风力发电整体式预应力混凝土塔架考虑应变率影响的分析

随着风力发电机发电容量的日益增大,风力发电塔结构越来越重要。由于预应力混凝土塔架相对于钢塔架具有造价低、刚度大、稳定性好、耐腐蚀、节约钢材和现场施工方便、维修费用低等优点,使得预应力混凝土结构有更好的发展前景。本文通过考虑风荷载引起的应变速率对混凝土强度提高的影响,对风力发电整体式预应力混凝土塔架进行了结构分析和设计计算,得到预应力混凝土塔架底截面的预应力筋和非预应力钢筋的配筋设计。     

预应力混凝土梁疲劳损伤机理及其尺寸效应试验研究

为了研究预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下的疲劳损伤机理以及各种疲劳性能的尺寸效应,对三组不同尺寸的预应力混凝土简支梁进行疲劳试验研究。通过对在疲劳荷载作用下预应力混凝土梁试验数据研究分析发现:原本按照适筋梁设计的预应力梁在受到疲劳荷载作用后出现类似于少筋梁的破坏特征,这是因为梁在循环荷载作用下,不断积累的疲劳损伤,使得梁构件发生脆性破坏。其中,脆性破坏指的是梁内钢筋发生疲劳断裂。同时,预应力梁构件由于疲劳循环荷载的作用在挠度、刚度等性能方面都存在着尺寸效应,即:预应力混凝土梁的挠度随截面尺寸的增加而减小,预应力梁刚度退化的速度随着截面尺寸的增大而减小。     

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。     

预应力混凝土箱梁整桥力学特性分析

基于大型非线性有限元软件MSC.MARC,建立整桥预应力箱梁三维非线性有限元模型,其中混凝土采用六面体单元,钢筋采用truss杆单元,预应力通过钢筋单元的初始应力输入施加。模拟分析了整桥在各种汽车工况荷载作用下的结构力学特性,结果表明:对称的车辆荷载作用下,跨中截面最大主应力较小,偏载的车辆荷载作用下,跨中截面最大主应力较大,各种工况下最大主应力均小于混凝土抗拉强度,混凝土不会开裂,满足规范要求。     

体外预应力混凝土梁的极限强度分析

通过梁截面的应力-应变关系,在分析体外预应力混凝土梁整体变形的基础上,得到了极限状态下体外预应力钢筋的极限应力和混凝土梁的极限抗弯强度。将体外预应力钢筋应力的增加看作是作用在梁上等效荷载的增加,因此可以考虑不同的外荷载形式(包括对称荷载和不对称荷载)、不同的截面形式以及不同的体外预应力钢筋布置形式对梁极限状态的影响。计算结果与已有试验结果吻合良好。     

次内力的物理意义及简捷计算

基于预应力混凝土构件在等效荷载作用下混凝土截面内力的分析,给出综合内力、主内力和次内力的物理意义及简捷计算方法,从而方便了工程设计计算,有利于预应力混凝土结构的推广与应用。     

承受轴向、弯曲、剪切和扭曲组合荷载的钢筋混凝土和预应力混凝土的三维数值模型

提出了钢筋混凝土和预应力混凝土承受组合荷载下的分析模型，荷载包括轴力、双向弯矩、扭矩和双向剪力。所提出的模型基于Timoshenko梁理论的简单动力假设，保持了任意截面尺寸情况下的三维框架的形状。框架的控制截面被细分为一维，二维和三维材料响应。钢筋混凝土和预应力混凝土构建的材料模型遵循用切线刚度公式表示的改进压缩场理论的基本假设。     

装配式风电塔架整体结构可靠性研究

分析装配式风电塔架在荷载作用下的位移和应力,以塔架顶部位移和各构件最大应力为控制条件对塔架进行可靠性分析,并研究预应力松弛对于塔架整体可靠性的影响。结果表明对塔架结构性能影响最大的两个参数分别为钢塔筒壁厚和混凝土塔筒门洞口附近预应力筋束的应力;预应力松弛会降低塔架位移和钢塔筒的可靠指标而提高混凝土塔筒的可靠指标。     

