海上风机基础结构是海上风电场建设的重点和难点之一,其中灌浆连接由于具有整体性好、施工方便和造价低等优点,在风机基础结构中得到广泛应用。随着装机容量的提高,桩基直径不断增大,不设置剪力键的灌浆连接段在轴向承载力不足时容易发生套管间相互滑动,因此DNV-GL规范规定灌浆连接段在承受轴力时需要在钢管壁上设置剪力键。然而剪力键部位存在严重的应力集中现象,导致灌浆连接段的疲劳性能在往复荷载作用下严重下降。针对上述问题,课题组提出采用在钢管壁布设有波浪曲面的波浪形灌浆连接段,达到缓解应力集中,提高疲劳寿命的目的。为验证该方法的可行性,本文在对比分析常见灌浆连接段规范的基础上,采用数值模拟方法分析波浪型和设置剪力键灌浆连接段在轴向荷载作用下的静力与疲劳性能。主要完成工作如下:(1)对不同规范有关灌浆连接段轴向承载力计算方法进行对比,并收集有关试验结果与计算结果进行比较,结果表明DNV-GL与其他规范公式相比,在灌浆连接段轴向承载力较低时具有较好的适用性,在承载力较高时具有较好的安全性能。(2)采用有限元软件ABAQUS建立灌浆连接段数值分析模型,对比分析波浪型与设置剪力键灌浆连接段的轴向承载能力以及破坏机理;对比分析波浪型与设置剪力键灌浆连接段在相同荷载工况条件下的受力性能;提出对波浪型灌浆连接段进行设计校核的方法。分析表明波浪型与设置剪力键灌浆连接段相比应力较小,在各个凹槽附近的应力分布均匀,没有在两端出现明显的应力集中现象。(3)利用疲劳分析软件FE-SAFE对比分析波浪型和设置剪力键的灌浆连接段在疲劳荷载工况下的疲劳性能;对波浪型灌浆连接段在满足疲劳寿命的条件下进行经济性分析。结果表明波浪型灌浆连接段与设置剪力键灌浆连接段相比,在满足目前设计寿命的基础上能提高疲劳寿命3个数量级以上;满足疲劳寿命的前提下,波浪型灌浆连接段相较设置剪力键,造价可下降42%左右。(4)对波浪型灌浆连接段在疲劳荷载作用下,不同灌浆料厚度、钢管直径、钢管厚度、波浪间距、波浪深度以及灌浆连接段长度对灌浆材料应力分布的影响规律,研究不同参数变化对灌浆连接段疲劳性能的影响,给出实际工程设计时相应参数取值的建议。