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1.
海上风机结构系统频率是海上风机结构和基础设计考虑的关键因素之一,桩-土相互作用对海上风机结构系统频率影响显著。基于欧拉-伯努利梁理论和传递矩阵方法,考虑水-桩-土相互作用及塔筒变截面特性,建立单桩式海上风机结构系统横向振动自振频率特征方程;将桩-水相互作用等效为附加质量、桩-土相互作用等效为线性弹簧,变截面塔筒等效为多段均匀梁,利用MATLAB中fsolve函数求解固有频率。通过与有限元分析结果进行对比,验证本文方法精度与有效性,并将本文方法应用于实际工程中,研究桩基础埋深、上部质量、转动惯量和桩-水相互作用对单桩式海上风机结构系统自振频率的影响。 相似文献
2.
系统自振频率限制是海上风机结构设计中的一个关键因素。运行状态下风机动力荷载会引起基础的水平侧移,较大的水平侧移会导致基础刚度的降低,进一步影响风机系统的自振频率。该文基于有限元软件ABAQUS平台,建立单桩式海上风机结构系统的自振频率数值模型,并讨论运行状态下基础水平侧移对大直径海上风机系统自振频率的影响。模型中考虑了塔筒的变截面特性;桩-土相互作用通过p-y曲线方法模拟;桩和塔采用梁单元模拟;通过Pushover分析汇总出水平侧移引起的桩顶水平刚度。研究结果表明:桩基侧向位移会降低风机结构体系的自振频率;桩基侧向位移对基频的影响较小,对高阶频率的影响显著;大直径海上风机的频率计算中可忽略风机运行状态对体系自振频率的影响。 相似文献
3.
通过对群桩-土-偏心结构相互作用体系振动台试验,分析了结构偏心效应对相互作用体系自振特性、地基振动和桩基变形的影响规律。试验结果表明:地基土的加入使得相互作用体系前两阶自振频率相差增大,平扭振动耦联程度降低,体系阻尼比明显增加;结构偏心效应增大了角桩的加速度响应,高出同深度边桩测点10～15%,桩身振动频率特性较场地土有明显差别;角桩变形幅度较边桩更为突出,桩长范围内角桩应变峰值始终大于边桩测点,两者相差在桩顶附近达到最大;桩间土承担了部分扭转效应,角桩较边桩应变增幅约为对应位置筏板位移增幅的一半;土的动力放大特性与以往研究规律相近,结构偏心效应对地基整体振动产生的影响不很明显;桩土界面动力响应与筏板平动位移时程相对应,且随深度的增加而逐步增大。 相似文献
4.
桩-土-结构动力相互作用的线弹性地震反应分析 总被引：17，自引：2，他引：17
采用集中质量法(简化模型)，用ANSYS软件作为桩—土—结构动力相互作用分析的工具，建立了小震下钢筋混凝土剪切型结构考虑桩—土—结构动力相互作用效应的计算模型，进行了桩—土—结构相互作用线性体系的模态分析，研究了考虑桩—土—结构相互作用体系的自振特性；进行了小展下桩—土—结构相互作用体系弹性地震反应时程分析，研究了土—结构动力相互作用效应对结构地震反应的影响；得出如下结论；考虑桩—土—结构相互作用效应后，结构体系的自振特性及结构的地震反应将有所改变。 相似文献
5.
结构-地基动力相互作用体系振动台模型试验研究 总被引：81，自引：20，他引：61
本文设计实现了结构－地基动力相互作用体系的振动台试验,通过试验研究了动力相互作用体系的地震动反应的主要规律,由于动力相互作用的影响,软土地基中相互作用体系的频率远小于刚性地基上不考虑结构－地基相互作用的结构频率,而阻尼比例则远大于结构材料阻尼比,软上地基对地震动走滤波和隔震作用,由于上部结构的振动反馈,基底地震动与自由场地震动不相同,上部结构柱顶加速度反应主要由基础转动引起的摆动分量组成,平均分量次之,而弹性变形分量很小,桩身应变幅值呈桩顶大,桩尖小的倒三角形分布,桩上接触压力幅值呈桩顶小,桩尖大的三角形分布,试验表明,结构－地基动力相互作用对体系地震反应的影响是很是显著的,本试验为验证理论与计算分析的研究成果,改进或提出合理的计算模型和分析方法,提出了丰富的试验数据,为进一步研究奠定的基础。 相似文献
6.
工程上广泛采用基于Winkler模型的层状地基反力系数法对桩土水平动力响应进行分析,该方法忽略了地基土剪切作用的影响,与工程实际有一定偏差。另外,对桩土的非线性相互作用和如扩底桩、楔形桩等变截面桩问题常用的传递矩阵法或中心差分法,计算过程较为繁琐。基于Pasternak地基模型和Adomian分解方法,提出一种考虑地基土剪切作用的桩土水平动力相互作用近似计算方法,该方法计算简便且结果精度较高,对变截面桩问题有很好的适用性;并基于该方法,对扩底桩水平动力响应问题和影响因素进行分析。结果指出,扩底半径和上部桩周土弹性模量对扩底桩水平动力响应影响较大,随着扩底半径的增加和桩周土弹性模量的增大,扩底桩水平振动位移幅值逐渐减小。另外,在较低频率的荷载激励下,应考虑土层对桩的剪切作用。 相似文献
7.