不同规范计算预应力混凝土塔架门洞处水平承载力结果比较

风力发电机组混凝土塔架结构非常复杂,塔门的存在对整体塔筒的力学特性有着不可忽视的影响,因此有必要进行门洞处水平承载力研究。参照《高耸结构设计规范》(GB50135-2006)、《烟囱设计规范》(GB50051-2013)和美国混凝土协会标准(ACI307-08)进行预应力混凝土塔架门洞处截面极限状态验算,对比了不同规范所采用的计算方法的优缺点。采用ANSYS建立了相应的预应力混凝土塔架有限元模型,对决定截面抗弯承载力的一个重要影响因素进行了数值研究,即受压区的半角系数α或ACI308-08标准中采用的中性轴角度α。结果表明,采用《高耸结构设计规范》并结合《混凝土结构设计规范》进行预应力混凝土塔架门洞截面处的承载力极限状态验算具有一定的借鉴性,与有限元模拟结果接近。     

FRP筋体外预应力混凝土梁的极限强度分析

通过梁截面的应力—应变关系,在分析体外预应力混凝土梁整体变形的基础上,得到了极限状态下体外预应力FRP筋的极限应力和混凝土梁的极限抗弯强度。本文将体外预应力FRP筋应力的增加看作是作用在梁上等效荷载的增加,因此可以考虑不同的外荷载形式(包括对称荷载和不对称荷载)、不同的截面形式以及不同的体外预应力FRP筋布置对梁极限状态的影响。计算结果与已有试验结果吻合良好。     

谐振频率大于1Hz建筑物、的结构设计——蚌埠中国新一代多普勒天气雷达塔

在蚌埠中国新一代多普勒天气雷达塔建设中,要求设计一谐振频率大于1Hz的建筑物作为雷达塔的基座。在设计中,确定了合适的荷载,特别是风荷载和雪荷载,以及铁塔荷载,拟建建筑物的自振周期必须小于1s,在风荷载作用下,建筑物及铁塔的位移须小于18．5mm,这样对建筑物的刚度就有了很大要求,加之建筑物自身体型刚度较小,设计利用塔体外墙及内部楼梯和电梯隔墙,做钢筋混凝土墙体,井调整层高,增加建筑物刚度。经现场实测,建筑物的各项指标均满足建设要求。     

组合结构发电塔架灌浆连接段接触压分析

钢-混组合结构发电塔中的连接段对于整个结构来说至关重要,采用灌浆连接可以有效减小应力集中和疲劳破坏,但目前关于钢-混组合结构风电塔中灌浆连接方式的研究和应用都较少.本文以某150m大型风力发电塔架为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS分析了在外力作用下,钢-混凝土组合结构风电塔架灌浆连接段的接触压,并探究了外侧混凝...     

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。     

基于结构可靠性的双曲线冷却塔施工期风荷载取值及应用

针对施工期间的钢筋混凝土双曲线冷却塔塔筒结构,采用"结构可靠度的时段分析方法",以"结构在施工期内的可靠度=设计基准期内的可靠度"为前提,求出塔筒施工期风荷载的标准值,并将其用于实际工程。该成果可为冷却塔(特别是超大型冷却塔)塔筒结构的施工期验算提供依据,对规范作出相应的补充。     

考虑脉动风影响的风电塔风致动力响应数值分析与现场监测比较

本文基于"风轮-机舱-塔体"三维仿真模型,进行风电塔在暴风荷载作用下的风致动力响应分析,并基于规范中的风荷载计算方法与动力分析方法对风电塔的应力、位移和内力进行计算分析,同时研究风电塔风轮受不利风向影响时的力学特性变化规律,并对风电塔在常规风荷载作用下的应力和位移进行现场监测比较研究。结果表明,基于规范计算的风电塔的应力、位移及内力要比动力分析的计算值偏小;脉动风时程激励下,风电塔的最大应力值低于结构的最小许用应力值,但结构顶部的水平位移超过结构的位移限值,在风电塔设计中应予以注意。风电塔受不利方向的暴风影响会产生很大的内力,塔底最大剪力和弯矩增大了91%和106%,在风电塔设计过程中应该重点考虑;基于常规风荷载作用下的应力和位移的数值仿真结果与监测结果吻合较好。     

