预制混凝土塔架水平缝连接节点受力性能研究

以天润夏县二期49.5MW风电场工程1.5MW风电机组45m预制混凝土塔架为背景,研究预制混凝土塔架水平缝连接节点受力性能,通过ANSYS建模,分析了包含灌浆套筒、灌浆料及钢垫板等构造在内的水平缝连接节点的受力情况。研究表明:预制混凝土塔架结构水平截面没有出现拉应力,最大压应力为23.0MPa,出现在数值模型塔顶混凝土部位;钢材质预埋件的最大压应力为13.2MPa,远小于钢材的屈服强度,因此预埋件不会出现屈曲破坏现象;预制混凝土塔架结构最大变形为0.101mm,属于小变形范围;预制混凝土塔架单节塔筒部位及塔筒水平缝连接部位的应力变化及变形均满足协调性条件。     

基于BIM技术的装配式混凝土风电塔架深化设计

风电塔架一般为三维薄壁曲面结构,深化设计对施工影响显著。以某钢-混组合风电塔架为例,对塔架混凝土部分预制构件从拆分方案到深化设计中孔道、钢筋及预埋件等布置要点进行总结,提出利用BIM三维建模出图解决碰撞问题,借助参数的驱动方式快速布置钢筋,采用极坐标方式进行定位等措施。     

三角刚架悬索组合梁桥预压式钢-混结合段施工关键技术

北京房山五渡桥为世界上首座三角刚架悬吊连续梁组合桥,其特殊的大角度空心薄壁V墩、刚塔架、倾斜型预压式钢-混结合段等结构特点给施工带来了极大困难。根据桥梁施工仿真分析提出的关键技术问题,对异型结构施工方法、施工工艺进行深入研究和实践,很好地解决了三角刚架悬吊连续梁组合桥施工工艺中的一些关键技术难点,总结出倾斜预压式钢-混结合段施工工法,为异型钢-混结合段施工技术的创新和突破积累了经验。     

风电混合塔筒中空夹层钢管混凝土转接结构轴压性能试验研究

在风电机组预应力钢-混凝土混合结构塔筒中,转接结构是用于连接上部钢塔段与下部混凝土塔段的过渡结构,其受力复杂,采用传统的钢筋混凝土结构形式容易产生裂缝甚至发生破坏。提出了一种中空夹层钢管混凝土转接结构,并进行了4个中空夹层钢管混凝土转接结构试件及1个钢筋混凝土转接结构对比试件的轴压试验。结合有限元及理论分析揭示了中空夹层钢管混凝土转接结构的承载能力及隔板、栓钉等因素对其受力性能的影响。结果表明：在相同用钢量下,中空夹层钢管混凝土结构形式显著提高了转接结构的承载能力及变形能力;隔板和栓钉的设置增强了钢与混凝土的连接,限制了内外钢板的局部屈曲、延缓了混凝土的压溃,进一步提升了结构的轴压受力性能;其中,栓钉对于增强结构整体性更为有利,使结构延性增加更为显著。     

跨座式单轨群钉连接装配式钢-混组合轨道梁 等效刚度研究

为研究群钉连接装配式钢-混组合结构等效刚度,建立了有限元模型,对跨座单轨交通组合轨道梁的静动力特性进行了研究。预制混凝土板通过剪力群钉的方式与轨道梁下部钢箱进行组合装配,分别对装配之前的轨道梁钢箱和装配之后的钢-混组合轨道梁模态、等效竖弯刚度进行了分析。研究表明,混凝土板与钢箱装配后,组合轨道梁等效质量增大49%,等效竖弯刚度增大46%,竖弯模态固有频率折减3.7%,群钉连接方式能有效实现钢箱与混凝土板的组合。     

预应力装配式高耸风电塔架受力性能研究

预应力装配式高耸风电塔架下部为预制装配式混凝土塔筒,上部为钢塔筒,上端锚固于法兰环,下部锚固于基础内部。在风电塔架体内沿环向均匀布置竖向预应力拉索,张拉后将上部钢塔筒和下部装配式混凝土若干塔筒连接为整体。针对中间转换部分,采用转换段法兰环、变截面混凝土、预制混凝土竖向缝以及水平缝等连接构造。为研究该结构及各连接构造的受力性能,开展精细化有限元分析、拉索107次高周疲劳性能试验以及1∶3大比例尺模型试验,得到了结构关键部位的力学响应和破坏模式等。结果表明：设计荷载作用下,预应力装配式混凝土塔筒表现出弹性特征,可以安全地承受设计荷载;极限荷载作用下,预应力装配式混凝土塔筒段承载力储备充足,且上部钢塔筒先于混凝土塔筒段出现屈曲破坏,混凝土塔筒与钢塔的承载力比例设置合理,避免了混凝土塔筒先于钢塔筒破坏,验证了结构体系和连接构造设计的可行性;疲劳试验及有限元分析结果表明拉索能承受107次的疲劳次数,满足抗疲劳安全性要求。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板徐变效应研究

