风力机支撑结构疲劳损伤评估中的不确定性分析

风力机支撑结构所处的环境条件复杂,其振动特性和疲劳问题是决定风力机安全运行的关键因素。通过对1.5MW风力机的环境数据和塔底应变进行长期监测,研究风力机设计规范给出的疲劳计算方法中未涵盖的一些关键问题。首先,分析风速与塔底应力的关系。然后,使用雨流计数法和Palmgren-Miner准则,研究在相差不大的风速和风向下,转速对塔底应力和疲劳损伤的影响。结果表明:风力机停机时的塔底应力较叶轮旋转时小得多,产生的疲劳损伤也最小;启停机过程会使塔底应力呈现非平稳特征,强烈影响结构的应力幅值和疲劳损伤。此外,分析代表性样本的不同选择对损伤结果的影响。因此,在疲劳损伤评估时,应更加准确地定义荷载工况并选择合理的代表性样本。

风力机结构振动监测及模态分析

自振频率和阻尼比是决定风力机结构动态响应和疲劳寿命的关键参数。通过对一台1.5 MW风力机进行现场监测,研究了不同风况下固有频率和阻尼比的变化规律。一阶自振频率的变化始终不大;风速越大,振动越大,阻尼比也越大;停机时的阻尼比很小,可近似认为是结构阻尼。

单边螺栓T型钢连接梁柱节点地震损伤性能评估

随着装配式钢结构在建筑工程领域的应用日益广泛,单边螺栓连接作为一种高效、便捷的连接方式,逐渐受到业界的青睐。H型钢梁、方钢管柱通过T型钢连接件和单边螺栓连接技术形成新型装配式钢框架结构,梁柱节点作为整个框架体系的核心,其抗震性能对整体结构的影响至关重要。为评估单边螺栓T型钢连接梁柱节点在地震过程中的损伤情况,开展了4种不同刚度单边螺栓T型钢连接梁柱节点的拟静力试验。通过试验,获得了单边螺栓T型钢连接梁柱节点的破坏模式、滞回性能和初始转动刚度,分析了不同刚度的T型钢连接件对梁柱节点的破坏模式、抗弯承载能力和转动刚度退化的影响。采用考虑残余变形累积损伤修正的Park-Ang损伤指数模型研究了试验中节点的损伤演化规律,结果表明:所提出的地震损伤模型能够较好地反映单边螺栓T型钢连接梁柱节点的损伤演化过程与破坏程度,为该类梁柱连接节点的优化设计和安全评估提供了理论依据和实践经验。

T型钢连接方钢管柱-H型钢梁节点抗震性能分析

目的为了研究单边螺栓和T型钢连接的方钢管柱-H型钢梁节点的抗震特性,方法采用室内试验和数值模拟分析方法,对1∶2缩尺的边节点进行拟静力试验,并通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟,综合分析边节点的滞回特性、承载力、刚度与耗能等力学特性。有限元分析变量为T型钢加肋、梁翼缘狗骨式和梁腹板开圆孔式。结果试验中,节点试件中连接件T型钢参与耗能且其变形最明显,梁、柱构件变形较小。塑性铰主要集中在连接构件T型钢上,T型钢腹板与翼缘交接处出现应力集中状态。试验弹性阶段,节点构件共同抵抗外部作用力。进入塑性阶段,节点损伤逐渐累积至T型钢,使T型钢最终产生塑性破坏而失效。有限元模拟中,T型钢加肋的形式对节点整体承载力影响最大,其中加3号肋的形式使节点承载力的增长量达到最大;梁翼缘狗骨式的形式对节点整体耗能能力影响最大,为44.01%。结论在T型钢上加肋板对节点的承载力和刚度提升较明显,对耗能能力影响不大;梁翼缘狗骨式和梁腹板开圆孔式均能提高节点的耗能能力,节点承载力和刚度基本不变;梁翼缘做狗骨式对节点抗震性能影响最显著。

