1GB/TXXXXX—XXXX風能發電系統海上風力發電機組支撐結構一體化設計規范本文件規定了海上風力發電機組支撐結構一體化設計的外部條件、建模、載荷分析及支撐結構設計要求。本文件適用于固定式和漂浮式海上風力發電機組支撐結構的設計、優化及技術改造。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T18451.1風力發電機組設計要求GB/T18709風電場風能資源測量方法GB/T18710風電場風能資源評估方法GB/T19072風力發電機組塔架GB/T31517.1固定式海上風力發電機組設計要求GB/T31519臺風型風力發電機組GB/T42600風能發電系統風力發電機組塔架和基礎設計要求GB/Z44047漂浮式海上風力發電機組設計要求GB50021巖土工程勘察規范GB/T51308海上風力發電場設計標準3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1支撐結構supportstructure支撐海上風力發電機組的結構，可分為固定式支撐結構和漂浮式支撐結構。其中，固定式支撐結構包含塔架、下部結構及基礎；漂浮式支撐結構包含塔架、浮體、系泊及錨固基礎。如圖1和圖2所示。2GB/TXXXXX—XXXX圖1固定式支撐結構示意圖3GB/TXXXXX—XXXX圖2漂浮式支撐結構示意圖3.2一體化建模integratedmodeling全面考慮所有外部環境因素對海上風力發電機組運行的影響，建立包含海上風力發電機組、支撐結構以及風力發電機組控制系統的數值分析模型。3.3一體化載荷分析integratedloadanalysis考慮風載荷、波浪、海流、水位變化以及其他環境外載（如地震、海冰載荷等）同時作用下，進行海上風力發電機組支撐結構動力時程響應的耦合載荷計算方法。3.4一體化支撐結構設計integratedsupportstructuredesign綜合考慮風力發電機組、塔架、固定式基礎、或漂浮式基礎以及其他相關組件的設計要求，基于不同設計工況下的一體化載荷時程結果進行結構分析的設計方法。3.5一體化設計integrateddesign全面考慮風力發電機組、塔架、固定式基礎、漂浮式基礎結構的相互作用，以及環境因素（如風、波浪、海流、海冰、地震等）的影響，進行一體化建模、一體化載荷分析和一體化支撐結構設計的海上風力發電機組支撐結構設計方法。3.64GB/TXXXXX—XXXX調諧質量阻尼器tunedmassdamper（TMD）通過與風力發電機組主結構形成共振來吸收和耗散結構振動能量，從而減小風力發電機組結構振動響應的裝置。4符號與縮略語4.1符號下列符號適用于本文件。Hs波浪譜有義波高Tp譜峰周期縮略語Vhub輪轂高度風速Vin切入風速Vout切出風速Vr額定風速4.2縮略語下列縮略語適用于本文件。COD：同向（Co-directional）DLC：設計載荷工況（DesignLoadCase）ECD：方向變化的極端相干陣風（ExtremeCoherentGustwithDirectionChange）ECM：極端海流模型（ExtremeCurrentModel）EDC：極端風向變化（ExtremeDirectionChange）EDCT：臺風極端風向變化（ExtremeDirectionChangeTyphoon）EOG：極端運行陣風（ExtremeOperatingGust）EOGT：臺風極端運行陣風（ExtremeOperatingGustTyphoon）ESS：極端海況（ExtremeSeaState）EWMT：臺風極端風速模型（ExtremeWindSpeedModelTyphoon）EWLR：極端水位范圍（ExtremeWaterLevelRange）EWS：極端風切變（ExtremeWindShear）EWM：極端風速模型（ExtremeWindSpeedModel）MIS：方向偏差（Misaligned）MUL：多向（Multi-directional）MSL：平均海平面（MeanSeaLevel）NCM：正常海流模型（NormalCurrentModel）NTM：正常湍流模型（NormalTurbulenceModel）NWP：正常風廓線模型（NormalWindProfileModel）NWLR：正常水位范圍（NormalWaterLevelRange）NSS：正常海況（NormalSeaState）SSS：惡劣海況（SevereSeaState）5GB/TXXXXX—XXXX5基本規定5.1一體化設計流程應包括以下步驟：a)外部條件評估：對風況、海洋條件（如波浪、海流、水位、海冰等）、地質條件及地震等進行全面評估，獲取必要的環境參數和設計輸入數據；b)工況定義：明確設計工況，確定載荷組合和設計要求，涵蓋啟停機、正常運行、生存、故障及特殊工況；c)建模：建立包括海上風力發電機組、支撐結構（含固定式及漂浮式）、控制系統等的一體化數值分析模型，模型應準確反映結構動力學特性所有外部環境因素的影響；d)載荷分析：采用時程分析方法進行載荷仿真，全面考慮風、波浪、海流、水位、海冰、地震等多種環境載荷與整機系統的耦合作用，評估結構的載荷響應；e)結構設計：根據一體化載荷分析結果進行支撐結構設計，評估其強度、穩定性、疲勞壽命，優化結構參數，確保安全性和經濟性；f)迭代優化：根據模擬及試驗結果進行循環設計，確保所有設計指標滿足要求。5.2一體化設計應采用以分項系數表達的極限狀態設計方法，并根據不同工況進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分析驗算。具體包括以下內容：a)分項系數法：通過引入分項安全系數來考慮各種不確定因素的方法。在極限狀態設計中，分項系數法用于評估結構在不同設計工況下的安全性和可靠性；b)設計值計算：將標準值乘以或除以相應的分項系數得到設計值；c)極限狀態定義：極限狀態包括承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。承載能力極限狀態涵蓋結構的強度和穩定性，正常使用極限狀態涵蓋結構的變形和振動等性能。5.3一體化設計應進行包含海上風力發電機組及支撐結構在內的整體動力時程載荷分析并協同支撐結構在統一規范體系內設計。具體應包括以下內容：a)整體動力時程載荷分析：采用時程分析方法，評估風力發電機組及支撐結構在不同工況下的動態響應，包括風載、浪載、流載等多種環境載荷的耦合作用。b)支撐結構協同設計應包括：基于一體化載荷進行塔架、固定式基礎和漂浮式基礎設計，評估結構的承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。1)塔架設計：考慮海上風力發電機組運行和停機狀態下的載荷效應，進行強度、穩定性和疲勞壽命分析；2)固定式基礎設計：包括單樁、導管架、吸力筒等，考慮地基土層特性和環境載荷的影響，進行動態響應分析和優化設計；3)漂浮式基礎設計：包括浮體和系泊系統等，考慮海洋環境載荷和地質條件的影響，進行承載力和穩定性分析。c)統一規范體系：確保支撐結構設計在統一規范體系內進行，以保證設計的一致性和協調性。遵循相關國家和國際標準，確保設計的科學性和可靠性。d)迭代優化：在設計過程中進行多輪次的迭代優化，基于模擬和實驗結果不斷改進設計，確保滿足所有設計要求和標準。5.4環境條件評估應確保各環境參數及聯合概率分布的獲取方法合理有效，數據處理過程明確。