分舱板结构对筒型基础的抗震性能影响分析(3)
3.2 不同形式的分舱板筒型基础动力响应对比
以抗震性能最优的0.2高径比筒型基础为模板,对比研究了地震作用下七舱室、五舱室和四舱室筒型基础在泥面处及塔筒顶端的水平加速度、水平位移、竖向位移及转角的动力响应,结果如表2所示。
表2 不同分舱板形式的筒型基础在泥面处和塔筒顶端的地震响应峰值Table 2 Seismic response peaks at the mud surface and the top of tower drum of bucket foundations with different subdivision plate types位置水平加速度峰值/(m·s-2)水平位移峰值/m竖向位移峰值/m泥面处塔筒顶端分舱形式七舱室五舱室四舱室七舱室五舱室四舱室转角峰值/(10-3rad)-2.31 -0.056 -0.039 - -0.060 -0.050 - -0.065 -0.055 - -0.171 -0.040 - -0.121 -0.051 - -0.134 -0.056 -3.58
在泥面处,七舱室结构在水平加速度方面具有一定的优势,在水平位移与竖向位移方面同样优于其他两种结构。在转角响应方面,七舱室的筒型基础转角峰值不到其他两种结构的1/5。七舱室型的内部舱室能够为筒型基础提供更加稳定平衡的结构,显著提高基础在地震作用下的抗倾覆能力。
五舱室与四舱室的筒型基础在塔筒顶端的水平加速度均有减小,且相比于泥面处,七舱室筒型基础在塔筒顶端的水平加速度增幅最明显,在水平位移与转角响应方面呈现出相似的规律。七舱室筒型基础的上部结构对地震加速度更加敏感,这是由于结构与土体更大的接触面积导致地震加速度更容易传递至上部结构,而五舱室与四舱室筒型基础在地震波输入方向上与土体的接触面积有较大的减小。五舱室结构略优于四舱室、七舱室结构。
4 结语
本文利用ABAQUS有限元软件建立有限元-无限元耦合的结构模型,通过与普通筒型基础模型在地震作用下动力响应的对比分析,研究分舱板结构对筒型基础抗震性能的影响,最后探究带分舱板筒型基础的结构参数对结构动力响应的影响规律,找到综合抗震性能更优的结构形式。得到以下主要结论:
1)由于分舱板的存在增大了结构的整体刚度,结构在地震中表现出更强的整体震动,从而使水平加速度与水平位移在塔筒顶端的变化更为剧烈。但筒型基础的刚度增加,限制了结构的竖向位移;相比于普通筒型基础,带分舱板筒型基础的竖向位移能够降低24.6%,泥面处转角降低23.0%,分舱板结构能够有效提高风电结构在地震作用下的抗沉降和抗倾覆能力。
2)1.0高径比的筒型基础不具备抗震能力,0.2高径比的带分舱板筒型基础相比于0.3、0.5高径比的基础具有更优良的抗震性能。七舱室能够显著提高基础在地震作用下的抗倾覆能力;五舱室结构在塔筒顶端的地震动力响应略优于四舱室与七舱室结构。因此,在以抗震为目的设计带分舱板的海上风电筒型基础结构形式时,优选0.2高径比的七舱室筒型基础。
[1] 邹天城,刘星.海上风电超大型单桩沉设垂直度控制[J].中国港湾建设,2018,38(2): Tian-cheng,LIU control of oversize steel pipe pile sinking of offshore wind power[J].China Harbour Engi-neering,2018,38(2):35-38.
[2] 田伟丽,汪冬冬,高健岳.海上风电项目中导管架基础施工技术综述[J].中国港湾建设,2020,40(5): Wei-li,WANG Dong-dong,GAO of jacket foundation construction technology in offshore wind power project[J].China Harbour Engineering,2020,40(5):20-24.
[3] 孙建军,韩亮,李云龙.钢管混凝土组合桩在海上风电基础中的应用[J].中国港湾建设,2016,36(12): Jian-jun,HAN Liang,LI of concretefilled steel tube pile in offshore wind support structures[J].China Harbour Engineering,2016,36(12):50-53.
[4]BYRNE B,HOULSBY G,MARTIN C,et caisson foun-dationsfor offshore wind turbines[J].Wind Engineering,2002,26(3):145-155.
[5] 邓斌,张金凤,王利华.海上风电复合筒型基础抗波浪液化研究[J].中国港湾建设,2018,38(2):1-4,11.DENG Bin,ZHANG Jin-feng,WANG wave liquefac-tion of composite bucket foundation of offshore wind turbines[J].China Harbour Engineering,2018,38(2):1-4,11.
[6]DING H Y,LIU Y G,ZHANG P Y,et al.Model tests on the bearing capacity of wide-shallow composite bucket foundations for offshore wind turbines in clay[J].Ocean Engineering,2015,103:114-122.
[7] 丁红岩,朱岩.海上风电大尺度筒型基础分舱优化设计[J].船海工程,2016,45(3): Hong-yan,ZHU subdivision design of largescaled bucket foundation of the offshore wind power plant[J].Ship&Ocean Engineering,2016,45(3):140-145.
[8]吴慕丹.分舱板与土体加固对筒型基础承载特性影响研究[D].天津:天津大学,2014.WU on influence of bulkheads and soil consoli-dation on bearing characters of bucket foundation[D].Tianjin:Tianjin University,2014.
文章来源:《世界地震工程》 网址: http://www.sjdzgczz.cn/qikandaodu/2021/0207/408.html