我国海上风电机组的导管架支撑结构均采用钢结构，该结构面临的问题主要包括：节点域应力集中与疲劳问题显著；高压应力下易发生局部失稳；用钢量大、造价高。重庆大学周绪红院士、王宇航教授团队原创发明海上风电机组钢管混凝土导管架支撑结构，其与传统钢结构导管架支撑结构的核心差异在于：在易损节点及连接处填充混凝土提升承载力与抗疲劳性能，并通过优化管壁厚度减少钢材用量，实现降本增效。针对钢管混凝土导管架支撑结构，团队开展了各类形式的节点在静力和疲劳荷载作用下的试验研究，分析了钢管混凝土空间相贯节点的承载力变化规律及疲劳失效模式，提出了钢管混凝土节点失效判定准则与承载力计算方法。开展了导管架支撑结构地震模拟振动台试验，揭示了地震作用下支撑结构响应规律和损伤机制，对地震频谱特性等参数进行了敏感性分析，提出了海上风电钢管混凝土导管架支撑结构的设计方法。钢管混凝土导管架支撑结构受力性能优越、成本低、制造工艺简单，将在海上风电工程中产业化应用，为海上风电机组安全稳定运行提供有力保障。

钢管混凝土导管架支撑结构发挥钢与混凝土两种材料各自的优势，与传统钢结构相比，具有以下特点：1.结构性能优化。在关键传力节点处填充混凝土，改善了传统钢结构导管架支撑结构节点区域的应力集中现象，提升结构整体承载力与抗疲劳性能。2.稳定性增强。混凝土能有效抑制钢管的局部屈曲变形，改善了传统纯钢塔架在荷载作用下易发生较大塑形变形现象，显著提高导管架支撑结构在复杂载荷下的抗局部失稳能力。3.结构成本降低。通过优化节点区域处壁厚，能减少20%左右钢材用量，降低建设成本，提升工程焊接质量。研究团队围绕上述核心技术已形成系列自主知识产权成果，构建了涵盖设计方法、构造优化与性能评估的完整技术体系，为保障我国海上风电支撑结构安全性与经济性提供了理论与技术支撑。

发展风电能源是推动我国发电技术产业升级、实现国家能源战略转型的重要途径之一。在政策引导和市场需求的双重驱动下，我国海上风电装机容量连续多年位居全球首位。在海上风电支撑结构领域，导管架支撑结构凭借其空间传力效率高、环境适应性强的特点，已成为水深30米以上海域的主流基础形式。其中，钢管混凝土导管架支撑结构通过钢与混凝土的材料协同效应，在结构性能与工程经济性层面展现出独特价值。该结构体系充分发挥钢材抗拉强度高与混凝土抗压性能优的特点，钢管外壳与核心混凝土通过界面粘结力和机械咬合力形成复合受力机制，有效提升整体结构刚度与承载效率。工程实践表明，此类结构在应对波浪、海流等动态荷载时具有更优的变形控制能力。当前研究主要围绕三个技术维度展开：其一，在数值模拟领域，基于有限元平台构建钢-混凝土组合结构精细化模型，重点研究界面滑移效应与材料非线性对结构响应的影响。其二，在结构性能验证方面，通过实验室足尺试验与现场监测数据相结合的方式，系统评估其在复杂海洋环境下的疲劳寿命与抗震性能。其三，在工程经济性分析方面，建立涵盖材料生产、海上施工及运维管理的全生命周期成本评估模型。现有研究成果证实，钢管混凝土导管架支撑结构相较于传统钢结构支撑结构，在抗弯刚度、局部稳定性、长期耐久性及经济性等方面具有明显优势，这些特性使其在台风频发海域和地质条件复杂区域具有特殊应用价值。技术发展呈现出三个显著趋势：在分析方法层面，多尺度建模技术逐步完善，从宏观结构响应分析延伸至钢-混凝土界面细观力学行为研究；在材料创新层面，高强混凝土材料与新型防腐技术的应用将进一步持续优化结构性能；在工程实践层面，模块化施工工艺与智能化监测技术的结合显著提升建造效率与质量可控性。随着有限元数值模拟技术的发展以及高性能材料的广泛应用，钢管混凝土导管架支撑结构在深水和复杂海洋环境中具有广阔的应用前景。未来的研究重点将集中于多因素耦合作用下的受力分析、新型材料和连接技术的应用、经济性与环境效应的全生命周期评估等方面。通过持续的技术创新与工程实践，钢管混凝土导管架支撑结构技术将为我国海上风电规模化开发提供重要技术支撑，助力实现清洁能源发展战略目标。

周绪红，中国工程院院士，重庆大学钢结构工程研究中心主任，山区土木工程安全与韧性全国重点实验室主任，牵头获获国家科技进步一等奖1项、何梁何利基金科技进步奖、中国钢结构最高成就奖、日内瓦国际发明展金奖。王宇航，重庆大学土木工程学院副院长、教授，国家优秀青年科学基金，中国钢结构协会风电结构分会秘书长，主持科研项目50余项，包括国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金项目6项。发表学术论文200余篇，获授权发明专利31项。获重庆市科技进步一等奖（第1完成人）、日内瓦国际发明展金奖（第1完成人）等荣誉奖励。研发了风电机组混合高塔系列化产品，应用于3200余台风电机组；原创发明预应力钢管混凝土格构式塔架并实现首台165级样机工程示范。程万鹏，博士，开展了钢管混凝土节点在静力和疲劳载荷作用下的试验研究，提出了钢管混凝土节点失效准则与承载能力计算方法。刘子昂，博士，开展了钢管混凝土导管架支撑结构的整体缩尺振动台试验，提出了钢管混凝土导管架支撑结构的抗震设计方法。

