCOMBINEDLOADINGOFSTRIPFOOTINGSONCLAYJJOURNALOFGEOTECHNICALANDGEOENVIRONMENTALENGINEERING，ASCE，1998，1243265276F5陈观福地震作用对风力发电机组塔架地基基础设计的影响分析R中国风电研究报告，2008231237责任编辑刘书秋女一一女一炱一套一套一奥一受一一女一受一奠一一受一受一炱一受一受一受一受一受一受受第三届堆石混凝土技术研讨会将召开炱一贲一炱受受一受为进一步推广、普及先进实用技术，培养全面掌握堆石混凝土理论和实践技能的专业人才，推动我国混凝土工程领域高新技术的发展与应用促进行业科技水平的提升，第三届堆石混凝土技术研讨会将于2010年6月24日25日在广东中山市举行。堆石混凝土筑坝技术是近年发展起来的新型筑坝技术，具有安全可靠、经济性好、施工工艺简单、施工速度快等优点，在中小型工程应用中具有较大的优势，是对现有筑坝技术的重要补充和发展。有关部门已经着手编制堆石混凝土技术导则。2009年，堆石混凝土技术在山西清峪水库、恒山水库、围滩水电站及福建武夷山洋庄防洪堤、广东中山长坑水库的成功使用，又为这项新的筑坝技术在设计、施工和安全监测等方面总结了新的成果和经验。此次堆石混凝土技术研讨会除主要介绍堆石混凝土技术的起源与发展、应用技术规程与实