對單墩P&H無張力新型風電機組基礎的對比研究

　　2 有限元分析
　　本文中，通過有限元軟件數據包ABAQUS（Hibbit 等，2004）對單墩P&H 無張力新型基礎和周圍土體建立詳細數值模型。這個軟件對軸向和側向受荷的樁的動態分析可行性已經被廣泛的證實。此外軟件還允許引進土和墩之間的摩擦接觸面，對分析土結相互作用問題至關重要。圖2表示了墩土系統三維有限元的網格劃分。墩和土的單元采用二次等參單元。幾何尺寸如下：墩的外徑是4.4m、內徑是3m、長度是10m。離散邊界要被放置在離結構足夠遠的地方，這是為了不讓離散邊界干擾墩的響應（Trochanis等人，1991）。大地的尺寸是60m、30m，深度接近20m。墩和土之間的水泥砂漿不認為是結構的一部分，并不包括在模型內。

　　假設在整個分析過程中，墩顯示彈性特性。混凝土的單位體積重量是23.6kN/m3， 楊氏模量是27.8GPa， 泊松比是0.15（機組基礎的典型值）。無粘聚力的沙土當作彈性和彈塑性材料。對于彈性模型沙土的單位體積質量是19kN/m3，初始楊氏模量170MPa，泊松比是0.3。對于彈塑性材料，除了彈性特性跟彈性材料一樣以外，土的建模用無關聯流動法則的Drucker-Prager 材料模型。
　　由風荷載引起的側向變形是計算風電機組基礎性能的最重要的指標。圖3 表示了4 種情況下二維墩- 土系統的側向變形云圖，單位是米。從各種情況下的圖看出，墩的頂部向右變形（側向風荷載方向，墩的正面），墩的底部向左變形（墩的背面）。墩繞著一點旋轉，該點位于距墩底大約1/3 墩長處，滿足自由頂點短墩的變形模式（Broms，1964）。注意在墩的側向變形的幅值控制方面，接觸面的類型比模型的類型更重要。對于摩擦接觸面，彈性模型和彈塑性模型墩頂部的變形分別是4.6mm 和4.9mm，底部變形分別是1.5mm 和1.6mm。對于捆綁接觸面，彈性模型和彈塑性模型墩頂部變形分別是2.4mm 和2.7mm，底部變形分別是1.0mm 和1.0mm。由于在墩頂左邊（見圖3）墩土之間產生了開裂（滑移），摩擦接觸面導致較大墩的變形。由于設置摩擦接觸面的墩比捆綁接觸面的墩具有較少的來自土的約束，因此產生了較大的變形。