具體應包括以下內容：a)參數獲取方法：獲取環境參數包括但不限于：6GB/TXXXXX—XXXX1)風況：通過長期實測數據或高精度風資源評估模型獲取年平均風速、風向分布、湍流強度等參數；2)波浪：通過波浪觀測數據或波浪數值模型獲取波高、波周期、波向等參數；3)海流：通過海流觀測數據或海流數值模型獲流速和流向等參數；4)海冰：通過現場觀測、實驗和衛星遙感獲取冰厚、冰速、冰向和海冰強度等參數；5)地震：通過地震規范或地震安全性評價獲取地震動參數；6)水位：通過水位觀測或數值模擬等方法獲取水位變化情況。b)數據處理過程：明確數據處理過程，包括數據采集、篩選、校驗、分析和存儲等步驟。具體包括：1)數據采集：采用高精度儀器和設備進行現場觀測，確保數據采集的準確性和完整性；2)數據篩選：對采集數據進行初步篩選，剔除異常值和噪聲數據；3)數據校驗：采用多種方法對數據進行校驗，包括與歷史數據對比、模型驗證等；4)數據分析：采用統計分析方法對數據進行處理，獲取設計所需的環境參數；5)數據存儲：建立規范的數據存儲系統，確保數據的長期保存和可追溯性。c)數據質量控制：采用嚴格的數據質量控制措施，確保環境參數的準確性和可靠性。具體包括：1)定期校準觀測儀器和設備；2)建立數據質量控制流程，定期審核和更新；3)采用多源數據交叉驗證方法，提高數據的可靠性。5.5一體化建模應全面考慮對海上風力發電機組運行產生有利及不利影響的所有外部環境因素。6外部條件6.1一般規定6.1.1海上風力發電機組支撐結構一體化設計應考慮環境及電網等條件對海上風力發電場建設和運營過程的影響。6.1.2海上風力發電機組支撐結構一體化設計應考慮正常運行期間頻繁出現的正常外部條件和重現期為1年及50年的極端外部條件，針對漂浮式支撐結構魯棒性設計還應考慮500年一遇的極端外部條件。6.1.3海上風電場工程區域應有至少1年實測風數據，具體要求應按照GB/T18709的規定，測風數據應包含風速、風向、氣溫、氣壓和標準偏差的實測時間序列數據。6.1.4海上風電場測風有效數據的完整率應不低于90%，完整率的計算方法應符合GB/T18710的規定。6.1.5海上風電場工程區域應有至少1年實測逐時水位、波浪、海流等資料，不少于20年實測或數值模擬的長序列逐時水位、波浪、海流等資料及多個典型時段的實測海底地形資料和歷史海圖資料。相關資料應符合GB/T51308的有關規定，并應按GB/T31517.1的有關規定進行海洋水文環境條件評估。6.1.6在缺少工程區域長期實測數據的情況下，宜使用數學模型開展工程區域不少于20年的海洋水文條件數值模擬，基于模擬結果進行統計分析，確定工程區域任意位置的海洋水文設計要素。數值模擬應采用機理成熟、應用廣泛的數值模型工具，且能合理反映所模擬要素在目標海域的物理演化過程。6.2風況6.2.1一體化載荷分析風況條件應根據測風數據確定，采用的風況模型應滿足GB/T18451.1的相關規6.2.2風速概率分布模型應根據工程場區測風結果確定，可采用GB/T18451.1中相關計算方法7GB/TXXXXX—XXXX6.2.3海上風電場址不同風速下的湍流取值應根據實測風資源數據確定，且應考慮海上風電場尾流的影響。6.2.4輪轂高度處50年一遇的10分鐘平均極端風速宜利用場址鄰近參考氣象站的擴展資料或數值模型進行評估。在熱帶和亞熱帶地區，以熱帶和溫帶氣旋為主時，可采用蒙特卡洛仿真方法（MCS）評估熱帶氣旋的極端風速，具體方法可參考GB/T18451.1-2022的附錄J。6.2.5海上風電場址空氣密度的計算應遵循GB/T18710的相關規定。6.2.6若工程場區屬于臺風多發地區，一體化載荷分析應考慮臺風的影響，臺風風況應滿足GB/T31519的有關規定。6.3波浪6.3.1一體化設計采用的波浪特征參數值應滿足：a)正常海況條件應獲得輪轂高度的平均風速Vhub、有義波高Hs和譜峰周期Tp的長期聯合概率分布及風向和浪向的聯合概率分布。b)惡劣海況條件應考慮正常發電工況時有義波高和風速的聯合概率為50年一遇，可基于場址的海洋氣象數據采用“反向一階可靠度分析方法（IFORM）”外推確定，具體方法可按照GB/T31517.1-2022附錄F；或可采用重現期為50年的有義波高Hs,50作為保守值。c)極端海況條件應考慮重現期為50年和1年的有義波高Hs,50、Hs,1及對應的譜峰周期范圍；重現期為50年和1年的單個極大波高H50、H1及對應的波周期范圍。6.3.2隨機海況的不規則波列宜通過波浪譜進行分析；波浪譜宜根據地理區域、待模擬海況的惡劣程度和相關的使用條件確定。6.3.3海上風電場波浪以風浪為主時，對于已充分成長、無限風區的海浪及疲勞分析時，宜采用P-M（Pierson-Moskowitz）波浪譜或文圣常譜；對于不同成長階段、有限風區的海浪及極限工況分析時，宜采用Jonswap波浪譜或文圣常譜；根據工程海域實際情況，也可采用其他波浪譜形式。6.3.4疲勞載荷計算應考慮不同平均風速下的一系列正常海況，并應確保這些正常海況的數量和分辨率足以預測與海洋水文要素長期完整分布有關的疲勞損傷。6.3.5輪轂高度的平均風速、有義波高Hs和譜峰周期Tp的長期聯合概率分布及風向和浪向的聯合概率分布應滿足GB/T31517.1中的要求。6.3.6極端海況下的波浪要素特征值應根據長期海洋氣象數據庫進行評估。如果沒有充分的海洋氣象數據可用于評估極大波高和相關波周期范圍，對于深水，宜參考GB/T31517.1進行評估。6.4海流6.4.1海流特征評估應給出工程海域的潮流類型、海流時空變化規律、海流矢量圖、潮流可能最大流速、余流特性等內容。6.4.2設計海流條件評估應結合目標區域的海流特征考慮下述分量：a)由潮汐、風暴潮和大氣壓力變化等引起的次表層流Utide。b)風生近表層流Uwind。總的流速應是上述分量的矢量和，且波浪引起的水質點速度應與海流速度進行矢量疊加。海流對波長和波周期的影響一般較小，可忽略不計。海流各分量分布模型具體參考GB/T31517.1。6.5水位8GB/TXXXXX—XXXX平均海平面（MSL）、風暴潮增水、風暴潮減水、不同重現期水位、乘潮水位等水位特征值。對于受潮汐影響明顯的區域，還應給出平均高潮位、平均低潮位、最大潮差、最小潮差、平均潮差、平均漲潮歷時、平均落潮歷時等特征值。6.5.2對于潮間帶風電場和部分淺海風電場工程，應進行乘潮水位的分析計算。6.5.3對于海平面上升敏感海域風電場工程，宜考慮海平面上升因素對水位的影響。6.6海冰6.6.1渤海灣、北黃海等海冰區域應對工程場址范圍內及附近海域進行海冰調查，收集獲取包括冰期、冰情等級、冰厚、冰密集度、冰強度、結冰范圍、冰類型、海冰漂流方向、冰速、冰盤尺信息等。6.6.2設計海冰條件評估應包含以下參數：a)海冰的基本參數，包含有效冰期；1年、20年、50年一遇冰厚度極值；海冰擠壓強度；海冰彎曲強度；平均冰速；海冰主方向；b)冰厚概率分布；c)冰速概率分布；d)冰向概率分布；e)海上風電基礎抗冰錐結構設計時，應獲取冬季平均水位、冬季最高潮位和冬季最低潮位等歷史觀測數據進行分析。6.7海生物6.7.1應在可靠的參考資料、當地經驗和現有測量結果的基礎上，評估海生物的厚度及其對水深的依賴性。有必要對特定場址進行研究，以確定海生物的性質、可能的厚度和水深依賴性。6.7.2附著海生物對結構構件截面積的影響可采用等效直徑來考慮，等效直徑可按下式計算：式中：D——等效直徑，單位米（m）；Dc——構件直徑，單位米（mt——附著海生物的平均厚度，單位米（m）。