本文对卵形消化池-桩-土相互作用进行地震反应分析。从分枝模态——二步分析法的基本概念入手,将卵形消化池简化为振动特性和实际结构相同的简化结构,求得上、下部结构之间的耦合项,将耦合项和地震动一起组成修正地震动,以此作为刚性地基上卵形消化池地震反应分析的地震输入,从而求得考虑相互作用影响的卵形消化池地震反应。计算结果表明,在罕遇地震作用下,虽然部分土体进入塑性,池体仍处于弹性工作阶段,并且考虑相互作用影响后得到的卵形消化池地震反应,无论是池体位移还是池壁内力均要小于不考虑相互作用的。本文为解决复杂的卵形消化池-桩-土相互作用问题提供了一种较为实用的分析方法。 相似文献
8.
拱坝与地基的动力相互作用对拱坝的振动特性与地震反应有重要的影响。本文着重讨论地基的弹性与惯性相互作用问题。弹性相互作用主要指地基的弹性动力变形对拱坝自振特性的影响;惯性相互作用主要指地基质量的惯性对拱坝自振特性与坝体反应的影响。文中除用反应谱方法外,还用反应历程法对上述影响进行了讨论。 相似文献
9.
单桩水平及水平-摇摆耦合振动分析 总被引：1，自引：0，他引：1
采用Novak薄层法,分析了单桩的水平及水平-摇摆耦合振动。然后,引进Novak和韩英才的边界层理论,全面分析和对比了匀质弹性、匀质粘弹性和非匀质粘弹性地基中单桩的动力阻抗,考察了各种因素对单桩动力阻抗的影响程度。在推导单桩水平动力阻抗的过程中,采用克雷洛夫函数和初参数法求解单桩的水平振动微分方程,从而能够方便地考虑桩长和桩底土对单桩动力阻抗的影响。计算表明,当桩的长径比较小时,桩底土对单桩动力阻抗有重要的影响。 相似文献
10.
本文对无限层弹性地基中单桩基础通过特性分析建立了合理的软科学模型，按分层弹性地基土模型对桩进行动力分析，给出了桩基础轴向自振特性及在竖向地震载荷与动力载荷作用了强迫反应的解析解，文中的解析公式为无限层弹性地基中的单桩基础轴向地震反应分析提供了一种新的解析方法。 相似文献
11.
Preliminary design of offshore wind turbines requires high precision simplified methods for the analysis of the system fundamental frequency. Based on the Rayleigh method and Lagrange's Equation, this study establishes a simple formula for the analysis of system fundamental frequency in the preliminary design of an offshore wind turbine with a monopile foundation. This method takes into consideration the variation of cross-section geometry of the wind turbine tower along its length, with the inertia moment and distributed mass both changing with diameter. Also the rotational flexibility of the monopile foundation is mainly considered. The rigid pile and elastic middle long pile are calculated separately. The method is validated against both FEM analysis cases and field measurements, showing good agreement. The method is then used in a parametric study, showing that the tower length Lt, tower base diameter d0, tower wall thickness δt, pile diameter db and pile length Lb are the major factors influencing the fundamental frequency of the offshore wind turbine system. In the design of offshore wind turbine systems, these five parameters should be adjusted comprehensively. The seabed soil condition also needs to be carefully considered for soft clay and loose sand. 相似文献
12.
Offshore wind turbines (OWTs) are dynamically loaded structures and therefore the estimation of the natural frequency is an important design calculation to avoid resonance and resonance related effects (such as fatigue). Monopiles are currently the most used foundation type and are also being considered in deeper waters (>30 m) where a stiff transition piece will join the monopile and the tapered tall tower. While rather computationally expensive, high fidelity finite element analysis can be carried to find the Eigen solutions of the whole system considering soil–structure interaction; a quick hand calculation method is often convenient during the design optimisation stage or conceptual design stage. This paper proposes a simplified methodology to obtain the first natural frequency of the whole system using only limited data on the WTG (Wind Turbine Generator), tower dimensions, monopile dimensions and the ground. The most uncertain component is the ground and is characterised by two parameters: type of ground profile (i.e. soil stiffness variation with depth) and the soil stiffness at one monopile depth below mudline. In this framework, the fixed base natural frequency of the wind turbine is first calculated and is then multiplied by two non-dimensional factors to account for the foundation flexibility (i.e. the effect of soil–structure interaction). The theoretical background behind the model is the Euler–Bernoulli and Timoshenko beam theories where the foundation is idealised by three coupled springs (lateral, rocking and cross-coupling). 10 wind turbines founded in different ground conditions from 10 different wind farms in Europe (e.g. Walney, Gunfleet sand, Burbo Bank, Belwind, Barrow, Kentish flat, Blyth, Lely, Thanet Sand, Irene Vorrink) have been analysed and the results compared with the measured natural frequencies. The results show good accuracy (errors below 3.5%). A step by step sample calculation is also shown for practical use of the proposed methodology. 相似文献
13.
