淘刷對離岸風機大口徑單樁基礎整體結構動態反應之影響

摘要

我國預計於 2030 年前完成3 000 MW離岸風場設置，其中大部分座落於西部海域。由於季節性颱風引致之山區河道土砂向海域沖積，以及海流作用影響，西部海域基礎淘刷嚴重，因此離岸風機基礎設計時，必須將基礎淘刷納入考量。目前進行離岸風機大口徑單樁基礎設計時，工程實務最常採用之設計方法為p-y曲線法。但是，目前離岸風機基礎設計規範建議之p-y曲線分析法並無法考量局部淘刷所產生之淘刷坑幾何形狀，可能錯估大口徑單樁基礎受到淘刷後之受力變形反應與基礎勁度，影響離岸風機支撐結構整體反應分析結果。由於目前並無考量大口徑單樁基礎受淘刷時之受力變形反應工程分析建議方法，本研究結合現有文獻提出對大口徑單樁基礎之p-y曲線進行之樁徑影響對側向地盤反力係數之修正建議，以及考量單樁受淘刷時側向極限阻抗修正之建議，計算考量淘刷時之大口徑單樁受力變形反應與基礎勁度。 透過以Bladed軟體建立台電海氣象觀測塔於台灣西部海域彰濱風場環境條件下之整體振動反應分析模型，藉由模態分析評估淘刷對海氣象觀測塔支撐結構自然振動頻率之影響，結果顯示本研究建立之數值分析模型所得之模擬頻率值與實測自然振動頻率值相符。若採用耦合彈簧模型進行模擬整體支撐結構之動態行為時，p-y曲線初始斜率變化對支撐結構自然振動頻率之影響顯著。若採用均佈彈簧模型進行模擬整體支撐結構之動態行為時，支撐結構之自然振動頻率對p-y曲線初始斜率變化並不敏感。此外，淘刷對於某些特定模態會有顯著的影響，振動頻率衰減程度最大可達14%。本研究可提供以結構監測及分析偵測離岸風機基礎淘刷損傷之初步策略。 本研究同時透過Bladed軟體建立5MW參考風機於台灣西部海域彰濱風場環境條件下之整體振動反應分析模型，評估動態條件下基礎淘刷對離岸風機基礎作用力之影響，結果顯示以目前離岸風機設計規範所建議之p-y曲線計算大口徑單樁受力變形反應時，於淘刷深度大於一倍樁徑時將高估基礎變形量，但當淘刷深度小於一倍樁徑時卻可能低估基礎變形量。 由於目前之現有工程分析方法對於考量基礎淘刷下之基礎變形並無法有效合理計算，使得於淘刷深度較小時，低估樁身變形量及高估支撐結構自然振動頻率。雖然以均佈彈簧基礎模型進行整體動態反應分析，可獲得較合理之支撐結構自然振動頻率，但考量基礎淘刷作用下之動態基礎勁度及變形反應之統一分析方法仍亟待研究，因此進行大口徑單樁基礎仍建議設置防淘刷保護工。若考慮防淘刷保護工設置流程，大口徑單樁基礎之基礎勁度應可較設計值略高。

獎項日期	2018 7月 27
原文	???core.languages.zh_ZH???
監督員	Jing-Wen Chen (Supervisor)