地震激励下近海风机桩的振动台模型试验研究

摘要

为研究地震激励下“单桩-沉箱基础”式海洋风机桩动力响应规律,采用分离相似设计方法,将原型整体系统分离为“风机机舱-桩体-砂土”3个次级子系统,根据子系统各自特性分别进行相似设计,开展了“单桩-沉箱基础”式海洋风机桩振动台模型试验。依托试验结果对模型箱柔性边界的边界效应、风机桩应变响应、加速度响应、动土压力响应、桩-土体系共振响应等展开了分析。结果表明:边壁柔性材料能较好地降低刚性箱带来的边界效应影响;应变响应自桩底到机舱逐渐减小,且由于桩-土相互作用,桩身应变衰减较大,上部结构应变衰减则较小;桩身加速度响应具有明显的加速度放大效应,最大放大系数可达2.27;桩周动土压力没有出现随埋深增加而增加的规律性递增,而是呈现部分区段增加、部分区段减小的规律性分布,且最大动土压力位于土下3/4桩深处;输入地震动的傅氏谱能量集中频率区间与桩-土自振的傅氏谱能量集中频率区间重叠越多、频率分布越密的地震波,与结构发生的共振响应越大。基于以上结论可知,设计“单桩-沉箱基础”式海洋风机桩时宜采用“下大上小”的变截面桩体结构。