近海风机基础动力响应研究发展现状

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翻新时间：2015-07-29

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近海风机基础动力响应研究发展现状

摘要：本文针对风机基础的不同型式、基础桩土相互作用机制和风机环境荷载对近海风机基础的动力响应研究现状进行了综述。总结出：近海风机的动力响应研究多停留在理论分析和数值模拟层面，缺乏实地的、专门的模型试验，并且在多荷载的互相耦合方面还缺少深入研究。最后对近海风机新型式基础的动力响应研究提出展望。

关键词：近海风机基础；动力响应；环境荷载；

1.前言

由于海上风机受到的作用荷载复杂，在对风机基础的强度设计时不仅要考虑多荷载组合后的极大值，而且应考虑动荷载下风机的动力响应特性。当今国内外结构设计的发展趋势是应用可靠性理论、推行结构概率设计方法以取代传统的安全系数设计法。在结构可靠性研究领域，经过世界各国学者的努力，已取得了非常多的研究成果。因此有必要引入可靠度理论对风电基础的失效概率进行分析，这对保证其安全性有着极其重要的工程价值。

2针对风机本构关系的动力响应研究

2.1针对不同基础形式的研究

近海风机采用的桩基础广泛用于各个工程领域，其动力响应的研究要求对风机所处环境的荷载和本构关系进行等效模拟。近年来专家学者针对风机不同的基础形式进行了一系列的研究。

2.2针对桩土相互作用机理的研究

就桩基础而言，上部结构承受的荷载由桩基传递到下部土层，因此桩土相互作用机制是结构分析的另一要点。

3针对风机环境荷载的研究

在多荷载的共同作用下，风机不仅由于产生振动放大作用，而且其竖向位移也会收到影响。任文渊采[6]用数值分析的手段，利用大型通用软件ADINA进行模拟，建立了风机、基础、水、海床的三维计算模型。分别对单桩基础以及四桩基础的风机结构进行了模态分析，得到结构的自振频率和振型。同时，作者还对上述两种基础形式的风机整体结构进行了静力分析以及考虑流固耦合的动力响应的分析，得到了结构的沉降特性、水平位移、应力分布以及塑性区的分布情况。其研究结果表明，风荷载是影响风机水平位移的主要响应源，对结构沉降影响不大；风荷载与水流力荷载耦合会导致桩体、塔身均不发生沉降，相反会向上抬升；四桩基础的应力分布较单桩基础小，有利于结构稳定。丁明华[7]在其硕士论文中，重点研究了1.5MW海上风机的动力特性，基于ANSYS的参数化设计语言（APDL）开发了风机叶片的几何建模模块，分别对风机叶片、涡轮机、塔架和基础、集中质量模型以及风机整体进行了模态分析，计算得到了结构的振动特性。王鹏[8]主要对特定海区3MW风电单立柱三桩基础结构的动力特性及在环境荷载作用下的响应和基础结构优化等问题进行研究。利用ANSYS建立了满足动力特性要求的有限元模型。

3结论与展望

目前，近海风机基础的动力响应研究已经比较系统和全面。但其研究多停留在理论分析和数值模拟层面，缺乏实地的、专门的模型试验，并且在多

荷载的互相耦合方面还缺少深入研究。研究中近海风电基础的型式多停留在桩式和导管架式，对吸力式和悬浮式的研究存在空白。随着海上资源的利用发展，海上风机的安装的水深必然逐渐增大，因而对新型式基础的研究势在必行。