超高钢混风电塔筒液压导向系统研究

为了更加高效的利用高空风能,作为绿色清洁能源之一的风力发电,朝着风电机组单机容量越来越大、承载基础的塔筒建设高度越来越高的趋势发展。传统锥筒式全钢塔筒逐渐被预应力混凝土-钢组合塔筒所取代。预应力混凝土-钢组合塔筒兼具混凝土塔筒及钢塔筒两者的优势,具有承载力高、稳定性好、运输施工维护方便、建设成本低等特点,以适应较高高度风电场的需求,代表了未来风电塔筒结构发展的方向。由于高空风载荷大、风电机组的偏心载荷大等不利因素,导致提升过程中产生大弯矩和扭转的工况。因此,导向问题已成为预应力混凝土-钢组合塔筒建设中需要首先解决的技术难题。针对这一难题,创新研制了超高钢混风电塔筒导向液压系统,结合传感检测和智能控制算法,克服上述不利因素,依次将混凝土内塔筒和中塔筒提升到位,高质量地实现了国内陆上最高的国家电投鲁阳170 m高的风电钢混塔筒的安装。

考虑P-Δ效应的钢-混凝土混合塔筒动力响应分析

为了提高风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应的分析效率,将风电机组钢-混凝土混合塔筒视为自由端有集中质量的欧拉-伯努利悬臂梁,提出了动力响应的高效分析方法.该方法考虑了重力二阶效应(P-Δ效应)对整体结构的动力响应,以及钢材与混凝土对结构整体阻尼比的影响.通过与基于ABAQUS的有限元模拟结果进行对比,验证了所提出分析方法的有效性,并研究了P-Δ效应对整体动力响应的影响程度.对比结果表明:与忽略P-Δ效应相比,考虑P-Δ效应时理论分析结果更接近于有限元分析结果;理论分析结果与有限元分析结果关于位移、速度和加速度均方根的最大相对误差分别为3.09%、3.81%、4.63%.这表明所建立的风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应分析模型具有与有限元分析相当的计算精度.

独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥抗震性能研究

【目的】研究独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的抗震性能,并探明非对称结构地震响应的差异。【方法】以长沙香炉洲大桥西汊航道桥为依托,采用MidasCivil软件建立非对称钢-混混合梁斜拉桥全桥有限元模型,分别采用反应谱法和非线性时程分析法对其进行地震响应分析,并重点研究了结构非对称性对斜拉桥辅助墩、过渡墩及其桩基抗震性能的影响。【结果】独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的动力特性和地震响应规律呈现出明显的非对称性,非对称布置的两过渡墩和两辅助墩在地震作用下的内力响应存在较大差异,结构的非对称性对横向地震更加敏感,在抗震设计时应予以重视;除两过渡墩桩基外,长沙香炉洲大桥按照静力计算设计的结构尺寸及配筋形式均能满足各工况地震作用下的抗震性能目标;塔身、墩身在横向+竖向地震作用下的安全储备均大于纵向+竖向地震的,桩基在横向+竖向地震作用下的安全储备几乎都小于纵向+竖向地震的;受结构非对称性的影响,边跨的27#过渡墩桩基总是先于主跨的31#过渡墩桩基发生破坏;在横向地震作用下,受群桩承台影响横向各排桩基地震轴力有较大差异。【结论】从经济性和抗震合理性角度出发,应对独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥进行差异化的抗震设计,研究成果可为非对称斜拉桥及其他非对称桥梁结构的抗震设计提供有益参考。

风电钢混塔筒健康在线监测系统

为了满足风力发电场对风电塔筒健康管理以及健康数据融入系统控制的需求,结合风电领域中的钢混塔筒提出了一种风电钢混塔筒健康在线监测系统,对总体方案、硬件架构、软件功能、传感器类型及安装部署进行论证,并在现场进行测试和可行性验证。该监测系统能够掌握预应力索索力、基础不均匀沉降、运行姿态、应力应变、振动、螺栓健康、接地干线电阻以及安全防护设备等实时运行数据,为风电钢混塔筒的健康运行和塔筒内工作人员的生命安全提供了有力的保障,获得的数据也将为塔筒制造方对其后续产品优化设计提供重要依据。

