中国是地震多发国家之一，而且众多风电场分布在地震高烈度区。风电机组的叶轮叶片位于塔筒顶部，刚度较小，在地震力作用下易产生端部的“鞭梢效应”，不利于叶片安全运行，而塔架顶部支撑机舱和叶轮，结构上头重脚轻，也不利于抗震。因此在风电机组结构安全设计时，考虑地震作用的影响至关重要。

 

　　近年来，不少研究人员研究了风电机组塔筒的动力特性。棚邉隆进行了600kW大型风力发电设施的运转振动与地震作用的组合荷载的动力分析。祝磊用SAP2000计算了停机状态下7台风电机组的地震反应谱响应，提出了钢筒塔架的剪力和弯矩计算公式，并研究了叶片的弯矩分布规律。张斌用ANSYS建立了某1MW风电机组钢塔筒模型，研究了其抗风、抗震特性。余长海建立了某1.25MW风电机组的ANSYS有限元模型，研究了钢筒和钢筋混凝土筒的动力特性及风荷载下的静、动态反应。贺广零考虑钢筒和钢筋混凝土筒两种塔架形式，用ANSYS建立了某1.25MW风电机组的有限元模型，并分别计算了风、地震作用下的动力响应。毕继红设计了某2MW风电机组预应力钢筋混凝土塔筒，并用ANSYS分析其地震响应。

 

　　目前，大部分研究都集中在风电机组钢制塔筒，对混凝土塔筒的研究还很有限。本文建立风电机组混凝土塔筒有限元模型，进行模态分析，并按照中国抗震规范中的标准设计地震反应谱，选择某一特定的设计分组以及设防烈度，进行地震反应谱分析。

 

 

　　本文分别选取钢筋混凝土塔筒底部外径6m、7m、8m、9m、10m、11m，壁厚从200mm-600mm每100mm一个间隔的塔筒形式，总共分析了30种规格。钢筋混凝土塔高100m，外径从下到上按0.02的坡度逐渐减小，筒壁采用强度等级C30混凝土，弹性模量为3.0×104MPa，质量密度为2410kg/m3;钢筋采用HRB400级，弹性模量为200GPa。运用ANSYS有限元软件建立模型，参照某大型风电机组参数，把叶轮和机舱简化成一个550t的集中质量，采用mass21单元加在塔筒顶部;塔筒采用beam189单元模拟变截面，《高耸结构设计规范》6.2.2规定计算结构自振特性时，混凝土高耸结构的截面刚度取0.85EcI，因此ANSYS建模时混凝土的弹性模量取0.85Ec，材料弹性模量E=2.55×104MPa,泊松比为0.167，材料密度为2410kg/m3;塔筒与地面刚接。定义沿塔筒高度方向为Z轴正方向，塔筒横截面方向分别为X轴和Y轴。以塔筒外径7m，壁厚200mm为例，有限元模型如图1所示。

 

 

　　模态分析用来确定结构或构件的振动特性，即固有频率和振型。同时，模态分析也是其他动力学分析(如反应谱分析)前期必须完成的环节。在ANSYS中提取模态的方法有：BlockLanczos法、Subspace法、Reduced法、Unsymmetric法、Damped法等。本文采用BlockLanczos法进行模态分析，提取前10阶频率和对应的振型。部分频率及相应振型图如表1及图2所示。