单边螺栓连接中心支撑钢框架抗震性能分析

目的为研究支撑-半刚接钢框架结构体系的抗震性能,方法设计了一榀由嵌套式单边螺栓与T型钢构成的半刚性梁柱节点的中心支撑钢框架,并进行了拟静力试验与有限元数值模拟,通过观测整个试验现象,分析了其滞回、承载力、刚度退化、耗能等抗震指标。结果结果表明:试件破坏过程明显经历了弹性段、塑性段、破坏段三个阶段,试件破坏模式主要为支撑受压失稳破坏,塑性变形主要累积在支撑体系上,整体呈现延性破坏特征;支撑断裂后,梁柱及T型钢节点无明显塑性变形,钢框架仍具有较高的安全储备,符合“强节点、弱构件”设计原则,表明了结构具有两道抗震防线;结论支撑与半刚接钢框架协同工作使得试件具有较高的抗侧刚度抵抗水平变形,且承载力较高、滞回性能稳定、耗能能力优良;单边螺栓在试验过程中的受力性能较普通高强螺栓并无较大差别,未出现严重的预紧力松弛现象,并能高效的保持螺栓预紧力。通过有限元数值模拟分析可知,减小支撑长细比,虽能有效提高结构的抗震性能,但长细比较小会导致支撑刚度增大,加速其余构件的损坏。故应以考虑结构的延性为前提,降低支撑的长细比,才能有效提高结构的抗震性能。

过渡循环对风力机疲劳评估的影响及修正

随着风力机的装机容量和尺寸的不断增大,其运行环境更为复杂,疲劳问题突出,需要准确预测风力机结构遭受的实际疲劳损伤。通过对1.5 MW风力机的塔底应变进行长期监测,研究了不同方法在处理雨流计数后残余数据点问题上的准确性。首先,通过采用不同的计算时窗,分析过渡循环对疲劳损伤的影响,选择的计算时窗越短,得到的疲劳损伤误差越大,当计算时窗为10 min时,误差达到了20.7%。然后,使用残波串联法处理残余数据点,此时选择不同的计算时窗得到的损伤值均与将监测时段内所有数据作为连续序列得到的结果相同,证明了该方法在处理雨流残余数据时的准确性。该成果为风力机结构疲劳损伤在线预测提供了解决方法,可以更加准确的得到构件的实时损伤。

环境激励下风机结构模态识别算法的对比

为了准确掌握风机结构在实际运行中的动态特性,对风机结构的振动响应和运行数据进行现场监测,基于随机子空间算法(Stochastic Subspace Identification,SSI),使用3种不同的加权算法对监测数据进行模态分析,并将其与数值模型的模态分析结果进行比较。结果表明:SSI-UPC和SSI-PC算法精度较高,且采用SSI-UPC算法可以识别出较多的模态阶数,而SSI-CVA算法识别效果最差。此外,风机的数值模型在频域特征上与实际风机基本一致。该成果可以为同类型风机的设计、数值模拟提供参考和验证,同时为连续识别风机运行过程中的重要振动模态奠定基础。

T型件单边螺栓连接方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T型件单边螺栓连接方钢管混凝土柱-钢梁组合框架的抗震性能,设计了一榀由T型件与单边螺栓相连的1:2缩尺的组合框架,并通过拟静力加载试验对框架的承载能力、滞回性能、刚度退化、耗能能力和延性性能进行了分析,并与一榀T型件单边螺栓连接方钢管柱-钢梁框架进行了对比分析,结果表明:两试件滞回曲线均较为饱满,无明显捏缩,方钢管混凝土柱-钢梁组合框架要比方钢管柱-钢梁框架的承载力高,且初始刚度要高出19%,但其耗能能力和延性均有所降低,两试件加载后期承载力下降均较缓慢,且水平位移达到了层间位移角1/30,表明两试件均具有良好的抗震性。

T型钢连接钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

为了研究T型钢连接件翼缘厚度变化对框架梁柱节点抗震性能的影响,以平面框架中柱节点为研究对象,设计了2种不同厚度的T型钢连接件,进行柱端加载的拟静力试验,研究框梁柱节点的变形特点和破坏形态,分析T型钢连接件翼缘厚度对节点的破坏机理、极限承载力以及滞回性能和耗能特性的影响。试验结果表明,T型钢连接件翼缘的厚度增加后,试件的初始刚度、屈服强度、极限强度、屈服位移、极限位移、耗能能力均有所提高,但延性系数不变,T型件与柱之间的间隙有所减小。

装配式偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究端板厚度和连接方式对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行了2个不同端板厚度的偏心支撑半刚接钢框架和1个焊接连接的偏心支撑刚接钢框架的拟静力试验.结合试验研究结果,对装配式偏心支撑钢框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、侧移延性系数、等效粘滞阻尼系数进行了深入分析.试验结果表明:螺栓端板连接偏心支撑钢框架抗震性能良好.端板厚度对装配式偏心支撑钢框架耗能能力具有一定影响,端板厚度由16 mm增加到24 mm,由于破坏延迟,耗能梁段极限剪切承载力提高43.32%.同时,受高强螺栓-端板连接滑移的影响,偏心支撑半刚接钢框架滞回曲线呈“弓形”,表现出一定的“捏缩”现象.

