半潜式海上风电机组基础结构设计规范

半潜式海上风电机组基础结构设计规范2.0.1半潜式基础semi-submersiblefoundation2.0.2塔架基座tower2.0.3系泊点基座mooringpointf2.0.6垂荡舱/垂荡板dampingpool/dampi浮体结构内部一种分隔装置，用于将浮体内2.0.12压载舱ballas2.0.15非关键部位non-3.0.3基础结构设计可采用容许应力法或极限状态的分项系数法3.0.4基础结构设计使用年限不应低于25年，基础结构安全等级应为一级，结3.0.6基础结构设计应具有可建造性和3.0.8半潜式基础结构设计应收集以下3工程海域风、浪、流相关要素的联合4.1.2处于大气区和浪溅区的结构设计温度应采用工程海域不小于20年内年最4.1.3水下结构钢材的设计温度性能及相关参数应符合现行国家标准《预应力混凝4.3.2位于水下区、水位变动区、浪溅区的混凝土构件宜采用超高性能混凝土）；4.3.3混凝土的原材料有效成分及其有害成分应满足现行国家标准《混凝土结构准》JTS257-2，当采用活性粉末混凝土时，应符合现行国家规范《活性粉末混4.3.8水泥基灌浆材料中氯离子含量应不超过胶凝材料质量的0.06%,其抗渗性4.3.10混凝土外加剂的选用应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076和4.4.1半潜式基础结构设计所选用的焊接材料级别应与结构用钢材的钢级相适低强度钢之间的焊接，以及特殊结构件的焊接，4.5.1高性能混凝土用纤维材料应1钢纤维的性能要求应符合现行国家标准《混凝土用钢纤维》GB/T391474.5.2混凝土及钢材表面防护涂层材料的选择及其性能要求应满足现行行业标准《海上风电场工程防腐蚀设计规范》NB/T10626和《水运工程结构耐久性设4.5.3混凝土外裹防水层宜采用树1高强度钢丝应符合现行《桥梁缆索用热镀锌钢丝》GB/T17101或《斜拉3斜拉索用锚具材料性能应满足现行《优质碳素结构钢》GB/T699或《合4斜拉索外防护材料性能应满足现行《桥梁缆索用高密度聚乙烯护套料》4.5.11浮体压载材料应选用密度大、腐蚀性低、有害物质含量少的材料，并评4.5.12牺牲阳极用材料性能应满足先行国家标准《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》粘结预应力钢绞线》JG161标准的规定。检查数量按进场的批次和产品抽样检1手工焊接所用的焊条应符合现行国家标准《非合金钢及细晶粒钢焊条》2自动焊或半自动焊用焊丝应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝》GB/T3埋弧焊用焊丝和焊剂应符合现行国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》组设计要求》GB/Z44047和《漂浮式海上风5预应力荷载，主要为装配式混凝土结构预应力应力法时应符合《漂浮式海上风力发电机组设计要机组基础及系泊系统设计导则》NB/T11378中极限工况的正常状态的要求。采用容许应力法方法进行设计时，应符合《漂浮式海上风力发电机组设计要求》控制的荷载组合，b组组合系数用于环境荷载（荷载效分组极限状态荷载类型永久荷载可变荷载环境荷载预应力安全等级12a承载力极限状态0.71)0.9/1.13)b承载力极限状态0.9/1.13)c承载力极限状态(意外荷载工况)0.9/1.13)d偶然极限状态（完好结构）e偶然极限状态（受损结构）注：1)当环境荷载与船只撞击的可变功能荷载相组合时，环境荷载组合系数应采用1.0。2)当对基础结构进行严格重量控制，且灵敏度分析显示存在过度动态激励的风险时，则永久荷载的组合系数应在0.9和1.1之间变化。3)当水压力荷载对结构设计有利时取0.9，对结构设计不利时取1.1。