海上风电筒型基础结构与地基动力响应分析研究

摘要

风能资源非常丰富，易于获得、转换，而且其开发利用没有污染，具有大规模开发和商业化发展的前景。海上风电结构处于复杂的海洋环境中，受到风、浪、流等荷载的长期作用，甚至受到台风、地震等极端荷载的作用，其运行环境复杂，技术要求高，开发成本巨大。筒型基础具有对不同地基土普遍适用、稳定性好、施工速度快、可重复利用等优点，可作为我国高效低成本风力发电结构体系的重要组成部分。　　本文针对海上风电筒型基础结构的工程特点，在国内外有关研究成果的基础上对筒型基础结构和地基在风、浪、流联合作用下和地震荷载作用下的动力响应进行了研究，具体研究内容和结论如下：　　（1）将海上风机结构所受的荷载进行了总结，并具体模拟了风、浪、流荷载对风机结构和地基的作用。　　（2）选取已有文献中的实验模型，建立ABAQUS有限元模型，将有限元计算结果与实验结果进行比较，两种结果较吻合，因此证明了所选用数值方法的合理性。　　（3）建立海上风电塔筒-筒型基础-地基的ABAQUS模型，分析风浪流联合作用下筒型基础结构和地基的变形及应力规律。通过分析发现，在正常荷载工况下，风机塔筒顺风向结构振动较剧烈，最大位移出现在塔筒顶部；风荷载对塔筒顶部位移的变化起控制作用；筒型基础内部预应力钢筋Mises应力、混凝土第一主应力、第三主应力随时间变化不大；筒型基础附近海床的响应不仅受到浪压力的作用，还受到基础扰动的作用，距离基础较远处的海床响应主要受到波压力的作用；筒型基础内部土体的超孔隙水压力幅值从上到下不断增大，从中心向四周不断增大；海床饱和度、渗透系数、泊松比、孔隙比以及波浪周期、水深对地基的动力响应有很大影响。　　（4）使用有限元软件ABAQUS对地震作用下海上风电筒型基础结构和地基的响应进行分析，并通过抗液化剪力法判断海床的液化范围。通过分析发现，深度为0-11.85m、12.5-15.9m范围内的部分土体发生了液化，筒型基础内外土体液化程度不同。土体液化后，筒型基础不可以继续承载。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 海上风电筒型基础结构及环境荷载

2.1 海上风电筒型基础结构

2.2 海洋环境荷载

2.3 本章小结

第三章 风浪流联合作用下筒型基础结构与地基的动力响应

3.1 ABAQUS软件简介和数值方法

3.2 数值方法可行性验证

3.3 风浪流联合作用下筒型基础结构与地基的动力响应

3.4 不同参数对筒型基础结构和地基动力响应的影响

3.5 本章小结

第四章 地震作用下筒型基础结构与地基的动力响应

4.1 地震导致地基液化的机理

4.2 地基土振动液化的判断方法

4.3 地震作用下海床地基液化的判别

4.4 地基液化对基础承载力的影响

4.5 本章小结

第五章 结论及展望

5.1 结论

5.2 本文的不足和展望

参考文献

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