陆上风电钢混组合结构塔架风致疲劳寿命识别方法

风致疲劳是长期积累的过程,单个风荷载事件可能不会导致结构的立即破坏,且不同材料和构件之间的相互作用、应力集中、局部应力等影响塔架受力关系,难以分析不同方向上的空气荷载力,因此,对疲劳寿命的识别精度不佳。对此,提出陆上风电钢混组合结构塔架风致疲劳寿命识别方法。利用SESAM/GeniE模块,将实际结构转化为有限元模型,计算出塔架结构不同方向上的空气动力荷载,并将其进行组合,即可得到综合荷载值;通过分析塔架外力荷载与疲劳寿命之间的关系,累加综合损伤值,即可得到塔架的风致疲劳寿命的识别结果。实验结果表明,采用文中所述识别方法对风电钢混组合结构塔架疲劳寿命进行识别时,随着风速的不断提高,相同节点处的塔架疲劳损伤量也有所变化,识别结果与实际情况之间的应力响应均方根较低,说明该方法具备较高的识别精度。

顺德大桥钢-组合结构混合桥塔受力性能分析

顺德大桥索塔采用上塔柱为钢结构桥塔、下塔柱为钢-混凝土组合结构桥塔的混合结构桥塔,结构设计新颖。为了探明新型混合结构桥塔的受力性能,建立考虑连接件受力的精细化有限元模型,研究钢塔-组合塔结合段的传力机理和受力分布规律。研究结果表明:钢塔-组合塔结合段传力的关键是使组合塔中的混凝土受力,设置承压板能够有效提高荷载传递效率,降低钢结构局部应力和连接件受力;通过格室型构造和钢-混凝土连接件能够保证两者有效结合、共同受力。

混凝土-钢结构混合式风电塔架转接段制作工艺探索与实践

主要探讨混凝土-钢结构混合式风电塔架转接段制作过程中的关键环节,采用精确切割技术、焊缝温度控制以及精细化法兰组合操作等手段,对塔架整体制造工艺的科学性和可行性进行全面考究,并提出一套具有显著成效的制作方法。

温州瓯江北口大桥中塔结构形式比选

温州瓯江北口大桥主桥为主跨2×800m的三塔双层桥面钢桁梁悬索桥,为选择该桥合理的中塔结构形式,从结构受力、经济性、施工便捷性等方面对纵向A形混凝土中塔、纵向人字形钢中塔和纵向I形钢-混凝土混合中塔3种中塔方案进行综合比选。结果表明:若采用纵向A形混凝土中塔方案,结构整体刚度较大,但需保证名义摩擦系数≥0.3以满足主缆抗滑的要求,若采用其他2种中塔方案,名义摩擦系数取0.2即可;3种中塔方案均可通过调整相关结构尺寸满足自身的受力要求;结合中塔沉井基础,纵向A形混凝土中塔方案经济性最优,且桥梁施工过程中可保证施工塔吊不超高。经综合比选,该桥中塔最终采用纵向A形混凝土塔,通过在中塔鞍座中增加竖向摩擦板的方法保证主缆的抗滑安全。

预应力砼-钢组合风电塔架穿筋连接段弹塑性分析

预应力砼-钢组合结构形式是发展大功率风机以及解决山区风场建设运输难题的必然选择,其预应力砼段与钢结构连接段的分析与设计是关键。文章提出一种新型的嵌入式开孔板和穿孔钢筋连接段结构方案,并以某高度为77.5 m的风电塔架为例,建立有限元模型,在预应力和最不利荷载组合设计值作用下进行了弹性及弹塑性结构分析,得到钢制连接件、砼、穿孔钢筋的应力分布和变形特点。结果表明:在法兰盘下部设置嵌入式钢筒和穿孔钢筋可以有效提高过渡段刚度,改善应力分布;当连接过渡段中砼榫发生塑性变形后,穿孔钢筋有效地发挥了传递剪力作用,并将上部荷载分散传递到下部砼塔筒中;从而验证所提方案的合理性。

组合风电塔架混凝土填充钢箱连接段数值模拟

在进行组合风力发电塔架结构设计中,混凝土塔段与钢塔段的连接是该结构的关键部分。传统厚型法兰盘连接因刚度不足会导致下部混凝土出现受力分布不均匀,局部应力过大。因此提出一种混凝土填充钢箱连接方案,以2MW风电塔架为研究对象,以弹塑性力学、强度理论等为理论基础,运用有限元软件ABAQUS对所提方案进行建模,并进行弹性和弹塑性计算分析。结果表明,混凝土填充钢箱结构可以有效提高连接段的刚度和整体性,连接段受力性能明显优于传统法兰盘连接段,能够将上部荷载均匀传递到下部混凝土上,有效避免因混凝土局部应力集中而产生开裂现象。

