預(yù)應(yīng)力砼-鋼組合風(fēng)電塔架穿筋連接段彈塑性分析

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1、第33卷第7期可再生能源Vol.33No.72015年7月RenewableEnergyResourcesJul.2015預(yù)應(yīng)力砼-鋼組合風(fēng)電塔架穿筋連接段彈塑性分析許斌，謝詠劍，李正超（湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082）摘要：預(yù)應(yīng)力砼-鋼組合結(jié)構(gòu)形式是發(fā)展大功率風(fēng)機(jī)以及解決山區(qū)風(fēng)場(chǎng)建設(shè)運(yùn)輸難題的必然選擇，其預(yù)應(yīng)力砼段與鋼結(jié)構(gòu)連接段的分析與設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。文章提出一種新型的嵌入式開孔板和穿孔鋼筋連接段結(jié)構(gòu)方案，并以某高度為77.5m的風(fēng)電塔架為例，建立有限元模型，在預(yù)應(yīng)力和最不利荷載組合設(shè)計(jì)值作用下進(jìn)行了彈性及彈塑性結(jié)構(gòu)分析，得到鋼

2、制連接件、砼、穿孔鋼筋的應(yīng)力分布和變形特點(diǎn)。結(jié)果表明：在法蘭盤下部設(shè)置嵌入式鋼筒和穿孔鋼筋可以有效提高過(guò)渡段剛度，改善應(yīng)力分布；當(dāng)連接過(guò)渡段中砼榫發(fā)生塑性變形后，穿孔鋼筋有效地發(fā)揮了傳遞剪力作用，并將上部荷載分散傳遞到下部砼塔筒中；從而驗(yàn)證所提方案的合理性。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力砼-鋼組合塔架；開孔板穿筋連接；有限元；彈性分析；彈塑性分析中圖分類號(hào)：TK83文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-5292（2015）07-1033-09DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.07.0120引言架連接段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。本文

3、提出一種新型帶隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)裝機(jī)容量的增大，傳統(tǒng)鋼制塔孔穿筋鋼板連接段結(jié)構(gòu)方案并利用有限元數(shù)值模架高度以及塔架底部直徑不斷增大，導(dǎo)致塔筒運(yùn)擬方法對(duì)其進(jìn)行彈性及彈塑性模擬分析，得到結(jié)輸困難及經(jīng)濟(jì)性差等一系列問(wèn)題。傳統(tǒng)鋼制塔段構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布及變形規(guī)律，并對(duì)其傳力機(jī)理具有重量大、直徑大的特點(diǎn)，如將其下部塔段部分進(jìn)行了分析。換成砼，并在砼塔段中引入預(yù)應(yīng)力鋼筋，確保砼全1連接過(guò)渡段結(jié)構(gòu)方案及受力特點(diǎn)截面受壓或僅產(chǎn)生較小拉應(yīng)力，砼不開裂，可以大本文的研究對(duì)象為某風(fēng)電場(chǎng)的2MW風(fēng)機(jī)，大提高塔架結(jié)構(gòu)的耐久性及抗疲勞特性；上部直所提出的鋼-砼連接過(guò)渡包括一

4、個(gè)鋼制連接構(gòu)件，徑較小且重量較輕的塔頂仍為鋼塔，形成砼-鋼將預(yù)應(yīng)力砼塔段與鋼制塔段連接成整體。（圖1）組合塔架結(jié)構(gòu)形式。這種組合風(fēng)電塔架具有明顯77.500的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。此外，采用砼制塔筒可以現(xiàn)澆或者預(yù)制，能有效避免大直徑鋼制塔筒的運(yùn)輸難題，提高00塔架的穩(wěn)定性，降低成本。51116預(yù)應(yīng)力砼-鋼組合風(fēng)電塔架的鋼-砼連接段0穿孔鋼筋057鋼制連接件立面圖結(jié)構(gòu)選型、分析與設(shè)計(jì)是關(guān)鍵所在。國(guó)內(nèi)外未見詳7細(xì)設(shè)計(jì)資料和方案的報(bào)道。風(fēng)電塔筒結(jié)構(gòu)尺寸大、進(jìn)行足寸模型試驗(yàn)花費(fèi)大，且由于截面荷載大、結(jié)016.00008構(gòu)試驗(yàn)困難，故有必要對(duì)其進(jìn)行有限元數(shù)值分

5、析。15.200SeidelM對(duì)已建成的鋼-砼組合塔架和鋼塔架整002穿孔鋼筋5[1]1體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能分析。金濤以某砼1-1剖面圖±0.0000風(fēng)力發(fā)電高塔的工程實(shí)例為數(shù)值模擬對(duì)象，采用復(fù)合殼單元和三維實(shí)體單元對(duì)全砼發(fā)電高塔進(jìn)行圖1組合塔筒及連接件示意圖[2]了有限元模擬。這些研究均未涉及組合發(fā)電塔Fig.1Thehybridtowerandtheconnectionsegment收稿日期：2015-01-27?；痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51478175）。作者簡(jiǎn)介：許斌（1972-），男，博士，教授，主要從事風(fēng)力發(fā)電組合

6、塔筒結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等方面的研究。E-mail：binxu@hnu.edu.cn·1033·可再生能源2015，33（7）組合塔筒總高77.5m，底部第一段砼塔筒高15.22.3邊界條件和加載方式m，15.2~16m高度處為過(guò)渡段，上部3段鋼制塔過(guò)渡段砼筒底部加法蘭盤，對(duì)法蘭盤底面各筒總高61.5m。在鋼制連接構(gòu)件的嵌入式鋼筒段個(gè)節(jié)點(diǎn)的水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行約束。為了便于施上開孔，并穿插鋼筋，形成抗剪連接鍵，穿孔鋼筋加荷載，在過(guò)渡段的上端截面圓心處建立參考點(diǎn)直徑為20mm。參考橋梁結(jié)構(gòu)中PBL剪力鍵研究RP1并使之與該截面耦合。于參考點(diǎn)RP

7、1施加彎[3]，[4]成果，沿嵌入式鋼筒段的豎直方向布置4排穿矩、剪力和軸力等集中荷載，直接作用于與其耦合[7]筋孔，環(huán)向每8°布置一列穿筋孔，穿筋孔直徑為的過(guò)渡段的上截面。60mm。該連接方案通過(guò)嵌入式鋼筒孔洞中的砼2.4材料選取和砼塑性本構(gòu)模型榫和穿孔鋼筋的協(xié)同作用傳遞剪力，提高連接段模型中鋼制連接件和錨具為Q345E鋼材，屈[5]的抗剪強(qiáng)度、承載能力及延性。服強(qiáng)度為345MPa、彈性模量為209000MPa；穿2連接段有限元建模孔鋼筋和普通鋼筋為HRB400，屈服強(qiáng)度為4002.1有限元模型的建立MPa、彈性模量為200000MPa

8、；鋼絞線的極限強(qiáng)連接段模型包括鋼制連接件（含鋼筒、法蘭、度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa、彈性模量為195000帶穿筋孔的嵌入式鋼筒）、砼塔段、穿孔鋼筋、鋼絞MPa，鋼材泊松比取0.3。砼強(qiáng)度等級(jí)為C