矩形钢管混凝土束风机塔筒风振特性研究

随着风电资源优势区开发逐渐饱和,风电开发的重心开始向风资源条件相对恶劣的低风速地区转移,分布式、大功率、高塔筒和长叶片已经成为风电行业发展趋势。基于此提出了一种新型的矩形钢管混凝土束风机塔筒,该塔筒由矩形钢管混凝土束拼接而成,具有强度高、刚度大和耗能能力强的优点。为研究该塔筒结构的风振响应特性,选用Kaimal脉动风速功率谱,采用谐波合成法模拟风荷载时程曲线,对其进行了动力时程分析,并计算了风振系数及等效静力风荷载。结果表明:该新型塔筒在额定风速下位移塔顶位移最大值为911.84 mm,对应的水平位移角为1/154,符合规范要求。塔筒各构件的强度较好,且具有较大的安全富余度。基于位移等效的阵风荷载因子法计算得到的风振系数值较低;在惯性风荷载法计算得到的等效静力风荷载作用下,结构位移、基底剪力与结构随机振动分析得到的基本一致。

机制砂UHPC的性能及其在风电塔筒管片中的应用研究

为拓展超高性能混凝土(UHPC)在风电塔筒管片上的应用,开展了机制砂UHPC在风电塔筒管片中的应用研究。结果表明:在颗粒级配近似替代的原则下,采用连续级配的机制砂可制备出性能优异的UHPC,蒸汽养护48 h后,机制砂UHPC的抗压强度约172.6 MPa,抗拉强度约9.99 MPa;采用机制砂UHPC制备风电塔筒管片,虽然其早期水化放热量较大(内部温度最高可达约80℃),但严格控制生产工艺,可使机制砂UHPC塔筒管片表面无裂缝及其他缺陷。

超声波检测技术在风电塔筒焊缝探伤中的工艺分析

随着风电产业的迅速发展,风电塔筒质量重要性越发凸显。将超声波检测技术应用到风电塔筒焊缝探伤中,可以更好地提升检测效率和准确性,提高风电塔筒施工质量。为此,聚焦于新型TOFD超声波检测技术,结合试验验证TOFD在风电塔筒焊缝检测中的安全可靠性,根据试验结果,讨论此种超声波检测技术的具体应用,以期为业内人士提供技术参考。

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。

风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接疲劳性能研究

提出一种矩形钢管混凝土束风力机塔筒结构,并对该塔筒结构双盖板穿芯螺栓连接节点进行高周疲劳试验和有限元分析,得到节点的疲劳破坏模式和疲劳寿命。结果表明:矩形钢管混凝土束风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接节点疲劳破坏模式为高强螺栓受剪破坏,破坏集中在钢板连接处。螺栓在钢砼连接面和螺帽处产生疲劳裂纹,在剪切疲劳作用下,穿芯螺栓断裂为3段。有限元分析表明,螺栓规格对试件疲劳性能影响较大,增加螺栓直径,能提高节点的疲劳寿命,但疲劳极限值会减小;盖板厚度对疲劳性能影响不明显。

输电塔钢管涡激振动控制措施的风洞试验研究

为了深入研究输电塔钢管的涡激振动特性,对安装不同设计参数扰流板的输电塔钢管进行了风洞试验。验证了输电塔钢管涡激振动临界风速和最大振幅的预测公式,并得到了扰流板外形、间距、长度、肋高等参数对输电塔钢管涡激振动抑振率的影响规律。在此基础上综合考虑材料成本、制作安装成本和抑振效果对不同设计参数下扰流板的抑振性价比进行了评估,最后基于帕累托最优解法选取了考虑成本后的扰流板最优设计方案,研究结果为扰流板设计参数的取值提供参考。

