SH波作用下非均质海床土中桩承式海上风机水平动力特性研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ridou
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近场地震中丰富的低频成分及其所携带的能量是造成海上结构物发生破坏的主要原因。海上风电场多数建于距离海岸线较近的近海海域,而我国近海海域多数处于地震断裂带附近,频发的近场地震使近断层附近的海上风机结构安全时刻遭受着威胁。同时,现有针对海上风机结构的动力响应研究,多考虑均质海床土情况,这与实际工况差异较大。鉴于以上研究现状,本文基于Biot波动理论,建立了剪切模量沿深度方向呈指数型分布的非均质海床土模型,通过差分法求得垂直入射SH波作用下自由场水平位移分布,进一步引入Novak薄层法思想,求得了桩身水平动力阻抗。在此基础上建立了桩承式海上风机动力响应计算模型,将海上风机系统分为嵌固段、浸水段以及塔筒段,其中塔筒段及浸水段采用解析法求得水平位移,嵌固段水平位移采用差分法求解。在之前求得非均质海床土自由场位移及桩身动力阻抗的基础上,将塔顶机舱及叶片简化为集中质量,结合三节段连接处的位移、应力连续性条件,建立起了指数型分布的非均质海床土中海上单桩风机在SH波作用下并考虑MTMD减振效果的水平动力响应计算模型。更进一步,基于辐射波传播原理,将嵌固段、浸水段、承台、上部塔筒四部分通过连续性条件以及边界条件进行耦合,构建了SH波作用下非均质海床土中部分埋入群桩支承风机水平动力响应的计算模型。讨论了塔筒高度、塔顶集中质量、桩间距以及MTMD等参数对风机动力响应的影响。本文研究结果如下:(1)非均质海床土剪切模量较大时风机结构的共振频率有所减小,同时,海上风机中塔筒高度、塔顶集中质量以及管桩直径等参数对风机共振频率影响显著。塔筒高度、塔顶集中质量、管桩直径增大均会导致风机结构的共振频率有所减小。(2)考虑MTMD对风机结构的减振效果。分析表明MTMD中较窄的频率带宽、较多的TMD个数、较小的MTMD阻尼比都可以降低风机共振时的位移幅值,同时增大对风机结构共振频率的频带控制范围。(3)群桩海上风机中,桩间距过大导致群桩基础中桩-桩相互作用变弱,导致桩间距的改变对风机共振频率影响较小。
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