6.7.3附著海生物的結構構件表面的粗糙度k取值為0.005m~0.05m，對波流載荷的影響可采用等效水動力系數來考慮。6.7.4附著海生物密度宜通過實際調查后確定。當無實測資料時，可取1300kg/m3~1400kg/m3。6.8地質條件6.8.1海上風電場場址工程地質勘察應在海上風力發電機組機位點位置及其周圍的一定范圍內進行。勘察區域應覆蓋海上風電場所有海上風力發電機組機位點。6.8.2海上風電場場址工程地質勘察至少應包括下列內容：水深和海底地形，海底面狀況以及自然的或人為的海底障礙物，海底地層的結構特征、空間分布及其物理力學性質，災害地質、地震因素。6.8.3海上風電場工程應進行工程地質條件評價，內容應包括水文地質概況、環境水與土層腐蝕性分析、不良地質作用、場地土類型劃分、場地類別劃分、場地穩定性及適宜性評價、天然地基可行性分析、海上風電場基礎選型和沉(成)樁可行性分析等。9GB/TXXXXX—XXXX6.8.4海上風電場工程巖土的分類應符合GB50021的有關規定。6.8.5海床高程應根據地形測量成果及海床演變成果確定。6.8.6海洋巖土物理力學參數應綜合分析工程地質勘察成果、樁基型式、原位測試成果和工程場區樁基礎靜載試驗成果確定。6.9電網條件一年內電網斷電20次,斷電持續時間不超過6h可按照正常工況進行設置。而斷電持續3個月應視為極端工況。涉及到的場址電網條件的定義及評估其他要求可參考GB/T18451.1-2022執行。6.10地震條件6.10.1一體化設計應確定下列地震條件：a)工程區域歷史上的地震活動情況以及近期的地震活動和征兆；b)工程區域地震動峰值加速度、地震基本烈度和特征周期等地震動參數；c)工程區域海底土壤由于地震引起的液化失穩、滑移和震陷的可能性分析。6.10.2海上風力發電機組及支撐結構的抗震設計應采用經地震安全性評價且按相關要求批準通過的場地地震動參數，地震動參數包括場地地表水平向地震動峰值加速度、加速度反應譜。如果在設計階段無法獲取實測地震加速度記錄，則宜在地震安全性評價時，對場地相關地震譜進行評價和擬合。6.10.3海上風電機組及支撐結構的地震作用計算應采用時程分析方法。6.11其他環境條件宜考慮氣溫、水溫、濕度、鹽度、覆冰、涌潮等其他環境條件對一體化設計的影響。其它環境條件可根據代表值或環境條件的變化范圍來確定。環境參數選擇設計值時應考慮多種條件同時發生的可能性。7一體化建模7.1一般規定7.1.1固定式支撐結構一體化模型應包括風輪-機艙組件、塔架模型、下部結構模型以及基礎和地基模型。漂浮式海上風力發電機組支撐結構一體化模型應包括風輪-機艙組件、塔架模型、浮體、系泊及錨固模型。風輪-機艙組件應包括風輪、傳動系統、偏航系統、控制系統及發電系統等關鍵部件。7.1.2一體化模型中的阻尼應包括材料阻尼、水動力粘性阻尼、輻射阻尼和土壤阻尼。其中，鋼結構材料阻尼比通常取值為0.0023，粘性阻尼通常包含于水動力計算Morison公式中的拖曳力項，輻射阻尼計算方法詳見附錄A，土壤阻尼需要通過巖土工程專業分析得到。實際工程項目中，若無法獲取準確的支撐結構輻射阻尼和土壤阻尼，可通過適當提高材料阻尼比的方式進行補償，概念設計階段三者的阻尼比之和宜等效7.1.3基礎和地基模型應充分考慮地基和基礎在不同外載作用下非線性剛度和阻尼。如果經分析證明不會對泥面以上的支撐結構動力響應與荷載響應造成影響可允許采用泥面剛度、質量、阻尼矩陣代替泥面以下基礎與土的相互作用。7.1.4一體化載荷分析所用多體動力學模型與一體化支撐結構設計所用有限元分析模型在動力學特性上應保持一致，模型應具有相同的質量分布和轉動慣量，同時針對同一建模對象在相同的邊界條件下，應通過計算對比確認模型一階模態頻率相差不超過2%。7.1.5風輪-機艙組件如需簡化，應確保模型簡化不影響海上風力發電機組支撐結構模型的動力學特性。GB/TXXXXX—XXXX7.1.6風力發電機組模型的要求應滿足GB/T18451.1的有關規定。7.1.7海上風力發電機組一體化建模應針對不同結構部件采用不同的局部坐標系，如圖3所示。葉片坐標系偏航軸承坐標系固定輪轂坐標系塔底坐標系圖3一體化建模坐標系7.2葉片7.2.1葉片應合理表征葉片的氣動和結構屬性并采用合理的梁單元建模。針對氣動屬性，葉片模型應至少包含沿葉片展向分布的氣動翼型、翼型弦長、翼型相對厚度、氣動扭角等參數；針對結構屬性，葉GB/TXXXXX—XXXX片模型應至少包含沿葉片展向分布的中性軸位置、質量中心和剪切中心位置、質量及慣量分布、抗彎抗扭及軸向拉伸剛度、結構材料阻尼等參數。7.2.2長柔葉片不應采用基于線性、小變形假設的梁單元建模，宜采用基于幾何精確梁理論的梁單元建模；若分段合理能夠保證在每一分段內的葉片變形足夠小，可采用線性梁理論對葉片進行分段建模。7.2.3葉片翼型在不同攻角下的升力系數、阻力系數及扭矩系數等參數可通過風洞試驗獲取。7.2.4葉片截面間距應確保所建模型可表征葉片截面屬性沿葉片展向的連續變化。7.3傳動鏈及結構件7.3.1傳動鏈建模應確保動力荷載可準確傳遞。7.3.2風力發電機組傳動鏈建模應考慮傳動鏈主要部件的質量、轉動慣量、扭轉剛度、阻尼等對系統傳動及載荷的影響。7.3.3傳動鏈模型可進行簡化，但簡化模型應通過模擬和試驗等方法驗證荷載傳遞的等效性。7.3.4機械結構件可等效為包含質量、轉動慣量及慣性矩等參數的質量點。7.4控制器7.4.1一體化仿真模型應包含與風力發電機組實際運行時所執行的相同控制策略，以確保仿真得到與風機實際運行時相同的機組狀態及荷載響應。7.4.2一體化仿真模型可采用外部動態鏈接庫程序對控制器進行建模。控制程序與一體化載荷仿真程序應實現通訊功能，一體化載荷仿真程序在指定時間步向控制程序輸出控制算法所需的輸入，并經過控制算法計算后向一體化載荷仿真程序輸出控制指令。7.4.3風力發電機組正常發電工況中的控制器應保證風力發電機組運行在安全的轉速范圍，即最小轉速n1和最大轉速n3之間，如圖4所示。同時控制器應具備實現葉輪過速的功能，即葉輪轉速超過n3,達到n4或na，并觸發對應的安全鏈保護停機策略，以實現風力發電機組過速工況的仿真。圖4海上風力發電機組風輪轉速運行范圍閾值圖7.4.4一體化載荷仿真分析應合理考慮風力發電機組功率運行范圍，見圖5。GB/TXXXXX—XXXX圖5功率運行圖7.4.5一體化載荷仿真應考慮控制器功能失效對載荷的影響，如保護系統的傳感器失效、發電機過速、剎車系統（包括變槳系統和電磁剎車）、涵蓋風向測量的偏航系統、加速度監測系統及各類降載手段所需的軟硬件系統等。7.4.6漂浮式風力發電機組控制器應能實現破艙、斷纜等故障識別與預警。7.5塔架模型7.5.1塔架模型宜采用梁單元進行建模，包括節點坐標、截面屬性、材料屬性以及氣動阻力系數等參數。7.5.2塔架模型中的法蘭宜采用質量點的形式進行模擬。模型中不影響塔架整體剛度的構件可采用質量點的形式建模。7.6固定式下部結構模型7.6.1固定式下部結構模型宜采用梁單元建模，包括節點坐標、截面屬性、材料屬性、氣動及水動阻力系數等參數。7.6.2下部結構中的法蘭宜采用質量點的形式建模。其中附屬構件、電氣設備等不影響結構整體剛度的構件宜采用質量點的形式建模。7.6.3下部結構的模擬應考慮環境條件的影響，包括沖刷，腐蝕，海生物附著。其中，極端工況下應考慮最大沖刷深度和最大腐蝕量，疲勞工況應考慮平均沖刷深度和平均腐蝕量。