研究目的及意义

随着全球能源的新一轮紧张，探索新的能源渠道成为必需。风能作为绿色能源，已经成为各国都在研究和开拓的领域。由于海上风速大、风力持久稳定和风能产量高，较小的风端流对风电机组寿命损耗小，风力发电机建造和使用受土地、环境噪声制约较弱，因此，风电机组大从陆地走向海上和大型化已成为国际风电发展的趋势。

海上风电机组的建设经济成本和技术难度明显高于陆地上风电机组建设，已成为制约海上风电快速发展的主要原因。风机基础结构是风力发电机所受外界荷载的最终承载者，也是风力发电机设计的重要内容。近海风机体型和自重大，且受风、浪、流等复杂荷载的耦合作用，因此对支撑风电机组和基础结构提出了更高的要求。我国海上构筑物基础特别是海上风电机组基础的设计和施工技术水平远落后于国外发达国家。因此如何对风电机组基础进行合理设计、并显著降低其工程造价是发展海上风电迫切需要解决的关键技术问题。

国内外研究现状

近海导管架基础所处环境恶劣，在风、波浪、海流、地震等复杂的环境荷载下，应能满足承载力和变形的要求。考虑到现场试验的难度与费用，国内外学者采用数值模拟和少量常重力模型试验手段研究了水平荷载下导管架基础的受荷特性。

王宏^[11]等本文采用线性波理论和 Morison 方程对外部的随机波浪载荷进行处理分析，计算了作用在导管架平台桩腿上的波浪力，并将平台简化为一线性系统，利用模态分析的方法求得平台结构的随机响应。从计算结果可以看出，当外界激励的频率与平台固有频率相同时，其位移、速度、加速度和应力的响应都较最大波浪载荷作用时大，系统产生共振。

戴澍等^[14]等学者对导管架式支撑结构的荷载进行了详细分析计算，详细阐述了波浪荷载、风荷载等作用机理和计算方法，并且对比分析了某种荷载单独作用和多种荷载耦合作用下结构的动力响应计算结果。

王文明、张世联等^[17]以一简化的四桩腿导管架平台为例进行非线性波浪力等的计算，并进行非线性倒塌分析，同时分别计算了四种不同工况下，平台在完整模式下和单个构件失效条件下的极限承载力，以及单个构件失效后平台结构的剩余强度系数,分析了单个构件失效对导管架平台极限承载力的影响。

Vannan ^[6]等学者应用线性分析简化方法，计算出美国墨西哥湾五座平台的极限承载力，证明了该方法的有效性、实用性和经济性。

通过对国内外海上风机基础结构研究现状的分析可知，多年来对其研究取得了很大的成果，但对于四桩腿导管架基础结构研究较少，因此本次毕业设计以四桩腿式海上风机导管架基础结构进行设计，并建模分析。