摘要：本文研究了海上风机导管架灌浆区域中的灌浆工艺，进行有限元分析，分析剪切键设置形式，环形空间宽度一般设置40～50mm，双面设置剪切键连接整体效果良好，被大量运用于工程施工中。选择某海上风电场工程进行分析，研究极限状态工况下的波浪力，灌浆结石体应力分布较为均匀，整体灌浆连接效果良好。
关键词：剪切键；海上风机；导管架灌浆；有限元分析
1.海上风机导管架灌浆区域中的灌浆工艺
针对海上风机导管架基础部分处于水下区域综合运用上部灌注、底部灌注技术操作，并进行模型灌浆对比试验。实验研究中建立环形空间试验模型，模拟导管架腿柱选择直径130mm钢管，模拟钢管桩使用50mm直径的钢管。开展灌浆试验，在模型内壁与外壁上设置10mm宽、5mm高、150mm间距的环向剪切键[1]。见图1。
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图1连接段试验模型相关数值
此次实验过程中浆液灌注设置0.5：1，在模型下部位置放置在水中模拟灌注环境。通过实验数据分析可见，上部灌注中灌浆结石体未充分黏连管壁，出现很多蜂窝状孔隙，达到的灌浆效果不理想。在底部灌浆中，结石体能够充分连接管壁，同时结石体内部不会产生大量的蜂窝状孔隙，能够达到较为良好的灌浆效果[2]。
2.有限元分析
结合试验模型尺寸，针对普通管连接作用与剪切键连接情况采用有限元计算，并与力学试验相结合分析。建立有限元计算模型，本次研究中主要为1/4试验模型，两个模型在材料参数、灌浆连接段长度上具有相同的研究参数，见表1。
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3.剪切键设置形式
剪切键设置包括两种形式，分别为双面设置、单面设置，针对环形空问内剪切键不同的连接效果建立有限元分析工具，固定约束钢管桩，研究中对腿柱的上部截面构建施加0.1MPa竖向均布荷载，得出腿柱内壁设置剪切键结石体最大竖向位移6.180×10-3m，最大竖向压应力0.282MPa，最大VonMises应力0.395/MPa。双面设置剪切键结石体最大竖向位移2.4×10-3m，最大竖向压应力O.118MPa，最大VonMises应力O.124/MPa。可见与单面设置剪切键相比，双面设置剪切键连接能够达到较为良好的整体效果，一般在工程施工中优先选用。环形空间宽度一般设置40～50mm范围内，具有较为均匀的应力分布，最大节点出现部位具有较小的应力，未出现大的位移分布，达到较为良好的整体效果[3]。
4.案例分析
以某海上风电场工程为例进行分析，结合其工程实际情况使用3MWVestasV90风机，风机基础型式选择桩基三脚架组合，研究在极限状态工况下的波浪力。分析过程中结合(JJT 213—98)中的相关规定研究 2.5 m桩径在高程不同的情况下的波浪荷载，见表2。
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结合上表数据计算表层潮流力，为为29.77kN/m，计算底层潮流力，得出6.57kN/m。
5.分析船舶撞击力
船舶航行过程中设置0.25—0.45m/s靠泊法向速度，同时结合航行过程浮木、小船等可能有的漂浮物对船舶行驶的撞击作用，集中撞击力大约50～100kN，撞击速度大约2m/s。在此种航行条件之下研究有限元计算结果，在对钢管桩、导管架腿柱运用高强灌浆料灌浆连接过程中，考虑极限工况，具有1.324×10-3m最大节点竖向位移，能够达到37.2MPa最大VonMises应力，同时灌浆结石体应力分布较为均匀，未出现明显较大的位移，灌浆结石体在此次计算过程中所承受的最大应力符合系统设计允许范围内，取得了良好的灌浆连接效果。
6.结束语
通过本文研究，底部灌浆能够取得较为良好的灌浆连接效果，通过有限元分析可知剪切键的灌浆连接能够取得比普通管连接更为良好的连接效果。通过对某海上风电场桩灌浆连接实际分析，灌浆结石体应力分布比较均匀，取得了理想的灌浆连接效果。
参考文献：
[1]李红有, 刘莉媛. 采用ABAQUS对海上风机导管架基础FDOW模型分析结果验证[C]// 土木工程新材料,新技术及其工程应用交流会论文集(中册). 2019.
[2]田晓洁, 李道喜, 刘贵杰,等. 导管架式海上风机支撑结构优化设计研究[C]// 第十九届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上). 2019.
[3]邵聪颖, 刘子涵. 海上风机基础形式及其工程量敏感性分析[J]. 建筑工程技术与设计, 2018, 000(021):3253.