海上风电筒型基础工程(新时代海上工程创新技术与实践丛书)

　　第1章海上风电开发概况1
　　1.1风力发电发展历程/2
　　1.2欧洲海上风电开发进程与趋势/7
　　1.2.1欧洲海上风电发展进程与现状/7
　　1.2.2欧洲海上风电发展趋势与特点/10
　　1.3我国海上风电发展与挑战/12
　　1.3.1我国海上风电的开发潜力/12
　　1.3.2我国海上风电的发展与挑战/14
　　1.4海上风电基础型式/16
　　1.4.1重力式基础/17
　　1.4.2单桩基础/20
　　1.4.3多桩承台基础/21
　　1.4.4导管架基础/22
　　1.4.5多脚架基础/22
　　1.4.6筒型基础/22
　　1.4.7浮式基础/24
　　1.5海上风电筒型基础创新发展与方向/27
　　第2章海上风电筒型基础结构31
　　2.1海上风电新型筒型基础结构型式/32
　　2.1.1单筒多舱基础结构/32
　　2.1.2多筒基础结构/34
　　2.1.3桩筒复合基础结构/34
　　2.2筒型基础结构荷载分析/35
　　2.2.1风浪条件确定方法及荷载组合方法/35
　　2.2.2风荷载/42
　　2.2.3浪流荷载/47
　　2.3单筒多舱基础结构分析/50
　　2.3.1单筒多舱基础结构的传力体系/50
　　2.3.2钢混组合筒型基础结构的受力分析/51
　　2.3.3全钢筒型基础结构的受力分析/54
　　2.4多筒基础结构分析/56
　　2.4.1多筒基础结构的传力体系/56
　　2.4.2三筒导管架基础结构的受力分析/57
　　2.5桩筒复合基础结构分析/59
　　2.5.1单桩筒复合基础结构的受力分析/59
　　2.5.2多桩筒复合基础结构的受力分析/63
　　2.6建造期筒型基础屈曲分析/66
　　第3章海上风电筒型基础的地基稳定性69
　　3.1单筒多舱筒型基础的竖向承载力/70
　　3.1.1承载模式/70
　　3.1.2顶盖承载模式的承载力验算/71
　　3.1.3筒壁承载模式的承载力验算/73
　　3.1.4竖向极限承载力的上限解研究/75
　　3.2单筒多舱筒型基础的抗倾覆能力/81
　　3.2.1抗倾承载力的简化算法/81
　　3.2.2筒土分离对抗倾覆承载力的影响/84
　　3.2.3改进算法的提出/86
　　3.2.4倾覆荷载下筒型基础的旋转中心/95
　　3.2.5抗倾覆极限承载力的上限解研究/98
　　3.3单筒多舱筒型基础的水平向承载力/102
　　3.3.1水平向承载力的简化算法/102
　　3.3.2水平向荷载作用下的地基破坏模式/103
　　3.3.3筒土分离对水平向承载力的影响/104
　　3.4单筒多舱筒型基础的承载力包络面/108
　　3.4.1承载力包络面方法概述/108
　　3.4.2复合加载条件下筒型基础的承载力包络面/110
　　3.4.3基于筒型基础旋转中心承载力包络面/115
　　3.4.4筒型基础和墩式基础承载力包络面的差异/121
　　3.5多筒基础的地基稳定性/126
　　3.5.1海上风电多筒基础的应用/126
　　3.5.2多筒基础的单向承载力与荷载分担机制/127
　　3.5.3多筒基础的复合承载力/133
　　3.6单桩筒型基础的地基稳定性/136
　　3.6.1桩筒共同承载机制/136
　　3.6.2单桩筒型基础的单向承载力/140
　　3.6.3黏土中单桩筒型基础的承载力包络线/143
　　3.6.4无黏性土中单桩筒型基础的地基承载力
　　包络线/148
　　3.6.5单桩摩擦盘基础的地基承载特性/150
　　目录3.7地震作用下新型筒型基础的稳定性/154
　　3.7.1地震作用下软黏土强度弱化规律/154
　　3.7.2黏土地基上新型筒型基础的地震响应/157
　　3.7.3砂土地基上新型筒型基础的地震响应/164
　　3.8冲刷深度对新型筒型基础稳定性的影响/171
　　3.8.1冲刷工况下筒型基础竖向极限承载力/171
　　3.8.2冲刷工况下新型筒型基础水平向极限承载力/176
　　3.8.3冲刷工况下新型筒型基础抗倾极限承载力/178
　　3.8.4冲刷深度对新型筒型基础承载力包络线的影响/180
　　3.9预挖法提高新型筒型基础的承载力/184
　　3.9.1工程概况/184
　　3.9.2预挖提高筒型基础承载力的理论分析/185
　　3.9.3预挖法提高筒型基础承载力的数值模拟/185
　　3.10新型筒型基础地基稳定性分析实例/188
　　3.10.1工程概况/188
　　3.10.2地基承载力验算/189