7.7漂浮式基礎模型7.7.1漂浮式一體化載荷仿真模型中的浮式基礎結構模型宜采用梁單元進行建模，梁單元的質量、剛度屬性應依據實際浮式基礎結構進行等效，以合理表征真實浮式基礎的結構特征。若經過分析驗證浮式基礎的彈性對漂浮式風機的整體動態特性影響可忽略，則可將浮式基礎結構模型簡化為剛體模型。漂浮式基礎的水動力載荷模型宜采用勢流理論疊加Morison公式粘性拖曳力項或勢流理論疊加水動力粘性阻尼矩陣的方式建模，所建水動力模型應與水池試驗或高質量CFD數值仿真結果進行對比標定。漂浮式海上風力發電機組支撐結構一體化設計中的組件建模要求見表1。GB/TXXXXX—XXXX表1漂浮式海上風力發電機組支撐結構一體化設計中的組件建模要求以漂浮物運動分析的目的，其中葉片柔性不影響浮體剛性旋轉軸。如果齒輪傳動系統的旋轉頻率足夠高而7.7.2漂浮式基礎結構等效模型如無法保證所有方向的結構剛度一致，應保證主要受力方向一致。浮體或部分浮體宜采用有限元或多體模型表征結構彈性變形，宜采用梁單元模擬細長結構的柔性特征。7.7.3漂浮式海上風力風電機組一體化支撐結構設計應進行水池試驗或CFD仿真驗證，以標定水動力模型中的拖曳力系數、流載荷、水動力阻尼及非線性抨擊等影響。7.7.4漂浮式基礎結構模型應考慮腐蝕及海生物附著等環境條件的影響。7.8基礎及地基模型7.8.1基礎結構宜使用合理的力學模型模擬。等效模型應同時保證等效后模型的剛度和重量與等效前模型相同。a)樁基礎等桿件結構可采用梁單元或殼單元進行模擬；b)筒型基礎等薄壁結構可采用殼單元或等效模型模擬；c)由鋼板焊接成的復雜結構宜根據實際結構采用殼單元或等效模型模擬。7.8.2對于受高階模態影響的支撐結構，模型應將除基礎主體結構以外的附屬構件的重量和基礎與水體相互作用的附連水質量考慮在內。7.8.3地基基礎建模應充分考慮不同基礎型式與地基相互作用特征，采用受力明確的方式建立方便工程使用的模型。a)長細樁可采用P-Y、T-Z和Q-Z曲線模擬；b)短粗樁宜采用三維有限元或者其他等效模型；c)重力式基礎可采用半無限空間彈性力學分析方法得到垂直向、側向、彎曲、扭轉彈簧的剛度。7.8.4若經論證泥面剛度矩陣對上部結構的動力效應影響可忽略，可使用該等效方法代替泥下全部的樁土相互作用。GB/TXXXXX—XXXX7.8.5對于和載荷關系敏感的樁土非線性剛度，宜采用能夠考慮非線性剛度的彈簧或地基基礎模型或者對風力發電機組載荷計算工況采用對應不同的泥面剛度矩陣。7.8.6載荷分析過程中動力模態阻尼比應考慮土壤阻尼的貢獻，土壤阻尼可通過能夠考慮樁土作用滯回效應的土體本構模型進行評估。7.8.7對于地震工況，如果判定有土壤液化情況，應考慮其對地基基礎相互作用剛度和土壤阻尼的影響。7.8.8地基基礎模型應考慮長期風力發電機組運行環境受載條件下的累積循環效應。7.9系泊系統模型7.9.1系泊系統宜采用集中質量法和非線性、大變形有限元法等動態模型建模，以合理考慮系泊系統自身的慣性、水動阻尼、波浪荷載、泥面接觸等動態效應。針對系泊系統設計必須采用動態系泊模型。若設計對象為除系泊系統外的其他部件，若經過驗證證實系泊系統動態效應對其他部件的運動、荷載響應影響小至可忽略，則可將系泊系統模型簡化為準靜態的位移-回復力曲線，以提升仿真效率。7.9.2漂浮式海上風力發電機組系泊線模型應合理考慮其軸向拉伸剛度。若采用聚酯纜、尼龍繩等合成纖維系泊材料，應合理考慮其軸向剛度的非線性和時變性特征，系泊線的抗彎剛度通常可忽略不計。7.9.3系泊系統中錨鏈建模應合理考慮腐蝕裕量，滿足系泊系統全壽命周期結構安全。7.9.4系泊系統建模應考慮海生物的對系泊線的重量、水動力直徑及拖曳力系數等參數的影響。7.9.5不同系泊部件拖曳力系數和附加質量系數應通過水池試驗或實海測試獲取。若無條件獲取，可參考表2。表2系泊部件未考慮海生物附著的拖曳力系數和附加質量系數系泊部件CdCm橫向縱向橫向縱向普通有檔錨鏈2.62.0普通無檔錨鏈2.42.0聚酯纜0.10.1帶護套的鋼絲繩.6系泊線與海床之間的相互作用可基于土壤信息確定摩擦系數和海床剛度特性模擬。7.9.7單點系泊系統可將轉塔結構設置為剛性桿件且釋放關于豎直方向的旋轉自由度。7.10調諧質量阻尼器建模7.10.1調諧質量阻尼器宜用于抑制復雜風浪環境下海上風力發電機組支撐結構結構振動和疲勞載荷，提升機組的運行穩定性和使用壽命。7.10.2調諧質量阻尼器可作為附加動力學系統集成至一體化海上風力發電機組動力學模型中。7.10.3調諧質量阻尼器建模宜采用單自由度動力學建模方法。7.10.4調諧質量阻尼器建模應考慮調諧頻率、有效質量、剛度、阻尼等參數。8一體化載荷分析8.1一般規定8.1.1海上風力發電機組支撐結構一體化載荷分析應采用時程分析方法。GB/TXXXXX—XXXX8.1.2海上風力發電機組支撐結構一體化載荷分析應將機組全壽命周期內可能遭受的風、波浪、海流、海冰等環境載荷、機組驅動載荷、重力與慣性載荷及船舶撞擊載荷、地震等其他載荷考慮在內。8.1.3海上風力發電機組支撐結構一體化載荷分析應結合支撐結構及整機動力學特性進行分析，波浪應在充分涵蓋關鍵工況的基礎上進行凝聚處理，漂浮式風電機組應充分考慮浮體運動固有周期與波浪周期的關系，以全面評估波浪作用下支撐結構及整機系統的動力學響應。8.1.4載荷輸出分為極限和疲勞載荷，包括塔架和基礎結構各節點的統計載荷及時程載荷。8.1.5極限后處理不同工況應采用不同的載荷安全系數和后處理統計規則，載荷安全系數應按表3選取。表3載荷安全系數8.1.6一體化設計載荷分析結果應包括使用壽命期內的永久載荷、環境載荷、變形載荷、可變載荷、偶發載荷、地震載荷、正常使用載荷、運輸和安裝載荷：a)永久載荷是指大小、位置和方向不會變化的載荷，包括結構質量、永久壓載物和設備的質量，預張力、內外部靜水壓力；b)環境載荷應參考GB/T18451.1-2022、GB/T31517.1-2022、GB/Z44047-2024的有關規定；c)變形載荷是結構變形引起的載荷，包括溫度變化、內部變形和地基沉降引起的載荷；d)可變載荷指大小、位置和方向可能變化的載荷，包括人員載荷、吊機運行載荷、船舶沖擊載荷等；e)偶發載荷是指意外事件或技術故障引起的載荷，包括碰撞、爆炸、火災和內部壓力變化等相關載荷；f)地震載荷是指地震引起的作用于風力發電機組結構上的載荷....，包括地震地面運動引起的機組支撐結構及機頭各部件的載荷、加速度和位移；g)正常使用載荷是指風力發電機組在正常運行過程中所承受的載荷，這些載荷是設計和評估風力發電機結構強度和穩定性的重要依據；h)運輸和安裝載荷是指風力發電機組在運輸、組裝和安裝過程中所承受的各種載荷。8.1.7正常使用載荷可分為以下三種情況：S1：特征極端載荷，是指正常和極端工況下的載荷組合的最大值；S2：LDD10-4(超越概率為0.01%的載荷水平，等同于25年內約發生22小時)；S3：LDD10-2(超越概率為1%的載荷水平，等同于25年內約發生2200小時)。其中，S1可用于混凝土結構鋼筋的抗拉驗算及混凝土的抗壓驗算，S2可用于鋼結構斷裂韌性所需應力水平驗算，S3可用于混凝土結構的消壓驗算及裂縫控制驗算。8.2載荷工況8.2.1海上風力發電機組支撐結構一體化載荷工況應滿足GB/T18451.1-2022、GB/T31517.1-2022、GB/Z44047-2024的有關規定。8.2.2海上風力發電機組支撐結構一體化載荷設計狀態宜分為持久設計狀況、短暫設計狀況、偶然設計狀況和地震設計狀況。