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| 編輯推薦： |
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本书是近年来练继建教授团队在海上风电筒型基础结构领域取得的创新成果总结，该成果是我国在海上风电建设领域取得的重大技术突破，对于大力推动我国海上风电技术进步和产业发展、提升该领域的科技创新力和国际竞争力具有重要意义。中国工程院院士 马洪琪
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| 內容簡介： |
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本书是在总结作者及研究团队近10余年来在海上风电筒型基础研究方面取得的具有实用价值和创新研究成果的基础上撰写而成的。全书共8章，主要包括海上风电开发概况、海上风电筒型基础结构、海上风电筒型基础的地基稳定性、海上风电筒型基础-塔筒-风机的整体浮运、海上风电筒型基础沉放与精细调平、海上风电筒型基础冲刷与防护、海上风电筒型基础结构安全监测系统、海上风电筒型基础-塔筒-风机耦合动力安全等内容。本书展示了海上风电筒型基础结构的重大研究进展与发展前景，有助于海上风电领域设计与施工水平的提升，可供海上风电工程设计人员、施工人员、研究人员和管理人员参考、借鉴。
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| 關於作者： |
练继建 天津大学教授、博士生导师。现任天津大学前沿技术研究院院长，河北工程大学校党委副书记、主持工作副校长。兼任中国水力发电工程学会常务理事、中国水利学会常务理事、中国水力发电工程学会水工水力学专委会副主任、中国水利学会水力学专业委员会副主任、中国钢结构协会风电结构分会副理事长等。国家万人计划科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授、首批天津市杰出人才、国家杰出青年基金获得者、科技部和教育部创新团队带头人、百千万人才工程国家级人选，享受国务院特殊津贴。长期从事水利水电工程和海上风电工程研究，主持国家级和重大工程科研项目70余项。获国家科技进步二等奖3项2项排第一、1项排第二，省部级科技进步特等奖和一等奖15项7项排第一；获国家教学成果二等奖1项；授权发明专利134项；主编国家和行业标准4部；出版学术专著5部；发表SCIEI检索论文320余篇。练继建 天津大学教授、博士生导师。现任天津大学前沿技术研究院院长，河北工程大学校党委副书记、主持工作副校长。兼任中国水力发电工程学会常务理事、中国水利学会常务理事、中国水力发电工程学会水工水力学专委会副主任、中国水利学会水力学专业委员会副主任、中国钢结构协会风电结构分会副理事长等。国家万人计划科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授、首批天津市杰出人才、国家杰出青年基金获得者、科技部和教育部创新团队带头人、百千万人才工程国家级人选，享受国务院特殊津贴。长期从事水利水电工程和海上风电工程研究，主持国家级和重大工程科研项目70余项。获国家科技进步二等奖3项2项排第一、1项排第二，省部级科技进步特等奖和一等奖15项7项排第一；获国家教学成果二等奖1项；授权发明专利134项；主编国家和行业标准4部；出版学术专著5部；发表SCIEI检索论文320余篇。
刘润 天津大学教授、博士生导师。现任天津大学岩土力学与工程学科负责人，天津大学岩土工程研究所所长。国家万人计划科技创新领军人才、国家杰出青年基金获得者、教育部新世纪优秀人才、天津市高层次创新创业团队负责人、天津市131计划第一层次人才等。长期从事海洋结构与地基耦合作用方面的教学科研工作，主持国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划（863计划）、国家重大科技专项子课题及重大工程科研项目30 余项。获省部级科技进步一等奖6项（2项排名第一、2项排名第二），天津市发明特等奖1项（排名第三）。授权专利75项，其中发明专利32项、软件著作权3项；参编国家标准1部、行业标准3部；出版专著2部；发表论文203篇，其中SCISCIEI检索170余篇。
