基于三维有限元的海上风力发电四桩基础动力响应研究

蒋建平 封薇薇 贾宁

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。

通過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，且随桩体人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。