　　3.10.3地基承载力验算结果/193
　　第4章海上风电筒型基础塔筒风机的整体浮运197
　　4.1筒型基础浮稳性与分舱优化/198
　　4.1.1筒型基础结构的浮稳性原理与静态稳性分析/198
　　4.1.2筒型基础结构的分舱优化方法/203
　　4.1.3筒型基础结构的动态稳性分析/205
　　4.2海上风电筒型基础专用运输安装船舶/210
　　4.2.1专用安装船舶简介/210
　　4.2.2设计特点、用途/212
　　4.2.3主要参数/212
　　4.2.4作业水域及环境条件/213
　　4.2.5风电基础安装相关系统/213
　　4.3筒型基础塔筒风机与船舶静态稳性分析/213
　　4.3.1筒型基础塔筒风机体系静态稳性分析/214
　　4.3.2筒型基础塔筒风机与船舶体系静态稳性分析/215
　　4.4筒型基础塔筒风机与船舶多体耦合安全性/216
　　4.4.1筒型基础塔筒风机与船舶多体耦合作用/216
　　4.4.2海上风电整体浮运性态数值分析与模型试验/222
　　4.4.3多体耦合动力安全的影响因素分析/241
　　4.5筒型基础塔筒风机整体浮运过程的现场测控
　　分析/247
　　4.5.1拖航分析/247
　　4.5.2浮运过程的船舶性态与水封安全性/249
　　4.5.3浮运过程的风机振动/251
　　4.5.4浮运/254
　　第5章海上风电筒型基础沉放与精细调平257
　　5.1筒型基础水中沉放/258
　　5.1.1模型试验/258
　　5.1.2水中沉放过程吊索受力/259
　　5.1.3水中沉放过程筒型基础风机的加速度/260
　　5.1.4水中沉放过程筒型基础风机的纵摇角度/261
　　5.1.5波流对沉放姿态的影响/262
　　5.2筒型基础的土中沉放/264
　　5.2.1自重沉放阶段的阻力计算/264
　　5.2.2筒型基础负压沉放阶段的渗流减阻/274
　　5.2.3负压沉放阻力计算方法讨论/282
　　5.2.4筒型基础的减阻措施/290
　　5.3沉放过程屈曲控制/293
　　5.3.1筒内外压差作用/293
　　5.3.2分舱压差作用/294
　　5.4沉放精细调平控制/295
　　5.4.1薄壁筒型基础压差精细调平控制方法/295
　　5.4.2厚壁筒型基础的沉放与调平/297
　　5.5筒型基础的整机沉放过程实例/299
　　5.5.1工程概况/299
　　5.5.2整机沉放施工/300
　　5.6筒型基础的顶升与回收/303
　　第6章海上风电筒型基础冲刷与防护309
　　6.1海上风电筒型基础的冲刷特性/310
　　6.1.1复合筒型基础绕流水流特征/310
　　6.1.2复合筒型基础局部冲刷试验研究/311
　　6.1.3筒型基础局部冲刷试验结果/318
　　6.1.4筒型基础局部冲刷数值模拟研究/327
　　6.1.5筒型基础局部冲刷计算经验公式比较/329
　　6.2海上风电筒型基础冲刷防护/336
　　6.2.1环翼式防护/336
　　6.2.2抛石防护/337
　　6.2.3仿生水草防护/337
　　6.2.4蜂巢防护/338
　　6.2.5淤泥固化/338
　　第7章海上风电筒型基础结构安全监测系统343
　　7.1海上风电筒型基础结构整机环境要素监测/344
　　7.1.1海上风电筒型基础整机环境要素监测方案/344
　　7.1.2海上风电筒型基础整机风、浪、流监测/344
　　7.1.3海上风电筒型基础整机温度、湿度监测/348
　　7.1.4海上风电场紊流度监测/348
　　7.1.5海上风电筒型基础冲刷监测/349
　　7.2海上风电筒型基础整机沉放过程安全监测/349
　　7.2.1监测方案/349
　　7.2.2舱压与倾角监测分析/350
　　7.2.3动力监测分析/352
　　7.3海上风电筒型基础结构服役期地基监测/353
　　7.3.1监测方案/353
　　7.3.2整机沉降变形监测分析/356
　　7.3.3地基土压力监测分析/357
　　7.3.4地基孔隙水压力监测分析/357
　　7.4海上风电筒型基础结构整机服役期静力监测/360
　　7.4.1海上风电筒型基础结构整机倾斜度监测/360
　　7.4.2海上风电筒型基础整机应力监测/365
　　7.4.3海上风电筒型基础结构内力监测/367
　　7.5海上风电筒型基础结构整机服役期动力监测/371
　　7.5.1海上风电筒型基础结构整机动力监测布置/371
　　7.5.2海上风电筒型基础结构整机动力监测实例/373
　　7.6海上风电筒型基础整机服役期安全监测系统
