钢管混凝土格构式风电塔架研究综述

随着现在世界形势正日渐复杂化以及我国的经济正在高速健康发展,现代社会对安全可靠地供电要求越来越高,电力安全作为工业的主导地位显得尤为重要。本文通过系统地对国内外历年来的钢管混凝土格构式风能光伏发电工程塔吊论文数据进行系统检索整理和综合分析,对钢管混凝土格构式风电塔架节点的结构抗震设计特性进行了总结,对各结构类型节点结构受力设计特性变化规律的机理研究方法以及结构力学行为进行了归纳,以便探究不同类型风力发电塔架的不同特性。同时总结了研究文献中的各种技术与管理的观点,为工程实践提供理论依据。

格构式钢管混凝土构件抗震性能研究进展

为了给采用格构式钢管混凝土构件的桥墩、桥塔和拱桥拱肋的研究、设计与施工提供参考,从试验测定、理论分析和恢复力模型3个方面系统阐述了国内外格构式钢管混凝土构件抗震性能研究的进展。分析表明:反复荷载作用下格构式钢管混凝土桥墩滞回性能的试验研究以圆形肢杆为主,且受荷模式为单向循环加载,试验对象和参数范围均有限,而格构式钢管混凝土桥墩拟动力试验及格构式钢管混凝土桥梁模型模拟地震振动台动力试验的报道很少,研究对象单一且工况有限;同时,不同研究者建立的滞回性能理论分析模型,虽能在一定程度上模拟格构式钢管混凝土桥墩的受力性能与破坏过程,但均或多或少存在一定不足或不合理之处,而由于某些杆件或节点进行了简化处理,现有格构式钢管混凝土拱桥模型的合理性尚待检验。基于对国内外研究现状的分析指出,强非线性条件下滞回性能分析理论与模型、损伤演化规律与破坏准则及恢复力模型和抗震设计方法是进行格构式钢管混凝土构件抗震性能研究的关键科学问题。最后,展望了格构式钢管混凝土构件抗震性能研究的前景及发展方向,为深入研究地震作用下格构式钢管混凝土桥墩、桥塔及拱桥拱肋的工作性能,合理评估该类结构构件的地震损伤演化规律,进而制定其合理抗震设计方法提供了研究思路。

四肢格构式钢管混凝土轴压构件承载力研究

鉴于现有标准中的设计公式不适用于计算四肢格构式钢管混凝土轴压构件的承载力,在选择合理钢材和混凝土本构模型的基础上,建立了四肢格构式钢管混凝土轴压构件的非线性有限元模型,并通过现有试验结果验证了模型的准确性,再进一步利用有限元模型确定了四肢格构式钢管混凝土标准轴压短柱的几何条件和强度承载力计算公式,以及四肢格构式钢管混凝土轴压构件的稳定系数和稳定承载力计算公式。结果表明:与现有标准中的设计公式相比,建议公式能够更加准确地预测四肢格构式钢管混凝土轴压构件的承载力,可为相关标准的修订提供参考。

极端温度对钢管混凝土格构式高墩抗震性能影响研究

为研究极端环境温度对钢管混凝土(CFST)格构式高墩抗震性能的影响,以某CFST格构式高墩斜拉桥为背景,开展温度对钢管混凝土材料特性的影响试验。通过建立桥梁空间有限元模型,探究极端环境温度对全桥自振特性和地震响应的影响,并运用地震易损性分析,得到不同温度工况下CFST格构式高墩的损伤概率。研究结果表明:当环境温度为-40~40℃时,混凝土弹性模量和峰值应力与温度呈负相关,钢材的力学参数受温度影响不明显;考虑材料温变特性后,CFST格构式高墩各阶自振频率随温度下降而升高;极端环境温度引起CFST格构式高墩材料力学性能的改变,高温工况下墩顶位移比常温工况显著增加;低温工况下,不同破坏程度的CFST格构式高墩损伤概率比常温工况均显著增大。研究结果可为高寒地区CFST格构式高墩抗震设计提供参考。

格构式钢骨-钢管混凝土构件轴压性能试验研究

以是否配置纵向加劲肋和格构式钢骨为主要变化参数,对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了轴心受压试验,对比分析了格构式钢骨-钢管混凝土构件和普通钢管混凝土构件的轴压性能.结果表明:与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高了4.65%,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高了10.53%,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高了21.12%.各组轴压试件的破坏形态基本一致,以整体失稳变形为主,伴随外钢管不同程度的鼓曲变形.格构式钢骨和内填混凝土在构件中形成小的“核心柱”,“核心柱”可延缓或抑制核心混凝土的裂缝发展,明显提高构件的承载能力和延性.利用有限元软件ABAQUS对格构式钢骨-钢管混凝土构件进行了轴心受压全过程数值模拟分析,明确了各部件的应力发展过程.提出了格构式钢骨-钢管混凝土构件的轴压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好且总体偏于安全.