每種設計狀態應包含通過具有合理發生概率的風況、海況、電氣和其他外部條GB/TXXXXX—XXXX件相互組合確定的設計載荷工況，特殊環境條件還應涵蓋此環境下的特殊工況。表4列出了各設計狀態應考慮的最少設計載荷組合工況。表4海上風力發電機組載荷設計基礎工況表設計狀態工況編號風況條件波浪條件風向浪向海流條件水位條件其他說明分析類型分項安全系數NTMV<V<VNSS：H,T,V的聯合概率分布MIS,MUL無海流NWLR或≥MSL*ETMV<V<VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSLUNECDV=V±2m/sNSSH=E[H|V]MIS,偏向，風向變化NCMMSLUNEWSV<V<VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSLUNNTMV<V<VSSSH=H,COD,UNINCMNWLRUN有故障2.1NTMV<V<VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSL正常控制系統故障或電網連接中斷或第一層控制功能故障UN2.2NTMV<V<VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSL異常系統故障或第二層保護功能故障UA2.3EOGV=V±2m/s和VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSL外部或內部電氣故障，包括電網連接中斷UA2.4NTMV<V<VNSSH=E[H|V]COD,UNI無海流NWLR或≥MSL控制系統、電氣系統故障，包括電網連接中斷F*2.5NWPV<V<VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSL低電壓穿越UN3）啟動3.1NWPV<V<VNSSHs=E[Hs|Vhub]COD,UNI無海流NWLR或≥MSLF*3.2EOGV=V,V±2m/s和VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSLUN3.3EDCV=V,V±2m/s和VNSSH=E[H|V]MIS,偏向，風向變化NCMMSLUN機4.1NWPV<V<VNSSH=E[H|V]COD,UNI無海流NWLR或≥MSLF*4.2EOGV=V±2m/s和VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSLUNGB/TXXXXX—XXXX機5.1NTMV=V±2m/s和VNSSH=E[H|V]COD,UNINCMMSLUN6）停機（靜止或空轉）6.1EWM湍流風V=VESSH=HMIS,MULECMU=UEWLRUN6.2EWM湍流風V=VESSH=HMIS,MULECMU=UEWLR電網連接中斷UA6.3EWM湍流風V=VESSH=HMIS,MULECMU=UNWLR極端偏航角誤差UN6.4NTMV<V<0.7VNSSH,T,V的聯合概率分布COD,UNI無海流NWLR或≥MSLF*有故障7.1EWMV=VESSH=HMIS,MULECMU=UNWLRUA7.2NTMV<VNSSH,T,V的聯合概率分布COD,UNI無海流NWLR或≥MSLF*8.3臺風工況8.3.1臺風多發區的海上風力發電機組支撐結構設計應考慮臺風的影響。8.3.2臺風工況應充分考慮海上風力發電機組偏航故障引起的載荷作用，如通過備用電源能保證臺風期間機組具備偏航系統正常運轉，可忽略偏航故障工況。8.3.3臺風載荷工況表5設定。表5海上風電支撐結構的臺風設計載荷工況EOGNSSNCMUAECDNSSUNEWMUNEDCUA8.4海冰工況8.4.1海上風力發電機組支撐結構的海冰載荷計算宜采用時程分析方法。對出現海冰的場址應考慮表6中的海冰載荷工況。錐面結構和直立面結構應分別考慮海冰彎曲破碎載荷和擠壓破碎載荷,載荷時程宜參考GB/T31517.1-2022附錄D。表6海上風電支撐結構的海冰設計載荷工況分項安全V=V±2m/s和V產生最大UNGB/TXXXXX—XXXXV=V±2m/s和V產生最大UN不同速度的移動浮冰產生的水平載荷或移V<V<VUNV<V<VFUN湍流風V=VUNV<0.7VF湍流風V=VUN8.5地震工況8.5.1海上風力發電機組支撐結構的地震載荷計算宜采用時程分析方法，對處于地震活動較強并受地震影響較大的海上風電場工程，應考慮正常發電時發生地震、地震引起的停機過程、停機后發生地震等工況，地震載荷工況應按表7中考慮。地震載荷計算應采用475年一遇重現期的地震動參數，地震載荷計算宜采用7套地震動加速度時程，其中實測強震記錄的數量不應少于總數的2/3。8.5.2海上風力發電機組葉片、傳動鏈及結構件可采用50年一遇進行驗算，驗算時主要部件應保持線性彈性。表7海上風電支撐結構地震工況表況型NSSUNSSU注：正常海況在沒有場址的實測水文數據情況下，一般采用Jonswap譜，且對應有義波高和譜峰周期，宜采用對應風條件下的海況條件。海流采用正常海流模型，對應8.6漂浮式風力發電機組8.6.1漂浮式海上風力發電機組特殊設計載荷工況可參見表8。表中規定了漂浮式海上風力發電機組支撐結構一體化設計的最低設計要求。設計載荷工況旨在設計過程中對機組及支撐結構全生命周期內威脅到結構完整性、安全性的因素予以周全考慮，如果在實踐中發現遺漏某些重要情形，應對該工況表予以補充。GB/TXXXXX—XXXX8.6.2DLC4.3工況中，考慮當實際海況超出漂浮式風力發電機組設計正常發電海況邊界時，控制系統執行風力發電機組保護停機的過程。DLC2.6工況中，考慮監測系統或控制系統失效，導致漂浮式風力發電機組在超出設計正常發電海況邊界下運行發電的情況。8.6.3漂浮式海上風力發電機組一體化載荷仿真應考慮單根系泊纜或張力腱破斷瞬時及浮式基礎與系泊系統到達新的平衡狀態后的運動及荷載響應。具體設置參見表8中DLC9.1、DLC10.1、DLC9.2和10.2。8.6.4對于具備多個艙室的漂浮式海上風力發電機組，應依據DLC9.3和10.3進行所有相關艙室的進水分析。8.6.5漂浮式海上風力發電機組一體化結構設計應考慮500年一遇的環境載荷組合工況，分析漂浮式海上風力發電機組浮式基礎、系泊系統的魯棒性，具體設置參見表8中DLC10.4。8.6.6漂浮式海上風力發電機組應考慮浮體運動和風力發電機組的偏航誤差，具體設置參見表8中DLC9.1至DLC10.3。8.6.7對于非冗余的錨固系統，可以忽略DLCs9.1、9.2、10.1和10.2，但在這種情況下需要增加額外的安全系數，安全系數應結合非冗余系泊系統及系泊材料確定。表8漂浮式海上風力發電機組支撐結構特殊設計載荷工況V<V<VMIS,MULUA機V<V<VMIS,MULMSL值UAV<V<VNSSMIS,MULMSLUAV<V<VNSSMIS,MULMSLUAV<V<VNSSMIS,MULMSLUA空轉）EWM,V<VMIS,MULUAEWM,V<VMIS,MULUAEWM,V<VMIS,MULUAV=VESS:H=HMIS,MULU=UMSLUA(1.0)注：針對DLC10.4工況，需要考慮如下的環境載荷組合：GB/TXXXXX—XXXX8.6.8漂浮式海上風力發電機組一體化載荷分析應結合漂浮式基礎固有運動周期選定陣風模型周期、考慮涌浪的長周期波浪模型，具體方法可參考GB/Z44047-2024附錄O的有關規定。