风-冰联合作用下风电塔高强螺栓疲劳可靠度分析

针对风力机塔筒法兰联结螺栓结构特殊、受力复杂、易于失效等特点,对风-冰联合作用下高强螺栓节点的疲劳可靠度进行了研究。首先通过谐波叠加法生成风速时程,按照概化冰力函数求出作用于风电塔上的冰力时程; 然后应用ANSYS建立风电塔模型,施加生成的风荷载及动冰荷载,得到法兰中心处的应力时程曲线; 基于Schmidt-Neuper理论及有限元方法分别对法兰联结螺栓结构进行计算,得到法兰受载与螺栓应力之间的关系; 通过MATLAB多项式拟合得到外荷载作用下螺栓的应力时程曲线; 最后基于累积损伤理论,计算螺栓在不同荷载工况下的疲劳可靠度,并讨论预紧力、螺栓位置、冰速对其疲劳可靠度的影响。结果表明:考虑冰载后螺栓的疲劳可靠度均有所下降,冰载对螺栓疲劳可靠度的影响不容忽视; 预紧力的大小对风载作用下的螺栓疲劳可靠度影响较大,对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响不大; 螺栓所在位置对各荷载工况下的螺栓疲劳可靠度均存在较大影响,且对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响最为明显; 法兰所受外荷载大于使螺栓节点分开所需的荷载时,会增加螺栓的应力幅值,从而降低其疲劳可靠度; 冰载作用下影响螺栓疲劳可靠度的主要因素为冰激作用导致的塔架共振。     

基于完全气弹模型风洞试验输电塔风荷载识别

按照基本缩尺律,设计、制作了输电塔完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了多种风速、风向条件下输电塔的位移与加速度响应。通过加速度响应功率谱识别出结构的固有频率,并采用Hilbert-Huang变换结合随机减量法识别出包含结构阻尼和气动阻尼的结构总阻尼。利用虚拟激励法建立了由测点位移响应来识别结构顺风向、横风向风荷载的方法。由识别出的风荷载谱曲线,利用非线性最小二乘法拟合得到输电塔顺风向、横风向风荷载经验公式。研究结果表明：风洞试验设计、制作的输电塔气弹模型,测试得到的模型第1阶自振频率与有限元计算结果吻合较好;横风向荷载谱形态与顺风向的相比有较大的区别,其能量分布在一个更宽的频带上,其峰值频率是顺风向的3～4倍。     

不同风载作用下单管塔的设计

单管塔因其结构轻巧、造型美观,越来越多地被应用于城市及对环境有美观要求的地方.通信单管塔属于高耸结构,其受力特点是风荷载起决定作用,高度越高,风荷载的响应越明显.由于通信基站的密度较集中,对于同一地区的风压及地貌相差不大、对通信工艺要求相同的基站,可以规格化塔身主材.针对2类经常建造落地单管塔的地貌,通过对目前运营商常用天线挂高的单管塔结构进行不同风压下的受力分析,给出各参数的选择建议,为工程设计提供一定参考.     

Wind-loaded reinforced-concrete cooling towers: buckling or ultimate load?

Wind loadings govern the design of most cooling towers. Until now, proof of suffiecient safety against buckling under wind load has been a major concern for the designers of such shells.In this paper it is demonstrated that a typical cooling tower made of reinforced concrete would not buckle—at least not in the classical sense of the word. Failure would rather be initiated by rapid propagation of cracks in tensile zones followed by temporary stiffening and, finally, by yielding of the reinforcement.The theoretical part of this paper is restricted to a presentation of the constitutive model, discussion of the equation for incremental-iterative ultimate-load analysis and of the condition for instability. The numerical part contains a detailed study of a built hyperbolic cooling tower.It is shown that: (a), buckling loads resulting from linear and geometrically nonlinear prebuckling analyses are considerably larger than the ultimate load; and (b), results based on a certain form of ‘equivalent axisymmetric pressure’ are on the unsafe side of corresponding results from the ‘actual’ wind load. It is also demonstrated that the ‘crack load’, representing a lower bound to the ultimate load, can be estimated by means of a linear-elastic nonaxisymmetric analysis of the cooling tower.     

基于风洞试验的苏通大跨越输电塔风振系数研究

苏通大跨越输电塔的结构形式有别于普通的钢结构杆塔,其塔身下部结构采用钢管混凝土、上部结构采用钢管,质量突变大,主要受风荷载控制,并且塔高超出GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的梯度风高度限制。为此,采用气动弹性模型和刚性模型的边界层风洞试验确定苏通大跨越输电塔的风致响应和气动力,基于试验数据计算不同风向角下的惯性力风振系数、位移风振系数和有效荷载风振系数,并进行对比。并通过有限元分析梯度风高度对惯性力风振系数的影响,同时将有限元分析得到的风振系数分布和加权值与DL/T 5154的风振系数规定作比较。结果表明：上述3种风振系数分布规律并不相同,由其分别确定的等效位移接近于试验值;考虑梯度风高度后,风振系数变小,分布形状影响小;苏通大跨越输电塔的惯性力风振系数加权值小于1.6,且风振系数由下到上不是单调增大。