第五章 结论与展望 ............................... 67
5.1 结论 ............................. 67
5.2 展望 .................................. 67
第四章 横观各向同性海床土中斜群桩支承风机地震响应研究
4.1 引言
近海风电机组体型庞大，其基础受到巨大的风机倾覆力矩和波浪、水流、地震等复杂荷载的耦合作用，对基础承载和变形提出较高要求。群桩高承台基础承载能力强，设计相对简单且施工技术要求较低，已广泛应用于我国大型海上风电机组的基础设计中。对于群桩高承台基础，桩可采用竖直桩和斜桩两种形式。相比于竖直桩，斜桩可将承受的部分水平力转化为斜桩的轴力，因而可承受较大的水平荷载。
诸多学者借助于数值模拟或试验方法开展了直桩与斜桩高桩承台基础及上部结构在地震荷载作用下的动力响应特性研究。李颖等[117]通过 ABAQUS 非线性有限元软件分析了地震作用下全直桩码头和两种斜桩码头的位移和内力的弹塑性时程变化规律。武崇福等[118]研究了高桩承台-土-框架结构的 ANSYS 有限元模型在波浪与地震联合作用下的内力与变形。袁宇等[103] 采用 Morison 方程计算地震动水压力和非线性弹簧模拟桩土作用，通过近海风机高桩平台有限元模型分析了地震动水压力的影响和不同倾斜方位斜桩与直桩的受力差异。宋波等[119]通过室内振动台试验，研究了远场地震动和近场地震动下钢管直桩和斜桩高桩码头结构的动力响应和桩基震损模式。孔德森[120]等利用 FLAC3D有限差分软件建立了斜直交替群桩－土－结构的数值模型，并分析了黏土－砂土、黏土－砂土－黏土两种土层工况下结构的地震动力响应特性。尽管工程上斜桩可以满足较高的水平承载力要求，但地震作用下的斜桩仍具有一些缺点。学者 Priestley[121]和 Poulous[122]认为斜桩在地震中遭到破坏主要源于斜桩桩顶与承台交界面处刚性连接，且弯矩最大值产生于桩顶与承台连接处。
此外，显著区别于远场地震动，近断层地震动呈现出强方向性效应、滑冲效应、上盘效应和伴随较大的速度脉冲，该脉冲使结构在短时间内承受高能量的冲击作用，从而使结构产生更大的内力与变形，对结构的破坏力更大。鉴于此，近断层脉冲型地震动下结构的动力响应受到越来越多的学者重视和研究。江辉等[123]采用地震动水效应简化算法，利用 ADINA 软件建立了深水群桩高承台基础的数值模型，对比了多组近断层脉冲型地震波及其对应的远场地震波下结构动力响应的差异，并分析了不同水深下的动力时程变化。徐亚洲等[124]运用 ABAQUS 软件建立了风机塔筒的有限元模型，开展了水平向脉冲型地震动、水平向非脉冲型地震动和水平向与竖向组合地震动等 3 种地震波输入工况下的结构时程反应分析。
第五章 结论与展望
5.1 结论
论文基于 Biot 波动理论及可压缩流体控制方程，将海床土视为有限厚的横观各向同性饱和多孔介质，采用直接解耦的方法，研究了表面荷载作用下海水-海床竖向耦合振动的稳态动力响应；此外，基于理想流体波动方程，考虑海底柔性反射边界条件，利用Fourier 逆变换、Hankel 逆变换和留数定理求解奇异型积分，研究了点声源脉冲作用下海水的时域动力响应和声波传播特性；最后结合近海地区处于地震多发区，考虑近断层脉冲效应和海床土各向异性，以海洋结构风力发电机为代表，通过数值建模研究了横观各向同性饱和海床土中海上风机的地震响应。论文研究结论如下：
(1) 减小弹性模量比或增大剪切模量比，海床土竖向位移、切向位移、竖向总应力沿竖向和沿径向分布的波动性增强；渗透系数比对海床土动力响应的规律不尽相同。
(2) 对于海床土竖向位移、海水竖向位移、动水压力，均存在一个与频率有关的临界海水深度，超过此临界值后，将不再随海水深度发生变化，可将有限厚海水层视为半空间海水处理。
(3) 不同深度处海水动水压力沿径向呈减幅振荡形式变化；海床面处的动水压力受频率的影响振荡性最为显著；海床面处海水竖向位移绝对值最大，沿深度远离海床面则逐渐衰减至 0。
(4) 声源脉冲产生的直达信号以球面波形式向外传播，且随着距离的增加呈指数型衰减变化；海底边界的吸收性将显著降低海水动力响应，反射系数越小，信号强度衰减越明显。
(5) 脉冲信号经过海面(底)若干次反射后，反射及入射波场均呈圆弧形分布，且两者的弧长和曲率半径均随着反射次数的增加而增加。
(6) 对于海上风机地震响应，海床土横观各向异性程度对桩身内力影响显著；增大弹性模量比或剪切模量比将增大叶片位移幅值，且增大剪切模量比还将使叶片到达幅值的时刻提前。
(7) 近断层脉冲型地震波较远场地震波对海上风机结构的破坏性更大，在脉冲时段内结构内力和位移将发生急剧变化。
参考文献（略）
