复合筒型基础拖航过程中受力监测与分析

许新鑫，许云龙

（1.三峡新能源阳江发电有限公司，广东阳江 529500；2.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072)

引言

海上风电是清洁能源重要来源，相关研究和施工生产技术逐步完善，是碳中和的重要解决途径。复合筒型基础是一种具有发展运用潜力的新型基础，相对于其他基础受力更加合理[1-4]，是海上风电重要的基础解决方案。大尺度筒型基础分舱可以明显提高结构的浮稳性[5]，具有一体化拖航安装的优势。拖航是基础运输安装的重要环节[6-8]，拖航过程中基础的受力是监测的重点。

1 结构及监测布置

响水风电场某机位复合筒型基础与安装船绑扎连接后，在码头采用650 t 履带吊依次吊装三节塔筒后，经海上浮运至设计机位。，拖航持续约108小时。期间利用钢筋计与混凝土计对基础各部位受力进行监测。监测部位分为过渡段、梁顶盖顶部、梁顶盖底部三部分；监测分为钢筋应力和混凝土应变。本文中针对拖航过程中原始监测数据进行分析，关注过渡段和梁顶盖等结构的受力特性。

图1 25#基础及传感器布置

2 过渡段部分受力

图2 为过渡段传感器监测值变化曲线，可以看出不同部位的受力并不相同，对于钢筋而言变化范围基本在-10～5 内，混凝土应变在-30～10 之间，钢筋和混凝土大部分的变化值为负值，即运输过程当中过渡段绝大部分处于受压状态。从过渡段各截面应力曲线可以发现同侧的传感器变化规律类似，位于两侧的传感器对于过渡段底部的两个截面而言，变化规律有一定的类似性，数值大小不同。过渡段顶部的3-3 截面，在变化规律和数值方面差别较大；顶部的5-5 截面较底部两截面而言变化值为正，有受拉趋势。图3 为过渡段各截面监测值，包括变化值均值和标准差两项，从中可以得出的结果是，钢筋变化值在6 MPa 之内，混凝土在15 με 之内，过渡段钢筋和混凝土的应力应变变化小。5-5 截面传感器所在一侧为正值，其余截面变化值为负值，拖航中过渡段顶部有受拉趋势，整体处于受压状态。

图2 过渡段传感器监测值对初始值变化值曲线

图3 过渡段各截面监测值特征值

3 梁顶盖受力

梁顶盖监测分为主梁和次梁两个部分，其中主梁钢筋和混凝土传感器沿长度方向依次分布于主梁顶部，其中两个钢筋和混凝土计位于主梁中间部位，具体位置位于环梁之内，其余位于环梁之外。从主梁顶部各个位置监测钢筋应力变化曲线结果中可以发现，主梁钢筋的波动值在20 MPa 内，混凝土的基本在30 με 内，钢筋和混凝土主梁两端的波动远大于其余部位；主梁中间部位即环梁内的波动是类似的，在环梁外部无论是相对位置还是相邻位置变化情况均不类似，对于相对位置而言，变化值的正负值分布有明显区别。图4 为次梁顶部各个位置监测值的变化曲线，其中28560、28563 位于次梁两端。从（a）图可以发现的是两根次梁应力变化情况，及应力增量值的正负均有区别。（b）图发现10724 同10721 在相邻位置，受力方向垂直于梁长度方向，10724 与其他部位受力差别很大。

图4 次梁顶部各个位置监测值变化值变化曲线

图5 为主梁顶部各个位置监测值，主梁顶部钢筋应力呈两端受拉中间受压的状态，且就增量值来看总体的增量值很小，小于4 MPa，其中梁端增量值远大于中间部位，位于环梁同主梁交接位置的两个传感器增量值为负。如图6 所示，主次梁顶部混凝土应变两端小中间大，混凝土在拖航过程中均处于受压状态，波动增量呈现一端大，其余较小的情况。主次梁的钢筋、混凝土的变化情况均为两端变化大，中间变化小的趋势。

图5 主梁顶部各个位置钢筋监测值统计值

图6 主次梁顶部各个位置混凝土应变监测值统计值

4 梁顶盖底部受力

主梁底部传感器同顶部类似，钢筋计和混凝土计沿长度方向依次分布于主梁底部，图7 显示了梁顶盖底部主梁各个位置监测值，可以看出受力大小分为三个层次，两图中粉色线条为主梁底部正中间的传感器。由（a）可以看出的是对于主梁底部钢筋受力一端受拉另一端受压，主梁正中间的钢筋计，可见中间部位钢筋的受压明显大于其余部位；对于混凝土而言，从（b）图可以看出混凝土均受压，两端的力除了中间部位之外最大，中间部位的混凝土与钢筋相比并不是最大的。根据梁顶盖底部监测值可以得出主梁底部和顶部受力有明显的不同。底部钢筋和混凝土两端受压中部受拉。

图7 梁顶盖底部主梁各个位置监测值

5 结语

本文针对江苏响水风电场25#机位复合筒型基础整个拖航过程钢筋混凝土监测结果进行分析，得出基础在拖航过程中的受力特点，结论如下：

1）根据复合筒型基础的应力应变变化值可知，筒型基础上部的过渡段应力变化大，梁顶盖底部次之，梁顶盖顶部最小。钢筋和混凝土的变化对于同一位置有着一定的类似性，但具体部位的应力值并不严格一致；复合筒型基础不同部位的应力应变的变化规律不同，表明筒型基础受力情况较为复杂。同一构件的不同部位应力变化情况也并不相同。

2）复合筒型基础在整个拖航过程当中维持在较低的合理应力，表明拖航不需要作为结构设计的特定工况进行考虑。整个拖航过程中基础钢筋和混凝土的应力值均很小，表明拖航过程的平稳性，反映出复合筒型基础优异的浮稳性能和抗干扰能力。