长周期海域地震作用下近海单桩式风机结构响应与荷载预测分析

杨庆超; 柏晓东; 高永新; 孔凡

应用力学学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (1) : 182 -191.

杨庆超, 柏晓东, 高永新, 孔凡

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摘要

海上风机结构向高柔化、深水化发展，海域地震动存在着显著的长周期成分，将对风机结构安全形成巨大威胁。为了探索海域长周期地震动作用下海上风机的结构动力响应特性，本研究以美国可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）开发的5 MW单桩固定式风力发电机作为研究对象，首先基于K-NET数据库并结合海域地震动长周期成分特性指标β_l将海域地震动进行分类；随后运用OpenFAST开源软件，考虑湍流风-地震联合作用时正常运行、停放风机和紧急停机3种工况，提取并分析了风力机的塔体运动响应和塔体地震荷载，重点关注了海域地震动长周期成分效应的影响；最后，基于已有荷载预测模型，并根据海域地震动长周期特性影响效应，提出了一种精度更高的塔身极端荷载预估模型。结果表明：海域长周期地震动作用下风机的塔体运动响应和塔体地震荷载都远大于常规地震动作用下的结果；当地震强度较小时，气动作用使结构响应增大，当地震强度较大时，气动作用中的阻尼效应使塔架的结构响应降低；考虑地震动长周期效应提出的荷载预估模型能用于更精确的海域地震动作用下塔架极端荷载计算。