两种新型钢管混凝土格构式风电塔架节点损伤机理对比分析

为寻求更适合钢管混凝土格构式风电塔架的节点形式,设计了两个分体球型节点和两个椭球型节点进行静力试验研究.通过控制球台壁厚的变化,对两种节点的破坏模式、腹杆荷载变形曲线、球台以及球台压板区的应力分布情况进行对比分析,并通过ABAQUS对参数进行扩展.研究结果表明:分体球型节点的破坏模式为球台材料强度破坏与球台压板屈曲破坏;椭球型节点的破坏模式为球台压板撕裂破坏与螺栓螺纹破坏.椭球型节点的极限承载力更高.相对于椭球型节点,分体球型节点应力分布更为均匀,应力极差更小,材料利用率更高,经济性更好.当球台壁厚由6 mm增长至10 mm时,两种节点的极限承载力均明显增长,分体球型节点球台应力水平降低的同时球台压板应力水平显著提高,椭球型节点球台及球台压板应力水平均有较大程度降低.由有限元分析可知:分体球型节点与椭球型节点在球台壁厚分别增长至7 mm与9 mm时,节点的极限承载力对球台壁厚的敏感度显著降低.

钢管砼分体球型节点风电平面塔架的损伤分析

为研究钢管砼格构式分体球型节点风电平面塔架在地震作用下的破坏形态及损伤机理,对二榀以腹杆壁厚为参数的平面塔架进行低周反复荷载试验,分析其滞回曲线、骨架曲线等。同时通过ABAQUS有限元模拟对其进行验证对比,并在此基础上对腹杆管径比进行参数拓展分析。结果表明:塔架的破坏特征包括焊缝撕裂破坏、腹杆屈曲破坏和腹杆高强螺栓拉出破坏3种类型;增加腹杆壁厚可使塔架的滞回曲线更加饱满,耗能能力更强;塔架的极限承载力和延性系数均与腹杆管径比呈正相关变化,当腹杆管径比大于0.13时,极限承载力和延性系数的增幅均明显下降。为最大程度发挥塔架整体的受力性能,同时提高其经济性,在实际工程应用中,此类塔架的腹杆管径比宜取0.11~0.13。

高耸钢筒结构定向拆除影响参数研究

钢筒结构为圆筒式高耸结构,随着城市的发展,不可避免需要对其进行拆除。本文以100m高钢筒结构为例,通过有限元分析,研究钢筒结构在不同切口角度、风荷载下的倒塌过程,并与理论分析结果相对比。有限元结果表明,对于100m高Q355B的钢筒结构,不考虑风荷载时,倒塌所需最小切口角度为250°,倒塌历时为15s,四级风下,结构在235°时出现倒塌,历时约13s。随着切口角度、风荷载的增大,切口闭合时间逐渐减小,结构触地时间和整个倒塌历时都随之减小。有限元结果与理论分析结果接近,可论证有限元的正确性。

我国输电线路杆塔结构研究新进展

特高压电网的建设、输电新技术的推广应用给输电线路杆塔的研究提出许多新的课题,安全可靠、经济合理是杆塔结构研究的主要目标和方向。文章介绍了我国输电线路杆塔结构近年来在荷载取值、节点构造、结构优化、风致振动(塔线耦合振动和钢管塔微风振动)以及新材料应用(高强钢、钢管、耐候钢和冷弯型钢)等方面的研究进展以及工程应用情况。并根据研究现状和社会经济发展需求,提出我国杆塔结构在设计理论和方法、承载性能试验以及新材料应用、新塔型等方面需要进一步研究的内容。

风力机筒形塔架结构静动态特性的有限元分析

讨论了水平轴风力机筒形塔架结构的静动态分析建模和有限单元类型的选取及计算方法，并以２００ｋＷ风力机的六棱锥筒形塔架为例，计算并给出了静动态特性。

圆锥钢塔调频弹簧质量阻尼器风振控制研究

针对调频弹簧质量阻尼器 (TSD)对单管圆锥钢塔风振控制的机理作了深入研究。使用通用有限元分析软件ANSYS ,结合具体工程对TSD的风振控制进行了动静力分析 ,分析了控制参数对控制效果的影响。研究表明 ,TSD可以有效地抑制单管圆锥钢塔的风振反应。

多棱插接式钢管塔风振阻尼技术研究

多棱插接式钢管塔具有制作安装方便、占地面积小等独特优势,正在得到越来越多的应用.但这种结构属于风敏感结构,风振特性是设计必须考虑的关键因素.钢管塔结构为空间薄壁壳体结构,其结构分析设计尤其是风振反应分析和风振控制与传统的杆系塔架结构有很大的不同.在静动力分析的基础上,提出利用钢球减振器对钢管塔进行风振控制,基于状态空间描述法模拟了钢管塔受控前后的位移时程反应,时域与频域分析结果表明该减振装置可以使结构的阻尼增加3～5倍,结构的风振反应可减小30%.本文的研究为钢管塔结构的合理设计提供了基础,有助于其在我国的推广应用,同时为行业规范和高耸结构设计规范的修订提供必要的理论基础.