2荷载持续时间概率分布函数中超越概率3水密舱室和固体压载舱的布置应考虑其对结构设7.1.3钢质基础结构分析方法宜基于线弹性理论，采用有7.1.5半潜式基础结构分析可采用时域计算方法，也7.2.1基础结构应进行总体结构分析，宜采用7.2.3基础结构分析模型应考虑腐7.3.4基础结构宜采用基于线性累积损伤假定的S-N曲线疲劳分析方法计算疲可检修不可检修非关键部分2.03.0关键部分3.05.08.1.1钢质基础结构可采用板壳结构、桁架t=4sfKh+2.5（8.2.1-1）式中：t——外板板厚，mm；s——加强筋间距，m；f——板格长宽比系数应按式（8.2.1-2）计算确定，且不大于1.0;f（8.2.1-2）钢材屈服强度σs（N/mm2）材料折减系数K2352650.923150.783550.723900.684600.628.2.2基础结构外边界的立柱、下浮体和垂荡板加强筋的剖面模数应按式s——加强筋间距，m；l——加强筋跨距，m。8.2.3基础结构外边界的立柱、下浮体和垂荡板加强筋的惯性矩应不小于按式式中：I——加强筋的惯性矩，cm4；l——加强筋跨距，m；2（8.2.4）式中：W——桁材的剖面模数，cm3；b——桁材支撑面积宽度，m；K——材料折减系数，可按表8.2.1取值；l——桁材跨距，m；I（8.2.5）式中：I——桁材的惯性矩，cm4；W——桁材的剖面模数，cm3；l——桁材跨距，m；K——材料折减系数，可按表8.2.1取值。t=max(4.5sfkh+t0,12sk)（8.2.6-1）式中：t——甲板板厚，mm；s——加强筋间距，m；f——板格长宽比系数按式（8.2.6-2）计算，且不大于1.0；f（8.2.6-2）h——计算压头，m，等效于设计荷载的压头，可按式（8.2.6-3）计算值h=0.14p+0.3（8.2.6-3）p——甲板设计荷载，kN/m2。式中：W——甲板加强筋的剖面模数，cm3；s——加强筋间距，m；l——加强筋跨距，m；h——计算压头，m，应按式（8.2.7-2）计算值确定；p——甲板设计荷载，kN/m2，Lf——平台长度，m。W=5bkhl2式中：W——甲板桁材的剖面模数，cm3；b——桁材支撑面积宽度，m；l——桁材跨距，m；h——计算压头，m，应按式（8.2.8-2）计算值确定；p——甲板设计荷载，kN/m2，Lf——平台长度，m。8.2.9基础结构水密舱平面舱壁板t=4sfkh（8.2.9-1）式中：t——水密舱平面舱壁板板厚，mm；s——加强筋间距，m；f——板格长宽比系数可按式（8.2.8-2）计算值确定，且不大于1.0；f（8.2.9-2）h——取以下两者中的较大值，m，且不小于2.5m：W=CsKhl2式中：W——水密舱平面舱壁加强筋的剖面模数，cm3；s——加强筋间距，m；h——取以下两者较大值，m，且不小于2.5m：l——加强筋的跨距，m。W=6.6bkhl2式中：W——水密舱平面舱壁桁材的的剖面模数，cm3；b——桁材支持面积的宽度，m；h——取以下两者较大值，m，但取值不小于2m：l——桁材的跨距，m。小于舱壁板在桁材平面处的厚度，面板宽度应不大于腹板高度或面板厚度的358.2.12基础结构压载舱平面舱壁板t=3.95sft0（8.2.12-1）s——加强筋间距，m；f——板格长宽比系数可按式（8.2.12-2）计算，且不大于1.0；f（8.2.12-2）h——由板下缘量至舱顶到溢流管顶垂直距离的2/3处,或量至液舱顶以上W=8spkhl2（8.2.13）式中：s——加强筋间距，m；h——应取由加强筋的跨距中点至舱顶到溢流管顶垂直距离的2/3处和加l——加强筋的跨距，m。8.2.14基础结构压载舱加强筋的剖面惯性矩I应按式（8.2.14）计算值确定：式中：W——桁材的剖面模数；l——桁材跨距，m。式中：W压载舱桁材的剖面模数，cm3；b——桁材支持面积的宽度，m；h——应取由桁材的跨距中点至舱顶到溢流管顶垂直距离的2/3处和桁材l——桁材跨距，m。8.2.16基础结构压载舱桁材的剖面惯性矩和结构式中：I——压载舱桁材的剖面惯性矩，cm4；W——桁材的剖面模数，cm3；l——桁材跨距，m。不小于在桁材平面处舱壁板厚，面板的宽度应不大于腹板高度或面板厚度的353桁材的末端应用肘板连接，肘板应延伸至邻近的肋骨或舱8.3.1半潜式海上风电机组浮体结构强度校核应包括总体强度校核和局部强度校核。