　　搭建与实施/377
　　第8章海上风电筒型基础塔筒风机耦合动力安全381
　　8.1海上风电筒型基础整机振动现场监测分析/382
　　8.1.1停机工况振动位移分析/382
　　8.1.2运行工况下振动位移分析/383
　　8.1.3停机工况振动加速度分析/385
　　8.1.4运行工况下振动加速度分析/387
　　8.2海上风电筒型基础整机工作模态识别/388
　　8.2.1海上风电筒型基础整机振动频域特性/388
　　8.2.2考虑谐波影响的结构工作模态识别方法/390
　　8.2.3全功率范围内海上风电结构工作模态识别/395
　　8.3海上风电筒型基础整机振源识别/400
　　8.3.1海上风电结构振源特性/400
　　8.3.2振源识别方法/401
　　8.3.3振源识别方法工程验证/405
　　8.3.4海上风电结构振源识别及其影响/407
　　8.4海上风电筒型基础整机动力安全评估与运行控制
　　策略优化/413
　　8.4.1海上风电筒型基础整机动力安全评估/413
　　8.4.2筒型基础和单桩基础风机动态振动对比/415
　　8.4.3海上风电筒型基础整机运行控制策略优化/421
　　8.5海上风电筒型基础结构振动疲劳损伤特性/432
　　8.5.1疲劳研究对象/432
　　8.5.2风浪联合分布/433
　　8.5.3气动荷载和水动荷载模拟/434
　　8.5.4基础结构振动疲劳损伤特性研究/438
　　8.6海上风电筒型基础结构被动减振控制/453
　　8.6.1阻尼器减振控制原理/453
　　8.6.2海上风电结构振动控制计算方法/460
　　8.6.3海上风电筒型基础结构被动阻尼器减振效果/464

　　练继建 天津大学教授、博士生导师。现任天津大学前沿技术研究院院长，河北工程大学校党委副书记、主持工作副校长。兼任中国水力发电工程学会常务理事、中国水利学会常务理事、中国水力发电工程学会水工水力学专委会副主任、中国水利学会水力学专业委员会副主任、中国钢结构协会风电结构分会副理事长等。国家“万人计划”科技创新领军人才、*“长江学者”特聘教授、首批天津市杰出人才、国家杰出青年基金获得者、科技部和*创新团队带头人、百千万人才工程人选，享受国务院特殊津贴。长期从事水利水电工程和海上风电工程研究，主持和重大工程科研项目70余项。获国家科技进步二等奖3项(2项排、1项排第二)，省部级科技进步特等奖和一等奖15项(7项排)；获国家教学成果二等奖1项；授权发明专利134项；主编国家和行业标准4部；出版学术专著5部；发表SCI/EI检索论文320余篇。刘润 天津大学教授、博士生导师。现任天津大学岩土力学与工程学科负责人，天津大学岩土工程研究所所长。国家“万人计划”科技创新领军人才、国家杰出青年基金获得者、*新世纪优秀人才、天津市高层次创新创业团队负责人、天津市“131计划”层次人才等。长期从事海洋结构与地基耦合作用方面的教学科研工作，主持国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划（863计划）、国家重大科技专项子课题及重大工程科研项目30 余项。获省部级科技进步一等奖6项（2项排名、2项排名第二），天津市发明特等奖1项（排名第三）。授权专利75项，其中发明专利32项、软件著作权3项；参编国家标准1部、行业标准3部；出版专著2部；发表论文203篇，其中SCISCI/EI检索170余篇。王海军 天津大学教授。现任天津大学风能工程学科负责人，天津大学水利水电工程系副系主任，兼任中国海洋工程咨询协会海上风电分会副秘书长等。长期从事水利水电工程和海上风电工程研究，主持、参与和重大工程科研项目30余项。获省部级特等奖1项、一等奖3项、二等奖2项；授权发明专利28项；参编国家标准1部、行业标准3部；出版学术专著1部；发表论文80余篇，其中SCI/EI检索50余篇。

　　本书是在总结作者及研究团队近10余年来在海上风电筒型基础研究方面取得的具有实用价值和创新研究成果的基础上撰写而成的。全书共8章，主要包括海上风电开发概况、海上风电筒型基础结构、海上风电筒型基础的地基稳定性、海上风电筒型基础-塔筒-风机的整体浮运、海上风电筒型基础沉放与精细调平、海上风电筒型基础冲刷与防护、海上风电筒型基础结构安全监测系统、海上风电筒型基础-塔筒-风机耦合动力安全等内容。本书展示了海上风电筒型基础结构的重大研究进展与发展前景，有助于海上风电领域设计与施工水平的提升，可供海上风电工程设计人员、施工人员、研究人员和管理人员参考、借鉴。