賀廣零，仲政

(1.同濟(jì)大學(xué)力學(xué)博士后流動站，上海市，200092；

2.中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計院工程有限公司，北京市，100120； 3.同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院，上海市，200092)

0 引言

近年來，伴隨著全球海上風(fēng)電場大規(guī)模建設(shè)的趨勢，我國海上風(fēng)能技術(shù)亦獲得了高度重視與迅猛發(fā)展。然而，由于根基薄弱與底蘊(yùn)不足，迄今我國海上風(fēng)能技術(shù)還不夠成熟。就海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)而言，現(xiàn)有的研究成果以擬靜力分析為主［1-2］，不考慮動力效應(yīng)，存在低估結(jié)構(gòu)響應(yīng)、荷載組合困難等難題。已有部分學(xué)者［3-4］嘗試進(jìn)行海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析，但并未給出合理的風(fēng)浪耦合機(jī)制，所采用的結(jié)構(gòu)模型亦顯粗糙，與工程應(yīng)用相去較遠(yuǎn)，參考價值不大。有鑒于此，本文提出一種相對合理的風(fēng)浪耦合機(jī)制，結(jié)合實際工程中的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)分析，以正確評估結(jié)構(gòu)的動力效應(yīng)。

1 環(huán)境荷載模型

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組外部環(huán)境十分復(fù)雜，不僅承受風(fēng)、海浪和地震作用，還與浮冰、海流、潮汐和沖刷等因素相關(guān)。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也有自己的運(yùn)行狀態(tài)及多種失效模式。對于不同的運(yùn)行狀態(tài)，受到不同外部激勵時所產(chǎn)生反應(yīng)各不相同(強(qiáng)度破壞或疲勞失效等)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組環(huán)境荷載和運(yùn)行狀態(tài)自身的復(fù)雜性，加上兩者的隨機(jī)耦合，就導(dǎo)致應(yīng)用典型規(guī)范需要考慮諸多工況。在現(xiàn)有的理論模型中，還很難把所有環(huán)境荷載的相關(guān)性考慮完整，只能考慮主要荷載，如風(fēng)和海浪的共同作用等。

1.1 隨機(jī)Fourier風(fēng)譜模型

基于隨機(jī)過程的隨機(jī)函數(shù)描述，引入截尾函數(shù)，則隨機(jī)Fourier譜［5］可定義為

式中：T為樣本持時；隨機(jī)過程X(η，t)是樣本x(t)的集合，η為影響隨機(jī)激勵發(fā)展過程且具有物理意義的隨機(jī)變量或隨機(jī)向量。根據(jù)各向同性紊流理論，可確定隨機(jī)Fourier譜的基本表達(dá)式。依據(jù)隨機(jī)建模準(zhǔn)則，由310組實測風(fēng)速數(shù)據(jù)記錄，可以給出基本隨機(jī)變量的概率分布和待定擬合參數(shù)的具體值，并最終確定隨機(jī)Fourier譜的表達(dá)式［6］為

式中：u為10 m高平均風(fēng)速，服從極值I型分布；z0為地面粗糙度，服從對數(shù)正態(tài)分布。顯然，塔體上任意一點(diǎn)處脈動風(fēng)速的隨機(jī)特性可以通過隨機(jī)Fourier譜來體現(xiàn)。與塔體不同的是，槳葉在運(yùn)行過程中存在顯著的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，將會對風(fēng)速場產(chǎn)生很大的干擾。本文采用基于物理機(jī)制的旋轉(zhuǎn)Fourier譜來考慮脈動風(fēng)速的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)［7-8］

式中：Fii(n)為隨機(jī)Fourier譜；～Fii(n)為旋轉(zhuǎn)Fourier譜；km(n)為銜接二者的旋轉(zhuǎn)模態(tài)。事實上，旋轉(zhuǎn)Fourier譜為作用在旋轉(zhuǎn)槳葉上的風(fēng)速的相關(guān)函數(shù)經(jīng)過Fourier變換所得，是一種自身蘊(yùn)含了槳葉旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的紊流風(fēng)速譜。

