基于三维有限元的海上风力发电四桩基础动力响应研究

海上风机的支承结构主体由塔架和基础两部分构成, 其中基础设计是极其重要的技术环节, 本论文中我们在风机基础上加上一个水平承台。本文应用大型通用有限元软件ABAQUS, 对海上风机四桩基础承台进行了简单的三维有限元数值模拟分析, 运用里面的海工模块aqua, 对桩体施加一定的波浪动荷载, 得出此结构在波浪动荷载作用下的动力响应, 为今后的设计施工提供一定的理论参考依据。

1 三维有限元模型

桩基结构为2×2的方阵群桩结构, 桩间距10m, 桩体为直径3.5m, 壁厚0.05m的钢管桩, 其入土深度为40m, 土上长度30m, 总长70m, 桩顶设有18m×18m×2m的桩顶承台一个。文中假设土层只有一层, 为均质土。设计水深20m;海水密度1.2kg/m3。设计波高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 结果分析

通过ABAQUS软件的后处理功能, 我们可以得到相应的应力云图、位移云图以及有关的动力时间曲线等。

无论是前桩还是后桩, 从桩顶到桩底, 水平应力是递增的, 且下半部分桩体的水平应力较上半部分桩体的水平应力要大很多, 可以说水平应力主要集中在桩体的下半部分。在波浪荷载作用下, 从桩顶到桩底, 桩体上的水平位移逐渐减小, 在桩顶处水平位移最大, 桩底处最小;水平速度先增加后减小, 上半部分桩体的水平速度明显大于下半部分桩体的水平速度。

通过土体的半模型应力云图 (图2) 可以看出:前桩和后桩周围的土体应力是成近似对称分布的, 且随桩体入土深度的增加而减小。横向上是逐渐减小的, 这符合桩土相互作用的一般规律。

摘要：海上风力发电已成为世界可再生能源发展的关注点, 而桩基础则是风机发电最常用的基础形式, 而四桩基础承台由于其自身优点得到广泛应用。本文利用大型通用有限元软件ABAQUS, 研究了此结构在波浪动荷载作用下的动力响应。

关键词：地下连续墙,板桩码头,ABAQUS,数值模拟