王海军 天津大学教授。现任天津大学风能工程学科负责人，天津大学水利水电工程系副系主任，兼任中国海洋工程咨询协会海上风电分会副秘书长等。长期从事水利水电工程和海上风电工程研究，主持、参与国家级和重大工程科研项目30余项。获省部级特等奖1项、一等奖3项、二等奖2项；授权发明专利28项；参编国家标准1部、行业标准3部；出版学术专著1部；发表论文80余篇，其中SCIEI检索50余篇。
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| 目錄：
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第1章海上风电开发概况1
1.1风力发电发展历程2
1.2欧洲海上风电开发进程与趋势7
1.2.1欧洲海上风电发展进程与现状7
1.2.2欧洲海上风电发展趋势与特点10
1.3我国海上风电发展与挑战12
1.3.1我国海上风电的开发潜力12
1.3.2我国海上风电的发展与挑战14
1.4海上风电基础型式16
1.4.1重力式基础17
1.4.2单桩基础20
1.4.3多桩承台基础21
1.4.4导管架基础22
1.4.5多脚架基础22
1.4.6筒型基础22
1.4.7浮式基础24
1.5海上风电筒型基础创新发展与方向27
第2章海上风电筒型基础结构31
2.1海上风电新型筒型基础结构型式32
2.1.1单筒多舱基础结构32
2.1.2多筒基础结构34
2.1.3桩筒复合基础结构34
2.2筒型基础结构荷载分析35
2.2.1风浪条件确定方法及荷载组合方法35
2.2.2风荷载42
2.2.3浪流荷载47
2.3单筒多舱基础结构分析50
2.3.1单筒多舱基础结构的传力体系50
2.3.2钢混组合筒型基础结构的受力分析51
2.3.3全钢筒型基础结构的受力分析54
2.4多筒基础结构分析56
2.4.1多筒基础结构的传力体系56
2.4.2三筒导管架基础结构的受力分析57
2.5桩筒复合基础结构分析59
2.5.1单桩筒复合基础结构的受力分析59
2.5.2多桩筒复合基础结构的受力分析63
2.6建造期筒型基础屈曲分析66
第3章海上风电筒型基础的地基稳定性69
3.1单筒多舱筒型基础的竖向承载力70
3.1.1承载模式70
3.1.2顶盖承载模式的承载力验算71
3.1.3筒壁承载模式的承载力验算73
3.1.4竖向极限承载力的上限解研究75
3.2单筒多舱筒型基础的抗倾覆能力81
3.2.1抗倾承载力的简化算法81
3.2.2筒土分离对抗倾覆承载力的影响84
3.2.3改进算法的提出86
3.2.4倾覆荷载下筒型基础的旋转中心95
3.2.5抗倾覆极限承载力的上限解研究98
3.3单筒多舱筒型基础的水平向承载力102
3.3.1水平向承载力的简化算法102
3.3.2水平向荷载作用下的地基破坏模式103
3.3.3筒土分离对水平向承载力的影响104
3.4单筒多舱筒型基础的承载力包络面108
3.4.1承载力包络面方法概述108
3.4.2复合加载条件下筒型基础的承载力包络面110
3.4.3基于筒型基础旋转中心承载力包络面115
3.4.4筒型基础和墩式基础承载力包络面的差异121
3.5多筒基础的地基稳定性126
3.5.1海上风电多筒基础的应用126
3.5.2多筒基础的单向承载力与荷载分担机制127
3.5.3多筒基础的复合承载力133
3.6单桩筒型基础的地基稳定性136
3.6.1桩筒共同承载机制136
3.6.2单桩筒型基础的单向承载力140
3.6.3黏土中单桩筒型基础的承载力包络线143
3.6.4无黏性土中单桩筒型基础的地基承载力
包络线148
3.6.5单桩摩擦盘基础的地基承载特性150
目录3.7地震作用下新型筒型基础的稳定性154
3.7.1地震作用下软黏土强度弱化规律154
3.7.2黏土地基上新型筒型基础的地震响应157
3.7.3砂土地基上新型筒型基础的地震响应164
3.8冲刷深度对新型筒型基础稳定性的影响171
3.8.1冲刷工况下筒型基础竖向极限承载力171
