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海上风电是近年来风电开发的热点,海上风机基础结构设计是海上风电场建设的关键之一,而连接基础与上部风机塔筒的过渡段又是确保风机正常运行的关键部位。目前常用的设置剪力键的灌浆连接段在焊接剪力键附近的区域存在严重的应力集中,其会严重降低连接部位的疲劳寿命。针对灌浆连接段在剪力键部位存在应力集中的问题,课题组提出了一种在外钢管的内壁和内钢管的外壁开设波浪形槽的新型灌浆连接段。本文针对提出的新型灌浆连接段的受弯性能完成了以下几个方面的工作:(1)分析了灌浆连接段在弯矩作用下的受力机理。新型灌浆连接段主要靠钢管与灌浆料之间的接触压力、水平和竖向摩擦力及钢管上的波浪槽与灌浆料之间的摩擦力来传递弯矩荷载。相对于设置剪力键的灌浆连接段,其对弯矩的传递能力并没有得到显著的提升,随着灌浆长度的增加,连接段的承载能力逐渐降低。(2)对比分析了弯矩荷载作用时新型灌浆连接段和设置剪力键灌浆连接段灌浆料上的应力分布。波浪槽附近灌浆料上的第一、第三主应力分别是剪力键附近灌浆料上的第一、第三主应力的1/3和1/2,较好的缓解了剪力键附近区域存在应力集中的问题。(3)以一个5.0MW的风机为例,采用疲劳分析软件nCode利用线性累积损伤验证法对比分析了新型灌浆连接段和设置剪力键的灌浆连接段的疲劳性能。同采用DNV-GL规范中的疲劳寿命计算公式得到的寿命进行了对比,二者吻合良好。新型灌浆连接段的疲劳寿命为109量级,远高于设置剪力键灌浆连接段的107量级,能够满足目前的设计寿命108量级的要求,具有明显优势。(4)利用ANSYS Workbench对影响新型灌浆连接段受弯性能的细部构造进行了优化设计,包括灌浆的长度,灌浆的厚度,波浪形槽的开槽深度、间距、开槽方式、以及布置范围等因素。分析发现,灌浆厚度取值的最佳范围为90～100mm;灌浆长度过大会降低连接段整体的受力性能,其长度宜取1.5倍的钢桩直径;波浪形槽合适的大小为槽的深度h=8mm,间距s=500mm;采用钢桩上的第一个波浪形槽为凹槽,套筒上的第一个波浪形槽为凸槽,槽峰对槽谷的设置形式布设在灌浆段的中间部位。