风能是一种可再生的清洁能源,分布广泛、有足够的开发空间,随着陆地风能的有效利用,许多沿海国家已开始重点发展海上风电。海上风电机组的基础是整体结构稳定性和安全性的关键环节,设计出比较经济安全的基础结构对发展海上风电有重大意义。本文基于特定海域、给定装机容量3.0MW和风机轮毂高度,开展单立柱三桩结构桩土相互作用分析、结构截面优化及参数敏感性分析三方面的研究。主要完成的研究内容包括以下方面:(1)对比分析考虑桩土相互作用的P-Y曲线法和不考虑桩-土相互作用6D等效桩长法,利用有限元软件ANSYS分别建立6D等效模型(6D模型)和P-Y曲线模型(P-Y模型),并进行模态分析和静强度分析,对比分析结果表明两种模型计算结果差异很小,同时验证了在本特定海域6D等效桩长法与P-Y曲线法的一致性和可行性。(2)在静力分析的基础上,对单立柱三桩结构的桩中心距进行优化布置,确定出合理的桩中心距。以强度、刚度、稳定性为约束条件,以结构总的重量为目标,分别采用6D模型和P-Y模型对结构的主要构件截面尺寸进行优化,采用6D模型和P-Y模型优化后总用钢量分别减少22.9%和29.1%,相比而言,P-Y模型优化效果更好,但对个别构件的优化有较大差异,主要出现在塔筒、中间立柱和桩腿部位,6D模型中塔筒和中间立柱的直径和壁厚优化明显,P-Y模型中桩腿的优化比较明显。(3)为了考察影响单立柱三桩基础结构的关键参数,进行了单立柱三桩结构的参数敏感性分析,计算结果表明:风机荷载对单立柱三桩结构塔顶位移和结构最大等效应力最为敏感;塔顶位移的最大敏感性参数是立柱和塔筒底端外径;套筒最大应力的最大敏感性参数为构件自身的外径;桩腿最大应力的最大敏感参数是与其连接的套筒的外径;结构频率最大敏感参数是中间立柱外径和塔筒底端外径。