随着社会经济不断发展,海上风电作为我国能源框架中的重要组成部分备受关注。复合筒型基础是海上风电的新型基础形式,不同于传统海上风电基础结构的运输与安装方式,筒型基础的整机浮运与沉放技术为我国海上风电高效、低成本、规模化建造提供了崭新途径。本文通过理论分析、模型试验、数值模拟和原型观测等方法,系统研究了筒型基础作为气浮结构的静动稳性、筒型基础整机浮运与沉放技术的安全性和筒型基础在深远海的应用前景。主要研究内容包括:1.建立了气浮结构的简化理论模型,提出破舱倾角、初稳性高和复原力矩为气浮结构静稳性的判断标准,推导了气浮结构在规则波中的响应函数和气浮响应折减系数。开展了气浮结构与实浮结构的自由衰减试验,确定了气浮结构与实浮结构固有周期和线性阻尼系数的关系以及筒型基础双舱在前的浮运模式。进行了气浮结构与实浮结构的波浪和波流耦合试验,得到了相同波流条件下气浮结构的运动响应小于实浮结构,气浮结构的运动响应随吃水高度减小而增大,气浮响应折减系数随吃水高度增加而增大的结论。2.基于筒型基础整机浮运模型试验,建立了考虑流速-波高-波周期的筒型基础整机浮运响应预测模型;开展了非共线性工况下筒型基础整机浮运的数值模拟研究,揭示不同波浪方向与流方向工况下筒型基础整机浮运的运动响应规律,提出了以机头最大水平加速度与垂荡加速度为控制指标的筒型基础整机浮运安全性控制策略,指导了大丰海上风电筒型基础的整机浮运,保证了工程安全;原型观测数据验证了模型试验与数值模拟方法的正确性,明确了整机浮运控制指标的安全系数取值,完善了风-浪-流机头加速度的响应预测模型。3.开展了帮扶条件下筒型基础整机水中沉放的理论分析与模型试验,确定了筒顶没水瞬时为整机水中沉放过程的控制工况;开展了不同吃水高度下筒型基础整机水中沉放的数值模拟研究,确定将筒顶纵摇倾角作为筒型基础整机水中沉放的控制指标,揭示了筒顶纵摇倾角RAO的双峰周期分布规律,并明确了的波高安全阈值及最大倾角值;制定了筒型基础整机沉放安全性控制策略,指导了大丰海上风电筒型基础的整机沉放,保障了安全性;基于原型观测数据对筒型基础整机水中沉放控制指标对应的波高安全阈值进行了优化。4.针对深远海大容量风机的筒型基础结构,制定了分体浮运方案,开展了非共线性工况下筒型基础分体浮运的数值模拟研究,提出了保障筒型基础分体浮运可行性和安全性的控制策略。研发了适用于筒型基础深水沉放的吊-拉索组合方案,对不同吃水高度下筒型基础分体深水沉放开展了数值模拟研究,揭示筒顶纵摇倾角RAO的分布规律,论证了筒型基础深水沉放技术的安全性和可行性,提出了推荐的深水沉放施工作业流程。