复杂环境下海中大型风电塔结构体系的地震损伤机理与灾变控制研究

能源是制约全球经济发展的关键因素，降低温室气体排放强度，发展循环经济是我国十二五规划的重要目标。海上风能资源的大规模开发对我国大型风电塔建设技术提出了更高的要求。海中风电塔位于复杂恶劣环境中（例如潮汐、流体、海浪、复杂地质及海床地基环境等），考虑地震作用下水-海床-基础-结构的动力耦合效应，研究大型风电塔结构体系损伤机理，揭示罕遇地震作用下结构体系的灾变全过程，将为沿岸重大工程建设和运营提供科学依据和技术支撑。本课题通过考虑复杂条件下水介质-海床-基础与上部结构的动力相互作用，基于水中振动台试验，对常遇和罕遇地震作用下的大型风电塔结构体系的损伤和灾变控制方法进行研究，究明大型风电塔结构体系与周围环境介质的能量传递与转换机制，建立复杂荷载环境下考虑流固耦合效应的工程结构非线性建模理论与方法，拓展多灾害环境下风电塔结构体系与水介质耦合作用的结构性能设计新思路。

本研究基于理论分析、模型实验和数值仿真，研究了海上风电塔结构的非线性建模理论及精细化数值建模方法，开展了复杂环境条件下的海中风电塔结构体系的地震受力特征分析，明确了恶劣环境下结构体系在长期荷载组合效应的损伤机理与灾变控制方法，结合风电塔的现场监测研究，解决了海中在役风电塔在复杂环境荷载条件下关键核心技术问题。取得的主要成果包括：.（1）提出了地震作用下风电塔结构的荷载输入模型，明确了水深引起的动水压力对风电塔结构的动力影响规律。.（2）基于水中振动台模型实验，研究了水中结构-周围介质（水淤泥）-基础-海床与地震相互作用对风电塔安全性的影响规律，并且进行了不同地震类型（长周期与短周期）、不同地震水平（常遇地震与罕遇地震）对结构整体变形的影响分析，明确了风电塔结构在强震作用下基础变形特征和耗能机制和破坏过程。.（3）建立了结构高精度、相对高效、便捷的分析模型，进行了不同荷载组合下的动力响应分析，明确了不同荷载组合对风电塔结构分析的影响程度。.（4）实施了在役风电塔结构的现场振动监测和分析，明确了风电塔的自振特性及其在常规风荷载作用下的动力响应规律。通过急刹车试验等，明确了风电机产生异常振动的机制，为深入研究风电塔的损伤机制奠定了基础。.（5）提出了评价风电塔结构损伤过程的极限值方法，并对结构的风载稳定性和疲劳寿命预测方法进行了研究，明确了风电塔的结构损伤过程与灾变控制方法。