復合筒型基礎拖航過程中受力監測與分析

許新鑫，許云龍

（1.三峽新能源陽江發電有限公司，廣東陽江 529500；2.天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072)

引言

海上風電是清潔能源重要來源，相關研究和施工生產技術逐步完善，是碳中和的重要解決途徑。復合筒型基礎是一種具有發展運用潛力的新型基礎，相對于其他基礎受力更加合理[1-4]，是海上風電重要的基礎解決方案。大尺度筒型基礎分艙可以明顯提高結構的浮穩性[5]，具有一體化拖航安裝的優勢。拖航是基礎運輸安裝的重要環節[6-8]，拖航過程中基礎的受力是監測的重點。

1 結構及監測布置

響水風電場某機位復合筒型基礎與安裝船綁扎連接后，在碼頭采用650 t 履帶吊依次吊裝三節塔筒后，經海上浮運至設計機位。，拖航持續約108小時。期間利用鋼筋計與混凝土計對基礎各部位受力進行監測。監測部位分為過渡段、梁頂蓋頂部、梁頂蓋底部三部分；監測分為鋼筋應力和混凝土應變。本文中針對拖航過程中原始監測數據進行分析，關注過渡段和梁頂蓋等結構的受力特性。

圖1 25#基礎及傳感器布置

2 過渡段部分受力

圖2 為過渡段傳感器監測值變化曲線，可以看出不同部位的受力并不相同，對于鋼筋而言變化范圍基本在-10～5 內，混凝土應變在-30～10 之間，鋼筋和混凝土大部分的變化值為負值，即運輸過程當中過渡段絕大部分處于受壓狀態。從過渡段各截面應力曲線可以發現同側的傳感器變化規律類似，位于兩側的傳感器對于過渡段底部的兩個截面而言，變化規律有一定的類似性，數值大小不同。過渡段頂部的3-3 截面，在變化規律和數值方面差別較大；頂部的5-5 截面較底部兩截面而言變化值為正，有受拉趨勢。圖3 為過渡段各截面監測值，包括變化值均值和標準差兩項，從中可以得出的結果是，鋼筋變化值在6 MPa 之內，混凝土在15 με 之內，過渡段鋼筋和混凝土的應力應變變化小。5-5 截面傳感器所在一側為正值，其余截面變化值為負值，拖航中過渡段頂部有受拉趨勢，整體處于受壓狀態。

圖2 過渡段傳感器監測值對初始值變化值曲線

圖3 過渡段各截面監測值特征值

3 梁頂蓋受力

梁頂蓋監測分為主梁和次梁兩個部分，其中主梁鋼筋和混凝土傳感器沿長度方向依次分布于主梁頂部，其中兩個鋼筋和混凝土計位于主梁中間部位，具體位置位于環梁之內，其余位于環梁之外。從主梁頂部各個位置監測鋼筋應力變化曲線結果中可以發現，主梁鋼筋的波動值在20 MPa 內，混凝土的基本在30 με 內，鋼筋和混凝土主梁兩端的波動遠大于其余部位；主梁中間部位即環梁內的波動是類似的，在環梁外部無論是相對位置還是相鄰位置變化情況均不類似，對于相對位置而言，變化值的正負值分布有明顯區別。圖4 為次梁頂部各個位置監測值的變化曲線，其中28560、28563 位于次梁兩端。從（a）圖可以發現的是兩根次梁應力變化情況，及應力增量值的正負均有區別。（b）圖發現10724 同10721 在相鄰位置，受力方向垂直于梁長度方向，10724 與其他部位受力差別很大。

圖4 次梁頂部各個位置監測值變化值變化曲線

圖5 為主梁頂部各個位置監測值，主梁頂部鋼筋應力呈兩端受拉中間受壓的狀態，且就增量值來看總體的增量值很小，小于4 MPa，其中梁端增量值遠大于中間部位，位于環梁同主梁交接位置的兩個傳感器增量值為負。如圖6 所示，主次梁頂部混凝土應變兩端小中間大，混凝土在拖航過程中均處于受壓狀態，波動增量呈現一端大，其余較小的情況。主次梁的鋼筋、混凝土的變化情況均為兩端變化大，中間變化小的趨勢。

圖5 主梁頂部各個位置鋼筋監測值統計值

圖6 主次梁頂部各個位置混凝土應變監測值統計值

4 梁頂蓋底部受力

主梁底部傳感器同頂部類似，鋼筋計和混凝土計沿長度方向依次分布于主梁底部，圖7 顯示了梁頂蓋底部主梁各個位置監測值，可以看出受力大小分為三個層次，兩圖中粉色線條為主梁底部正中間的傳感器。由（a）可以看出的是對于主梁底部鋼筋受力一端受拉另一端受壓，主梁正中間的鋼筋計，可見中間部位鋼筋的受壓明顯大于其余部位；對于混凝土而言，從（b）圖可以看出混凝土均受壓，兩端的力除了中間部位之外最大，中間部位的混凝土與鋼筋相比并不是最大的。根據梁頂蓋底部監測值可以得出主梁底部和頂部受力有明顯的不同。底部鋼筋和混凝土兩端受壓中部受拉。

圖7 梁頂蓋底部主梁各個位置監測值

5 結語

本文針對江蘇響水風電場25#機位復合筒型基礎整個拖航過程鋼筋混凝土監測結果進行分析，得出基礎在拖航過程中的受力特點，結論如下：

1）根據復合筒型基礎的應力應變變化值可知，筒型基礎上部的過渡段應力變化大，梁頂蓋底部次之，梁頂蓋頂部最小。鋼筋和混凝土的變化對于同一位置有著一定的類似性，但具體部位的應力值并不嚴格一致；復合筒型基礎不同部位的應力應變的變化規律不同，表明筒型基礎受力情況較為復雜。同一構件的不同部位應力變化情況也并不相同。

2）復合筒型基礎在整個拖航過程當中維持在較低的合理應力，表明拖航不需要作為結構設計的特定工況進行考慮。整個拖航過程中基礎鋼筋和混凝土的應力值均很小，表明拖航過程的平穩性，反映出復合筒型基礎優異的浮穩性能和抗干擾能力。