格構式鋼管混凝土三肢柱風力發(fā)電機塔架的受力性能研究.pdf

1、隨著風力發(fā)電機組日趨大型化,風電技術對塔架結構的要求與依存度越來越高。目前國際風電市場上普遍采用錐臺型鋼結構塔筒,其優(yōu)點是外形簡潔美觀,傳力明確,維修方便安全;但其具有運輸困難、材料利用率低、高度受限制等缺點。較之錐臺型塔筒,格構式塔架具有節(jié)約材料,剛度大,可以突破由于運輸條件對塔架高度的限制等諸多優(yōu)點。鑒于此,本文以白云鄂博地區(qū)某1.5MW風力發(fā)電機錐臺型鋼結構塔筒的受荷狀態(tài)為參考對象,設計了格構式鋼管混凝土三肢柱風力發(fā)電機塔架原型,

2、并根據(jù)相似理論計算得到格構式鋼管混凝土三肢柱塔架模型。通過對塔架模型進行低周反復水平荷載試驗,研究了該類塔架的破壞機理及破壞特征、各桿件及節(jié)點的內(nèi)力分布和發(fā)展規(guī)律、滯回曲線、延性和耗能能力等力學性能,在此基礎上通過有限元數(shù)值模擬得到了腹桿與塔柱剛度比、塔柱徑厚比和長細比對塔架破壞模式和極限承載力的影響規(guī)律。
　　由試驗結果可知:格構式鋼管混凝土三肢柱塔架的滯回曲線較為飽滿,無捏縮現(xiàn)象,說明其具有較好的抗震性能和耗能能力;在整個受力

3、過程中,由于試件本身的非對稱性,其正向加載的位移曲線與反向加載時不同,正向加載無明顯的下降段,而反向加載有明顯的屈服段和下降段;正、反向加載時位移延性系數(shù)分別為3.22和2.70。塔架的破壞發(fā)展過程為:底層受壓斜腹桿首先屈曲;之后底層受力較大側塔柱在反向加載時發(fā)生縱向撓曲,而其他各層塔柱以一層節(jié)點為“假想柱腳”發(fā)生彎曲變形,最后一層節(jié)點由內(nèi)側冠點位置開始發(fā)生斷裂,最后整個鋼管截面完全裂通。一層節(jié)點交匯區(qū)的Mises應力分析可知,受力較大

4、側節(jié)點在接頭處冠點以及鞍點位置的應力最大。在明確鋼材和混凝土的材料模型的基礎上,利用 ABAQUS有限元軟件,對試驗塔架進行了數(shù)值模擬,利用經(jīng)過驗證的理論模型對格構式鋼管混凝土三肢柱塔架進行了參數(shù)分析。結果表明:隨著徑厚比(塔柱直徑不變,壁厚減小)的增加,塔架的極限承載力降低;隨著腹桿與塔柱剛度比(塔柱直徑不變,腹桿直徑增大)的增加,塔架的極限承載力增加;隨著長細比的減小,塔架的破壞模式由一層塔柱受壓彎曲轉變?yōu)橹_屈服。
　　本文