江苏响水近海风电基础动力数值分析
群桩的水平承载力由于受承台、桩、土相互作用的影响而更为复杂，加之足尺试桩资料不多，其工作性状和破坏机理尚不十分清楚，因此群桩水平承载力的计算方法也不够完善。许惟阳(1981)[38]根据我国沿海地区的试桩结果指出，根据单桩横向承载力确定群桩横向承载力时，可适当提高单桩水平承载力。我国河南洛口群桩水平荷载试验[39]成果分析也表明，群桩在水平荷载下和在竖向荷载作用下一样，也存在一个大于1.0的群桩效率系数，且水平力在桩群中分配不均匀。此外，大量关于群桩的破坏特性的研究都表明，横向荷载下群桩的破坏模式大体可分成整体破坏和非整体破坏。
2.4.3复合荷载下基桩的研究现状
工程中单纯承受竖向荷载或水平荷载的情况很少，基桩除承受上部结构传送的竖向荷载外，往往受有不容忽视的横向荷载，如结构物自重和使用荷载的偏心产生的弯矩;吊车、火车、汽车等的制动力产生的水平力和弯矩;风、波浪、潮水产生的水平力和弯矩;地震产生的瞬时水平力和弯矩等，这些恒载或活载在高层建筑、桥梁、重型工业厂房、海上石油平台的桩基设计计算中，均不容忽视。
早在70年代，横山幸满(l977)[35]就给出了地基系数为常数时基桩在复合荷载作用下的解答，并指出，对承受轴横向荷载同时作用下的桩，严格地说应力迭加原理是不适用的。嗣后，我国学者范文田(l986)[40]在横上幸满解答的基础上，对承受复合荷载的基桩进行了理论分析，并指出轴向压力对桩身横向位移、转角、弯矩及剪力的影响比较显著而不容忽视，并与桩身轴向力所产生的压应变、桩身材料和土的弹性性质以及桩身的形状和几何尺寸等有关;王用中、张河水(1985)[41]则以m法为基础，运用有限单元法对郑州黄河大桥的基桩进行了计算和讨论，取得了满意的结果；赵善锐[42]提出了桩阻抗的三阶段模式，导出了不同轴向力和土抗力组合时纵横弯曲桩四阶微分方程的通解和特解，然后利用状态矢量法增广转换矩阵进行迭代计算，求解多层复合地基中变截面桩桩身的位移和内力。然而该解答求解桩的挠曲微分方程采用的仍是“张氏法”。
2.5本章小结
通过查阅大量资料，本章总结了海上风电机组的基础形式，并较为详细的介绍了各种基础形式的适用条件及基础类型选择的影响因素。海上风电机组的基础时刻受到海水的侵蚀、海浪的冲刷，针对此问题，本章也提出了一些解决方案。到目前为止，海上风电机组的基础形式大多还是桩基础，查询并了解桩基承载力研究现状及水平很有意义。
海上风电机组主要基础形式：单桩基础，重力式基础，三脚架基础，四脚架基础，多桩基础，悬浮式基础，吸力式基础，导管架式基础。
基础类型选型的影响因素：
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（1）水深的影响；
（2）不同地质条件对基础形式的影响； （3）环境荷载的影响； （4）建设方法的影响； （5）安装的影响； （6）成本的影响。 防腐蚀设计：
（1）对于基础中的钢结构，大气区的防腐蚀一般采用涂层保护或喷涂金属层，再加封闭涂层的方法保护；
（2）在浪溅区和水位变动区平均潮位以上的部位，防腐蚀一般采用多重防蚀涂层或喷涂金属层，再加封闭涂层保护，也可采用包覆玻璃钢、树脂砂浆以及合金进行保护；
（3）水位变动区平均潮位以下部位，一般采用涂层保护与阴极保护相联合的防腐蚀措施。
防冲刷设计：
（1）桩基周围采用粗颗粒料的防冲刷保护方法：采用大块石头等粗颗粒作冲刷防护。
（2）桩基周围采用护圈或沉箱的防冲刷保护方法：在桩基周围设置护圈(薄板)或沉箱可以减小冲刷深度。
（3）桩基周围采用护坦减冲防护：采用加大埋置深度和宽度，对基础起到护坦作用，以达到既安全又经济的目的。
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第三章 单桩基础结构静力分析
3.1静力荷载计算 3.1.1极限状态风荷载
根据参考论文[49]，塔架上风荷载的计算公式：
Fn?0.5ρDCaHV （3-1）
式中，Ca为空气的拖曳力系数，根据雷诺数确定；ρ是空气密度1.23kg/m3；D是塔架直径；H是塔架高度；V为风速。
3.1.2正常运行风机荷载
参照文献[44]作用在风轮上的气动荷载：
为了计算需求除作用在风轮扫掠面积A上的平均压力PH,PH由式确定：
ρ PH?CFBVr2 （3-2）
2式中：CFB=8/9，根据贝茨公式计算；
ρ——空气密度；
Vr——额定风速；
代入系数值并经量纲转换后得：
Vr2KN/m2 （3-3） PH?1800??式中：Vr的量纲为m/s
作用在塔架顶部的力为：
FXH?PHA （3-4） 利用气动力矩风轮中心的偏心距ew来考虑湍流以及风斜流和塔尾流的影响：
wR2 ew? （3-5）
2Vr式中：R——风轮半径；
w——任一方向风的极端风梯度，取w?0.25中取较小值）。
所施加力有此偏心距将产生附加力矩为：
MYH?PHAew
m/s或风速梯度的1.5倍（二值m 或MZH?PHAew （3-6）
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扭矩MXH由最大输出功率Pe1确定： MXH?14式中：w——风轮转动角速度
Pe1（KN?m） （3-7） wηη——发电机和增速器的总效率系数。
若无输出功率或总效率系数实际值时，则可假定单位风轮扫风面积的输出功率为500W/m2及总效率系数η=0.7。
利用η=0.7及Pe1（KW）得：
P MXH?14e1 （3-8） （KN?m）n式中：n——风轮转速，r/min。
本报告取空气密度1.23kg/m3，额定风速12.5m/s；风轮直径77m；风轮转速15r/min。
风机偏航荷载：风机偏航运动时，由于陀螺效应，偏航运转将引起作用在塔架顶部的陀螺力，这就是偏航荷载，对于偏航运动的不同阶段，该荷载分为启动荷载和匀速转动荷载。
当风机启转:
当风机偏航时，偏航启动作用在塔架上的扭矩为：
MZT?PHAew （3-9） 在偏转运动开始时，除扭矩外，还作用有塔架顶端的横向力：
FYT?mMeMΩ （3-10） 式中：mM是发电机和风轮的总质量；eM是总质量的质心位置距塔架的距离；Ω是偏航角加速度。
风机匀速偏转运动：
如果装被动偏航系统的风力发电机组无合理加速时间数据可用，则可假定加速持续时间为1S。此外，要使用偏航系统的角速度。对于装主动偏航系统的风力发电机组，角速度通常很小，可不考虑此荷载情况。
在这些情况下，将作用下述荷载：
FXT??ZmMeMΩ2 （3-11） MYT??ZIBwΩ （3-12） 式中，Z是叶片数量；IB是叶片相对风轮轴的惯性矩；Ω是偏航角速度。
本论文采用的风力发电机参数如下表3.1：
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