基于三維有限元的海上風(fēng)力發(fā)電四樁基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)研究

蔣建平 封薇薇 賈寧

海上風(fēng)機(jī)的支承結(jié)構(gòu)主體由塔架和基礎(chǔ)兩部分構(gòu)成，其中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，本論文中我們在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上加上一個(gè)水平承臺(tái)。本文應(yīng)用大型通用有限元軟件ABAQUS，對(duì)海上風(fēng)機(jī)四樁基礎(chǔ)承臺(tái)進(jìn)行了簡單的三維有限元數(shù)值模擬分析，運(yùn)用里面的海工模塊aqua，對(duì)樁體施加一定的波浪動(dòng)荷載，得出此結(jié)構(gòu)在波浪動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)，為今后的設(shè)計(jì)施工提供一定的理論參考依據(jù)。

1三維有限元模型

樁基結(jié)構(gòu)為2×2的方陣群樁結(jié)構(gòu)，樁間距10m，樁體為直徑3.5m，壁厚0.05m的鋼管樁，其入土深度為40m，土上長度30m，總長70m，樁頂設(shè)有18m×18m×2m的樁頂承臺(tái)一個(gè)。文中假設(shè)土層只有一層，為均質(zhì)土。設(shè)計(jì)水深20m；海水密度1.2kg／m³。設(shè)計(jì)波高5m，波浪周期8.3s，自由液面水面流速0.5m／s，自由液面海底流速0m／s。

2結(jié)果分析

通過ABAQUS軟件的后處理功能，我們可以得到相應(yīng)的應(yīng)力云圖、位移云圖以及有關(guān)的動(dòng)力時(shí)間曲線等。

無論是前樁還是后樁，從樁頂?shù)綐兜祝綉?yīng)力是遞增的，且下半部分樁體的水平應(yīng)力較上半部分樁體的水平應(yīng)力要大很多，可以說水平應(yīng)力主要集中在樁體的下半部分。在波浪荷載作用下，從樁頂?shù)綐兜祝瑯扼w上的水平位移逐漸減小，在樁頂處水平位移最大，樁底處最小；水平速度先增加后減小，上半部分樁體的水平速度明顯大于下半部分樁體的水平速度。

通過土體的半模型應(yīng)力云圖(圖2)可以看出：前樁和后樁周圍的土體應(yīng)力是成近似對(duì)稱分布的，且隨樁體人土深度的增加而減小。橫向上是逐漸減小的，這符合樁土相互作用的一般規(guī)律。