考慮流固與樁土耦合的海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)抗震性能研究.pdf

1、作為清潔能源和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容，海上風(fēng)力發(fā)電呈現(xiàn)出欣欣向榮的局面?！吧钏颉⒋笕萘?、高品質(zhì)”引領(lǐng)海上風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展方向，風(fēng)電機(jī)組重量、單機(jī)容量及輪轂高度大幅增加，對風(fēng)電機(jī)組（簡稱風(fēng)機(jī)）支撐結(jié)構(gòu)提出了更高要求。目前，對海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)抗震性能的重視尚未達(dá)到應(yīng)有高度，現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范對其抗震設(shè)計的考慮仍處于一個較低的水準(zhǔn)，未能完整體現(xiàn)出流體-結(jié)構(gòu)-土體三個耦合子系統(tǒng)間的相互耦合作用。有察于此，本文全面考慮地震作用下的流固耦合、樁土耦

2、合問題，建立了單機(jī)容量為10MW的海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)數(shù)值模型進(jìn)行動力行為分析。
　　首先，本文完成了些許基礎(chǔ)性的研究工作。探討了海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)抗震性能、流固耦合問題、樁土耦合問題三方面的研究現(xiàn)狀及思路;論述了海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與選型依據(jù)，選擇適應(yīng)中國未來海上風(fēng)電建設(shè)要求的結(jié)構(gòu)形式。
　　其次，本文對流固耦合與樁土耦合分析方法進(jìn)行理論研究。在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上考慮固體的材料非線性及介質(zhì)阻尼，推導(dǎo)了流固耦合系統(tǒng)的

3、(ui，p)增量有限元格式，提出基于此的附加質(zhì)量方法并給出了兩種遞推算法。簡述了基于Morrison方程的附加質(zhì)量方法并將其推廣至三維地震動的情形。此外，論述了流固耦合有限元方法、考慮樁土耦合的P-y曲線方法及有限元接觸分析方法。
　　繼而，本文事實上形成了一整套完整的海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析理論。應(yīng)用APDL構(gòu)建了考慮流固耦合與樁土耦合的海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)數(shù)值模型;建立運動方程并推導(dǎo)遞推算法;完成了支撐結(jié)構(gòu)激勵的計算，

4、包括選取地震波并編制程序生成人工地震波、根據(jù)BEM理論計算氣動荷載、采用AR模型模擬風(fēng)場并計算風(fēng)荷載、計算波浪荷載及海流荷載。此外，驗證了本文數(shù)值模型P-y曲線方法的精確性。
　　最后，本文對海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能展開研究。分析了樁土滯回性能，包括樁徑、土體抗剪強(qiáng)度等參數(shù)的影響;支撐結(jié)構(gòu)的動力特性，包括流固耦合、樁土耦合對模態(tài)參數(shù)的影響。對不同地震波輸入時支撐結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行研究，通過提出抗震安全系數(shù)的概念量化地評價