摘要：冰荷载是影响海上风力机安全运行的重要决定性因素,严重时会致使海上风力机结构发生冰激振动破坏和冰激疲劳失效。该研究基于粘聚单元(cohesive element method,CEM)-有限元(finite element method,FEM)耦合方法,通过非线性分布弹簧考虑桩-土相互作用,建立海冰-寒区单桩海上风力机结构在风-冰联合作用下的整体耦合冰激振动非线性有限元模型。进而,基于非线性数值仿真工具LS-DYNA,分别模拟冰与直立结构和带有抗冰锥的基础结构相互作用过程,并与现有的挤压和弯曲冰力模型进行对比,验证该研究模拟动冰荷载的准确性,讨论两种冰破坏模式下动冰荷载的变化规律。最后,为解决海上风力机发生的强烈冰激振动问题,分别采用振动控制方法和施加抗冰锥的方式,开展风、冰联合作用下海上风力机动冰力和动力响应研究,对比分析以上两种减振方式的减振机理和减振效果差异。结果表明,虽然抗冰锥可明显降低冰-海上风力机相互作用的动冰荷载幅值,然而采用振动控制策略的海上风力机减振效果明显优于抗冰锥。因此,在海上风力机的冰激结构损伤研究和抗冰设计中必须分别考虑以上两种减振方式对结构的影响。

摘要：基于NREL 5 MW单桩基础海上风力机,考虑桩土相互作用,建立包括冰与海上风力机结构的三维精细化相互作用有限元模型,考虑冰与结构的耦合作用,运用ANSYS/LS-DYNA开展海上风力机在风-冰联合作用下损伤分析与动力响应研究,并针对结构损伤变形提出面积受损率用于评估海上风力机的损伤程度,探讨不同冰厚对海上风力机结构损伤和动力特性的影响。结果显示,随着冰厚的增加,动冰力平均值、峰值均增加,海上风力机动力响应增大。相比于海上风力机结构其他区域,基础结构接触面处损伤最大。通过该文提出的面积受损率可合理反映海上风力机在不同冰厚作用下的损伤程度,冰厚不仅会影响单桩基础的面积受损率,还会影响受损率的线性变化速度。

摘要：基于FAST海上风力机整体耦合分析理论和桩基线性化理论,建立包含桩基础柔性的海上风力机基础结构的整体耦合运动方程。进而,通过对FAST v8进行二次开发,同时考虑桩基础柔性,建立包括转子机舱组件-风力机塔筒-基础结构的海上风力机在地震、风、浪荷载作用下的结构耦合仿真模型。根据建立的整体耦合数值仿真模型,开展地震、风、浪荷载联合作用下海上风力机动力响应研究,着重探讨桩基础柔性对于海上风力机结构在地震组合工况下的动力特性及耦合响应机理的影响。结果表明,桩基础柔性对于海上风力机结构动力特性有显著影响。与耦合弹簧边界相比,当忽略桩基础柔性时,会低估整体结构二阶频率对于地震作用下塔顶位移响应的影响,并在基底倾覆力矩响应中激发高阶模态,造成海上风力机结构动力响应变化规律的显著差异。因此,在海上风力机结构抗震设计与研究中必须考虑桩基础柔性的影响。

摘要：针对中国部分近海海上风电场位于高烈度地震区而面临地震潜在威胁的问题,提出地震风浪作用下导管架基础海上风力机结构整体耦合分析方法,开发地震荷载计算模块,基于FAST v8建立海上风力机地震整体耦合分析模型。根据整体耦合模型,揭示了地震风浪作用下海上风力机运动响应特性以及机电安全控制策略在减振方面存在的不足。进一步提出机电安全控制-MTMD联合减振控制策略,并探讨叶片顺桨速率对联合控制策略减振效果的影响;同时,以海上风力机结构地震响应为评价指标,对该联合控制策略的有效性进行了验证。

