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。

5MW全钢和钢-混凝土风力发电塔在不同地震作用下数值分析

为了探究多种风力发电结构在不同地震动类型作用下的抗震性能,利用ABAQUS软件建立了传统的5 MW风力发电结构和新型的钢-混凝土组合风力发电结构的三维有限元模型,采用非线性时程分析,研究并比较了它们在具有前方向性效应的近场脉冲地震动、具有滑冲效应的近场脉冲地震动、近场无脉冲地震动和远场地震动4条同源地震动作用下动力响应的差异。结果表明,风力发电结构受地震动类型的影响很大。此外,在相同地震作用下,不同的风力发电结构的地震响应差异很大。

陆上风电机组钢-混凝土混合塔架安装技术与质量控制

塔架作为风电机组的关键部分,其安装技术与质量控制直接影响到风电机组的稳定性和寿命。钢-混凝土混合塔架因其结构强度高、稳定性好、寿命长等优点,成为当前风电机组塔架的主流设计。以我国东北地区某风电场建设为例,针对陆上风电机组钢-混凝土混合塔架安装中重点关注的混凝土构件预制及运输、塔筒安装、预应力工程三方面内容,详细介绍了其施工步骤、关键技术、质量控制要点以及常见问题的解决方案。

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。

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。

大型风力机组钢-混凝土组合塔架动力响应分析

以某陆地5 MW大型风力发电塔架为研究对象,参考GL2010风电塔架设计规范,提出了一种塔架动力响应分析方法。考虑塔顶机舱风轮质量及钢-混组合结构的影响,建立了塔架有限元分析模型。采用Block lanczos法对塔架进行了模态分析,得到了塔架前五阶固有频率和振型。通过模态叠加法求解,得到了不同风输入下塔架的稳态位移动响应时域历程,对激励中各频率成分对塔架动响应的影响进行了分析。结果表明,该塔架不仅可以避免与风轮发生共振,且有较好的抗振特性。

丹江口水库特大桥钢-混凝土组合围堰施工技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,主墩采用整体式承台+大直径群桩基础,主墩承台平面为八边形,尺寸为48 m(横桥向)×26 m(顺桥向)×6.5 m(高),承台底部设置26根直径2.8 m钻孔灌注桩。为适应库区倾斜裸岩地形,降低施工难度及施工费用,主墩围堰采用下部混凝土挡墙围堰+上部单壁钢围堰的钢-混凝土组合围堰方案。下部混凝土挡墙围堰采用衡重式挡墙围堰及抗滑桩挡墙围堰,高3~11 m;上部单壁钢围堰分块设置,其长度与下部挡墙围堰匹配,高8 m。钢-混凝土组合围堰施工时,首先根据地形条件进行挡墙围堰分段,之后采用破碎锤开挖混凝土挡墙围堰基础;混凝土挡墙围堰采用分层、分块施工,顶部圈梁与挡墙围堰同步浇筑;上部单壁钢围堰采用加工厂预制+现场分块安装,并预留竖向型钢接长部分;最后进行单壁钢围堰底部及组合围堰山体连接处止水混凝土施工,完成钢-混凝土组合围堰施工。钢-混凝土组合围堰的应用,有效缩短了基础施工周期,降低了围堰施工难度及施工费用,经济合理,满足现场施工各项要求。

斜向索力下钢-混凝土组合索塔锚固区荷载传递与分配关系分析

为了研究斜拉桥钢混凝土组合索塔锚固区在斜向索力作用下的特殊传力形式,利用变形协调原理分别讨论了水平分项索力和竖向分项索力在索塔锚固区的传力过程和分配关系.在此基础上推导了水平分项索力在钢锚箱和混凝土塔壁之间的分配计算公式.并通过算例比较荷载分配计算公式和有限元模拟分析的结果,验证公式的准确性和适用性.研究结果表明,水平分项索力通过钢锚箱侧板和混凝土侧壁的拉伸以及混凝土端壁的弯曲三者变形协调进行索力传递和分配,钢锚箱侧板承担大部分的水平索力,而混凝土塔壁只分担其余少部分.另一方面竖向分项索力的传递需考虑钢锚箱端板,剪力钉和混凝土端壁的变形协调.可见通过变形协调原理可以有效地分析斜向索力在组合索塔中的传力机理和传递过程,并且根据有限元结果的对比证明荷载分配计算公式能够满足较高的精度.