對隨機(jī) Fourier譜與旋轉(zhuǎn) Fourier譜進(jìn)行逆Fourier變換，即可分別獲得塔筒與葉片上的風(fēng)速時程，具體步驟詳見文獻(xiàn)［8］。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片結(jié)構(gòu)頗為復(fù)雜，且存在顯著的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)、風(fēng)剪效應(yīng)、尾流效應(yīng)等，本文引入廣泛接受的葉素動量(blade elementmomentum)理論［9-10］以準(zhǔn)確而簡單地確定作用在葉片上的風(fēng)荷載，并考慮旋轉(zhuǎn)槳葉對風(fēng)速的減緩作用。對于作用于塔筒上的風(fēng)荷載，可借鑒建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的相關(guān)研究成果確定［10］。

1.2 隨機(jī)Fourier海浪譜模型

將海浪視為一個平穩(wěn)的隨機(jī)過程，自然地可以引入功率譜的概念描述波能及其頻域分布特征，但更為合理的方式是依據(jù)風(fēng)生波的物理機(jī)制發(fā)展Fourier海浪譜模型。基于擬層流風(fēng)波生成機(jī)制，即給定頻率處海浪譜的能量等于具有該頻率的諧波自具有對數(shù)剖面的平行氣流中汲取而來，文獻(xiàn)［11-12］建立了隨機(jī)Fourier海浪譜模型。

式中：設(shè)10 m高、10 min平均風(fēng)速u1為等效風(fēng)速u，m/s；=μω/ωP，ωP為峰值頻率，μ為譜峰頻率調(diào)整系數(shù)；β()為能量傳遞系數(shù)；A()為波幅；γ為譜峰值調(diào)整系數(shù)；σ=σL(ω＜ωP)和σ=σR(ω＞ωP)為譜形參數(shù)；ρa(bǔ)為空氣密度，kg/m3；ρw為水密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2。

由于隨機(jī)Fourier海浪譜基于隨機(jī)過程的隨機(jī)函數(shù)表示建模，對其進(jìn)行逆Fourier變換，并考慮隨機(jī)相位由隨機(jī)初相位和相位差譜確定，采用式(4)生成海浪時程。

式中：F(ωj)為隨機(jī)Fourier海浪譜模型在離散點(diǎn)處的值；φ0j為隨機(jī)初相位；Δφj為相位差譜；n為離散點(diǎn)數(shù)目。

根據(jù)文獻(xiàn)［13］，如果構(gòu)件直徑與波長相差很大(D/L＜0.2)，則可采用Morison公式來計算結(jié)構(gòu)所受波浪荷載。本文所采用的模型直徑最大為6 m，為小尺度結(jié)構(gòu)物，其對波長的影響不明顯，故采用Morison公式計算結(jié)構(gòu)承受的波浪力是合理的。該模型將波浪力分為慣性力和拖拽力2個部分，前者與水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的加速度有關(guān)，后者與水質(zhì)點(diǎn)的速度有關(guān)。在Morison公式中，作用在單位長度直立圓柱上的波浪力為

式中：CD是拖拽力系數(shù)；CM是質(zhì)量系數(shù)；ρ是海水的密度，kg/m3；ux為質(zhì)點(diǎn)水平速度，m/s；˙ux為質(zhì)點(diǎn)水平加速度，m/s2，由選用的波浪理論確定。

