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研究生: 薛惠文
Syue, Huei-Wun
論文名稱: 縮尺比例套筒式基礎離岸風機結構模型振動台實驗研究
Shaking Table Test on a Scaled Model of Offshore Wind Turbine on Jacket Foundation
指導教授: 劉光晏
Liu, Kuang-Yen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 95
中文關鍵詞: 離岸風力發電機套筒式支撐結構振動台實驗
外文關鍵詞: offshore wind turbine, Jacket structure, shaking table experiment
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  • 本研究是為探討套筒式群樁基礎下之離岸風機支撐結構受地震力作用下之反應,採用縮尺模型進行實驗,使用大型多軸向柔性邊界剪力試驗箱,建構一水下基礎與地盤試驗平台,製作海床沖積土層之縮尺物理模型。由文獻[2]及[3]所提供之NREL 5MW參考風機之尺寸進行縮尺模擬,以其週期為擬合目標,並且依據離岸風機支撐結構設計準則[16]所規範之,決定模型的精度。而後輸入模擬地震力至振動台,收集結構與地盤之反應,透過不同特性及PGA大小之地震力,觀察受震期間對結構物之影響,以及土壤液化對於離岸風機之影響程度,並且設置一減震系統以發展離岸風機之減震技術。而後,使用數值分析軟體SAP2000進行模擬分析,地盤之土壤彈簧設定乃根據美國石油協會(API)規範[14]設置之。實驗結果顯示,離岸風機整體結構之阻尼比落於1%~2%之間,整體結構之週期分析值和實驗值誤差在5%內,約為0.9秒。分析結果與實驗結果之比較,分析值與實驗值在PGA較小的地震作用之下誤差較小;在非長週期地震作用之下,分析值與實驗值之誤差亦較小。未來更進一步探究地盤內數據結果,可使軟體之模型更加優化,以達到使用軟體模擬分析離岸風機於地震力作用下反應之目的。

    The purpose of this study is to investigate the response of the Offshore Wind Turbines on jacket foundation under earthquake. A scaled model is designed for the experiment, and a large multi-axials flexible boundary shear box is used to construct an underwater foundation and site test platform to make a scale model of seabed alluvial soil. The size of the NREL 5MW Wind Turbine is used for scale simulation, and its period is set as the fitting target, and the accuracy of the model is determined according to the specifications.
    Then making simulated seismic force as input and placing the specimen on the shaking table to conduct the experiment. Collect the responses of structures and sites and observe the influence of soil liquefaction on offshore wind turbine through different characteristics and magnitude of PGA. After a series of experiments, the numerical analysis software SAP2000 was used to simulate and analyze the experiment results. Among them, the soil spring setting of the site was set according to the American Petroleum Institute (API) specifications.
    The experimental results show that compared with the experimental results, the errors between the analytical and experimental values are smaller under the smaller PGA earthquakes and smaller under the non-long-period earthquakes.
    In the future, further exploring the results of the site data will make the software model more optimized, to achieve the purpose pf using software to simulate and analyze the response of offshore wind turbine under seismic force.

    目錄 摘要 II 致謝 VII 目錄 VIII 圖目錄 XI 表目錄 XVI 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機及方法 2 第2章 文獻回顧 3 2.1 NREL 5MW風力發電機之簡介 3 2.2 風力發電機受震分析 3 2.3 土壤結構互制振動台試驗 4 2.3.1 單樁沖刷裸露振動台實驗 4 2.3.2 群樁沖刷裸露振動台實驗 5 2.4 群樁受震反應 6 2.4.1 群樁分析 6 2.4.2 美國石油協會(API)側向土壤彈簧受群樁效應作用 7 2.4.3 等值線性側向土壤彈簧受群樁效應作用 7 第3章 振動台實驗規劃與準備 14 3.1 實驗規劃 14 3.1.1 實驗簡介 14 3.1.2 實驗設備 14 3.1.3 試體設計 15 3.1.4 試體校正 17 3.2 材料試驗 18 3.3 試體尺寸 18 3.3.1 上部結構 19 3.3.2 支撐系統 19 3.3.3 下部結構 19 3.3.4 縮尺之NREL 5MW風力發電機初步分析 20 3.4 輸入地震 20 3.4.1 集集地震 ArtiEQ: ChiChi 21 3.4.2 花蓮地震 EQ: HWA062 21 3.5 量測系統 21 3.5.1 加速度之量測 22 3.5.2 應變之量測 22 3.5.3 位移之量測 23 3.6 實驗組別 23 第4章 振動台實驗結果 61 4.1 識別試體結構之動力特性 61 4.1.1 結構之頻率反應及阻尼比 61 4.2 風機結構之歷時反應 62 4.2.1 風機結構之位移歷時反應 62 4.2.2 風機結構之加速度歷時反應 63 4.2.3 殘留位移及側向位移 63 4.3 下部基礎之歷時反應 64 4.3.1 下部基礎之初步分析 64 4.3.2 下部基礎之加速度歷時反應 64 4.4 小結 65 第5章 分析與實驗比較 74 5.1 分析工具 74 5.2 分析之假設條件 75 5.3 風機結構分析與實驗結果比較 76 5.3.1 結構之週期反應 76 5.3.2 加速度歷時分析與實驗比較 77 5.3.3 位移歷時分析與實驗比較 77 5.4 小結 78 第6章 結論與建議 91 6.1 結論 91 6.2 建議 92 參考文獻 94

