海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)防碰撞分析及防護措施探討

　　隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，陸上可開發(fā)利用的風(fēng)電場越來越少，而海上風(fēng)電開發(fā)越來越受到重視。海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)作為海上風(fēng)電開發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施，長期在海上惡劣的環(huán)境下工作，不可避免會遇到各種碰撞問題。例如，供應(yīng)船與基礎(chǔ)的碰撞、上部結(jié)構(gòu)墜物到基礎(chǔ)平臺和浮冰對基礎(chǔ)的撞擊等。這些意外事故經(jīng)常使基礎(chǔ)發(fā)生整體彎曲或局部屈曲，結(jié)構(gòu)承載能力降低，直接影響到基礎(chǔ)的安全性和耐久性，甚至可能引起風(fēng)電機組倒塌等災(zāi)難性后果。

　　根據(jù)Tebbett《最近五年鋼制平臺的修理經(jīng)驗》中對世界上100起需要修理的海洋結(jié)構(gòu)物損傷原因進行分析得到結(jié)果，約25%的海洋結(jié)構(gòu)物損傷是由于碰撞引起的。根據(jù)英國HSE機構(gòu)對海洋平臺的損傷調(diào)查，在海洋平臺發(fā)生損傷的原因調(diào)查中船舶碰撞占11.2%，是主要原因之一。根據(jù)DNV海洋工業(yè)報告，在挪威北海海域從2001年到2011年十年間共發(fā)生船舶與海洋平臺碰撞事故26起，其中6起造成嚴(yán)重后果。

　　海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)與海洋平臺有著類似的結(jié)構(gòu)形式，但是由于海上風(fēng)電機組處于剛剛起步階段，技術(shù)尚未成熟，對應(yīng)的海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)碰撞方面的研究還不夠充分，也很少有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可供參考。本文對海上基礎(chǔ)與船舶碰撞的研究借鑒了海洋平臺碰撞方面的標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗?；贏NSYS/LS-DYNA軟件，通過結(jié)構(gòu)模型化及數(shù)值仿真計算，獲得并分析了船橋碰撞力、能量轉(zhuǎn)換、以及風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)的一般規(guī)律和特點，從而為海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)設(shè)計、維護、防撞措施等提供理論上的支持。

　　船舶與海洋平臺基礎(chǔ)碰撞理論發(fā)展

　　早在20世紀(jì)60年代，Minorsky在20多個船舶與平臺碰撞事故或者實驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析中，得到了撞擊船的動能損失量與被撞平臺結(jié)構(gòu)損傷之間的線性關(guān)系，并以經(jīng)驗公式的形式給出。MartinJ.Petersen的研究工作也同樣具有代表性，對二維情況下的碰撞運動過程進行了分析。20世紀(jì)70年代，McDermott等人根據(jù)塑性靜力學(xué)的基本理論和方法對游輪與平臺結(jié)構(gòu)的低能碰撞問題作了研究。隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，Reckling、Minorsky和Yang等人相繼采用有限元技術(shù)對船舶平臺碰撞問題進行了研究分析。20世紀(jì)90年代，Kawamoto及Che和Jang利用顯示非線性分析程序MSC/DYTRAN對超大型油輪在碰撞中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行了數(shù)值模擬分析，采用顯示有限元法(LSDYNA3D)分析撞擊船的船艏和被撞平臺的結(jié)構(gòu)損傷變形，且計算中假設(shè)為剛體碰撞。