针对混凝土徐变易引起钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土桥面板开裂问题,运用Midas/Civil建立6×85m港珠澳大桥钢-混组合连续梁桥有限元模型,分析负弯矩区混凝土桥面板徐变对主梁结构影响的规律。结果表明:混凝土徐变作用下,成桥前3年负弯矩区混凝土桥面板压应力下降较快,10年时最大压应力为-3.2 MPa;成桥10年边跨主梁最大挠度为-17.67mm,其中前3年主梁变形达到93.04%。说明徐变对港珠澳大桥钢-混组合梁桥成桥前3年影响最为显著,成桥10年内负弯矩区混凝土桥面板一直处于受压状态。     

三种5MW风电塔架的综合性能对比研究

针对5 MW风力发电机组,在拟选场地条件下,分别完成了正八边形预应力混凝土塔架、圆形预应力混凝土塔架和钢椎管塔架结构设计,并按照设计规范进行了承载能力、变形能力和疲劳验算。在此基础上,建立三种塔架的三维有限元模型,采用该数值模型计算三种塔架的自振频率以及在相同荷载工况下的受力反应。通过分析结果从自振频率、承载能力、结构变形以及结构造价等多方面对三种塔架进行了对比研究。对比结果表明,在相同工况荷载作用下,正八边形预应力混凝土塔架的塔顶水平位移最小,受力性能较好,结构稳定。且在这三种塔架结构中,正八边形预应力混凝土塔架的结构造价、制作工艺、材料运输和施工过程都具有一定优势,为大容量风电机组塔架建设提供一个更好的选择。     

环境温度场对铁路钢-混组合桥梁列车走行性的影响

由于钢-混组合桥梁导热系数存在显著差异,环境温度场对钢-混组合桥梁的结构行为影响较大.对于高海拔地区的钢-混组合桥梁,环境温度效应可能影响列车行驶安全与舒适性.文章以藏区某铁路双线简支钢箱-混凝土组合梁桥为研究对象,通过固-热耦合数值仿真分析研究其环境温度场以及温致效应,并基于车-桥耦合振动分析理论,进行温致效应下的钢...     

中、美、欧标准中钢-混组合结构桥面系竖向温度梯度效应的比较

钢-混组合桥面系结构形式特殊,与之对应的竖向温度梯度有别于其他组合结构。为明确现行标准关于钢-混组合结构桥面系的竖向温度梯度效应的计算差异,为后续相关研究提供可靠参考,以某实桥钢-混组合桥面系为例,借助ANSYS有限元程序,建立精细化有限元计算模型,对现行标准的正温差及负温差的竖向温度梯度模型、参数取值及效应值进行对比。结果表明:现行技术标准关于钢-混组合桥面系的竖向温度梯度模型及参数取值差异明显,可根据实际要求及应用对象,对现行技术标准进行优化;正温差状态下,依据美国AASHTO(1994版)标准可获得混凝土桥面板及钢桁梁的最大拉压应力;负温差状态下,基于中国JTG D62—2004则可获得混凝土桥面板的最大拉压应力;参考欧洲BSI 1990-2-10,则无论是正温差还是负温差状态,工字梁及钢桁梁均可获得最大拉压应力。     

Interface behavior of grouted connection on monopile wind turbine offshore structure

The interface behavior of a concrete grouted connection is studied in a monopile wind turbine offshore structure. The grouted connection between transition piece and monopile is fixed by filling it with grout materials made of high-strength concrete. We observe a nonlinear equilibrium path from the grouted connection in experiments. For comparison with the experimental results, nonlinear finite element analysis of the grouted connection is performed, taking the effects of both material and geometrical nonlinearities into consideration. A finite element model of the grouted connection between the steel and concrete materials is realistically simulated using an interface element. The finite element results compares well with the experimental results. Thus, the finite element analysis showed that the numerical model based on the interface element is a good method for investigating the behavior of grouted connections of monopile offshore structures.     

