考虑SSI效应的吹填岛礁场地风机地震响应研究

蒲武川; 田永强; 朱泽奇

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240228001

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考虑SSI效应的吹填岛礁场地风机地震响应研究

论文 | 更新时间：2025-08-27

- 考虑SSI效应的吹填岛礁场地风机地震响应研究
- Seismic Response of Wind Turbines on Hydraulically Reclaimed Island Sites Considering SSI Effect
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第4期页码：754-764
- 作者机构：
  
  1.武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070
  2.武汉理工大学海南研究院，海南三亚 572000
  3.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉430071
- 作者简介：
  
  蒲武川（1980—），男，教授，博士。主要从事结构抗震与控制研究。E‑mail: puwuchuan@whut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52178504)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240228001
  中图分类号： TU39
- 收稿：2024-02-28，
  
  修回：2024-04-22，
  
  纸质出版：2025-08-28
- 稿件说明：
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蒲武川,田永强,朱泽奇.考虑SSI效应的吹填岛礁场地风机地震响应研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):754-764.

PU Wuchuan,TIAN Yongqiang,ZHU Zeqi.Seismic Response of Wind Turbines on Hydraulically Reclaimed Island Sites Considering SSI Effect[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):754-764.
蒲武川,田永强,朱泽奇.考虑SSI效应的吹填岛礁场地风机地震响应研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):754-764. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240228001.

PU Wuchuan,TIAN Yongqiang,ZHU Zeqi.Seismic Response of Wind Turbines on Hydraulically Reclaimed Island Sites Considering SSI Effect[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):754-764. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240228001.

摘要

吹填珊瑚岛礁是我国南海疆域的重要陆地屏障，风机作为岛礁场地的供电设施，确保其地震安全性具有十分重要的意义。珊瑚砂的力学性质与一般陆相沉积物有明显区别，珊瑚砂土与风机结构的相互作用是影响风机结构地震响应的潜在因素之一，但目前还缺乏相关研究。本文采用Matasovic本构模型开发珊瑚砂的动力非线性本构，建立局部成层的三维吹填岛礁场地和NREL 5MW风机的非线性地震反应分析模型，设计刚性基础风机模型和考虑土—结构相互作用（Soil‑Structure‑Interaction， SSI）的风机‑基础‑地基整体模型，按持续时间和卓越频率选取四条代表性地震动，基于有限元模型对比分析不同地震动作用下风机的动力响应。计算分析表明：包含显著高频分量的地震动引起的吹填岛礁自由场的加速度响应更为显著，短持时的近断层地震动水平加速度放大系数平均为3.8，长持时的远断层地震动的平均放大系数为1.7；珊瑚岛礁和风机基础之间的SSI效应会增大风机的动力响应，在设防地震作用下，考虑SSI效应的塔筒位移最大增加0.24倍，应力增大0.87倍，剪力增大1.54倍，弯矩增大0.45倍，轴力增大0.23倍。吹填岛礁场地的风机地震响应分析应考虑SSI效应，以实现更可靠的抗震性能评估。

Abstract

Hydraulically reclaimed coral islands are important land barriers in China's South China Sea territory. As wind turbines are essential power supply infrastructure on these islands

ensuring their seismic safety is of great significance. The mechanical properties of coral sand are significantly different from those of common terrestrial sediments. The interaction between coral sand and wind turbine structures is a potential factor influencing their seismic response

yet it remains insufficiently studied. This study used the Matasovic constitutive model to develop the dynamic nonlinear constitutive relationship of coral sand. A locally layered three-dimensional hydraulically reclaimed island site and an NREL 5MW wind turbine were established

and a rigid foundation wind turbine model and an integrated wind turbine-foundation-subsoil model considering soil-structure interaction were designed. Four representative ground motions were selected based on duration and dominant frequency

and the dynamic responses of the wind turbine were comparatively analyzed under different ground motions using the finite element model. The calculation analysis showed that seismic motions with significant high-frequency components induced more pronounced acceleration responses in the free field of the hydraulically reclaimed islands. The average horizontal acceleration amplification factor was 3.8 for short-duration near-fault ground motions and 1.7 for long-duration far-fault ground motions. The SSI effect between the coral islands and the wind turbine foundation increased the dynamic response of the wind turbine. Under design-level earthquakes

considering the SSI effect

the maximum increases in tower displacement

stress

shear force

bending moment

and axial force were 0.24

0.87

1.54

0.45

and 0.23 times

respectively. The seismic response analysis of wind turbines on hydraulically reclaimed island sites should consider the SSI effect to achieve more reliable evaluation of seismic performance.

关键词

Keywords

references

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