装配式偏心支撑钢框架可替换性研究

为研究装配式偏心支撑钢框架在地震作用下的抗震性能与破坏机理,对两种1层单跨的剪切屈服型装配式偏心支撑钢框架进行了拟静力试验,分别从两种框架的斜撑构造以及可替换能力两方面研究装配式偏心支撑的抗震性能,观察钢框架在低周往复荷载作用下的破坏特征,结合试验结果深入分析此类结构的抗震性能指标。试验结果表明:斜撑构造对装配式偏心支撑钢框架的抗震性能有较大影响,斜撑与框架横梁间采用螺栓连接的钢框架REBF在承载能力、耗能能力、耗能梁段的转动能力等方面均优于上半部分斜撑与框架横梁间采用焊接连接的钢框架KEBF;但在可替换能力方面,KEBF框架替换耗能梁段后各项抗震指标与原框架相当,而REBF框架在替换耗能梁段后,其滞回性能、延性系数、耗能能力等较原框架均有明显下降,表明KEBF框架的替换性能更好。

装配式K型偏心支撑钢框架抗震性能与震后替换

为研究耗能梁段连接构造和震后替换对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响,对5个装配式K型偏心支撑钢框架进行拟静力循环加载试验。结果表明:耗能梁段连接构造对装配式偏心支撑钢框架抗震性能影响较大,当耗能梁段端板采用平齐端板连接时,随着耗能梁段连接端板厚度的增加,结构的承载能力、延性和耗能能力均呈上升趋势;当耗能梁段采用外伸式端板连接时,结构的承载能力、耗能能力相较耗能梁段采用平齐端板连接均有较大提升;对耗能梁段采用不同端板形式的两框架进行震后替换耗能梁段发现,替换后框架各项抗震性能指标并无明显下降,说明这两种结构皆具有良好的可替换性,但耗能梁段采用外伸式端板连接的框架替换性能更好。

T型件单边螺栓连接梁柱节点抗震性能试验研究

为研究T型件单边高强螺栓连接梁柱节点的抗震性能和破坏机理,对4个方钢管柱与H型钢梁单边螺栓T型件连接节点进行了拟静力试验,分析T型件翼缘厚度和在T型件上加三角肋板对此类节点受力性能和破坏模式的影响;详细观察节点试验的全过程和破坏特征,分析此类节点的滞回性能、承载能力、延性系数、耗能能力等抗震性能指标.研究发现:T型件加三角肋板对梁柱节点的抗震性能影响较大;T型件翼缘厚度对梁柱节点的抗震性能相对影响较小.T型件单边螺栓连接梁柱节点具有较好的延性及滞回性能,非常适合在地震区域中应用.

装配式三层K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

为研究装配式三层K形偏心支撑钢框架在低周循环荷载作用下的滞回性能和耗能特性,对三层K形装配式偏心支撑平面钢框架进行拟静力试验,并对3个不同耗能梁长度模型进行有限元非线性分析,主要研究破坏形式、滞回性能、刚度退化率、极限承载能力、延性系数和耗能能力等。结果表明,滞回曲线呈现出一定的"捏缩"现象,随着耗能梁长度增加,框架极限承载力、耗能能力均呈下降趋势,滞回曲线捏缩现象加剧。三层装配式K形偏心支撑框架结构具有较好的承载能力,良好的变形能力,较传统的焊接偏心支撑钢框架延性大。研究结果为装配式K形偏心支撑钢框架的抗震设计提供参考依据,具有一定的工程实践意义。

金属尾矿处置及资源化利用技术研究

尾矿是矿山采选的必然产物,传统的尾矿处置方法会引起严重的安全及环境问题,尾矿的资源化利用是解决尾矿处置难题的重要途径。本文介绍了我国金属尾矿的基本类型及主要成分、尾矿的生产利用概况、尾矿堆存面临的安全及环境问题,讨论并梳理了近年来我国为促进尾矿利用产业发展所采取的主要政策及措施,重点分析了我国金属尾矿资源化利用的主要途径,包括尾矿再选及有价元素回收、尾矿制备建筑材料、尾矿用于采空区回填、尾矿用于农业及林业,并结合当前我国尾矿利用行业面临的突出问题,从政策和技术角度提出了加快尾矿综合利用产业发展的几点建议。研究结果有助于全面了解我国金属尾矿生产利用行业的现状及发展方向,为实现绿色矿山的建设目标提供数据支撑和智力支持。