内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯性能

对是否设置加劲肋和格构式钢骨等4组内部构造形式不同的钢管混凝土试件进行受弯试验。结果表明:格构式钢骨延缓了试件受拉区混凝土开裂和受压区钢管屈服,有效提高了其抗弯性能。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行数值模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上分析钢管径厚比、钢骨肢件间距、钢骨尺寸、钢骨及混凝土强度等对内配格构式钢骨钢管混凝土构件受弯性能的影响。结果表明:影响构件抗弯性能的主要参数为钢管径厚比、钢骨尺寸及钢骨强度;混凝土强度、钢骨肢件间距对其承载性能影响较小。采用中国规范对试件的抗弯承载力进行计算,采用中国规范、美国规范及欧洲规范对试件刚度进行计算,并将计算结果与试验结果进行对比。结果表明:中国规范对该类构件抗弯承载力的计算偏于保守;美国规范和欧洲规范对该类构件抗弯刚度的计算偏于保守,中国规范对抗弯刚度的计算误差较大。

内配格构式钢骨-钢管混凝土构件偏压性能试验研究

对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了偏心受压试验。结果表明:各组试件的破坏模式均为试件整体弯曲,偏压侧钢管局部鼓曲。内配纵向加劲肋减缓了钢管的局部鼓曲。与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高3.80%,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高8.28%,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高14.33%。利用有限元软件对内配格构式钢骨-钢管混凝土构件进行偏心受压数值模拟,分析了构件的受力机理和各部件的应力发展过程,研究了混凝土强度、钢管强度、钢管径厚比、钢骨强度、钢骨尺寸以及荷载偏心距对其承载性能的影响。提出了内配格构式钢骨-钢管混凝土构件的偏压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好。

格构式钢管混凝土风力机塔架的设计

针对风力机塔架高度增加使常用的锥筒式塔架结构的力学性能、经济性、施工性下降的问题,探讨了格构式钢管混凝土风力机塔架的设计方法.以某3 MW风力机工程为例,采用钢管混凝土统一理论和简化空间桁架法设计了符合性能要求的格构式钢管混凝土塔架,并给出了柱肢、腹杆及节点构造.基于ANSYS有限元软件分析了格构式钢管混凝土塔架与锥筒式塔架的力学性能和用钢量,结果表明,三肢柱格构式钢管混凝土塔架的设计方法可行,力学性能优越,经济性较好.

内填式钢管混凝土构件受箍机理分析

利用修正弹性模量的方法来计入内填式钢管混凝土轴压构件承载力的提高 ,并用能量法和最小势能原理从中导出了在轴向压力作用下内填式钢管混凝土构件受箍机理。分析表明 ,套箍系数不但与核心混凝土的泊松比、截面半径及弹性模量有关 ,还与外围钢管的泊松比、钢管壁厚及弹性模量有关。

钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥地震响应及参数分析

钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥是强震区高速公路的新兴桥型之一。本文依托四川干海子特大桥实际工程,以梁墩刚度比、曲率半径、缀管布置形式以及有无减隔震装置为设计参数,应用Midas Civil有限元软件构造了26座三跨对称曲线连续梁桥计算模型,对E1地震作用下钢管混凝土组合桁梁和格构墩主要控制截面处的弯矩、扭矩、墩顶位移、位移率等地震响应值进行对比分析,探讨了各设计参数对钢管混凝土格构式高墩连续弯梁桥的影响规律和抗震适用性,给出了建议的参数适用取值范围,并对干海子大桥第一联结构进行了优化验证。该研究结论可为同类桥梁抗震优化设计提供理论支撑,提高结构安全度,同时也为钢管混凝土组合结构桥梁的抗震设计规程修编提供参考和借鉴。

格构式钢管混凝土风力发电机塔架的设计指标和参数研究

对格构式钢管混凝土风力发电机塔架进行了非线性有限元静力分析,揭示了其受力全过程、破坏模式及极限承载力,考查了塔架宽高比、腹杆形式、塔柱径厚比以及腹杆与塔柱刚度比对塔架极限承载力和破坏模式的影响规律.有限元分析结果表明:塔架宽高比λ、塔柱径厚比γ及腹杆与塔柱刚度比β对塔架极限承载力和破坏模式的影响较大,腹杆形式对塔架极限承载力和破坏模式影响很小.随着塔架宽高比λ的增加,塔柱径厚比γ的减小,腹杆与塔柱刚度比β的增加,塔架的极限承载力增加,塔架的破坏模式由腹杆屈曲失稳向腹杆屈曲与受拉塔柱屈服联合破坏转变.本文建议:在设计风力发电机塔架时,塔架宽高比λ宜控制在1/9;底层腹杆形式宜采用再分式,以上各层可采用其他形式;塔柱径厚比宜小于30,腹杆与塔柱刚度比β宜小于0.05,以避免塔柱先于腹杆发生破坏.本文分析结果可为工程设计提供依据.