    [1] Cheng-Yu Ku, ChienLien-Kwei. 離岸風力機組之基礎支撐型式介紹. 擷取自 Geoengineering & Scientific Computation Lab國立臺灣海洋大學. 2016.
    [2] J. Jonkman Butterfield, W. Musial, and G. ScottS. Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development. National Renewable Energy Laboratory. 2009.
    [3] 樊庭宇、林晉宇、黃金城、朱棟樑,「5MW離岸參考風機桁架式支撐結構之時域疲勞分析與損傷評估」,中國土木水利工程學刊,頁243-253,西元2018年。
    [4] Shen-Haw Ju, Development of large-scale offshore wind turbines using FAST. 2019.
    [5] 賴姿妤,「樁基礎沖刷橋梁模型之振動台試驗研究 Shaking Table Study on Bridge Model with Scoured Piled Foundation」,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文,2011。
    [6] 周贊翔,「樁基礎沖刷橋樑模型之樁土互制行為研究 Soil-pile interaction study on bridge model with scoured piled foundation」,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文,2012。
    [7] 王修駿,「橋梁受沖刷後之耐震行為研究」,國立台灣大學土木工程學研究所博士論文,2014。
    [8] 張榮泰,「群樁基礎裸露橋柱之振動台試驗研究 Shaking Table Study on Bridge Piers with Scoured Pile-Group Foundation」,國立台灣科技大學營建工程學系研究所碩士論文,2018。
    [9] 蔡旻諺,「應用等值線性土壤彈簧於基礎沖刷橋樑之實驗驗證 Verification of Equivalent linear spring on the Experiment of the Scoured Pile Bridge」,國立成功大學土木工程研究所碩士論文,2018。
    [10] Bhowmik, S. K., Three-dimensional nonlinear finite element analysis of laterally loaded piles in clay, Ph.D. Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1992.
    [11] California Amendments to AASHTO LRFD Bridge Design Specifications -- fourth edition. Page 10.84A.
    [12] 鄧爵明,「單柱式橋墩與群樁基礎裸露之靜態側推研究」,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文,2017。
    [13] Seed HB, Idriss IM. Soil Moduli and Damping Factors for Dynamic Response Analysis. Report No. EERC 75-29, Earthquake Engineering Research Center, University of California. Berkeley, California, 1970.
    [14] RP2A-WSD, API, Recommended pratice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-working stress design. 2000.
    [15] Bak, Christian; Zahle, Frederik; Bitsche, Robert; Kim, Taeseong; Yde, Anders; Henriksen, Lars Christian; Hansen, Morten Hartvig; Blasques, Jose Pedro Albergaria Amaral; Gaunaa, Mac; Natarajan, Anand. The DTU 10-MW Reference Wind Turbine. Danish Wind Power Research 2013, Fredericia, Denmark, 2013.
    [16] 台灣離岸風機支撐結構設計準則,財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心,2018年10月。
    [17] 國家地震工程研究中心台南實驗室,擷取自 地震模擬室: https://www.ncree.org/Ncree.aspx?id=4#S。

    下載圖示 校內:2022-09-01公開
    校外:2022-09-01公開
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