怀化高堰西路舞水大桥主桥设计

怀化高堰西路舞水大桥桥跨布置为(49.9+40+190+110+39.9)m。东岸(49.9+40)m为预应力混凝土曲线连续梁桥;(190+110)m为钢-混混合梁独塔自锚式悬索桥;西岸39.9m为预应力混凝土直线梁桥。预应力混凝土梁采用单箱6室截面,钢梁采用封闭箱形截面。2根主缆采用空间形式的预制平行钢丝索股(PPWS),矢跨比为1/11.5。桥塔采用门形结构,基础采用水下混凝土嵌岩桩。大桥采用先梁后缆的施工方法。利用有限元软件对大桥进行整体结构计算和局部应力分析,结果表明大桥的主缆和吊索应力、主梁应力均满足规范要求。

基于改进遗传算法的钢-混组合式风电机组塔架优化设计研究

将传统的单管风电机组钢制塔架底部改为混凝土塔架,形成钢-混组合式风电机组塔架,可有效提高塔架的抗侧刚度,解决纯钢制单管风电机组高塔振动过大的问题。基于改进的遗传算法,综合考虑材料、人工、制作和运输等因素对塔架建造成本的影响,以塔架外径、壁厚、混凝土段高度和预应力钢绞线面积等为优化变量,以相关规范和行业标准的设计要求为约束条件,建立优化设计程序对某单机装机容量为2.0 MW、混塔土段32 m总高度为120 m的钢-混组合式风电机组塔架进行优化。通过优化前后的成本和结构承载力等计算结果的对比,表明优化后钢-混组合式风电机组塔架具有较好的塔架刚度和经济性能,证明该优化程序能满足设计使用要求,提高结构设计的经济性。

武汉鹦鹉洲长江大桥桥塔设计

鹦鹉洲长江大桥设计为三塔四跨钢-混结合加劲梁悬索桥,跨度布置为(200+2×850+200)m,两主跨主缆跨度均为850m,主缆矢跨比为1/9,边跨主缆跨度均为225m。三塔不等高,中塔为钢-混混合结构,高152m;边塔为混凝土结构,高126.2m。桥塔横向均为框架结构,塔柱之间均设置上下2道横梁。中塔混凝土下塔柱纵向采用台阶式的I形结构,钢上塔柱纵向采用人字形结构;边塔纵向采用I形塔结构。桥塔塔柱根据位置的不同分别采用单箱单室和单箱三室截面;横梁采用预应力混凝土结构。桥塔施工采用泵送混凝土工艺。分别对桥塔进行稳定及纵、横向静力计算分析,结果表明结构强度、刚度、稳定性均满足规范要求。

钢-混凝土组合式风力发电塔架地震响应分析

钢-混凝土组合式风力发电塔架上部为钢塔筒,下部为混凝土塔筒,高度方向具有较大的质量和刚度突变,其在地震作用下的响应和传统单管式钢塔架显著不同。利用ABAQUS对同一风电场的2.0 MW单管式钢塔架和组合式塔架建立精细化模型,选取3种场地条件,采用振型分解反应谱法计算2种塔架的地震响应并进行对比。针对3种场地条件,选取相应的地震波对组合式塔架进行非线性时程分析。分析结果表明,振型分解反应谱法直接用于计算组合式塔架的地震作用偏不安全,工程设计时需要补充时程分析;组合式塔架的内力响应和塔顶水平位移响应分别在中硬土场地和软弱土场地达到最大;前3阶振型对塔架的动力响应均有影响,2阶振型响应最大,高阶振型影响显著。

预应力混凝土-钢组合塔架连接段应力模拟分析

近年来,我国风电产业发展迅速,随着风电单机功率的不断提高,采用预应力混凝土-钢组合风电塔架优势明显。预应力混凝土-钢连接段对于整个预应力混凝土-钢组合风电塔架来说至关重要。本文提出一种新型钢法兰结合环向锚固钢板,径向加劲板的预应力混凝土塔段与钢塔段的连接段结构方案。以某大型风力发电塔架为例,利用大型有限元分析软件ABAQUS建立了在离塔架底部16米处的连接过渡段有限元模型,通过引入预应力并施加最不利设计荷载对模型进行了弹性以及基于混凝土塑性损伤本构模型的应力应变分析。结果表明:所提出的方案解决了在最不利荷载组合作用下传统法兰连接方案中混凝土受力不均匀以及其最大拉应力过大的问题;连接段中各种材料应力分布均满足要求,特别是混凝土中最大拉应力得到有效控制。所提出的连接过渡段结构方案为工程应用提供具备可行性的选择。