格构式钢管混凝土风力发电塔架设计

针对格构式钢管混凝土组合结构塔架在风力发电中应用问题,结合钢管混凝土统一理论,采用有限元法,借助于ANSYS有限元软件,对钢管混凝土立柱的稳定性、格构式钢管混凝土塔架静强度进行了分析.结果表明:圆钢管混凝土立柱的稳定性优于薄壁钢管立柱;格构式钢管混凝土形式塔架能够满足风机塔架强度要求,但格构式塔架最大应力处于塔架迎风或背风一侧的某一高度,因该高度的弯矩比较大,构件连接节点部位出现了较大应力集中,对此高度组合材料的含钢率应适当加大.该结果对格构式钢管混凝土组合结构塔架的总体设计有一定的参考价值.

钢管混凝土格构式柱节点连接计算

钢管混凝土双肢柱的节点承载力 ,若按照《钢结构设计规范》(GBJ 17- 88)中钢管结构的公式进行计算 ,将很难满足要求。通过对个别试验研究结果的分析 ,发现钢管混凝土柱节点的承载力有很大的潜力 ,而且由于受压腹杆和受拉腹杆之间的内力重分布 ,只要提高受压腹杆的承载力 。

钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震设计

以干海子特大桥为工程背景,选取不同的结构设计参数,包括墩高、柱肢坡度、轴压比、支主管管径比、平缀管竖向间距、柱肢含钢率、横撑道数、墩顶柱肢间距及柱肢截面形式,采用midas civil有限元软件构造34座三跨对称连续梁桥作为计算模型,进行E1弹性地震响应分析,研究结构设计参数对钢管混凝土格构式高墩连续梁桥抗震性能的影响规律和适用性,在此基础上进行全桥优化设计。计算结果表明,优化后的实桥模型可大大降低地震响应,改善结构内力分布。

钢管混凝土格构式新型风力发电机塔架风振响应

以白云鄂博地区拟建的某2 MW钢管混凝土格构式新型风力发电机塔架为研究对象,采用Davenport脉动风谱基于谐波合成法模拟白云鄂博地区脉动风速时程,运用有限元软件对风力发电机塔架进行风致响应分析。结果表明:钢管混凝土格构式风力发电机塔架风振响应显著,受脉动风影响很大;按照现行规范对钢管混凝土格构式塔架风振系数进行计算将造成较大误差。

钢管混凝土格构式风力发电机塔架的结构选型及优化

介绍了一种新型风力发电机塔架的结构选型及优化,结合大量塔架模型算例,运用大型有限元分析软件ANSYS 10.0,以塔架的用钢量、水平刚度为指标,给出不同腹杆型式、不同塔身斜率等体型参数对风力发电机组塔架受力性能的敏感影响程度,确定风力发电机组塔架体型参数的最优取值范围或最佳设计方案,为今后的设计工作提供参考设计尺寸及设计方案.

预应力钢管混凝土格构式风机塔架节点及过渡段有限元分析

在格构式塔架设计过程中,角柱与斜杆的连接节点、塔架与钢塔之间的过渡段为最重要的设计环节。文章以某低风速风场的80m四边形预应力钢管混凝土格构式塔架设计为例,基于ABAQUS有限元分析软件对角柱与斜杆的连接节点、塔架与钢塔之间的过渡段的受力性能进行研究。结果表明:极限工况下不同加载方式及不同加劲形式的节点塑性总应变均小于1%,节点域钢材强度均满足要求,环肋对节点受力性能无明显增强;极限工况下过渡段钢材和混凝土最大应力均未超过材料设计强度,混凝土和钢材强度均满足要求;过渡段顶部角柱张拉处局部承压满足要求。

钢管混凝土格构式风力发电机塔架的设计与有限元分析

介绍了一种新型风力发电机塔架的设计过程,通过构造措施和内力计算设计了一个钢管混凝土格构式三肢柱风力发电机塔架.运用SAP2000软件进行建模分析,得出该塔架满足强度、刚度、稳定性要求,证实了本文提出的设计方法的可行性.

格构式钢管混凝土风电塔架模态分析

本文主要以2MW水平轴变浆距式风力发电机组的塔架为参考,设计出一个格构式钢管混凝土塔架。利用有限元软件,详细计算格构式钢管混凝土风电塔架的模态以及各阶频率。研究结果表明格构式钢管混凝土塔架的振动频率与风机扇叶频率不会发生共振的现象;格构式塔架整体频率较低,表明塔架整体刚度较大。