3.8.2冲刷工况下新型筒型基础水平向极限承载力176
3.8.3冲刷工况下新型筒型基础抗倾极限承载力178
3.8.4冲刷深度对新型筒型基础承载力包络线的影响180
3.9预挖法提高新型筒型基础的承载力184
3.9.1工程概况184
3.9.2预挖提高筒型基础承载力的理论分析185
3.9.3预挖法提高筒型基础承载力的数值模拟185
3.10新型筒型基础地基稳定性分析实例188
3.10.1工程概况188
3.10.2地基承载力验算189
3.10.3地基承载力验算结果193
第4章海上风电筒型基础塔筒风机的整体浮运197
4.1筒型基础浮稳性与分舱优化198
4.1.1筒型基础结构的浮稳性原理与静态稳性分析198
4.1.2筒型基础结构的分舱优化方法203
4.1.3筒型基础结构的动态稳性分析205
4.2海上风电筒型基础专用运输安装船舶210
4.2.1专用安装船舶简介210
4.2.2设计特点、用途212
4.2.3主要参数212
4.2.4作业水域及环境条件213
4.2.5风电基础安装相关系统213
4.3筒型基础塔筒风机与船舶静态稳性分析213
4.3.1筒型基础塔筒风机体系静态稳性分析214
4.3.2筒型基础塔筒风机与船舶体系静态稳性分析215
4.4筒型基础塔筒风机与船舶多体耦合安全性216
4.4.1筒型基础塔筒风机与船舶多体耦合作用216
4.4.2海上风电整体浮运性态数值分析与模型试验222
4.4.3多体耦合动力安全的影响因素分析241
4.5筒型基础塔筒风机整体浮运过程的现场测控
分析247
4.5.1拖航分析247
4.5.2浮运过程的船舶性态与水封安全性249
4.5.3浮运过程的风机振动251
4.5.4浮运254
第5章海上风电筒型基础沉放与精细调平257
5.1筒型基础水中沉放258
5.1.1模型试验258
5.1.2水中沉放过程吊索受力259
5.1.3水中沉放过程筒型基础风机的加速度260
5.1.4水中沉放过程筒型基础风机的纵摇角度261
5.1.5波流对沉放姿态的影响262
5.2筒型基础的土中沉放264
5.2.1自重沉放阶段的阻力计算264
5.2.2筒型基础负压沉放阶段的渗流减阻274
5.2.3负压沉放阻力计算方法讨论282
5.2.4筒型基础的减阻措施290
5.3沉放过程屈曲控制293
5.3.1筒内外压差作用293
5.3.2分舱压差作用294
5.4沉放精细调平控制295
5.4.1薄壁筒型基础压差精细调平控制方法295
5.4.2厚壁筒型基础的沉放与调平297
5.5筒型基础的整机沉放过程实例299
5.5.1工程概况299
5.5.2整机沉放施工300
5.6筒型基础的顶升与回收303
第6章海上风电筒型基础冲刷与防护309
6.1海上风电筒型基础的冲刷特性310
6.1.1复合筒型基础绕流水流特征310
6.1.2复合筒型基础局部冲刷试验研究311
6.1.3筒型基础局部冲刷试验结果318
6.1.4筒型基础局部冲刷数值模拟研究327
6.1.5筒型基础局部冲刷计算经验公式比较329
6.2海上风电筒型基础冲刷防护336
6.2.1环翼式防护336
6.2.2抛石防护337
6.2.3仿生水草防护337
6.2.4蜂巢防护338
6.2.5淤泥固化338
第7章海上风电筒型基础结构安全监测系统343
7.1海上风电筒型基础结构整机环境要素监测344
7.1.1海上风电筒型基础整机环境要素监测方案344
7.1.2海上风电筒型基础整机风、浪、流监测344
7.1.3海上风电筒型基础整机温度、湿度监测348
7.1.4海上风电场紊流度监测348
7.1.5海上风电筒型基础冲刷监测349
7.2海上风电筒型基础整机沉放过程安全监测349
7.2.1监测方案349
7.2.2舱压与倾角监测分析350
7.2.3动力监测分析352
7.3海上风电筒型基础结构服役期地基监测353
7.3.1监测方案353
7.3.2整机沉降变形监测分析356
7.3.3地基土压力监测分析357
7.3.4地基孔隙水压力监测分析357
7.4海上风电筒型基础结构整机服役期静力监测360
7.4.1海上风电筒型基础结构整机倾斜度监测360
7.4.2海上风电筒型基础整机应力监测365
7.4.3海上风电筒型基础结构内力监测367
