Page 54 - 《振动工程学报》2025年第11期

2512 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

(a) 6.0 G1 0.5 Hz正弦型 (b) 6.0 G2 1.5 Hz正弦型

加速度 / (m·s −2 ) −3.0 0 PGA=0.2g 加速度 / (m·s −2 ) −3.0 0 PGA=0.2g
3.0
3.0

−6.0 卓越频率=0.50 Hz −6.0 卓越频率=1.50 Hz
0 10 20 30 0 10 20 30
时间 / s 时间 / s
(c) 6.0 G3 Loma Prieta (d) 6.0 G4 Northridge
加速度 / (m·s −2 ) −3.0 0 PGA=0.4g 加速度 / (m·s −2 ) −3.0 0 PGA=0.4g
3.0
3.0

−6.0 卓越频率=0.55 Hz −6.0 卓越频率=2.24 Hz
0 10 20 30 0 10 20 30
时间 / s (f) 时间 / s
(e) 6.0 G5 Mexico City 30 G1
加速度 / (m·s −2 ) −3.0 0 PGA=0.08g 加速度反应谱 / (m·s −2 ) 20 G2
3.0
G3
G4
10
G5
−6.0 卓越频率=0.25 Hz 0
0 60 120 180 0 1 2 3 4 5
时间 / s 周期 / s

图 5 挑选的地震动
Fig. 5 Selected seismic ground motions

越频率范围，有助于全面分析冲刷对不同地震动作
3 冲 刷 对 单 桩 支 承 海 上 风 机 地 震 响 应
用下地震响应的影响。

的 影 响 机 理
2.3 数值模拟工况

本文共设计了 22 组数值模拟工况，以系统评估 3.1 不同冲刷条件下海上风电单桩-海床-结构地震响应
不同冲刷条件下海上风电单桩-海床-结构体系的地
本节分析了不同冲刷条件下海上风电单桩-海
震响应特性。如表 4 所示，工况 1~20 对应 4 种冲刷
床-结构地震响应，包含结构动力响应（结构侧向位
深度（S d = 0, 0.5D P ，1.5D P ，2.5D P ），分别施加 5 条地震
移、转角和弯矩）与结构残余变形（结构残余位移和
动（G1~G5）。工况 21 和 22 则在相同地震动 G2 作用
转角）。如图 6 所示，展示了不同冲刷深度（S d = 0，
下，仅改变轮毂高程和桩长，分别用于分析结构自振
0.5D P ， 1.5D P ， 2.5D P ） ， G1~G5 作 用 下 的 结 构 侧 向 位
频率与桩-土相互作用的影响。
移、转角及弯矩包络。纵坐标取向下为正，z = 0 对
应冲刷前海床表面高程。结果表明，冲刷深度对整
表 4 数值模拟工况
体结构地震响应有显著影响。在 G1~G4 作用下，结
Tab. 4 Numerical simulation cases
构最大位移、转角和弯矩随冲刷深度的增加而单调
工况序号 输入地震动 冲刷深度 轮毂高程/m 桩长/m
减小；在 G5 作用下，则呈现相反趋势，所有结构动力
1~4 G1
5~8 G2 响应峰值随冲刷深度增加而单调增大。G5 属于远
0、0.5D P 、1.5D P 、
9~12 G3 84 33 场长周期地震动，卓越频率仅为 0.25 Hz，而其余地震
2.5D P
13~16 G4
动卓越频率相对较高。这说明结构的动力响应受冲
17~20 G5
刷条件与地震动特性的共同影响。
21 G2 0 93 33
在地震动输入结束后，模型在无荷载作用下继
22 G2 0 84 24
续计算 20 s，以获得结构侧向位移沿高程的分布。如
需要说明的是，本文未考虑风机气动载荷和波 图 7 所示，展示了 G1~G5 作用下，考虑不同冲刷深度
浪载荷作用，该简化旨在聚焦分析海上风电单桩-海 的结构侧向残余位移分布。同时，图中还给出了残
床-结构的地震响应特性。然而，为了更全面地反映 余位移曲线的斜率，分别记为 θ 1 、θ 2 、θ 3 和 θ 4 ，代表在
海上风机在实际服役环境下的受力特征，未来研究 不同冲刷深度下的整体结构残余转角。结果表明，
可进一步引入风-浪-震耦合作用进行分析。 在 G1~G4 作用下，结构的最大残余位移和残余转角