近日，在广东阳江市海陵岛南侧海域，重庆大学周绪红院士、王宇航教授团队原创发明的预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒实现首次示范应用。机位点位于华电阳江三山岛海上风电场，该风电场是我国首个规模化应用16.2兆瓦大容量机组的风电场，由中国华电集团有限公司广东分公司、华电（阳江阳东）新能源有限公司负责建设运营，水深46至50米，场址中心离岸82公里、最远端达89公里，总装机容量50万千瓦，安装31台单机容量16.2兆瓦风电机组，其中1台机组采用预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒，由重庆大学与金风科技股份有限公司联合研发，中电建核电（陆丰）装备有限公司完成塔筒制造。
随着海上风电单机容量持续增加，塔筒直径不断增大，对结构刚度、稳定性、疲劳性能以及经济性提出了更高要求。特别是在深远海复杂风、浪及长期循环荷载作用下，传统大直径薄壁钢结构塔筒面临钢材用量大、局部稳定控制难、安全冗余度低等问题。针对上述工程需求，重庆大学周绪红院士、王宇航教授团队于2018年原创提出预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒。该塔筒采用大直径薄壁中空夹层钢管混凝土结构，通过内外钢管与夹层混凝土之间的协同作用，充分发挥钢材高强度和混凝土高稳定性、低成本的优势。其中，外钢管主要承担约束和受力作用，内钢管与夹层混凝土共同提高结构整体刚度和稳定性能，显著改善传统薄壁钢结构塔筒在大尺寸条件下面临的局部屈曲和变形敏感的问题。项目塔筒直径超9米，外钢管壁厚12毫米、内钢管壁厚10毫米，钢管径厚比超800，属于超大直径、超薄壁中空夹层结构，给结构稳定分析、精细化设计、制造精度和工程质量带来极大挑战。
围绕预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒的关键科学与技术难题，重庆大学周绪红院士和王宇航教授带领金开元、裴蕾、任为、邓然、杨琳、李守振、高光一、何昆松、余洁等研究生，与金风科技股份有限公司联合开展了历时8年的试验与理论研究，突破了钢管混凝土构件传统设计方法中对径厚比与空心率的适用范围限制，揭示了复杂荷载作用下构件、连接、钢-混界面的受力机理，阐明了钢管与混凝土界面协同作用机制，建立了大直径薄壁中空夹层钢管混凝土结构精细化分析方法，逐步形成了涵盖静力性能、局部稳定、疲劳性能及结构优化的设计理论体系。
预应力中空夹层钢管混凝土风电塔筒通过内外钢管与夹层混凝土之间的协同受力，显著提升了塔筒整体刚度、承载能力及抗疲劳性能，能够更好适应海上风电场复杂服役环境，在提升结构安全性和长期服役可靠性的同时，显著降低了成本。未来，重庆大学将继续围绕该塔筒结构的稳定与疲劳性能、连接传力机制、预应力长期作用机制、耐久性与可靠性以及结构优化设计方法开展深入研究，并结合示范工程开展长期服役性能跟踪与验证，不断完善该塔筒结构的分析理论、设计方法和工程技术体系，为我国海上风电高效安全开发与运行提供重要技术支撑。
编 辑 I 嘉 宾 审 校 I 金红伟
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