海上风机是低碳可持续能源的重要战略选择之一,其地震安全性问题是急需解决的重要课题。将近海单桩式风机三维地震响应问题看作波动散射问题,结合人工边界条件实现海域场地的波动输入,并基于广义饱和多孔介质统一计算框架,发展了一套海水-饱和海床-风机耦合作用高效分区分析方法,实现了综合考虑土-结构相互作用效应和流固耦合效应的近海单桩式风机三维地震响应分析,并分析了海水深度、海床波速和地震波入射角度对近海单桩式风机地震响应的影响。分析结果表明,海水深度和海床剪切波速的变化,一方面会改变自由场,另一方面会改变海域场地-风机体系的自振特性,从而影响风机结构的地震反应。
当海水增加到某深度时,体系自振频率与地震波输入频率接近时,风机的地震响应会急剧增大;海床剪切波速对塔底弯矩的影响要比对位移的影响大;当入射角度增大时,塔顶水平向位移和加速度以及塔底弯矩均有不同程度的减小,塔顶竖向位移和加速度均有不同程度的增大。本文没有考虑海床和风机的非线性,考虑非线性时的影响规律需进一步研究。