钢-混凝土组合式风力发电塔筒不同环境下地震响应

为研究不同场地下钢-混凝土组合型风能发电塔筒类结构的抗震性能,利用有限元软件构建一个风电场现役140 m钢-混凝土组合式塔架精细化模型,针对平原地震和山地地震,选取符合条件的地震波对钢-混凝土组合式塔筒进行非线性时程分析。结果表明,山地地震对于塔筒的各段加速度值均大于平原地震作用,且钢段中上部的响应也高于平原地震,更易引起组合式塔筒的损伤和破坏。

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.

强阵风条件下风电机组钢-混凝土塔架瞬态响应分析

以陆地某5 MW大型风力机钢-混凝土组合塔架为研究对象,参考GL2010风力发电机塔架设计规范,对塔架的瞬态响应进行分析。考虑塔顶机舱风轮质量及钢-混组合结构的影响,建立了塔架有限元分析模型;采用Block Lanczos法对塔架进行了模态分析,得到了塔架前六阶固有频率和振型;通过模态叠加法求解,得到了恒定风速下塔架结构的稳态动响应与主要频率成分;分析了在瞬时强阵风作用下,塔架结构承载的变化规律与瞬态位移动响应时域历程;研究发现,在强阵风的作用下塔架横向振动会产生大幅波动,最大增加188.09%,在塔架结构设计时应给予一定的重视。

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。

泥石流浆体作用下钢-混凝土组合式新型拦挡坝承载性能分析

在重力式拦挡坝的基础上,提出了一种前部为混凝土实体,同时后部设置钢管支撑体系的钢-混凝土组合式新型拦挡坝。基于计算流体动力学理论和流固耦合分析方法,对重力坝与新型坝进行了泥石流浆体空库过流条件下的对比分析,证实了新型坝具有更加优越的承载性能,并以水利水电工程拱坝体型设计中的柔度系数作为一项重要参数,从杆件截面规格和支撑间距两个方面优化了支撑体系,给出了新型坝的结构方案及其适用条件。结果表明,建议以流动状态稳定后的浆体动压力作为结构设计中的荷载工况之一;柔度系数超过15的重力坝从力学上属于平面应变问题;新型坝适用于迎流面坡比为1：0.3且柔度系数大于8.5的重力式低坝以及柔度系数大于10.0的重力式中坝,在该条件下,相比于重力坝,新型坝的极限承载力增长了10%~20%。

部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗剪强度

为研究部分充填式窄幅钢箱-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁在负弯矩下的裂缝开展、局部屈曲和竖向抗剪强度,对5根不同UHPC翼板层厚和钢箱不同充填高强混凝土(high strength concrete,HSC)高度的组合梁试件进行反置正向加载,得到了试件在加载过程中的破坏过程、荷载-裂缝宽度曲线、荷载-跨中挠度曲线、跨中应变分布和腹板应力应变等并进行分析。结果表明:相比于普通混凝土(normal concrete,NC)翼板试件,半UHPC和全UHPC翼板试件其抗剪承载力提升不大,仅8.3%和11.6%;相比于未充填试件,半充填和全充填试件其抗剪承载力分别提升了61.7%和87.2%。用UHPC替换部分NC翼板后试件能有效地控制裂缝发展,钢箱内充填HSC能有效地减小腹板局部屈曲。考虑翼板、钢梁和充填HSC对抗剪承载力的贡献,通过分项叠加法确定试件的抗剪承载力计算方法,能较准确地计算试件的抗剪承载力。

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验

试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响.试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式.螺栓剪力键的抗剪性能随螺栓的直径和螺栓等级的增大而提高;螺栓预紧力仅对初始抗剪刚度有影响;相比于传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求.结合试验结果和国内外规范公式,提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力.