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.

格构式钢管混凝土风电塔架新型附着式节点受力性能研究

以节点的节点板厚度和腹杆壁厚为参数,设计出五个新型附着式节点,并对其进行了试验研究,分析试件破坏模式、荷载-相对变形曲线和节点板应力分布。研究结果表明,新型附着式节点破坏模式主要有两种:一种是节点板破坏,主要表现为沿着受压撕裂线破坏;一种是腹杆破坏,主要表现为受压腹杆整体屈曲。破坏模式为节点板破坏的时候,节点整体变形相对较大,节点板上应力集中也更加明显,此时改变节点板厚度对节点极限承载力影响较大;而破坏模式为腹杆整体屈曲时,节点板厚度的改变对极限承载力的影响微弱。通过有限元分析以及考虑经济性的同时,本文建议节点板厚度取腹杆壁厚的1.5倍,以确保节点板不被破坏。

中空钢管混凝土风力机塔架静动力特性研究

为了探索风力机塔架的新型结构形式,提出了中空钢管混凝土塔架技术,应用静动力数值计算验证其合理性和可靠性,建立了1.5MW的中空钢管混凝土新型风力机塔架的有限元模型,考虑不同的荷载工况,对该新型塔架和传统钢塔架进行静力和模态分析,比较了两者的计算结果,分析表明:该新型塔架具有良好的结构性能,塔架的侧移和应力有明显改善,可为该类塔架的结构设计提供参考.

大跨越钢管混凝土输电塔顺风向分区风荷载谱识别方法

为了从风洞试验测量的位移响应中较好地识别出钢管混凝土输电塔的风荷载,对荷载识别过程进行了模拟。首先选择了3种类型的风荷载谱并将它们分区施加于输电塔的多质点模型上,利用随机振动理论计算出结构的位移功率谱;然后,推导出了从几个测点的位移功率谱识别分区风荷载谱的方法,并定义了评价识别效果的误差指标;最后,分析了测量精度、测点数量及位置、模态数及风荷载系数等对荷载识别精度的影响,得到一些对实际风洞试验具有重要指导价值的结论。

钢管混凝土K型相贯节点试验研究与数值模拟

从钢管混凝土格构式风电塔架原型中取出节点模型,对5个K型焊接相贯节点进行了试验研究和理论分析,研究了不同几何参数条件下节点的破坏过程和特征、荷载-变形关系和承载能力等。建立了有限元模型,分析了各研究参数对节点破坏形态和极限承载力的影响规律,得到了节点失效机制的判别参数与准则。试验结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点在丧失承载力前弦杆的宏观变形特征不明显,腹杆失效是主要破坏形态;与空心圆钢管相贯节点相比,刚度大大增加,相贯线周围应力集中程度也降低。有限元分析结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点的控制破坏形态包括腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制破坏类型的关键指标是腹杆与弦杆的壁厚比τ和夹角θ。为避免钢管混凝土格构式风电塔架出现节点失效,须限制参数τ、θ的取值。本文建议τ≤1,θ≤45°。

阳坊站65m单管圆锥通信塔风振控制及其实测

通过在 65m高的北京移动GSM网工程阳坊基站圆锥形钢管通信塔上安置调频弹簧质量阻尼器(TSD) ,进行了风振控制研究。实测和分析结果表明 ,该减振装置对于单管圆锥塔结构来说是经济、实用的。

风力发电塔简用钢Q345FTE／F的试验研究

对风电塔筒用钢Q345FT进行了试验研究，通过适当的成分、组织、工艺设计，采用控轧控冷工艺轧制。对试验钢进行力学性能检验和显微组织分析，结果表明：试制钢板的各项力学性能均符合技术要求，具有良好的低温冲击性能。