总体强度和局部强度校核应进行屈服强度、计波时应选取风机荷载和波浪同时作用下对浮式基础结构典型剖面荷载引起的8.3.3总体强度计算获取的特殊区域结构和主要基座（8.3.4）式中：[σ]——材料的屈服应力，N/mm2；轴向或弯曲应力剪切应力等效应力静载工况2.52正常发电工况2.26非正常发电工况8.3.5采用板/壳单元进行有限元分析时，应校核板壳单元中间层等效应力，等σeq=σx2+σy2__σxσy+3τxy2式中：σx,σy——单元正应力，N/mm2；τxy——单元剪切应力，N/mm2。8.3.6对于局部高应力区域，当采用计算网格尺寸不大于50mmσeq≤cσyd（8.3.6）式中：σeq——等效应力；8.3.9钢质结构疲劳分析S-N曲线、应力集力系数的选取应符合现行国家行业8.4.8圆弧切口/排水孔之间的距离不应小于其宽度的2倍，此距离以圆弧切8.4.10次要结构的区域内的开口8.4.11典型的开口处边缘加劲肋布置如图8.4.11所示。加劲的腹板高度应按式ReH——边缘加劲肋的最小屈服应力，N/mm2；lstf——加劲力的跨距，m。8.5.3主要结构中的对接焊缝之间的平行距离应不小于100mm，且不宜尖角相8.5.6高应力和疲劳损伤区域的板材一4与海水相通的开口处焊缝，例如管道贯穿件和8.5.12主要构件的连接以及存在垂直于焊缝平面应力部位的连接不应采用搭接9.1.2混凝土基础应进行耐久性设计，并按照《混凝土结构耐久性设计标准》9.1.8混凝土的材料系数应根据不同9.2.3混凝土基础采用装配式结构时，拼接段连接面应作为计算截面进行计算。vd=τcd.Ac+fsd.As(cosα+μsinα)__μ.σc.Ac（9.2.3-1）vd≤0.3.fcd.Ac（9.2.3-2）式中：vd——连接面抗剪承载力，kN;fsd——接缝受剪钢筋抗拉强度设计值，MPa；Ac——接缝材料填充区域面积，mm2；As——接缝截面受剪钢筋截面积，mm2；c——垂直接触面的混凝土正应力，拉力为正，压力为负，MPa；fcd——接缝材料抗压强度设计值，MPa。混凝土基础表面ΣAs>0.001Ac或σc<__0.4MPa组合1组合2τcdμτcdμ光滑表面00.7000.70粗糙表面00.6fcd0.80键槽表面01.5fcd0.809.2.5混凝土基础应对端部连接、预应力筋锚固区等位置9.2.6混凝土基础局部受压承载力按现行国家标准《混凝土结构设计规范》9.2.7混凝土基础端部连接的局部受力分析宜采用9.3.2混凝土基础的正常使用极限状态应采用作用的标准σc'≤fc（9.3.3）fc——混凝土抗压强度设计值。σt≤αctyftk（9.3.5）式中：σt——混凝土构件受拉边缘拉应力；ftk——混凝土抗拉强度标准值。钢筋种类项目大气区浪溅区水下区钢丝、钢绞线、螺纹钢筋裂缝控制等级二一二αct0.30.00.5式中：σck——在作用的标准组合下抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力；pc——扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预应力。σck__σpc≤αctyftk（9.3.6-2）式中：σcq——在作用的准永久组合下抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力。σtp≤0.85ftk（9.3.7-1）式中：σtp——混凝土主拉应力；ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值。2裂缝控制等级为二级的构件应满足式（9.3.σtp≤0.95ftk（9.3.7-2）3混凝土主压应力应满足式（9.3.7-σcp≤0.6fck（9.3.7-3）式中：σcp——混凝土主拉应力；fck——混凝土轴心抗压强度标准值。