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考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究

李芬 王屹之 洪子博 胡丹

李芬,王屹之,洪子博,等. 考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究[J]. 水利水运工程学报,2022(4):123-130. doi:  10.12170/20210630001
引用本文: 李芬,王屹之,洪子博,等. 考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究[J]. 水利水运工程学报,2022(4):123-130. doi:  10.12170/20210630001
(LI Fen, WANG Yizhi, HONG Zibo, et al. Seismic fragility of offshore wind turbine considering scour depth[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 123-130. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210630001
Citation: (LI Fen, WANG Yizhi, HONG Zibo, et al. Seismic fragility of offshore wind turbine considering scour depth[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 123-130. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210630001

考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究

doi: 10.12170/20210630001
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(WUT2021IVA009)
详细信息
    作者简介:

    李 芬(1974—),女,福建浦城人,教授,博士,主要从事海洋岩土工程研究。E-mail:jessilifen@126.com

    通讯作者:

    胡 丹(E-mail:hudan1989.happy@163.com )

  • 中图分类号: TU473

Seismic fragility of offshore wind turbine considering scour depth

  • 摘要: 在地震和波浪等复杂环境荷载作用下,海上风机的桩周冲刷和地震动水压力会显著影响海上风机的动力响应。建立了考虑地震动水压力及桩周冲刷效应的海上风机非线性动力计算模型,首先基于场地相关反应谱选取了34条地震动记录,通过多条带分析方法获取了不同工况下海上风机的地震易损性曲线,进一步讨论了地震动水压力和冲刷深度对海上风机地震易损性的影响。研究表明:在一般设防烈度下,冲刷深度对海上风机受到地震荷载作用时能否正常工作有显著影响,对风机发生永久性破坏概率的影响较小;而动水压力对海上风机4种极限状态下的地震易损性的影响均较小。海上风机易损性分析可为海上风机的抗震设计提供一定的理论指导,并具工程应用价值。
  • 图  1  地震和冲刷联合作用海上风机数值模型(单位:m)

    Figure  1.  Numerical model of offshore wind turbine under earthquake load and scour conditions (unit: m)

    图  2  目标反应谱与平均反应谱

    Figure  2.  Target response spectrum and average response spectrum

    图  3  第一极限状态DS1下不同工况的MSA分析结果

    Figure  3.  MSA analysis results of the first limit state DS1 under different working conditions

    图  4  4种极限状态下海上风机地震易损性曲线

    Figure  4.  Seismic fragility curves of offshore wind turbine under four limit states

    表  1  风机构件参数

    Table  1.   Parameters of turbine

    序号构件名称尺寸等效密度/(kg·m−3
    1机舱4 m×4 m×9 m720
    2塔筒(上段)$ \varphi $ (3.4~2.6) m×30 m180
    3塔筒(中段)$ \varphi $ (4.0~3.4) m×30 m173
    4塔筒(下段)$ \varphi $ 4.0 m×10 m264
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    表  2  数值模型的材料参数

    Table  2.   Material parameters of numerical model

    材料名称密度/
    (kg·m−3)
    弹性模量/
    kPa
    泊松比黏聚力/
    kPa
    内摩擦角/°
    Q345钢7 8502.06×1080.27
    黏土7242.18×1030.38102.4
    粉砂1 1308.00×1040.33022
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    表  3  极限状态指标

    Table  3.   Index of the limit state

    极限状态代号极限状态标准临界响应值
    DS1 塔顶最大位移超过1.25% 塔身高度 0.925 m
    DS2 桩顶转角超过0.5° 0.5°
    DS3 震后塔顶最大位移超过1%塔身高度 0.74 m
    DS4 材料超过弹性极限对应的截面弯矩 158 MN·m
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    表  4  海上风机地震易损性参数

    Table  4.   Seismic vulnerability parameters of offshore wind turbine

    极限状态工况θβ
    塔顶最大位移超过
    1.25%塔身高度
    1 −0.59 0.72
    2 −0.61 0.71
    3 −0.90 0.69
    桩顶转角超过0.5° 1 0.64 1.07
    2 0.64 1.07
    3 0.27 1.25
    震后塔顶最大位移超过
    1%塔身高度
    1 1.32 1.53
    2 1.18 1.43
    3 0.95 1.32
    材料超过弹性极限
    对应的截面弯矩
    1 1.76 1.12
    2 1.10 0.65
    3 1.43 1.14
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-30
  • 网络出版日期:  2022-07-02
  • 刊出日期:  2022-08-23

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