砂土阻尼給定對大口徑單樁基礎離岸風機動態反應影響分析

隨著我國第一座離岸風場完工，我國離岸風場逐漸由建置階段進到運維階段，然而我國缺乏風場維護經驗，為了面對未來大量風場完工，政府需積極投入離岸風場運維準備工作，但由於離岸風機的易達性較低，相較於陸域風機監測與維護成本均較高，因此有必要嘗試以遠程監測結構物健康診斷對結構物疲勞損傷進行評估，同時透過長期觀測累積環境外力對於支撐結構反應等關鍵資料，估計結構物殘餘壽命與降低運維風險的目的，並比較不同基礎模型對阻尼比與疲勞損傷之影響。

本研究分別參考Kallehave et al. (2012)與Darendeli (2001)之建議式，以給定結構物於常時狀態下之基礎勁度與基礎阻尼，以評估不同基礎勁度、不同阻尼型式與定變阻尼對的疲勞損傷之影響。

本研究以5MW單樁式風機與北海環境條件為例，使用有限元素軟體BLADED模擬風機於怠速運轉下的動態力學行為，並將環境外力對風機各位置之疲勞損傷輸出，並估算結構物壽命，以比較不同基礎模型對疲勞損傷之影響。透過自由振盪分析比較於定阻尼條件下不同基礎模型的消能情況、對自然振動頻率之影響以及不同環境外力對阻尼係數的敏感度分析。

本研究建立一套計算大口徑單樁疲勞損傷流程，並比較各模型於自然振盪分析如(圖1)與疲勞分析如(圖2)的差異，發現於變阻尼條件下側向阻尼模型有較好的消能效果，而旋轉阻尼較不顯著，且環境外力對於側向阻尼係數的影響相較於旋轉阻尼係數較為明顯。此現象於自由振盪分析與疲勞分析成果具有一致性。

圖1 自由振盪分析流程圖

圖2 疲勞分析流程圖