1.3 風(fēng)浪耦合物理機(jī)制

風(fēng)浪耦合一直是海洋工程研究的難點(diǎn)。文獻(xiàn)［13－16］對風(fēng)浪耦合都有相應(yīng)規(guī)定，其內(nèi)容均具備復(fù)雜性、多樣性與保守性的特點(diǎn)。顯然，上述規(guī)范之所以存在這些共性，是因為風(fēng)浪耦合的物理機(jī)制尚不明確。在無法把握物理機(jī)制的情況下，可以嘗試建立半經(jīng)驗關(guān)系。Neumann和Pierson［17-18］給出了有效波高與平均風(fēng)速之間的半經(jīng)驗關(guān)系，Ochi［19］研究了颶風(fēng)條件下二者之間的關(guān)系，以實現(xiàn)風(fēng)浪耦合。然而，半經(jīng)驗關(guān)系成立的前提條件比較苛刻，例如要求海洋狀態(tài)必須充分發(fā)育，且僅適用于深海區(qū)域，否則將會導(dǎo)致較大的誤差。另外，一些學(xué)者意圖純粹從數(shù)學(xué)角度來實現(xiàn)風(fēng)浪耦合。其中，較為成功的是Turkstra法則［20-23］與多元極值理論［24］。Turkstra法則本質(zhì)上是將控制荷載的最大值與其他荷載時程進(jìn)行隨機(jī)組合。由于Turkstra法則是基于工程經(jīng)驗提出的一種組合規(guī)則，盡管有效地簡化了荷載組合過程，但它卻很有可能低估荷載組合值［22，25］。多元極值理論是研究多個相關(guān)變量極值性質(zhì)的理論，探討了確定多個相關(guān)變量極值聯(lián)合分布的方法，是考慮各種極端荷載共同作用的有效手段，在海洋工程中獲得了廣泛應(yīng)用［26-27］。但由于多元極值分布中相關(guān)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其相關(guān)函數(shù)多為隱式形式，只能通過繁雜的迭代求解，不利于工程應(yīng)用。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，在一般的荷載(荷載效應(yīng))組合中，對不同荷載的效應(yīng)最終通過若干組合系數(shù)或某種特殊組合方式［平方和開平方(square root of the sum of the squares，SRSS)］等來根據(jù)單個荷載(荷載效應(yīng))的極值獲得共同作用時的極值，這在本質(zhì)上是擬靜力分析與設(shè)計的結(jié)果。正因為僅僅進(jìn)行擬靜力分析，才出現(xiàn)各個荷載的極值通常不同時出現(xiàn)，因而不能簡單相加，由此導(dǎo)致荷載(荷載效應(yīng))組合的各種理論或方式。事實上，由于荷載與荷載效應(yīng)是非線性的且不具有簡單的疊加性質(zhì)，最大荷載組合與最不利效應(yīng)之間不能建立一一對應(yīng)的關(guān)系，因此上述組合方式在考慮非線性的情況下也是不適用的。更為普遍適用的方法是進(jìn)行多種隨機(jī)作用下的結(jié)構(gòu)隨機(jī)動力反應(yīng)分析。在直接動力分析中，對不同隨機(jī)荷載按照上述方式進(jìn)行加權(quán)組合既無必要、也不正確，一種簡單且有效的方法是基于物理機(jī)制來實現(xiàn)荷載組合。在本文所采用的隨機(jī)Fourier風(fēng)速譜和隨機(jī)Fourier海浪譜模型中，它們的基本物理參數(shù)集分別為{u，z0}和{u，ωP，γ，μ，σL，σR}?？梢钥闯觯L(fēng)和海浪的基本物理隨機(jī)變量有1個相同的參數(shù)u，而正是這個共有的參數(shù)給出了風(fēng)與海浪之間的物理關(guān)系，揭示了風(fēng)浪耦合的物理機(jī)制。這樣，風(fēng)浪耦合可以通過考慮其隨機(jī)Fourier譜中基本參數(shù)的耦聯(lián)來生成風(fēng)速和海浪時程。

