大直徑單樁基礎(chǔ)海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)動(dòng)力性狀.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源問題日益突出。海上風(fēng)電是一種新型能源形式，在全球發(fā)電領(lǐng)域有著巨大的潛力，是解決我國能源短缺問題的有效途徑。大直徑單樁基礎(chǔ)施工速度快，經(jīng)濟(jì)性好，是目前國際上海上風(fēng)電場使用率最高的基礎(chǔ)形式。海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)主要受水平荷載，高度高，頂部質(zhì)量大，1P和3P的荷載頻率限制了其自振頻率的范圍，動(dòng)力特性是海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一。海上所處海域勘察困難，鉆孔數(shù)量有限，土層力學(xué)參數(shù)不確定性較大，且風(fēng)和波浪等主要荷載的隨

2、機(jī)性高，亟需引入不確定分析方法來分析海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)動(dòng)力失效概率。針對這些問題，本文開展了以下工作:
　　(1)開發(fā)一套適用于海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性研究的試驗(yàn)平臺(tái)，開展以1∶50的大比尺1g試驗(yàn)研究單樁基礎(chǔ)支撐的海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)模型動(dòng)力特性及其變化規(guī)律，研究表明:當(dāng)水平力無量綱化參數(shù)H/GD2低于7.71-9.79×10-4之間某個(gè)臨界值時(shí)，砂土剛度會(huì)快速增長。反之則砂土剛度不會(huì)增大，甚至?xí)霈F(xiàn)先減小后緩慢恢復(fù)的過程;阻尼比在循環(huán)荷

3、載作用下可產(chǎn)生20％的增幅或70％的降幅，變化規(guī)律與自振頻率規(guī)律大致相反。通過試驗(yàn)結(jié)果擬合出了樁頭累積位移與水平荷載最大值、動(dòng)力放大系數(shù)及荷載動(dòng)力部分的關(guān)系式，能預(yù)測不同荷載作用下的樁頭累積位移;發(fā)現(xiàn)了側(cè)向循環(huán)荷載作用下海上風(fēng)機(jī)自振頻率下降的現(xiàn)象，海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮該因素。
　　(2)構(gòu)建以歐拉-伯努利梁為基礎(chǔ)的海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)整體計(jì)算精細(xì)化數(shù)值模型。模型采用API規(guī)范的p-y、t-z、q-z非線性曲線作為土體彈簧模

4、擬海床中的樁土相互作用，計(jì)算風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的自振頻率及在外界荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。結(jié)果顯示，API砂土的p-y曲線取0.001m的位移對應(yīng)的割線剛度能較好地估算自振頻率;樁長的變化會(huì)影響樁土相對剛度，導(dǎo)致樁的類型在剛性樁和柔性樁之間的過渡;風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)對自振頻率有很大影響。
　　(3)引入了一套科學(xué)的不確定分析方法來量化各隨機(jī)變量對海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)動(dòng)力失效概率的影響。首先采用蒙特卡洛方法隨機(jī)生成了10萬組不確定參數(shù)（考慮了土體力學(xué)

5、性質(zhì)、風(fēng)、浪荷載的不確定性），并基于本文建立的精細(xì)化數(shù)值模型，計(jì)算了考慮上述不確定性的海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)自振頻率和泥面處轉(zhuǎn)角;其次，針對計(jì)算結(jié)果，用假設(shè)檢驗(yàn)方法對上述隨機(jī)變量不確定性對動(dòng)力失效概率的影響大小進(jìn)行排序;最后，采用貝葉斯分析，量化采用不同隨機(jī)變量作為設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)動(dòng)力失效概率。結(jié)果顯示，對海上風(fēng)機(jī)因自振頻率落入1P/3P區(qū)域?qū)е碌氖Ф?，樁徑是海上風(fēng)機(jī)失效的最大影響因素;對海上風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)因泥面轉(zhuǎn)角過大導(dǎo)致的失效而