.944 北京科技大学学报 第35卷 2 风-地震组合作用下地震动对结构最不 图7为不同地震动输入角度下地震波最大加速 利影响 度随塔筒高度的变化曲线.从图7可以看出，地震动 从0°方向输入使塔筒结构反应的地震波加速度值 在仅存在地震作用下的结构动力响应分析中， 最大，该值是仅地震作用下的结构最大加速度反应 确定了日向滩冲地震波（长周期）4ms-1调整值 值的1.2倍，说明0°方向输入风和地震动对结构的 作用下的结构动力反应最为明显，因此本文采用 震动有最大的放大作用.图8为不同地震动输入角 该地震波4ms-1调整值对结构进行不同地震动 度下地震波输入时塔筒位移最大值随塔筒高度的变 输入角度的弹性时程分析，输入角度分别为0(X 化曲线.从图8可以看出，地震动从0°方向输入使 轴)、90°(Y轴)、30°、60°、-30°及-60°，如图5 塔筒结构的位移反应最大，该值为1.007m,超过了 所示. 由风荷载起主控作用的结构稳定界限值0.672m, 但未超过结构的材料安全界限值1.081m.表1为风 60° 荷载作用下塔筒在不同角度地震波作用下各物理量 的最大值及相应发生位置.通过表1可以看出，虽 然0°方向输入风和地震动使结构产生较大的震动 直角坐标系 和位移，但是在90°输入地震动时使结构产生了较 大的应力和应变值，这严重影响到风电塔的材料安 全和结构强度 门洞 55 图5地震波输入方向 Fig.5 Input directions of earthquake waves 40 30 在风-地震组合作用下的结构数值分析中，风 20 荷载是以面荷载的形式作用到结构侧表面，而地震 1 10 作用是输入地震动的加速度可变值，因此在模型的 一 -30 外部条件加载中，风荷载不乘以分项系数.为了更 4 681012 14 16 为直接地模拟风对塔筒的作用，将风荷载转化为作 加速度峰值/(ms) 用在塔筒面上的面荷载值进行施加模拟.即：首 图7不同地震波输入角度下地震波的最大加速度随塔筒高 先计算出年平均风速作用下结构承受集中荷载值， 度的变化 然后对风作用面进行积分运算，得风荷载作用下塔 Fig.7 Relations between the maximum acceleration of 筒面上的面荷载值.模型边界条件是塔筒底部固结， earthquake waves in different input directions and the tower 地震作用以地震波加速度时程曲线的方式加载到计 height 算中.有限元模型边界条件及施加面荷载如图6 所示. 5 50 40 35 30 25 5 SHELL与SOLID 10 60° 单元公共边界耦 5 合连接 D 0.2 0.40.6 0.8 1.2 位移最大值/m 塔简底部固结 图8不同地震波输入角度输入下塔筒位移最大值随塔筒高 度的变化 图6塔体边界条件定义(a)及面荷载施加示意图(b) Fig.8 Relations between the maximum displacement of the Fig.6 Boundary conditions (a)and applied surface load on tower and the tower height for different input directions of the tower (b) earthquake waves· 944 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 2 风–地震组合作用下地震动对结构最不 利影响 在仅存在地震作用下的结构动力响应分析中， 确定了日向滩冲地震波 (长周期) 4 m·s −1 调整值 作用下的结构动力反应最为明显，因此本文采用 该地震波 4 m·s −1 调整值对结构进行不同地震动 输入角度的弹性时程分析，输入角度分别为 0 ◦ (X 轴)、90◦ (Y 轴)、30◦、60◦、−30◦ 及 −60◦，如图 5 所示. 图 5 地震波输入方向 Fig.5 Input directions of earthquake waves 在风–地震组合作用下的结构数值分析中，风 荷载是以面荷载的形式作用到结构侧表面，而地震 作用是输入地震动的加速度可变值，因此在模型的 外部条件加载中，风荷载不乘以分项系数. 为了更 为直接地模拟风对塔筒的作用，将风荷载转化为作 用在塔筒面上的面荷载值进行施加模拟. 即：首 先计算出年平均风速作用下结构承受集中荷载值， 然后对风作用面进行积分运算，得风荷载作用下塔 筒面上的面荷载值. 模型边界条件是塔筒底部固结， 地震作用以地震波加速度时程曲线的方式加载到计 算中. 有限元模型边界条件及施加面荷载如图 6 所示. 图 6 塔体边界条件定义 (a) 及面荷载施加示意图 (b) Fig.6 Boundary conditions (a) and applied surface load on the tower (b) 图 7 为不同地震动输入角度下地震波最大加速 度随塔筒高度的变化曲线. 从图 7 可以看出，地震动 从 0 ◦ 方向输入使塔筒结构反应的地震波加速度值 最大，该值是仅地震作用下的结构最大加速度反应 值的 1.2 倍，说明 0 ◦ 方向输入风和地震动对结构的 震动有最大的放大作用. 图 8 为不同地震动输入角 度下地震波输入时塔筒位移最大值随塔筒高度的变 化曲线. 从图 8 可以看出，地震动从 0 ◦ 方向输入使 塔筒结构的位移反应最大，该值为 1.007 m，超过了 由风荷载起主控作用的结构稳定界限值 0.672 m， 但未超过结构的材料安全界限值 1.081 m. 表 1 为风 荷载作用下塔筒在不同角度地震波作用下各物理量 的最大值及相应发生位置. 通过表 1 可以看出，虽 然 0 ◦ 方向输入风和地震动使结构产生较大的震动 和位移，但是在 90◦ 输入地震动时使结构产生了较 大的应力和应变值，这严重影响到风电塔的材料安 全和结构强度. 图 7 不同地震波输入角度下地震波的最大加速度随塔筒高 度的变化 Fig.7 Relations between the maximum acceleration of earthquake waves in different input directions and the tower height 图 8 不同地震波输入角度输入下塔筒位移最大值随塔筒高 度的变化 Fig.8 Relations between the maximum displacement of the tower and the tower height for different input directions of earthquake waves