摘要
在经济飞速发展的今天，人类对于能源的需求量越来越大。然而，化石能源的大量消耗，严重加剧了环境污染，寻求清洁的可再生能源成为越来越多国家的迫切需要。风能因其蕴量巨大、可再生、无污染和装机规模灵活等优点开始慢慢进入人们的视野，越来越多的国家也开始加大对风力发电的投入，使得风力发电在近些年来得到飞速发展。相比于陆上风电，海上风电具有发电功率高、不占用土地资源和环境影响小等优点。当前，海上风电主要位于近海区域，主要采用固定式基础。单桩基础，作为一种固定式海上风机基础型式，是目前应用最为广泛的固定式基础型式。单桩基础具有较好的土质适应性，且设计、建造相对简单等优点。目前，随着风机功率的增加，单桩基础直径已达到8-10m。随着风机功率的进一步增大（15MW以上），以及单桩基础建造和运输能力的提升，单桩基础的直径将会进一步增大（达12m）。因此，有必要开展大直径单桩基础海上风机动力响应特性的研究，故本文结合国内外大直径单桩基础的设计规范及工程经验，提出了一套海上风电大直径单桩基础的设计方案，并对其进行了校核，随后建立采用不同桩-土作用和施加不同地震波的耦合计算模型，进行数值仿真，以探究它们在风浪流联合作用下对单桩基础动力响应的影响。 本文的主要研究内容概述如下： （1）根据单桩基础所处海域水位、风、浪、流和土体的实测参数，依据国内外相关设计规范，提出了一套大直径单桩基础海上风机设计方案，关键参数主要包括：单桩基础直径、壁厚、变径段和入泥深度，并选取荷载分项系数和校核工况，对所提出的方案进行校核，校核包括应力和承载力、位移、转角和沉降校核。 （2）建立大直径单桩基础海上风机耦合计算模型，包括叶片、转子机舱组件、伺服控制、塔筒、单桩基础和桩-土相互作用，并分别采用等效桩边界和耦合弹簧边界来模拟桩-土相互作用，并根据工程海域实测数据设计计算工况，开展自由衰减和风浪流联合作用，探究不同桩-土相互作用对大直径单桩基础海上风机不同运行状态下塔顶位移、塔基弯矩和基底倾覆力矩时程和频域的影响。 （3）设计地震工况，对所建立的大直径单桩基础耦合计算模型同时施加地震荷载和风浪流荷载，并考虑风机故障的发生，地震波分别为Chichi波和ElCentro波，以探究不同地震波、不同桩-土相互作用对大直径单桩基础海上风机不同运行状态下塔顶位移、塔基弯矩和基底倾覆力矩时程和频域的影响。
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