8.6.9漂浮式海上風力發電機組一體化載荷仿真，單工況仿真時長宜達到3小時。應依據單工況仿真時長，針對設計資料中給定參考周期下的平均風速和有義波高進行適當修正。8.6.10漂浮式海上風力發電機組一體化載荷仿真應考慮二階波浪載荷影響，若通過敏感性分析證明二階波浪載荷的影響較小則可忽略。8.6.11應考慮高、低潮位變化對系泊系統的預張力和浮式基礎固有周期的影響，及對浮式基礎波浪載荷的影響。8.7一體化載荷后處理8.7.1海上風力發電機組一體化載荷后處理應包括風輪-機艙組件、支撐結構載荷后處理。風輪-機艙組件載荷后處理主要包括葉片、輪轂、變槳軸承、偏航軸承、主軸承、發電機等部件的極限載荷和疲勞載荷；支撐結構載荷后處理主要包括塔筒截面、浮體截面、導纜孔、系泊張力等極限載荷和疲勞載荷。8.7.2海上風力發電機組風輪-機艙組件、支撐結構的詳細極限強度設計分析應使用有限元方法或其他合適的方法進行，載荷應采用對應部件的極限載荷統計矩陣結果，如表9所示。表9極限載荷統計矩陣結果FxFyFxyFzMxMyMxyMzSFFxMaxFxMinFyMaxFyMinFxyMaxFxyMinFzMaxFzMinMxMaxMxMinMyMaxMyMinMxyMaxMxyMinMzMaxMzMin8.7.3極限載荷統計方法可參考GB/T18451.1-2022相關規定。8.7.4海上風力發電機組風輪-機艙組件、支撐結構的疲勞載荷后處理，應根據各部件對應的載荷時序，進行雨流分析統計循環計數，得到對應的馬爾科夫矩陣。GB/TXXXXX—XXXX8.7.5海上風力發電機組支撐結構詳細設計分析，應根據一體化載荷仿真分析結果，對支撐結構進行極限強度、疲勞損傷的設計驗算。9一體化支撐結構設計9.1一般規定9.1.1海上風力發電機組支撐結構一體化設計應考慮支撐結構的安全性和經濟性。9.1.2海上風力發電機組支撐結構設計應采用基于概率理論的分項系數表達的極限狀態設計方法。設計表達式如下所示：式中：Fk——載荷標準值；yf——載荷效應的分項系數，可參照GB/T18451.1-2022取值；Rk——材料強度的特征值；ym——抗力分項系數；yn——失效后果分項安全系數，可參照GB/T18451.1-2022取值。9.1.3海上風力發電機組支撐結構應基于一體化載荷進行設計。9.1.4海上風力發電機組支撐結構應按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態進行設計。a）承載能力極限狀態主要包括：1)結構構件或連接因超過材料抗力而失效；2)結構整體或部分失去平衡；3)結構或結構構件喪失穩定；4)喪失承載力而破壞。5)結構或結構構件的疲勞破壞6)偶然載荷導致的結構失效；7)意外載荷造成的結構喪失承載力。b）正常使用極限狀態主要包括：1)影響正常使用的變形；2)影響正常使用的局部損壞；3)影響正常使用的過度振動；4)影響正常使用的其它特定狀態。9.1.5海上風力發電機組固定式基礎平臺底高程的確定應計入50年重現期潮位和波浪的影響，見公式式中：T——基礎頂/基礎平臺底高程，單位為米（mH——50年一遇的極端高潮位，單位為米（m）；GB/TXXXXX—XXXXH_b——極端高潮位下的最大波高，單位為米（mΔ——安全氣隙高度，取0.5m～1.5m。9.1.6漂浮式風機基礎應保證風機最低葉尖位置與海面之間有足夠的氣隙，使極端海況下波浪不與葉片發生接觸。進行氣隙計算時，應考慮波浪與浮體之間的運動。漂浮式風電機組基礎與水面的氣隙建議至少1.0米以上。9.1.7海上風力發電機組支撐結構設計應避免發生與機組轉動頻率共振，或在設計中考慮其影響。即一體化模型整體固有頻率應避開葉輪轉動頻率（1P）和葉片經過塔筒頻率（對于三葉片風力發電機組為3P）或在設計中充分考慮其影響。固有頻率的計算應考慮水位變化、海床沖刷、海生物附著、腐蝕、基礎-土體非線性作用等邊界條件變化。9.1.8樁土相互作用可根據工程經驗采用P-Y曲線法或三維有限元確定。9.2鋼制筒形塔架設計9.2.1本節主要針對鋼制筒型塔架設計，其他型式的塔架設計可酌情參考。文中涉及塔架如無特別說明，均默認為鋼制筒型塔架。9.2.2根據載荷作用效應的不同，塔架應進行屈服分析、屈曲分析及疲勞分析。9.2.3塔架除需考慮風浪載荷外，還應考慮塔架和基礎傾斜引起的附加載荷,其中由安裝制造和溫度等因素引起的塔架傾斜宜按5mm/m計算,由基礎變形和不均勻沉降等因素引起的塔架傾斜宜按3mm/m計算。9.2.4塔架設計應考慮塔架吊裝、停機或不對風時可能產生的渦激振動對塔架的影響,分析時應考慮塔架的一階渦激振動,必要時應考慮二階及更高階的渦激振動。當渦激作用造成的疲勞累積損傷不大于0.1時,可忽略其影響；當渦激作用造成的疲勞累積損傷大于0.1時,應與疲勞載荷造成的累積損傷疊加。9.2.5塔架構件屈服分析應滿足公式（4）校核要求：式中：σv——等效應力設計值，單位兆帕（MPafy——屈服強度標準值，單位兆帕（MPaym——抗力分項系數。9.2.6塔架法蘭連接節點分析應考慮下面4種失效形式，具體可參照GB/T42600-2023的相關規定：a)A失效模式：螺栓失效；b)B失效模式：螺栓與塔壁圓角同時出現失效；c)D失效模式：法蘭螺孔及塔壁圓角同時出現失效；d)E失效模式：筒壁側靠近螺孔的法蘭及塔壁圓角同時出現失效。9.2.7塔架構件應滿足屈曲的要求，具體可按照GB/T19072相關規定，也可采用考慮缺陷的材料和幾何非線性的有限元分析方法。9.2.8法蘭節點螺栓的設計預緊力設計宜滿足公式(5)的要求:式中：fy——屈服強度標準值，單位為兆帕（MPaAs——螺栓應力截面積；單位為平方米（m2）GB/TXXXXX—XXXX9.2.9塔架疲勞分析宜采用Palmgren-Miner線性累積損傷理論，分析范圍包括焊縫、法蘭螺栓及開口局部結構。9.2.10塔架焊縫疲勞分析應力計算可采用名義應力法或熱點應力法進行，計算時應考慮應力集中系數的影響。焊縫疲勞等級可根據焊接接頭形式及制造要求確定，具體可參照具體可參照GB/T42600-2023的相關規定。9.2.11除塔架開口區域外，塔架焊縫疲勞可僅考慮占主導的彎矩載荷分量。9.2.12塔架法蘭節點螺栓疲勞強度分析中的螺栓受力可基于法蘭-螺栓非線性受力函數方法進行，也可采用考慮法蘭開口間隙缺陷的有限元分析方法。當采用非線性受力函數方法進行時，螺栓的疲勞等級可按36*考慮，當采用有限元分析方法時，應考慮螺栓中的彎曲應力分量，此時螺栓疲勞等級可按50考慮。對大于M30的螺栓，應按下式（6）對SN曲線進行折減。疲勞等級36*的S-N曲線見圖6。式中：k——折減系數；d——螺栓直徑，單位為毫米（mm）。圖6疲勞等級36*的S-N曲線9.2.13在進行法蘭螺栓疲勞強度分析時，考慮到螺栓松弛的影響，則螺栓疲勞計算時可按90%的設計預緊力進行。9.2.14塔架門洞及其他開口區域的強度計算應采用有限分析方法，并考慮最不利載荷工況的影響，具體可參考GB/T19072-2022、GB/T42600-2023相關規定。在沒有進行材料非線性分析的情況下,局部塑性應限于小的區域，并滿足如下公式（7）要求：式中：εtot——塔架構件局部總應變；σhs——基于線彈性模型的結構熱點應力設計值，單位為兆帕（MPaE——彈性模量，單位為兆帕（MPa）。