復(fù)合筒型基礎(chǔ)拖航過程中受力監(jiān)測(cè)與分析

許新鑫，許云龍

（1.三峽新能源陽江發(fā)電有限公司，廣東陽江 529500；2.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

引言

海上風(fēng)電是清潔能源重要來源，相關(guān)研究和施工生產(chǎn)技術(shù)逐步完善，是碳中和的重要解決途徑。復(fù)合筒型基礎(chǔ)是一種具有發(fā)展運(yùn)用潛力的新型基礎(chǔ)，相對(duì)于其他基礎(chǔ)受力更加合理[1-4]，是海上風(fēng)電重要的基礎(chǔ)解決方案。大尺度筒型基礎(chǔ)分艙可以明顯提高結(jié)構(gòu)的浮穩(wěn)性[5]，具有一體化拖航安裝的優(yōu)勢(shì)。拖航是基礎(chǔ)運(yùn)輸安裝的重要環(huán)節(jié)[6-8]，拖航過程中基礎(chǔ)的受力是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

1 結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)布置

響水風(fēng)電場(chǎng)某機(jī)位復(fù)合筒型基礎(chǔ)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(jié)塔筒后，經(jīng)海上浮運(yùn)至設(shè)計(jì)機(jī)位。，拖航持續(xù)約108小時(shí)。期間利用鋼筋計(jì)與混凝土計(jì)對(duì)基礎(chǔ)各部位受力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)部位分為過渡段、梁頂蓋頂部、梁頂蓋底部三部分；監(jiān)測(cè)分為鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變。本文中針對(duì)拖航過程中原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，關(guān)注過渡段和梁頂蓋等結(jié)構(gòu)的受力特性。

圖1 25#基礎(chǔ)及傳感器布置

2 過渡段部分受力

圖2 為過渡段傳感器監(jiān)測(cè)值變化曲線，可以看出不同部位的受力并不相同，對(duì)于鋼筋而言變化范圍基本在-10～5 內(nèi)，混凝土應(yīng)變?cè)?30～10 之間，鋼筋和混凝土大部分的變化值為負(fù)值，即運(yùn)輸過程當(dāng)中過渡段絕大部分處于受壓狀態(tài)。從過渡段各截面應(yīng)力曲線可以發(fā)現(xiàn)同側(cè)的傳感器變化規(guī)律類似，位于兩側(cè)的傳感器對(duì)于過渡段底部的兩個(gè)截面而言，變化規(guī)律有一定的類似性，數(shù)值大小不同。過渡段頂部的3-3 截面，在變化規(guī)律和數(shù)值方面差別較大；頂部的5-5 截面較底部?jī)山孛娑宰兓禐檎?，有受拉趨?shì)。圖3 為過渡段各截面監(jiān)測(cè)值，包括變化值均值和標(biāo)準(zhǔn)差兩項(xiàng)，從中可以得出的結(jié)果是，鋼筋變化值在6 MPa 之內(nèi)，混凝土在15 με 之內(nèi)，過渡段鋼筋和混凝土的應(yīng)力應(yīng)變變化小。5-5 截面?zhèn)鞲衅魉谝粋?cè)為正值，其余截面變化值為負(fù)值，拖航中過渡段頂部有受拉趨勢(shì)，整體處于受壓狀態(tài)。

圖2 過渡段傳感器監(jiān)測(cè)值對(duì)初始值變化值曲線

圖3 過渡段各截面監(jiān)測(cè)值特征值

3 梁頂蓋受力

梁頂蓋監(jiān)測(cè)分為主梁和次梁兩個(gè)部分，其中主梁鋼筋和混凝土傳感器沿長(zhǎng)度方向依次分布于主梁頂部，其中兩個(gè)鋼筋和混凝土計(jì)位于主梁中間部位，具體位置位于環(huán)梁之內(nèi)，其余位于環(huán)梁之外。從主梁頂部各個(gè)位置監(jiān)測(cè)鋼筋應(yīng)力變化曲線結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，主梁鋼筋的波動(dòng)值在20 MPa 內(nèi)，混凝土的基本在30 με 內(nèi)，鋼筋和混凝土主梁兩端的波動(dòng)遠(yuǎn)大于其余部位；主梁中間部位即環(huán)梁內(nèi)的波動(dòng)是類似的，在環(huán)梁外部無論是相對(duì)位置還是相鄰位置變化情況均不類似，對(duì)于相對(duì)位置而言，變化值的正負(fù)值分布有明顯區(qū)別。圖4 為次梁頂部各個(gè)位置監(jiān)測(cè)值的變化曲線，其中28560、28563 位于次梁兩端。從（a）圖可以發(fā)現(xiàn)的是兩根次梁應(yīng)力變化情況，及應(yīng)力增量值的正負(fù)均有區(qū)別。（b）圖發(fā)現(xiàn)10724 同10721 在相鄰位置，受力方向垂直于梁長(zhǎng)度方向，10724 與其他部位受力差別很大。

圖4 次梁頂部各個(gè)位置監(jiān)測(cè)值變化值變化曲線

圖5 為主梁頂部各個(gè)位置監(jiān)測(cè)值，主梁頂部鋼筋應(yīng)力呈兩端受拉中間受壓的狀態(tài)，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(yuǎn)大于中間部位，位于環(huán)梁同主梁交接位置的兩個(gè)傳感器增量值為負(fù)。如圖6 所示，主次梁頂部混凝土應(yīng)變兩端小中間大，混凝土在拖航過程中均處于受壓狀態(tài)，波動(dòng)增量呈現(xiàn)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(shì)。

圖5 主梁頂部各個(gè)位置鋼筋監(jiān)測(cè)值統(tǒng)計(jì)值

圖6 主次梁頂部各個(gè)位置混凝土應(yīng)變監(jiān)測(cè)值統(tǒng)計(jì)值

4 梁頂蓋底部受力

主梁底部傳感器同頂部類似，鋼筋計(jì)和混凝土計(jì)沿長(zhǎng)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(gè)位置監(jiān)測(cè)值，可以看出受力大小分為三個(gè)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(duì)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(jì)，可見中間部位鋼筋的受壓明顯大于其余部位；對(duì)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(jù)梁頂蓋底部監(jiān)測(cè)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(gè)位置監(jiān)測(cè)值

5 結(jié)語

本文針對(duì)江蘇響水風(fēng)電場(chǎng)25#機(jī)位復(fù)合筒型基礎(chǔ)整個(gè)拖航過程鋼筋混凝土監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得出基礎(chǔ)在拖航過程中的受力特點(diǎn)，結(jié)論如下：

1）根據(jù)復(fù)合筒型基礎(chǔ)的應(yīng)力應(yīng)變變化值可知，筒型基礎(chǔ)上部的過渡段應(yīng)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(duì)于同一位置有著一定的類似性，但具體部位的應(yīng)力值并不嚴(yán)格一致；復(fù)合筒型基礎(chǔ)不同部位的應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律不同，表明筒型基礎(chǔ)受力情況較為復(fù)雜。同一構(gòu)件的不同部位應(yīng)力變化情況也并不相同。

2）復(fù)合筒型基礎(chǔ)在整個(gè)拖航過程當(dāng)中維持在較低的合理應(yīng)力，表明拖航不需要作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特定工況進(jìn)行考慮。整個(gè)拖航過程中基礎(chǔ)鋼筋和混凝土的應(yīng)力值均很小，表明拖航過程的平穩(wěn)性，反映出復(fù)合筒型基礎(chǔ)優(yōu)異的浮穩(wěn)性能和抗干擾能力。