王丕光,刘晶波,赵 密

(1.清华大学 土木系,北京 100084;2.北京工业大学 建筑工程学院,北京 100124)

0 引言

近年来,随着传统能源的日益匮乏和环境条件的不断恶化,可再生能源的开发与利用已成为各国研究发展的重点,而海上风能作为绿色可再生能源是现在的研究热点之一。与陆上风能相比,海上风能具有风速高、有效发电时间长和不占用陆地资源等优势[1]。我国海岸线漫长,具有丰富的海上风电资源,一批海上风电场已经建成或正在建设中[2]。

单桩基础结构形式简单,受力明确,设计及施工方便,在国内外已建成的海上风电场中所占比例达70%[3]。大直径单桩基础为开口钢管桩,刚度大、抗弯性能好,主要适用于水深小于25 m的海域;直径通常为4～6 m,埋深一般为20～40 m,长径比(嵌固深度与外径比)一般不超过8,属于刚性短桩[4]。近年来,国内外学者对海上风电单桩基础的水平承载特性[5-9]和风、波浪和地震作用下海上单桩风机结构的动力响应[10-17]进行了广泛的研究。

海上风机设计时应考虑荷载激励频率与结构自振频率的关系,保证系统自振频率避开荷载激励频率。目前国内外多采用柔-刚设计模式进行风机系统的结构与基础设计[1],即系统基频在1P(发电机的转动频率)和3P(叶片的扫掠频率)之间。目前,国内外学者对海上风机系统的频率进行相关的研究[18-24]。Bhattacharya和Adhikari[18]以及Andersen等[19]将风机基础简化为水平和旋转两自由度的弹簧,建立了风机系统的自振频率求解方程。Prendergast等[21]研究了冲刷对海上风机系统自振频率的影响。……