多梁式钢-混凝土连续组合梁在城市高架中的应用

随着人们对交通和周边居住环境要求的提升,快速、低影响施工在城市工程建设中的应用越来越多。多梁式钢-混凝土组合梁桥在城市桥梁建设中体现出施工周期短、施工阶段对交通影响小、工厂化生产、造价适中、能与标准段预制结构匹配等优势,可保证全线景观统一,有效缓解施工与交通冲突的矛盾,进而在城市高架桥中得到应用,是城市桥梁中较为新颖的结构形式。通过对钢-混组合梁采用多种计算方法进行对比分析,结果表明多梁式钢-混凝土组合梁桥受力性能良好,在城市高架中具有较强的推广价值。

80m钢-混凝土组合桁梁膺架法施工技术

西平铁路80 m钢-混凝土组合桁梁采用工厂精确加工钢腹杆、原桥位搭设膺架,利用龙门吊拼装定位,泵车现场浇筑混凝土的施工方案,有效解决了构件吊装等施工作业对高速公路行车的影响,封闭后的膺架对跨路安全防护作用明显,降低了安全风险。重点介绍其施工的重难点,采用的技术措施,节点模拟验证和专用工装设备的应用,建成的80 m组合桁梁成桥线形和外观质量良好。经项目实践检验,膺架法施工钢-混凝土组合桁梁方案是合理可行的,膺架法施工技术也具有较好的适应性。

不同比例钢-混凝土段对大兆瓦风电塔架结构的影响

为了研究不同比例钢段和混凝土段对陆上风电机组钢-混凝土组合式塔架振动频率、塔顶位移、不同塔架截面(塔顶、过渡段和塔底)结构载荷的影响,对某3.XMW-156-140HH陆上风电机组(钢-混凝土组合式塔架)在混凝土段高度分别为112.51 m、113.51 m、114.51 m、115.51 m、116.51 m条件下,基于IEC 61400-1标准,通过仿真软件建立该机型五种钢-混凝土组合式塔架模型并进行计算,根据计算结果可知:增加混凝土塔架高度导致静态和动态频率升高,整体塔架刚度增大,避免叶轮与塔架发生共振现象,且导致塔架顶部位移量减小;混凝土段高度的提高,造成塔底弯矩载荷增大、扭矩减小,塔顶和过段段截面载荷降低。因此,根据不同比例钢段和混凝土段条件下塔架参数变化的定量计算,为钢-混凝土组合式塔架的设计优化提供科学参考。

钢波纹管-混凝土组合式拱涵计算方法研究

以某新型钢波纹板-混凝土组合式拱涵为研究背景,基于经典力学理论,将钢混组合式拱涵简化为平面应变问题,推导了其内力、强度及稳定性计算公式,同时建立ANSYS有限元模型,得到了强度及稳定性近似解。计算结果表明:钢波纹管-混凝土组合拱涵施工过程中最大Von mises应力为46.1 MPa,混凝土最大拉应力0.59 MPa,最小一阶稳定系数126.51,强度及稳定性均满足规范要求。

组合式风力发电塔架静力学有限元分析

为解决常规的锥型风力发电塔筒在大型风电机组中的制作、加工和施工运输成本大幅上升的问题,提出了新型组合式风力发电塔架结构以及在组合式塔架连接处采用过渡段连接的改进方案。分析了组合式塔架的静力学特点和最佳过渡段设计方案,并与常规锥台型塔筒的力学性能进行了对比。结果表明,组合式塔架在额定工况和暴风工况下均满足强度和刚度要求;过渡段最佳厚度为255mm、高度为25m,改进后的塔架提高了组合式塔架的力学性能;暴风工况下,改进后的组合式塔架塔顶位移比锥台型塔筒约小17%,且总体上组合式塔架的用钢量明显小于锥台型塔筒,具有良好的经济适用性能。