GB/TXXXXX—XXXX9.2.15塔架門洞開口區域的屈曲分析可采用考慮局部缺陷的有限元方法，也可參照GB/T42600-2023中9.2.16塔架門洞及其他局部開口區域的疲勞計算應采用有限元分析方法，并考慮不同疲勞載荷分量的影9.3預應力混凝土塔筒設計9.3.1混凝土塔筒段疲勞計算應采用馬爾科夫矩陣形式的疲勞荷載，疲勞損傷計算宜通過線性損傷累積準9.3.2混凝土段預應力可采用體內預應力和體外預應力兩種形式，宜采用后張法進行張拉。當塔筒高度較低時，可采用先張法施工。9.3.3對作用力復雜的局部區域，除應符合本標準相關規定外，尚應采用有限元方法進行校核。9.3.4預應力混凝土塔筒結構動力性能設計：a)塔筒安全運行的頻率范圍由風電機組參數確定，整塔固有頻率的計算應在設計初始階段確定。在葉尖間隙允許的情況下，宜通過改變混凝土段占整塔的比例來調整結構固有頻率；b)整塔的頻率計算可簡化為多質點懸臂體系，可沿塔高每5m~10m設少于8個。在頻率范圍要求嚴格時，應采用有限元分析方法進行驗證；c)塔筒固有頻率應符合下列公式（8）和公式（9）規定：式中：fR——正常運行范圍內風輪的最大旋轉頻率；fR,m——m個葉片的通過頻率；f0,n——整塔的第n階固有頻率。d)塔筒有限元模型宜采用殼單元建模，在連接可靠的情況下可不考慮接縫對結構頻率的影響，但應考慮地基剛度、內附件、預應力、頂部的機艙和風輪的質量對塔筒的固有頻率的影響。9.4單樁基礎設計樁基承載能力分析及可打入性分析。此外還應滿足起吊、沉樁時樁體強度、剛度和穩定性要求，并考慮腐蝕、海床土質情況等因素的影響。9.4.2單樁基礎外徑與壁厚之比在全長范圍內應小于120，若經論證結構強度滿足要求則可忽略徑厚比1209.4.3單樁基礎樁長除應滿足承載力要求外，還應進行受載狀態下泥面處位移隨埋深變化敏感性分析，以保證基礎埋深的魯棒性。9.4.4圓管構件屈服和屈曲分析應滿足如下要求：a)承受軸向壓縮載荷的圓管構件應滿足公式（10）：GB/TXXXXX—XXXXσc——軸向壓應力設計值，單位為兆帕（MPa）；fc——軸向抗壓強度標準值，見公式（11單位為兆帕（MPaym——抗力分項系數，見9.4.6。b)整體屈曲圓管構件軸向抗壓強度標準值由式（11）和公式（12）中使用屈曲強度最小值計算確定。fyc——局部屈曲強度標準值，見式（13）；fe——y向和z向歐拉屈曲強度較小值，見9.4.4-10λ——柱長細比；E——彈性模量，單位為兆帕（MPaK——有效長度系數，取值1；L——無支撐長度，取樁頂到泥面的距離，單位為米（mr——回轉半徑，單位為米（m）。局部屈曲強度標準值fyc由式（13）計算。fxe——彈性局部屈曲強度標準值，單位兆帕（MPa）；Cx——彈性臨界屈曲系數，理想桿件取0.6，考慮質量公差可取0.3；fy——屈服強度標準值，單位為兆帕（MPa）。d)承受軸向拉伸載荷的圓管構件應滿足：σt——軸向拉應力設計值，單位為兆帕（MPa）；ft——軸向抗拉強度標準值，單位為兆帕（MPaym——抗力分項系數，取值1.1；e)承受彎曲載荷的圓管構件應滿足：GB/TXXXXX—XXXXσb——彎曲應力設計值，單位為兆帕（MPaM——彎矩設計值，單位為MN；We——彈性抗彎截面模量，We=D4?D?2t4)/()，單位m3fb——抗彎強度標準值，單位為兆帕（MPa見式（18ym——抗力分項系數，見9.4.6；抗彎強度標準值計算根據：Wp——塑性抗彎截面模量，Wp=D3?D?2t3)，單位為立方米（m3）。D——管件外徑，單位為米（mt——管件壁厚，單位為米（mf)承受剪切載荷的圓管構件應滿足：τb——剪切應力設計值，單位為兆帕（MPafv——抗剪強度標準值，單位為兆帕（MPaV——剪力設計值，單位MN；Ar——橫截面積，單位為平方米（m2）。ym——抗力分項系數，取值1.1。g)承受扭轉載荷的圓管構件應滿足：τt——扭剪應力設計值，單位為兆帕（MPaIp——極慣性矩，單位為四次方米（mym——抗力分項系數，取值1.1。h)受外部靜水壓力作用的圓管構件應滿足：GB/TXXXXX—XXXXfyf?e>2.44fyf?=f?=f?ef?e≤0.55fyσ?——環向應力設計值，單位為兆帕（MPa）；f?——環向屈曲強度標準值，單位為兆帕（MPa）；f?e——環向彈性屈曲強度標準值，單位為兆帕（MPa）；Lr——加強環、隔板或端部連接之間的桿件長度，單位為米（m）；ym——抗力分項系數，見9.4.6。yD——靜水壓力載荷系數；w——海水重度；z——包括潮位在內的靜水面以下的深度，從靜水液面往下為正；d——靜水深度；k——波數,k=，其中λ為波長。Hw——波高，m；i)承受拉伸和彎曲載荷共同作用的圓管構件，應滿足：σb,y——對構件Y軸（平面內）的彎曲應力設計值，單位為兆帕（MPa）；σb,z——對構件Z軸（平面內）的彎曲應力設計值，單位為兆帕（MPaym——抗力分項系數，拉伸作用對應的抗力分項系數取值1.1，彎曲作用對應的抗力分項系數見GB/TXXXXX—XXXXj)承受壓縮和彎曲載荷共同作用的圓管構件，應滿足：cm,y,cm,z——分別為對構件Y軸和Z軸的抗彎折減系數，取值0.85；fe,y，fe,z——分別為對構件Y軸和Z軸的歐拉屈曲強度，單位為兆帕（MPaym——抗力分項系數，見9.4.6。Ky，KZ——分別為對構件Y軸和Z軸的有效長度系數，取值1；Ly，LZ——分別為對構件Y軸和Z軸的無側向支撐長度。k)承受剪力和扭矩載荷共同作用的圓管構件應滿足式（21），但抗剪強度標準值應按式（34）進行折減。fv,t——考慮扭矩折減后抗剪強度標準值；ym——抗力分項系數，取值1.1；l)承受拉/壓、彎曲、剪切和扭轉載荷共同作用的圓管構件。如扭轉剪應力滿足式（35）要求，則可忽略扭矩影響；如不滿足則應按式（36）考慮扭矩對屈服強度標準值的折減fy,t：將因扭轉而折減后的屈服強度標準值fy,t代入式（13）、（15）、（18）分別計算對應折減的局部屈曲強度標準值fyc,t、抗拉強度標準值ft,t、抗彎強度標準值fb,t，按式（34）考慮扭矩對抗剪強度標準值的影如剪切應力滿足式（37），則可忽略剪力對構件強度影響，如不滿足則應按式（38）、（39）、（40）分別考慮剪力對抗拉強度標準值ft,v、抗彎強度標準值fb,v、局部屈曲強度標準值fyc,v的折減。τb≤0.7fv/ym GB/TXXXXX—XXXX軸拉、彎曲和剪切載荷共同作用的圓管構件應滿足：軸壓、彎曲和剪切載荷共同作用的圓管構件應滿足：ym——抗力分項系數，拉伸、剪切、扭轉作用對應的抗力分項系數取值1.1，受壓、彎曲作用對應的抗力分項系數見9.4.6；fb、fyc是否使用ft,t、fb,t、fyc,t代替。式（42）中軸向抗壓強度標準值fc按式（11）計算，其中fyc使用fyc,v代替。9.4.5圓管-圓錐構件校核：1）圓管-圓錐構件如圖7所示，錐角α不能超過30°。1——錐管構件2——圓管-錐管接頭3——圓管構件α——錐管傾斜角度a——任一截面位置Ds——a截面對應錐管外徑t——圓管壁厚tc——錐管壁厚圖7圓管-錐管過渡構件2）圓錐任一截面a上的等效軸向應力可由下式確定：GB/TXXXXX—XXXXσa,eq=(σa,c+σb,c)/cosα.................................................................(44)σa,c=.......................................................................