7.5海上风电筒型基础结构整机服役期动力监测371
7.5.1海上风电筒型基础结构整机动力监测布置371
7.5.2海上风电筒型基础结构整机动力监测实例373
7.6海上风电筒型基础整机服役期安全监测系统
搭建与实施377
第8章海上风电筒型基础塔筒风机耦合动力安全381
8.1海上风电筒型基础整机振动现场监测分析382
8.1.1停机工况振动位移分析382
8.1.2运行工况下振动位移分析383
8.1.3停机工况振动加速度分析385
8.1.4运行工况下振动加速度分析387
8.2海上风电筒型基础整机工作模态识别388
8.2.1海上风电筒型基础整机振动频域特性388
8.2.2考虑谐波影响的结构工作模态识别方法390
8.2.3全功率范围内海上风电结构工作模态识别395
8.3海上风电筒型基础整机振源识别400
8.3.1海上风电结构振源特性400
8.3.2振源识别方法401
8.3.3振源识别方法工程验证405
8.3.4海上风电结构振源识别及其影响407
8.4海上风电筒型基础整机动力安全评估与运行控制
策略优化413
8.4.1海上风电筒型基础整机动力安全评估413
8.4.2筒型基础和单桩基础风机动态振动对比415
8.4.3海上风电筒型基础整机运行控制策略优化421
8.5海上风电筒型基础结构振动疲劳损伤特性432
8.5.1疲劳研究对象432
8.5.2风浪联合分布433
8.5.3气动荷载和水动荷载模拟434
8.5.4基础结构振动疲劳损伤特性研究438
8.6海上风电筒型基础结构被动减振控制453
8.6.1阻尼器减振控制原理453
8.6.2海上风电结构振动控制计算方法460
8.6.3海上风电筒型基础结构被动阻尼器减振效果464
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| 內容試閱：
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我国近海风能资源丰富，50m水深内可开发量超过5亿kW，开发潜力巨大，是我国可再生能源发展的重点。与陆上风电相比，海上风电具有年利用小时长、不占用有限的陆地资源、距离电力负荷中心较近等优点。然而，海上风电的施工难度大、风险大、造价高，海上风电单位千瓦投资要比陆上风电高出50%～100%，成为制约海上风电大规模发展的关键因素。海上风电开发始于欧洲，与欧洲相比，我国海上风电开发存在一些不利因素，即我国海域的极限风速是欧洲的2倍，地基平均承载力仅为欧洲的13～12，加上施工窗口期短，造成相同容量的海上风电建造难度和成本等远超欧洲水平。
海上风电施工安装的造价和难度与基础结构型式关系密切。目前，海上风电基础结构采用最多的是单桩基础，约占60%，其主要优点是结构相对简单、制造工艺成熟。传统认为单桩基础主要适宜于水深30m以内，但是随着技术的发展，大于30m水深的海上风电也可以采用单桩基础。随着水深和风力发电机容量的增大，需采用超大型单桩基础，其直径可达10m、桩长超过100m、桩重接近或超过2000t。若遇上深厚软弱地基、复杂嵌岩地基，单桩直径基础施工难度激增，极端荷载作用下的水平度控制难度大，造成单桩基础总体造价居高不下。多桩承台基础是我国首个海上风电场上海东海大桥风电项目采用的基础结构型式，该基础结构型式避免了超大型单桩施工，水平度控制优于单桩基础，但其海上施工周期长，特别是30m水深以上海域的施工难度大、造价高。导管架（含多脚架）基础结构型式在30～50m水深海域有着广泛的适用性，但其制作、施工和安装工艺复杂、难度较大，总体造价高。传统重力式基础结构对地基承载力的要求高，我国适用于重力式基础的海域相对较少。浮式基础结构主要适用于水深在50m以上的海域，其总体造价更高，目前还不是我国海上风电发展的重点。基于我国现阶段海上风电的开发重点是50m水深以内海域的现状，针对强台风、软地基和短施工窗口期的复杂条件，开发高效、优质、低成本、可规模化建造的海上风电新型基础结构与高效施工安装技术是我国海上风电发展的迫切需求。