9.4.1混凝土基础疲劳计算应包括正截面受拉区和受压区边缘纤维混凝土以及D（9.4.2）j——表示使用寿命内总共有j个不同的疲劳应力范围；9.4.3根据疲劳荷载作用下结构受力状态的不同，混凝土许用荷载循环次数N（1）完全受压状态，当0<Scd,min≤0.80时，按下式计算。当Scd,min>0.80时，按Scd,min=0.80计算。logNScd,max_1)（9.4.3-1）Y（9.4.3-3）当logN1≥8时，logN=⑴wScd,max=YEdσc,maxηc/fcd,fat（9.4.3-6）Scd,min=YEdσc,minηc/fcd,fat（9.4.3-7）fcd,fal=0.85fckYc,fat（9.4.3-9）式中：σc,min、σc,max——分别为混凝土压应力的最Scd,min、Scd,max——分别为混凝土最小压应力水平和最大压应力水平；fcd,fat——混凝土疲劳抗压强度设计值；w——考虑混凝土含水率和环境影响的系数。在标准气候下养护并在干c——考虑应力梯度的平均因子；σc1——在相关荷载组合作用下，距离表面不超过300mm范围内混凝土σc2——在确定σc1的同一荷载组合作用下，距离表面不超过300mm范logN=9(1_Sc,max)（9.4.3-10）（3）完全受拉状态，并且满足最大拉应力σct,max>0.026σc,max：logN=12(1_Std,max)（9.4.3-11）Std,max=ySdσct,maxηc/fctd,fat（9.4.3-12）fctd,fal=fctk/yc,fat（9.4.3-13）式中：σct,max——混凝土最大拉应力；fctd,fat——混凝土疲劳抗拉强度设计值；Std,max——混凝土最大拉应力水平。εs<0.9fsk/Es（9.5.3-1）σc<0.6fck（9.5.3-2）式中：fsk——钢筋抗拉强度标准值；fck——混凝土抗压强度标准值。筒壁内外压力差(kPa)受压区高度（mm）≤150200pmin≥1.2ftk/fsk(9.7.1)式中：ftk——混凝土抗拉强度标准值；fsk——钢筋抗拉强度标准值。9.7.2混凝土基础截面配筋在满足受力要求的前提下，10.1.1半潜式海上风电机组基础连接结构设计可包括塔架连接结构设计、系泊10.1.3半潜式海上风电机组连接结构疲劳分析可采用基于线性累积疲劳损伤假定的S-N曲线疲劳分析方法计算疲劳寿命，宜针对关键焊缝，连接结构局部开孔，附属件连接等选择对应的应力集中系数及S-N曲线，计算方法应满足《海10.1.4连接结构模型可用总体强度分析模型或局部分析模型。局部分析模型可10.1.5局部模型的边界范围宜为距1法兰应符合现行国家标准《风电机组钢塔筒设计制造安装规范》NB/T现行行业标准《低温承压设备用合金钢锻件》NB/T47009和《风力发电塔架法GB/T1231、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632和《风电机组塔3塔架连接结构水平尺寸应与塔架底部法兰保持一致并满足风机厂家的相4塔架连接结构宜采用环形锻件，环形锻件10.2.3塔架基座的强度分析宜采用风机一体化耦合分析提供的塔底六自由度荷10.3.1系泊基座支撑结构可包括万向节、导链轮、止链器、单点系泊轴承等与10.3.3系泊基座支撑结构的疲劳寿命应根据系泊系统顶部荷载的长期概率分布10.3.4系泊基座支撑结构疲劳强度分析中，应考虑系泊局部拖曳和惯性荷载的10.4.1混凝土基础连接件用于连接各个浮体、或连接浮体与立柱，可采用钢结10.4.2混凝土基础连接件设计应满10.4.3混凝土基础连接件宜采用有限元方法进行设计校核，基础连接件与下浮10.5.1其他连接结构可包括立柱与旁通连接结构、立柱与撑杆连接结构和撑杆10.5.2其他连接结构分析所用的10.5.3作为支撑结构的管状构件的节点设计除了使用板单元有限元分析的强度上固定平台规划、设计和建造的推荐作法工作应力设计法》SY/T10030中第711.1.2附属结构的布置应根据场址环境条件、基础结构型式、靠泊条件、运维11.1.3附属结构的设计宜符合现行国家行业标准《漂浮式海上风电机组基础及11