【摘 要】
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随着经济发展,能源短缺成为世界一大难题,海上风电作为一种新型能源倍受各国的重视。目前海上风电基础形式大多采用单桩基础,由于海水的冲刷作用,影响结构的动力特性和受力性能,甚至造成结构的倾覆。因此,评估冲刷对海上风电单桩基础的影响十分必要。本文首先通过1g条件下的小比例模型试验研究了冲刷深度、保护装置、砂土密度和桩埋置深度对单桩基础位移、水平承载力、桩身应力以及第一自振频率的影响。随后利用ABAQUS
【基金项目】
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国家“973”基础研究项目（2014CB046200）；
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随着经济发展,能源短缺成为世界一大难题,海上风电作为一种新型能源倍受各国的重视。目前海上风电基础形式大多采用单桩基础,由于海水的冲刷作用,影响结构的动力特性和受力性能,甚至造成结构的倾覆。因此,评估冲刷对海上风电单桩基础的影响十分必要。本文首先通过1g条件下的小比例模型试验研究了冲刷深度、保护装置、砂土密度和桩埋置深度对单桩基础位移、水平承载力、桩身应力以及第一自振频率的影响。随后利用ABAQUS软件建立了与试验模型一致的三维有限元模型,通过与模型试验结果对比分析,验证了数值模型的可靠性。并以单桩基础支撑的5MW风机为例,研究了冲刷对单桩基础变形特性和动力特性的影响。通过控制桩基使用相同用钢量,以未冲刷状态单桩基础的性状为目标值,优化桩身设计参数。最后评估了冲刷防护装置对单桩基础水平位移、泥面处转角、应力等因素的影响。主要得到以下结论:（1）试验表明,当达到最大平衡冲刷深度时,冲刷会使单桩基础的第一自振频率降低12.5%;使单桩基础在泥面处的转角最多提高93%;使单桩基础的极限承载力降低33%。冲刷保护装置使单桩基础在泥面处的转角最多降低60%;使单桩基础极限承载力提高10.8%;桩身在三个测点的应力平均减小12.78%。（2）数值模拟的工程案例中,冲刷会使单桩基础的第一自振频率降低8.6%;使单桩基础在泥面处的转角增加10.3%;桩身在最大冲刷深度处的应力增加8.4%。冲刷保护装置使单桩基础的第一自振频率增加0.75%;使单桩基础在泥面处的转角减小0.2%;桩身在泥面下的应力减小3.7%。（3）控制单桩基础使用相同用钢量,得到了增加桩长、壁厚和桩径三种措施对抵消冲刷影响的作用效果,结果表明增加桩径的措施可以从桩身位移、转角、应力及自振频率等各方面达到无冲刷发生时的目标值。
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