本书作者练继建等人于2008年开始研发海上风电新型筒型基础结构。筒型基础结构属于一种宽浅式结构，较桩基础窄深式结构更有利于抵抗风电结构的巨大弯矩荷载和提高对软弱地基的适应性，可以发挥混凝土、钢等多种材料的组合优势，且可实现岸边批量预制、海上筒型基础结构塔筒风力发电机整体浮运和沉放安装，因而大大缩短海上施工周期，大幅提高海上施工效率。应用本书作者的研究成果，于2010年在江苏启东海域建成世界首台海上风电筒型基础试验样机，其基础结构为预应力混凝土结构，风力发电机容量为2.5MW，经多次台风考验，运行安全可靠。2017年在江苏响水海上风电场建成2台3.0MW钢混组合结构筒型基础工程，首次实现了海上风电筒型基础塔筒风力发电机整体浮运和安装。20182019年在大丰海上风电场建成11台3.3MW与2台6.45MW钢混组合结构电筒型基础工程，首次实现了2台6.45MW海上风电筒型基础塔筒风力发电机整体浮运和安装。风力发电机法兰面的整体安装精度可控制在1以内，之后在江苏、广东海域开始大批量推广应用，实现了产业化。海上风电开发采用本书作者研发的新筒型基础结构，其结构安全性高，运行实测的倾斜度仅为单桩基础的三分之一左右，海上施工周期短，整机运输到位后，可实现一天整体安装一台风力发电机，提高海上施工效率5～7倍，大幅减少了海上施工安全风险，降低海上风电总体建造成本约20%。传统式海上风电基础结构的海上风电施工，需要配备海上运输、打桩和吊装船舶设备，总计造价达7亿～10亿元，而海上风电筒型基础施工采用基础结构塔筒风力发电机整体运输安装多功能平台，其造价为1亿～2亿元，可节省海上施工装备投资60%以上。
本书总结了天津大学练继建领衔的海上风电研究团队在海上风电新型筒型基础和高效施工安装技术方面的创新研究成果。全书共8章： 第1章介绍国内外海上风电发展趋势、动态以及各类海上风电基础结构总体概况；第2章介绍海上风电筒型基础的设计思路，筒型基础结构的荷载特性，单筒多舱基础结构、多筒基础结构和桩筒复合基础结构的传力体系和受力分析等；第3章介绍多维荷载作用下海上风电筒型基础地基稳定性、复合桩筒基础地基稳定性以及地震、冲刷等对地基承载力的影响；第4章介绍筒型基础浮稳性与分舱优化、筒型基础塔筒风力发电机与船舶多体耦合安全性及现场监测分析等；第5章介绍风浪流作用下海上风电筒型基础塔筒风力发电机整体水中沉放过程安全性、筒型基础入土沉放阻力分析、渗透减阻和破坏分析、屈曲控制和精细调平等；第6章介绍海上风电筒型基础冲刷特性和冲刷防护措施；第7章为海上风电筒型基础整机运行状态的监测及其与单桩基础的比较；第8章介绍海上风电筒型基础整机工作模态和振源识别、振动疲劳损伤分析和减振控制等。该书由练继建、刘润、王海军、董霄峰、郭耀华、张金凤联合撰写，全书由练继建统稿。为本书付出辛勤劳动的还有丁红岩、张浦阳、李爱东、黄宣旭、张庆河、闫澍旺、乐丛欢、杨旭、闫玥、付登锋、陈广思、陈飞、贾娅娅、赵悦、燕翔、于通顺、刘梅梅、马鹏程、马文冠、袁宇、汪嘉钰、孙国栋、姜军倪、江琦、周欢、王芃文、蔡鸥、贾沼霖、王孝群、邵楠、赵昊、肖甜润、叶方帝等。
我们不会忘记马洪琪院士、王浩院士、钟登华院士、钮新强院士、邱大洪院士、张勇传院士、张建云院士、周绪红院士、聂建国院士、王超院士、胡春宏院士、王复明院士、孔宪京院士、李华军院士、欧进萍院士、杜彦良院士、肖绪文院士、陈政清院士、邓铭江院士、陈湘生院士、孟建民院士、刘加平院士、张建民院士、杨永斌院士等专家对我们海上风电研究的指导和鼓励！不会忘记曹广晶、毕亚雄、蔡绍宽、王武斌、董秀芬、翟恩地、张春生、赵生校、祁和生、吴敬凯、吴启仁、吕鹏远、赵迎久、袁新勇、夏忠、刘学海、裴爱国、白俊光等领导和专家对我们科学研究的支持和帮助！感谢中国长江三峡集团有限公司、中国南方电网有限责任公司、中国三峡新能源股份有限公司、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司、华电重工股份有限公司、江苏道达海上风电工程科技有限公司、中国南方电网有限责任公司、长江勘测规划设计研究有限责任公司、中国华能集团有限公司、新疆金风科技股份有限公司等单位对我们科技成果转化的支持！
由于作者的学识和水平所限，难免存在疏漏、不妥或错误之处，诚恳希望读者与专家指正。
作者2020年10月
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