2 一體化結(jié)構(gòu)模型

所謂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一體化結(jié)構(gòu)模型，是指將槳葉、機(jī)艙、塔體和基礎(chǔ)同時建模，以模擬結(jié)構(gòu)自身構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)與其他介質(zhì)之間的動力相互作用，包括不同構(gòu)件(尤其是葉片與塔體)之間的動力相互作用、土－結(jié)構(gòu)動力相互作用、氣彈效應(yīng)等，并反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中、局部屈曲等細(xì)部特征?？傮w上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一體化建模的目的在于構(gòu)建精細(xì)化的結(jié)構(gòu)模型，把握準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)動力特性，獲取精確的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)Fig.1 Offshore wind turbine system

與陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不同的是，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組囿于環(huán)境條件，需要采用獨(dú)特的基礎(chǔ)形式，以滿足承載力與正常使用要求。重力式基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、多腳架基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)與高樁承臺基礎(chǔ)均為常見的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式，其中又以單樁基礎(chǔ)應(yīng)用最為廣泛。縱觀常見的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，大部分需要采用超大直徑鋼管樁。然而，由于土體動力弱化效應(yīng)、土塞效應(yīng)等現(xiàn)象的存在，迄今尚未出現(xiàn)適合超大直徑鋼管的樁土模型。由于在分析與設(shè)計過程中未全面考慮這些因素，已建成的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)(尤其是單樁基礎(chǔ))均出現(xiàn)了或多或少的傾斜現(xiàn)象。其中，部分風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)因傾斜過大，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)無法正常運(yùn)行。土體動力弱化效應(yīng)是指在循環(huán)荷載下樁周土體剛度隨著循環(huán)次數(shù)的增加而降低。文獻(xiàn)［14］明確規(guī)定需考慮該效應(yīng)，但未給出具體的分析方法。在考慮土體動力弱化效應(yīng)的分析方法中，最常見的是文獻(xiàn)［15］建議的p－y曲線分析法。首先，該法主要基于循環(huán)次數(shù)少于200次的現(xiàn)場實驗，而循環(huán)次數(shù)大于200次時，土體動力弱化現(xiàn)象并未終止［28-29］。其次，該法中的p－y曲線是基于小直徑樁基礎(chǔ)(樁徑小于1.5 m)現(xiàn)場實驗所得［30-31］，故而該法并不適用于超大直徑樁基礎(chǔ)(樁徑超過3 m)，且極有可能低估其動力響應(yīng)［32-33］。為此，Juirnarongrit和Ashford［34］研究了基樁尺寸對p－y曲線的影響，提出了考慮尺寸效應(yīng)的p－y曲線法，本文即采用此模型進(jìn)行分析。在有限元模型中，樁－土相互作用可采用彈簧單元來模擬：水平方向樁土相互作用采用水平彈簧，其剛度定義根據(jù)p－y曲線來求得；豎向樁土相互作用采用豎向彈簧，其剛度利用t－z曲線來確定；端部彈簧根據(jù)q－z曲線來確定其剛度。彈簧模型原理如圖2所示。

圖2 樁－土相互作用有限元模型Fig.2 Finite elementmodel of pile-soil interaction

3 工程實例

以我國東海海域某一具有可行性的場址為例，結(jié)合我國某知名風(fēng)機(jī)廠家提供的3.6 MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，進(jìn)行海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)分析。

3.1 工程地質(zhì)與海洋水文

本場地最大勘探揭露深度約為80 m，揭露的地基土層按地質(zhì)時代、成因類型、土性的不同和物理力學(xué)性質(zhì)的差異可分為7個大層，其中⑤層、⑦層各分為2個亞層，⑦1層又分為2個次亞層。各土層的埋藏條件及工程地質(zhì)特性詳見表1。海底較平緩，在潮流作用下以淤積為主，灘面表層主要為淤泥，局部夾薄層粉土。本建筑場地屬于Ⅳ類，場地沿線屬于抗震不利地段。

