摘 要 本文以海上风电工程地震破坏机理作为切入点，从应力集中情况、振动周期、振动时程三个方面展开分析，再通过代入实测参数的方式进行模拟实验，了解海上风电工程基础结构抗震性能的优化方式，以期通过实验分析理论的可行性，为后续工作提供参考。
关键词 风电工程；基础结构；抗震性能；扭应力
1 海上风电工程地震破坏机理
海上风电工程结构属典型的长周期结构，其主频振动周期一般较为固定，在分析地震破坏时，必须明确基础形式对结构体系的振动周期有明显影响，单立柱桩、组合三脚架、高承台裙桩结构的振动周期会在外力作用发生时逐渐变短。地震波的扩散过程中，工程的下半部分振动周期往往大于上半部分。在此前学者的研究中，场地条件对结构的地震响应影响明显。海上风电工程的建设地点存在差异，这种差异可以按地质学进行分类，一般场地的级别越高，地震影响越小，相同级别的场地上，地震波扩散遵循渐小原则，工程的下半部分对地震波的响应往往大于上半部分[1]。
对地震的时程进行分析，可以发现传统地震动作用下，风电工程结构的响应小于反应谱法的计算结果，这是由于反应谱算法下往往只考虑理想因素，没有分析老化影响。同时，即便单立柱桩结構的位移响应不满足规范位移的限值规定，也不能看作是应力集中的变化，扭应力依然是破坏风电工程基础结构的主要作用力。当地震发生时，地震波快速向上扩散，导致风电工程基础结构的力平衡被打破，应力集中往往出现在结构底部基础与结构连接处，垂直作用力在此时只起到辅助作用（传力、导力平衡失效），加大应力集中处的扭应力，导致严重的地震破坏。
2 抗震能力分析与措施
2.1 参数设计
选取2017年5月我国渤海地区某处上海风电工程作为对象进行模拟分析，工程位于浅海区，平均水深75.2m，建设区域面积45252㎡，建设风力发电设备823处。为保证抗震性能，选取单立柱桩、组合三桩、承台八桩作为三类方案，分别给予分析。参数方面，三类方案各有不同，具体数据如表1所示。
2.2 模拟实验
模拟实验分为三组，即单立柱桩组（单桩组）、组合三桩组（三桩组）、承台八桩组（八桩组）。取固定观察指标为破坏级别，取观察对象为自振频率、应力集中情况，变量条件为地震级别。通过计算机构建模型并控制参数模拟地震级别，所有地震均默认在海上风电工程基础结构正下方，模拟级别分为3.5、4、4.5、5、5.2、5.5、5.8、6八个级别（6及以上地震少发，且破坏过大，不具备参考价值，因此不予模拟），取平均数进行比较。
应力集中方面，经反复实验可以发现，单立柱桩应力集中出现于结构底部基础与结构连接处，位置约在建筑总长度近地端的三分之一左右。组合三桩应力集中出现于结构底部基础与结构连接处，到位置略高，约在建筑总长度近地端的五分之二处。承台八桩应力集中出现于桩体与结构连接处，位置与连接处吻合。固定指标上，单桩组、三桩组、八桩组也存在一定差别，在4～6级地震中，单桩组建筑的破坏最为严重，三桩组其次，八桩组的破坏较为理想。
2.3 核心结构与措施
对实验结果进行分析，可以发现三组实验中，桩体越多，自振频率越长，抗震能力也越理想。在模拟对象为非破坏性地震的情况下，可以得出结论，海上风电工程基础结构抗震性能受到桩体数目的影响，在地质条件不变的情况下，可以优先选取高承台裙桩结构设计，强化风电工程基础结构的抗震能力。
此外，为求强化结构抗震性能，给出建议包括充分进行建设地点考察、建设前模拟、有限元分析三个方面。建设地点考察是指在进行海上风电工程施工前，了解地点概况，尽量选取少发地震的地区，并确保海底岩层较为稳固。建设前模拟是指通过收集参数模拟可能出现的地震情况，为进一步指导设计和建设作业，要求采取开放式非线性实验，不断增加地震级别，直到海上风电工程被破坏，以此了解工程能够承受的极限破坏。在本次实验中，实验上限为6级，三个组别的建筑都已经出现一定破损，后续工作中可以每次增加0.1级模拟，了解海上风电工程可承受的最大破坏值。有限元分析是指针对应力集中情况进行强度破坏模拟，以便针对性的优化设计，提升工程基础结构抗震性能。
3 结束语
通过分析海上风电工程基础结构抗震性能，获取了相关理论。海上风电工程基础结构的抗震能力受到多重因素影响，单立柱桩、组合三脚架、高承台裙桩结构设计等性能也有所不同，地震破坏机理的特殊性要求强化设计工作。在模拟实验中，针对应力集中情况、振动周期、振动时程进行研究，并选取固定地点进行模式实验，给出了可行的优化建议，后续工作中，应首先选取多桩建设方案。
参考文献
[1] 马宏旺，杨峻，陈龙珠.长期反复荷载作用对海上风电单桩基础的影响分析[J].振动与冲击，2018，37（02）：121-126，141.