截至目前，团队累计投入300万元，用于钢管混凝土导管架支撑结构的试验研究、仿真模拟、软件研发等。并取得成果如下。针对某工程导管架支撑结构进行了优化设计，考虑基础受到风浪流荷载的作用，在钢结构导管架支撑结构节点域中填充混凝土，并进行了详细设计，使钢结构导管架支撑结构的用钢量降低22.1%，材料费用降低18.8%，最大板厚由80mm降低为55mm。设计方案对比情况的具体数据如下表所示：表1 基础设计方案对比 重庆大学联合中国海装基于Bladed与Sesam软件，构建海上风电单桩-导管架支撑结构一体化分析模型：Bladed完成全荷载仿真计算，Sesam导入结果进行结构校核。针对大连庄河二号场址环境特征，实现单桩用钢量减少9.5%、导管架支撑结构用钢量降低7.5%，有效推进海上风电工程成本优化。编制了单桩与导管架固定式支撑结构选型程序，可实现基于数据库多元参数插值的基础结构快速选型。 （a）设计流程图 （b）软件操作界面图7 程序设计示意图本研究团队当前聚焦钢管混凝土导管架支撑结构节点弯扭耦合受力性能研究，通过静力与疲劳荷载试验揭示节点破坏机理，建立刚度及承载力实用计算方法。后续计划投入经费200万用于开展系统性研究，基于现行规范与真实工程数据，研发涵盖构件尺寸、钢管壁厚、混凝土填充范围等核心参数的设计方案。重点优化抗弯性能、抗疲劳性能及长期稳定性等关键技术指标，统筹结构安全性与经济性，形成适应复杂海洋环境的高可靠性钢管混凝土导管架支撑结构设计体系。本研究针对海上风电导管架支撑结构缺乏钢管混凝土结构系统研究的现状，通过有限元模拟与工程验证，揭示其受力特性与设计方法，完善钢-混凝土组合结构理论体系，填补海洋工程领域设计理论空白。工程应用方面，该结构利用材料协同效应降低钢材用量与制造成本，其高承载力和耐腐蚀性显著延长结构寿命，通过综合成本分析提出深远海风电支撑结构优化方案，突破传统钢结构导管架支撑结构在水深适应性及大容量风机承载力的技术瓶颈。社会效益层面，成果通过降低海上风电度电成本加速可再生能源规模化发展，助力“双碳”目标推进；同时推动海洋工程领域技术革新，促进设计、制造与运维产业链协同升级，为海洋经济可持续发展提供关键技术支撑。

本团队研发的新型海上风电钢管混凝土导管架支撑结构技术，主要采取技术授权和深度服务相结合的方式进行转化。在技术转化方面，我们提供灵活的合作模式：既可以面向多家企业进行非独家技术授权，让更多项目采用这项创新技术；也可以与单一企业建立排他性合作，确保技术应用的专注性。无论采取哪种授权方式，我们都会配套提供完整的技术文件包和持续的技术支持。针对不同海域环境特征和机组规格参数，我们可以为企业提供定制化的优化设计方案，充分考虑海域水文地质条件、风浪流载荷特性以及机组容量、尺寸等关键因素，确保技术方案与项目需求的高度匹配。在项目具体实施阶段，我们的专家团队将全程提供技术指导，特别是在混凝土灌浆工艺、海上安装等关键环节给予重点支持，确保技术落地效果。该成果预计需要约500万元的启动资金。这笔资金将主要用于三个方面：首先是组建专业的技术服务团队，包括核心研发人员和技术支持工程师的薪酬；其次是必要的科研设备购置和实验室升级，确保技术方案的可靠性验证；最后是项目前期的差旅、测试和知识产权保护等基础性支出。这笔启动资金将帮助团队建立完善的技术支持体系，为后续持续的技术服务奠定基础。值得注意的是，这种轻资产模式下的资金需求远低于传统产业化所需的投入规模，且可通过前期技术授权收入实现快速回笼，具有较低的资金风险。我们期望充分发挥钢管混凝土导管架支撑结构的综合技术优势，推动这项创新技术在海上风电领域的规模化应用。该技术通过钢-混协同受力机制，在结构性能、稳定性、抗侧刚度等方面展现出显著优势，同时具备降低建造成本、提升焊接质量和增强耐腐蚀性等工程价值。我们希望能与行业龙头企业开展深度合作，共同制定适用于不同海域环境的技术标准和应用规范，建立从设计、制造到施工的全产业链技术体系。通过示范项目的成功实施，验证技术的可靠性和经济性，逐步扩大市场应用规模，最终实现钢管混凝土导管架支撑结构技术的产业化推广，为我国海上风电高质量发展提供新的技术支撑。