Page 58 - 《振动工程学报》2025年第11期

2516 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

z hub =93 m z hub =84 m z hub =84 m

水位线=24 m

L P =33 m L P =33 m L P =24 m 桩-土相互

作用

算例A 算例B 算例C

图 10 三种不同结构尺寸的单桩支承海上风机数值模型示意图
Fig. 10 Schematic for three cases of monopile-supported OWTs with different structural dimensions

位移及转角（θ A 、θ B 、θ C ）。可以发现，算例 的结构
−120
A
算例A 残余转角稍小于算例 B。两者的桩长相同，桩-土相
−100 算例B
算例C 互 作 用 接 近， 但 前 者 的 结 构 动 力 响 应 峰 值 小 于 后
−80
者。这说明结构动力响应峰值也会影响其残余变形
高程 / m −60 大小，即地震过程中结构动力响应越大，其残余变形
−40
趋向于越大。
−20 算例 C 的桩长小于算例 B，其结构残余转角显著

0 大于算例 B。这表明冲刷直接使桩长变短，导致桩-
土相互作用削弱，桩周土抗力减小，进而增大了结构
20
的残余变形。
40
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 上述分析揭示了结构动力响应和残余变形均受
侧向位移包络 / m 到结构 阶自振频率和桩-土相互作用的联合影响。
(a) 侧向位移包络 1
(a) Lateral displacement envelopes
−120 3.4 自振频率与桩-土相互作用的联合影响机理
算例A
−100 算例B 前文研究表明冲刷通过影响两个因素，即结构
算例C
−80 1 机整体结构动力响应和残余变形产生影响。此外，冲
阶自振频率和桩-土相互作用，对单桩支承海上风
高程 / m −60 刷的影响需要结合输入地震动的卓越频率来分析。
−40

−20 当地震动属于高频地震动，卓越频率显著大于
结构 1 阶自振频率时，随冲刷深度增大：
0
θ A =0.057° （1）结构 1 阶自振频率与地震动卓越频率的相对
20 θ B =0.062°
θ C =0.163° 差异增大，桩-土相互作用削弱，两因素均会减小结
40 构最大变形、转角和弯矩，导致结构动力响应峰值
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
侧向残余位移 / m 单调减小，如图 6(a)~(l) 所示；
(b) 侧向残余位移 （2）两因素对结构残余变形的作用相反，前者趋
(b) Lateral residual displacement

向于减小残余变形、后者趋向于增大残余变形，所
图 11 受 G2 作用的算例 A、B、C 地震响应
以残余变形随冲刷深度增大非单调变化，如图 7(a)~
Fig. 11 Seismic responses of Cases A, B and C subjected to G2
(d) 所示。
其结构动力响应峰值。从地震能量传递的角度来 当地震动属于长周期，卓越频率显著小于结构
看，冲刷导致桩-土接触面积减小，地震动传递至单桩 1 阶自振频率时，随冲刷深度增大：
基础的能力减弱，因此导致结构动力响应峰值降低。 （1）结构 1 阶自振频率与地震动卓越频率的相对
如图 11(b) 所示，对比了 3 个算例结构侧向残余 差异减小，共振效应增强，桩-土相互作用削弱，两因