σb,c=......................................................................σa,eq——a截面等效軸向應力設計值，單位為兆帕（MPa）；σa,c,σb,c——a截面上的整體軸向應力設計值和彎曲應力設計值，單位為兆帕（MPaPS——a截面上的軸向力設計值，單位MN；3）因錐角影響，在圓管-圓錐過渡處會產生相應的彎曲應力和環向應力，其中無加強筋圓管-圓錐過渡處的彎曲應力可按下式計算：σb,j=0.85tanα..........................................................σb,j——圓管-圓錐連接處的彎曲應力設計值，單位為兆帕（MPa）；Dj——圓管-圓錐連接處直徑，單位為米（mt——圓管-圓錐連接處圓管壁厚，單位為米（m）。σa,t,σb,t——圓管-圓錐連接處截面上的軸向應力設計值和彎曲應力設計值，無加強筋圓管-圓錐過渡處的環向應力可按下式計算：σ?,t=0.45Dj/t(σa,t+σb,t)tanα σ?,c=0.45Dj/tc(σa,t+σb,t)tanα σ?,t——圓管-圓錐連接處圓管端的環向應力，單位為兆帕（MPaσ?,c——圓管-圓錐連接處圓錐端的環向應力，單位為兆帕（MPa）。4）當(σa,t+σb,t)為拉應力(或壓應力)時，圓管-圓錐過渡小直徑處環向應力為拉應力(或壓應力)。圓管-圓錐過渡大直徑處的環向應力為壓應力(或拉應力)，如圖8所示。1——環向壓應力截面2——環向拉應力截面GB/TXXXXX—XXXX圖8軸力方向在圓管-圓錐過渡截面產生環向應力類型5）圓錐構件截面可以作為具有等效直徑和實際厚度的圓管截面進行校核。承受壓縮和彎曲載荷共同作用的σa,eq≤fyc/ym De=Ds/cosα fyc——圓錐構件對應的局部屈曲強度標準值，按式（13）、（14）考慮，其中壁厚t和直徑D分別用圓錐構件壁厚和等效直徑De代替；De——圓錐構件等效直徑。ym——抗力分項系數，見9.4.6；6）當圓管-圓錐連接處環向應力σ?,t、σ?,c為拉應力時，需要對連接處進行屈服校核，當連接處最大軸向應力為拉應力時，應滿足： σax+σ?σjσmax≤fyym 當連接處最大軸向應力為壓應力時，應滿足： σax+σ+σjσmax≤.................................................................(53)局部彎曲應力應滿足：σb,j≤1.51?)....................................................................(54)σmax——連接處最大軸向應力，圓管側為σa,t+σb,t，圓錐側為(σa,c+σb,c)/cosα;σj——連接處環向應力，圓管側為σ?,t，圓錐側為σ?,c；ym——抗力分項系數，取值1.1；7）當圓管-圓錐連接處環向應力σ?,t、σ?,c為壓應力時，需要對連接處進行屈曲校核，當連接處最大軸向應力為拉應力時，應滿足：A2+B2η+2νAB≤1.0....................................................................(55)A=...............................................................................(56)B=................................................................................(57)η=5?4...........................................................................當連接處最大軸向應力為壓應力時，應滿足：σmax≤...............................................................................(59)σj≤.................................................................................(60)f?——校核截面環向屈曲強度標準值，按式（23）計算，其中f?e=0.4Et/Dj；σj——校核截面環向應力的絕對值；GB/TXXXXX—XXXXν——泊松比，取0.3；fyc——校核截面局部屈曲強度標準值，圓管側按-3）考慮，圓錐側按-8）考慮；ym——抗力分項系數，見9.4.6。9.4.6受壓、彎及外界靜水壓力條件下抗力分項系數ym應按式（61）計算，其余受荷狀態下抗力分項系數ym應取1.1。1.....................................................2λ?.........................................................................................................................................................................................................................................σx——壓彎組合壓應力，為σb+σc。單樁基礎焊縫疲勞分析應依據Palmgren-Miner累計損傷理論，基于一體化載荷結果，采用名義應力法進行疲勞計算，并應考慮應力集中系數的影響。9.4.8單樁基礎疲勞分析應滿足如下校核要求：D=Σ1ni/Ni=Σ1ni??σm≤η=..................................................(65)D——累計疲勞損傷；m——S-N曲線斜率；i——應力分區數；ni——第i區應力循環次數；η——疲勞利用率；DFF——設計疲勞系數。9.4.9單樁基礎樁基承載力校核1）單樁基礎樁基承載力分析應滿足如下校核要求Nd≤Rd=Rs+Rp=ΣfsiAsi+qpAp.........................................................(66)Nd——樁頂軸向載荷設計值，單位為千牛（kNRd——單樁軸向極限承載力設計值，單位為千牛（kNRs——單樁極限側摩阻力設計值，單位為千牛（kN）；Rp——單樁極限端阻力設計值，單位為千牛（kN）；fsi——第i層樁身單位側摩阻力設計值，單位為千牛每平方米（kN/m2Asi——第i層樁身外表面積，單位為平方米（m2qp——單位端阻力設計值，單位為千牛每平方米（kN/m2GB/TXXXXX—XXXXAp——單樁端部圓環面積，單位為平方米（m2）。2）粘性土中單位側摩阻力設計值及端阻力設計值按下式計算：Ψ=Su/P0' qp=9su/ym su——不排水抗剪強度，單位為千帕（kPaym——巖土材料系數，見表10；P0'——有效上覆土壓力，單位為千帕（kPa）；qp=NqP0' β=Ktanδ/ym K——側向土壓力系數；δ——樁土摩擦角，單位°;ym——巖土材料系數，見表10；表10巖土材料系數ym9.4.10打入樁