风能是一种最具活力的可再生优质能源,风能发电的载体就是风机结构,随着愈来愈多的风力发电高塔系统在地震活跃地区兴建,地震对风力发电机组塔筒设计的影响不可忽视。长期以来,由于计算手段的限制,在实际工程设计中通常把上部结构与地基基础分隔开来各自独立计算。另外,在地震动输入时,把邻近建筑物的自由场地地震记录作为建筑物底部的输入地震。风机塔筒结构属于高柔结构,而且周期较长,若是建在软土或者深厚土层上时,再沿用以上刚性地基假定和自由场地震动输入就不再合理,必须考虑土-结构相互作用对其影响。　　本文重点介绍了采用粘弹性边界模型时边界设置及地震动输入相关的概念、方法和基本公式。以某风电场中某型号3MW风机结构为研究对象,以通用有限元软件ANSYS为平台,分别建立刚性地基有限元模型和考虑地基基础和上部结构体系相互作用的有限元模型,对其进行模态分析和不同地震动作用下的时程分析,探讨是否考虑相互作用对结构体系的动力反应所造成的差异;同时,在地震动输入方面,刚性地基模型和无质量地基模型输入自由场加速度记录,而粘弹性边界模型则输入地面的位移和速度记录。最后通过反应谱分析法研究了是否考虑顶部机舱和叶片的偏心作用对风机结构内力的影响。本文主要进行的工作以及相关结论有以下几方面:　　(1)对近年来在土-结构相互作用方面的研究背景和现状、分析方法、已有的研究成果和存在的问题进行相对系统的总结,并将近年来各位学者对风机结构模型建立的研究以及动力分析方面的研究及其的到得结论进行了归纳,同时指出了对风机结构抗震性能研究的重要性。　　(2)本文指出了模拟无限地基的两种方法:无质量地基和设置粘弹性人工边界。并给出了粘弹性边界上弹簧刚度和阻尼系数的确定方法以及群桩基础复合体模型的相关参数的计算方法。并将一种考虑相互作用后的地震动输入方法在本文加以介绍和应用。　　(3)分别用 ANSYS有限元软件建立了刚性地基有限元模型、无质量地基有限元模型和粘弹性边界有限元模型。分别对三种有限元模型进行动力特性分析,得到以下结论:风机结构属于长周期结构,考虑相互作用后周期有所延长;考虑相互作用后与刚性地基情况下结构的振型发生明显变化,即使是考虑相互作用情况下的两种情况,振型也有明显的差异,这对建造在类似土层上的高耸风机塔筒结构以后的动力反应分析研究有重要的参考价值。　　(4)结合本工程地质概况选取两条地震波,对所建立的三种模型进行弹性时程分析,对于刚性地基和无质量地基直接输入地面自由场经过峰值调整后的加速度记录,而对于粘弹性边界模型则输入地震波由基岩传到地表面时的速度和位移,通过分析三种模型在不同地震波作用下的地震响应发现:结构各项地震反应在最初出现短暂的不规律变化后,进行周期性的震动。　　(5)将三种模型在不同地震波作用下的时程分析结果进行对比发现:考虑相互作用后结构顶点位移明显大于刚性地基假设情况下的顶点位移,所以,从结构顶点位移的方面来看,相互作用影响不容忽视;三种模型最大位移和加速度放大系数的变化规律相同,最大位移随着高度的增加在逐步增加,在顶点达到最大,而最大加速度放大系数并不在顶点;刚性地基情况下的底部剪力和底部弯矩值不一定比考虑相互作用后的剪力值大,如若按照规范中在对其进行折减是不妥当的。　　(6)对本文中的某型号3MW风机结构利用 ANSYS分别建立刚性地基假定下考虑与不考虑机头质量偏心的两种计算模型,用反应谱分析法对指定反应量进行研究,同时用课题组自编程序进行对比分析,得到是否考虑偏心作用对指定反应量的影响。并得到以下结论:从设计的角度看,基础抗震设计底部弯矩可以直接采用不考虑偏心的结果,而对底部剪力和底部轴力则应考虑偏心的影响。