海底高程為－10.00～－10.67 m(國家85 m高程)，平均海平面高程0.23 m。平均高潮位為1.86 m，平均低潮位為－1.34 m，設(shè)計高潮位為2.55 m，設(shè)計低潮位為 －2.09 m。場址區(qū)相應(yīng)歷史最高潮位為4.02 m，歷史最低潮位為－2.87 m。本海區(qū)設(shè)計潮流流速中，表層流速為315 cm/s，中層流速為257 cm/s，底層流速為148 cm/s，流速平均值為239 cm/s。平均波高為2.83 m，波周期為7.76 s，波長為74.1 m，波速為9.55 m/s，累積率1％的波高H1％為5.81 m，累積率4％的波高H4％為5.06 m，累積率5％的波高H5％為4.82 m，累積率13％的波高H13％為4.24 m。

表1 地層特性表Tab.1 Formation characteristics

3.2 結(jié)構(gòu)模型

以我國某知名風(fēng)機(jī)廠家提供的W 3600M－116型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(裝機(jī)容量為3.6 MW)為例進(jìn)行分析。風(fēng)輪直徑為116 m，輪轂中心到塔低的高度為80 m，輪轂中心到平均海平面高度為90 m。組裝后風(fēng)輪的質(zhì)量為95 t，機(jī)艙質(zhì)量為140 t，塔筒共4節(jié)，總質(zhì)量為284 t，塔筒頂部直徑為3.815 m，塔頂壁厚為66 mm，底部直徑為5 m，塔底壁厚為88 mm?；A(chǔ)采用單樁基礎(chǔ)，鋼管樁直徑6 m，樁長65 m，壁厚75 mm，入土深度約50 m，樁尖高程為－62 m，樁尖進(jìn)入第⑦2層粉細(xì)砂層，樁頂高程為3 m。操作平臺高程為11 m。單樁基礎(chǔ)與塔筒之間設(shè)連接段鋼管過渡，連接段鋼管四周設(shè)置靠船設(shè)施、鋼爬梯及平臺等，連接段鋼管頂面通過法蘭與風(fēng)機(jī)塔筒連接，連接段鋼管下端通過高強(qiáng)灌漿連接方式與鋼管樁連接，并設(shè)置剪力栓。整體結(jié)構(gòu)尺寸如圖3(a)所示。

以大型通用有限元軟件ANSYS為建模平臺，建立海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一體化有限元模型，如圖3(b)所示。因葉片和塔筒1個方向的尺寸與另外2個方向的尺寸相差較大，同時葉片在工作狀態(tài)下具有顯著的應(yīng)力剛化現(xiàn)象，故葉片和塔筒都采用了能較好體現(xiàn)這些特征的八節(jié)點(diǎn)殼體單元(SHELL 91)。在整體分析過程中，機(jī)艙及其內(nèi)部構(gòu)件可視為一個整體，可借助梁單元(BEAM 189)來模擬。單樁基礎(chǔ)依據(jù)PIPE 59單元和PIPE 16單元共同來體現(xiàn)。PIPE 59單元專門用于模擬浸沒在水中的桿件，可以很好地模擬海浪、海流對單樁基礎(chǔ)的作用。因此，采用PIPE 59單元模擬單樁基礎(chǔ)在水中的部分，對于泥面以下樁柱則采用PIPE 16單元來模擬。如前文所述，樁土相互作用通過非線性彈簧單元COMBIN 39來刻畫。在有限元模型中，劃分的PIPE 59單元和PIPE 16單元尺寸為0.1 m，COMBINE 39彈簧單元每隔0.5 m設(shè)置1組，遇土層分界點(diǎn)加設(shè)1組彈簧單元。

圖3 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體結(jié)構(gòu)Fig.3 Integrated model of offshore w ind turbine system