变截面构架式风力发电塔架GA优化

提出了一种新型风力发电塔架结构形式:构架式风力发电塔架,并根据遗传算法(GA)二进制编码方法,以实际工程为背景,编制了变截面构架式塔架Fortran优化模型程序,分别对塔架进行了截面尺寸优化、形状优化的计算和比较,最后利用有限元软件,采用自定义梁单元参数,建立了传统单管塔优化模型。计算结果表明,构架式风电塔架相对于单管塔架,具有较高的刚度和一阶自振频率,且该结构具有基础工程量小,方便运输,降低施工难度等优点。     

风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏机理研究

本文基于ABAQUS有限元软件,建立了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的“壳-实体”精细有限元模型,并进行了数值模拟计算。有限元模型计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的变形过程、破坏形态和机理进行了分析。研究表明,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在达到极限承载力之前,具有较好的组合工作性能,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏过程为钢管的鼓曲变形进一步发展为鼓曲区域钢材低周疲劳开裂破坏,同时提出了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒受扭承载力简化计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可用于工程设计参考。     

风力发电钢塔简的荷载计算方法和荷载组合研究

目前我国相关规范和规程尚没有对风力发电钢塔筒给出具体的荷载计算方法。本文分析研究了风力发电塔筒的荷载作用特点,总结了风力发电钢塔筒的荷载计算方法和荷载组合。对水平气动荷载公式进行了修正,并提出了修正系数0．4。通过对某MW级风力发电塔筒的力学性能进行有限元分析,提出了塔筒设计时可变荷载中的第一可变荷载和最不利工况。     

风力发电结构动力反应的一体化有限元模型分析

本文通过对风力发电结构系统地震作用下的动力反应的大量研究,提出了一种可用于分析风力发电结构的"桨叶—塔体—基础"一体化有限元模型,并结合土-结构相互作用的分析形成了另一种对比模型。利用上述分析模型对风力发电结构分别进行动力荷载作用下的模态分析和动力时程分析。结果表明,地震作用下考虑土-结构相互作用对风力发电结构动力响应的影响不容忽视,并且可为工程设计提供参考。     

考虑山地风荷载的重庆电视塔受力分析

重庆电视塔高183.1m,建成于1970年。该结构坐落于山脊顶部,因此山地风场效应是结构分析中必须要考虑的因素。根据规范山地风计算方法,建立了有限元模型计算电视塔结构安全性,结果显示山地风荷载效应影响较大,使部分构件应力比大于1,结构必须进行加固;作为整体结构计算的补充,又进行了节点有限元模型计算,结果显示只有节点板局部较小区域应力超过材料屈服强度,在考虑屈服后应力重分布情况下可认为节点安全可靠。     

预埋塔筒式风塔基础的有限元分析

利用ANSYS有限元软件对预埋塔筒式风塔基础结构进行了模拟计算与分析,重点剖析容易导致风机基础破坏的强度和刚度薄弱环节。由ANSYS计算结果分析了由于预埋塔筒较浅引起的混凝土的应力变化,及在塔筒结束处应力转向钢筋的过程。从而为工程设计提出建议,避免设计中的安全隐患导致风机基础破坏事故。     

兆瓦级风力发电机塔架的模态分析

通过对内蒙古武川地区水平轴风力机塔架的两种工况进行现场测试,用DASP系统进一步分析,得出塔架的加速度谱及特征频率;利用ANSYS有限元软件完成塔架的建模和模态分析,考虑了塔顶上方机舱总质量的影响。计算结果与实测结果为避免塔架发生共振和进一步研究风力机塔架的动力反应提供了依据,其中模态数据对风电塔架设计和结构振动控制有一定的参考价值。     

Wind‐induced internal pressure effect within a novel super‐large cylindrical–conical steel cooling tower

A cylindrical–conical steel cooling tower (SCT) is a new type of very large thin‐walled, flexible structure. This study focused on the wind loads on the internal and outer surfaces of this structure and its wind‐induced responses. First, using the computational fluid dynamics method, the numerical wind tunnel was conducted to simulate a 189‐m‐high cylindrical–conical SCT, Asia's highest cooling tower that is still under construction. This numerical method was validated by comparing the wind pressures across typical cross sections of the tower model's cylindrical and conical segments with known standard curves. Based on this, the features of the airflow around the typical cross sections and its wake were extracted, and the distribution of mean wind loads along the internal and outer surfaces of the cylindrical and conical sections was obtained. Then functions for estimating the internal and outer surfaces shape factors of the cylindrical and conical segments were obtained by fitting to the simulated data. Furthermore, finite element method was used to analyze the static wind‐induced response of the cylindrical–conical SCT under internal pressure, external pressure, or both internal and external pressure. The effect patterns of internal pressures on the wind‐induced responses of the main tube, stiffening trusses, and auxiliary trusses of the tower were derived from the analysis results. Main findings of the research can provide a reference for design of very large cylindrical–conical SCTs for wind resistance in the future.