摘要：投资-效益准则是基于结构性能抗震设计的重要原则,它所追求的设计目标是在结构的初始造价与地震损失期望之间达到一种和谐的优化平衡,使结构在全寿命周期内总费用最小.在以上的单目标优化模型基础上,提出了考虑结构初始造价、损伤期望、检查和维护费用、拆除费用及残余价值和环境污染费用的多目标全寿命优化设计模型.基于所提出的多目标优化设计模型,应用精英保留非劣排序遗传算法,建立了以截面尺寸、纵筋和箍筋的配筋率为决策变量的近海桥梁结构全寿命抗震性能多目标优化设计模型,并给出了优化设计流程及具体实现.结果表明:得到的非劣解在目标空间分布均匀,算法收敛性和鲁棒性较好.

摘要：相似律在模型试验中发挥着非常重要的作用,虽然目前静冰力模型试验的研究比较全面,但还没有一个完整适用的动冰力相似律作为动冰力模型试验基础。本文针对冰激结构振动中动冰力模型试验相似律,基于弹性相似与柯西(Cauchy)相似的联合相似准则,提出了两种动冰力相似律。建立并改进了能够反映冰与结构水平相互作用的相互作用系数。以NREL5MW单桩海上风机为例,通过是否考虑截面弯曲刚度相似分别给出了两种海上风机在海冰作用下原型与模型的相似关系。利用ANSYS/LS-DYNA有限元方法对原型和模型风机进行数值模拟并开展海冰作用下结构的动力响应分析。根据计算结果,基于不同冰厚的冰-海上风机相互作用分别对提出的两种动冰力相似律进行验证,并对两种相似律进行对比。结果表明,后者考虑了弯曲刚度相似虽然可以优化管壁厚度比尺,为模型加工提供方便,然而模拟精度不如前者。研究成果可为寒冷海域冰力模型试验的研究提供理论参考。

摘要：断层是造成埋地管线破坏的最重要原因。简化埋地管线小变形段为等效边界弹簧,对管材为三折线本构模型的等效边界弹簧本构方程进行了推导。基于ANSYS软件的有限元概率设计系统,考虑了管线外径、壁厚、内压、埋深及走滑断层位错量等随机输入变量,运用蒙特卡罗方法进行了软土、中等土、硬土3种场地走滑断层位错作用下钢质埋地管线的可靠性分析。研究发现:管线应变和失效概率随场地硬度提高显著增大,而应力增大不明显;三种场地走滑断层位错作用下,对应变的敏感性从高到底依次为走滑断层位错量、壁厚、埋深、内压。研究完善和丰富了该方面理论,为埋地管线抗震设计提供了一些合理且经济的建议。

摘要：以基于抗震性能设计基本原则-"投资-效益"准则为理论支撑,提出了将多目标遗传算法与延性抗震设计、地震风险相结合的抗震结构集成全寿命抗震优化设计的新方法,建立了规则桥梁圆形单柱RC桥墩多目标全寿命造价优化设计的通用框架。并应用NSGA-II建立了以圆形单柱RC桥墩截面直径、纵筋和箍筋的配筋率为决策变量,以初始造价和地震损失期望为多目标的全寿命造价优化设计模型。计算结果表明:RC桥墩多目标全寿命造价优化设计为投资者提供了更加灵活的初始投资的选择空间,同时NSGA-II也为该优化设计提供了一个较好的算法支持。

摘要：基于性能的抗震设计于20世纪90年代兴起以来,目前在土木建筑方面的文献较多,但是关于桥梁的研究成果较少。采用五级钢筋混凝土桥墩结构性能水平,以钢筋混凝土桥墩墩顶位移角为量化指标,建立了钢筋混凝土桥墩性能水平与钢筋混凝土桥墩位移角限值之间一一对应的关系。将地震危险性分析与最优设防烈度结合起来,建立基于投资-效益准则的RC桥墩全寿命总造价计算的通用框架。