3.3 結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析

依據(jù)擬建風(fēng)電場址的風(fēng)場以及水文地質(zhì)資料，可確定其基本風(fēng)速 u為31.2 m/s(對應(yīng)風(fēng)壓為0.6 kPa)，地面粗糙度z0可取為1 mm［13］，波浪峰值頻率ωP為0.566，譜峰值調(diào)整系數(shù)γ為8.274，譜峰頻率調(diào)整系數(shù)μ為1.728，譜形參數(shù)σL和σR分別為0.161和0.764。依據(jù)上述物理方法，模擬特定環(huán)境條件下的風(fēng)速時程(圖4)、風(fēng)壓時程(圖5)、水質(zhì)點(diǎn)速度時程(圖6)、水質(zhì)點(diǎn)加速度時程(圖7)以及波浪力時程(圖8)，將風(fēng)壓時程、波浪力時程作用于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一體化結(jié)構(gòu)模型上，利用有限元動力分析方法，進(jìn)行在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析，可獲得泥面處的水平位移動力時程響應(yīng)、平臺處的水平位移時程響應(yīng)、樁身彎曲應(yīng)力時程響應(yīng)分別如圖9～11所示，并進(jìn)而獲得結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)最值(表2)。在分析過程中，采用瑞利阻尼［35］?？紤]到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的底阻尼特性，結(jié)合美國學(xué)者Prowell等的實驗結(jié)果［36-37］，本文取阻尼比0.6％。

根據(jù)西歐各地區(qū)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計與施工經(jīng)驗，單樁基礎(chǔ)適用于水深約為15m、地基土為中等密實土體及土層的內(nèi)摩擦角在30°以上的環(huán)境條件。事實上，西歐各地區(qū)能滿足上述條件的海域頗為寬廣，加上單樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性與簡潔性，單樁基礎(chǔ)在諸多海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中應(yīng)用最為廣泛。與之不同的是，我國各海域的地質(zhì)條件較為薄弱，例如，本海域海床上部土層為粉質(zhì)粘土及粉砂，地基剛度相對較小。為了驗證對單樁基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理的必要性，本文就地基未處理以及地基處理2種情況進(jìn)行了對比分析(表2)：(1)地基未處理，按原有地質(zhì)條件進(jìn)行分析；(2)地基處理，對海床5 m深度范圍內(nèi)的土體進(jìn)行注漿碎石加固，圍繞樁身位置填筑出一個高約為5 m、頂邊半徑為15 m、坡度為1∶1的圓臺體，碎石頂表面鋪1層高強(qiáng)土工網(wǎng)裝碎石(直徑大于150 mm的碎石占80％以上)以防水流沖刷。研究表明，若未進(jìn)行地基處理，泥面處水平位移以及平臺處水平位移均偏大，從而引起單樁基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)角偏大，最終導(dǎo)致海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傾斜過度而無法正常運(yùn)行。值得說明的是，在實際工程中，這種由單樁基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角過大而導(dǎo)致海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無法正常運(yùn)行的現(xiàn)象屢見不鮮。究其原因，在于對海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的動力效應(yīng)與時間效應(yīng)認(rèn)識不足，尚未明確2種效應(yīng)導(dǎo)致的地基弱化現(xiàn)象。為此，有必要研究海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的精細(xì)化荷載模型與結(jié)構(gòu)模型(尤其是樁土模型)，并輔以必要的地基處理方法，方可確保結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定。

4 結(jié)論

(1)基于隨機(jī)過程的隨機(jī)函數(shù)描述，給出了風(fēng)速與海浪隨機(jī)物理模型，即隨機(jī)Fourier風(fēng)速譜與隨機(jī)Fourier海浪譜。依據(jù)隨機(jī)物理模型中共有隨機(jī)變量的耦聯(lián)關(guān)系，提出了基于物理機(jī)制的風(fēng)浪耦合方法。

(2)鑒于海上風(fēng)電機(jī)組單樁基礎(chǔ)采用超大直徑管樁，引入了適用于超大直徑管樁的樁土相互作用機(jī)制，構(gòu)建了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一體化結(jié)構(gòu)模型。

(3)以我國東海海域某具有可行性的場址為例，結(jié)合我國某知名風(fēng)機(jī)廠家提供的3.6 MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，進(jìn)行海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)分析，并對工程設(shè)計給出了若干建議。

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