风力发电机组钢混结构塔架研究

随着风电行业的发展,风电塔架高度不断上升,高塔架在提高发电量,降低度电成本方面具有较大的技术优势。本文介绍了高塔架的设计理论,总结了目前该技术存在的技术问题及不同类型高塔架的优缺点。基于某项目2 MW/116风电机组分别设计了传统刚塔、柔塔、钢混结构塔架,对比分析了不同类型塔架的技术指标和经济效益,重点研究了预应力钢混结构塔架,该塔架具有刚度大、安全性好、成本低等特点,技术性能和经济性具有一定优势,为风电塔架选型及设计提供了一定的技术指导和案例参考。

基于压电材料的钢筋砼-钢组合塔筒损伤监测

钢筋混凝土-钢组合塔筒作为一种新型的风电塔架形式,其混凝土段的开裂对其使用寿命具有重要影响,对其混凝土段的开裂进行监测具有重要意义。该文提出了一种基于压电陶瓷激励的应力波测量的钢筋混凝土塔段的开裂监测方法,以某钢筋混凝土-钢塔筒缩尺模型为对象,以布置在钢筋混凝土塔筒表面的压电陶瓷片为激励器,利用布置在钢筋混凝土塔筒不同高度位置的压电陶瓷片作为传感器,实现在不同水平往复加载下的应力波的测量。对混凝土塔段从裂缝开始出现直至构件最终破坏整个过程各压电陶瓷片的响应进行分析,并定义损伤指标。结果表明,定义的指标不仅可较好反应裂缝实际出现位置,且与加载等级相关,所提出的监测方法可对钢筋混凝土塔段裂缝的发生和发展过程进行有效监测。

风电机组混合塔架结构阻尼比的研究

混合塔架作为风电机组广泛应用的一种高塔架形式,其结构模态阻尼比精度对塔架载荷和成本有着重要影响。基于以材料阻尼比作为输入求解风电机组混合塔架结构阻尼比的有限元分析方法,计算出140 m混合塔架第1阶模态阻尼比为0.96%。为验证该方法的正确性,通过测量阻尼性能差异较大的有机玻璃单件、钢板单件的材料阻尼比,以及有机玻璃与钢板组件的模态阻尼比,以测量的材料阻尼比作为输入开展了有机玻璃与钢板组件模态阻尼比的有限元分析。有限元求解与试验测试的1阶模态阻尼比结果分别为0.570%和0.589%,两者相差3.33%。结果表明,以材料阻尼比作为输入计算混合塔架模态阻尼比的有限元分析方法是正确的。

风电机组钢-混凝土混合结构塔筒自振频率实用计算方法研究

为得到风电机组钢-混凝土混合结构塔筒1阶自振频率的解析计算公式,基于Hamilton原理进行推导,得到了关于频率的六阶矩阵方程,称之为混合结构塔筒振动的频率方程。使用ABAQUS建立了不同参数下塔筒的有限元模型,并计算其1阶自振频率,结果表明频率方程计算结果与有限元模拟结果吻合良好。在此基础上通过参数分析,研究了材料密度、混凝土塔段高度占比系数、混凝土塔段与钢塔段截面壁厚比等参数对1阶自振频率的影响规律。基于此化简并求解频率方程,通过参数修正得到了混合结构塔筒1阶自振频率的解析计算公式。以期在工程设计阶段快速求解自振频率,提高设计效率。

济南凤凰黄河大桥主桥桥塔设计

济南凤凰黄河大桥主桥采用三塔双索面自锚式悬索桥,跨径布置为(70+168+428+428+168+70)m,桥宽61.7m,主缆中跨垂跨比为1/6。为兼顾受力和美观,中、边塔采用相同的结构形式,因桥面和地面标高不同,中、边塔构造不完全相同。桥塔采用横桥向A形、顺桥向I形的钢结构与钢-混组合结构混合塔方案,中塔高126.0m,边塔高116.1m。塔柱底节段为钢-混组合结构,其余塔柱节段采用钢结构,塔柱为单箱三室截面。各桥塔两塔柱之间横桥向均设置上、下2道横梁,横梁采用钢结构,为单箱单室截面。中塔采用塔吊吊装、边塔采用履带吊吊装。对桥塔进行静力、稳定及动力分析,结果表明结构强度、刚度及稳定性均满足规范要求。