海上风机是一种高柔性海洋结构物,其支撑结构的动力响应对风、浪、流等环境因素、风机荷载及基础刚度的影响异常敏感。建立基础-塔架-顶部集中质量为一体的风机简化计算模型,在底部弹性约束条件下考虑水平刚度和转动刚度之间的耦合。基于改进后的计算模型、经典微分方程及其边界条件,通过对方程的求解,系统研究底部基础刚度和顶部竖向轴压等设计参数对结构前四阶自振频率的影响规律。本文研究结论在一定程度上可揭示风机运行过程中因基础刚度变化而引起的支撑结构动力特性变化规律,可为今后实际工程中风机基础、支撑结构的选型及设计提供相关启示。 相似文献
14.
Estimating the natural frequencies of a wind turbine system consisting rotor, nacelle, tower, foundation and surrounding soil is one of the important design considerations. This paper experimentally investigates the behaviour of a model wind turbine supported on a particular type of foundation called a monopile. Monopile is a single large diameter (2.5–4 m) long slender column inserted deep into the ground. This can be thought of as an extension of the wind turbine tower. In particular, the role of soil/foundation in the dynamics of wind turbines has been investigated. Analytical methods are developed incorporating the rotational and translation flexibility of the foundation. Novel experimental techniques have been developed to obtain the parameters necessary for the analytical model. The analytical model is validated using a finite element approach and experimental measurements. In total, results from 17 test cases is reported in the paper. Experimental results show that the natural frequencies and the damping factors of the wind turbine tower change significantly with the type of soil/foundation. Analytical results for the natural frequencies agree reasonably well to the experimental results and finite element results. 相似文献
15.
采用ABAQUS有限元分析软件,分别对基于刚性地基假定的环板基础、考虑土-结构动力相互作用的环板基础和桩基础超大型冷却塔模型进行了模态分析、弹性和弹塑性时程分析,研究了土-结构动力相互作用和基础形式对超大型冷却塔结构动力特性和地震反应的影响。结果表明:当考虑相同阶数的振型时,刚性地基模型的振型参与质量系数最小。地震作用下,刚性地基模型和桩基础模型的加速度响应、支柱内力、塔壳混凝土主应力等一般比考虑土-结构动力相互作用的环板基础模型偏大,但塔顶水平位移偏小。土-结构动力相互作用比基础形式对冷却塔动力特性以及地震反应的影响更大,且二者对冷却塔竖向振动的影响比水平向大。三种模型计算所获得的冷却塔薄弱部位均集中于支柱,且支柱最大侧移角相差不大。 相似文献
16.
扩底桩基础在承受水平风浪荷载时,基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。基于有限元程序ABAQUS,针对近海风机单桩基础受力特点,分别建立扩底桩和等直径桩的有限元模型,着重分析扩底桩受风浪荷载时桩周土的应力特征,并对扩底桩和等直径桩桩周土的应力主轴旋转角度规律进行对比分析。结果表明:扩底桩在承受风浪荷载时,上部桩桩周土偏应力和主应力方向角的变化较为明显,扩底段部分桩周土受动荷载的影响较中段更为明显;随着桩周土与扩底桩距离的增加,桩周土主应力方向角旋转幅值逐渐减小,直到减小为一个较为稳定的值;扩底桩桩周土与等直径桩桩周土的主应力方向角旋转幅值变化规律有所不同。 相似文献
17.
A comprehensive study is performed on the dynamic behavior of offshore wind turbine (OWT) structure supported on monopile foundation in clay. The system is modeled using a beam on nonlinear Winkler foundation model. Soil resistance is modeled using American Petroleum Institute based cyclic p–y and t–z curves. Dynamic analysis is carried out in time domain using finite element method considering wind and wave loads. Several parameters, such as soil–monopile–tower interaction, rotor and wave frequencies, wind and wave loading parameters, and length, diameter and thickness of monopile affecting the dynamic characteristics of OWT system and the responses are investigated. The study shows soil–monopile–tower interaction increases response of tower and monopile. Soil nonlinearity increases the system response at higher wind speed. Rotor frequency is found to have dominant role than blade passing frequency and wave frequency. Magnitude of wave load is important for design rather than resonance from wave frequency. 相似文献
18.
风电塔是一种顶部有较大偏心质量的高耸薄壁悬臂结构,以某1.5MW水平轴三叶片风电塔为研究对象,重点关注风电塔振动台试验缩尺模型设计。根据量纲分析理论和相似条件,基于模型质量分布和刚度分布等效原则,设计模型塔筒截面及附加质量,保证模型与原型结构自振频率和振型相似。通过对比分析模型动力特性测试结果与原型实测结果,验证了该模型设计方法的合理性,可为同类型风电塔振动台试验设计提供参考与依据。针对该柔性对称高塔模型在动力特性测试中出现的正交耦合振动及拍振现象也进行了详细阐述。 相似文献