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基础是海上风电场的重要组成部分,承受的水平荷载包括波浪荷载、船撞力、上部塔架传来的风荷载等,对于依靠风力发电的风机结构来说,风荷载的作用不容小觑,而风本身是一种随时间迅速变化的动力荷载,不能简单的当做静荷载来处理,应按照动力进行分析。风电场经常采用的基础形式之一是桩基础,桩与土之间相互作用关系复杂。目前一般只针对风机塔架在风荷载下的动力响应,而很少涉及到基础受风力作用的响应,本文依托东海大桥近海风电场八桩基础工程,通过理论分析、数值计算,研究了以下几个问题:
分析了常用的几种风场计算模型,选取极限风况模型计算东海大桥近海风电场上部结构所受风力,得到作用在基础顶部随时间变化的水平力与弯矩,将之与规范计算静力值进行对比,结果显示大于静力值,表明当风电场中基础设计由风荷载控制时,应考虑极限风况。
总结了静力水平荷载下单桩分析方法,给出桩基规范中利用m法原理求解水平受力桩的具体方法;介绍动力力水平荷载下单桩分析模型,本文采用弹性介质中的梁模型分析单桩在极限风况下动力响应,该模型以Winkler地基上的梁模型为基础,以静力分析方法m法确定土体的水平刚度,考虑土体的材料和滞回阻尼特性,结合有限元思想建立桩土动力相互作用的控制方程,利用有限元计算软件ANSYS分析计算。通过计算实例得到东海大桥近海风电场单桩在极限风况下的动力响应,与静力结果对比。并分析桩土动力相互作用各参数对单桩动力反应的影响。
总结了静力水平荷载下群桩分析方法,给出桩基规范中利用m法原理求解水平受力桩的具体方法;介绍动力力水平荷载下群桩分析模型,采用弹性介质中的梁模型分析群桩在极限风况下动力响应,与静力结果对比。
通过对单桩、群桩的动力响应分析,得出在极限风况下动力分析结果均大于静力分析结果,表明动力分析对提高海上风电场基础安全性很有必要,本文采用的动力分析方法可以为工程的设计提供一些参考。