钢管混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点抗震性能研究

为研究钢管混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点的受力性能和破坏机理,开展了钢管柱混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点的抗震试验。分析了此节点的滞回性能、骨架曲线、刚度、强度、耗能能力、延性变形能力等各项抗震指标,并与钢管柱-H型钢梁单边螺栓连接节点的试验数据进行对比,同时通过有限元模拟探究了改变T型钢翼缘与腹板厚度对节点的影响。分析发现:两试件的弯矩-转角滞回曲线均呈“弓”形,具有一定的捏缩现象;由于钢管与混凝土的相互作用,钢管混凝土柱-H型钢梁单边螺栓连接节点比未填充柱内混凝土的节点极限荷载提升了12.41%,初始刚度提高31.59%,节点延性性能也有所保证。试验最终均为下T型钢翼缘与腹板交界处撕裂破坏,建议适当加强T型钢强度,如适当增加T型钢腹板和翼缘厚度或设置加劲肋。参数化分析中,随着T型钢翼缘与腹板厚度的分别增加,节点承载力及初始刚度逐渐提升。

耗能梁段连接构造对偏心支撑钢框架抗震性能的影响

为研究装配式偏心支撑钢框架在地震作用下的抗震性能与破坏机理,对两个一榀一层单跨的装配式偏心支撑钢框架进行拟静力试验,研究耗能梁段连接构造对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响,观察钢框架在低周往复荷载作用下的破坏特征,结合试验结果深入分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能、延性系数等抗震性能指标。试验结果表明:此类装配式偏心支撑钢框架抗震性能良好,耗能梁段连接构造对装配式偏心支撑钢框架有重要影响,在主体框架连接形式不变的情况下,框架耗能梁段采用外伸端板连接的试件,其承载能力和耗能能力均高于耗能梁段采用平齐端板连接的试件;两框架的破坏现象均出现在耗能梁段,主体框架未见明显变形,满足建筑抗震设防要求。

震后可替换耗能梁偏心支撑钢框架拟静力试验研究

近年来,抗震设防目标逐渐从保护生命安全转向震后快速修复,可替换耗能梁段半刚性连接偏心支撑钢框架体系在震后通过替换新耗能梁,能够快速恢复其使用功能,因而得到了广泛关注。为了研究震后修复的偏心支撑钢框架的抗震性能及论证震后替换耗能梁段方法的可行性,首先对1个1∶2缩尺偏心支撑钢框架进行低周往复加载试验,然后更换新的耗能梁,再次对其进行低周往复加载试验。试验结果表明:修复替换后的试件与原试件相比,其滞回性能、承载力、延性系数、抗侧刚度和耗能性能虽不及原试件,但仍保留一定的承载力和良好的耗能性能;通过对层间位移角和耗能梁转角的分析,表明修复后的模型的整体变形能力以及其耗能梁转动能力依旧很好;对框架的失效模式和关键部位应变的分析,验证了更换耗能梁修复方法的可行性。

平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震试验研究

为研究耗能梁段长度和柱轴压对平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行4个偏心支撑半刚接钢框架的低周反复荷载试验,并从滞回曲线、承载力、延性、耗能及螺栓应变等方面分析了试件的抗震性能.试验结果表明:平齐端板连接偏心支撑钢框架破坏模式为耗能梁段端板焊缝或腹板断裂,其余构件均未出现明显屈曲变形和裂纹,易于震后修复和更换耗能梁段.耗能梁段长度是偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的重要影响因素之一,随耗能梁段长度比的增大,极限承载力及累计耗能均呈下降趋势,短耗能梁段试件的承载力高于长耗能梁段试件的,由于构件之间的滑移,平齐端板连接偏心支撑钢框架结构滞回曲线呈现不同程度的捏缩现象,且随着耗能梁段长度增加,捏缩现象愈加明显.

耗能梁段腹板开孔对偏心支撑钢框架抗震性能影响

为研究耗能梁段腹板开孔对K型偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行了一个1∶2缩尺单层单跨试件的拟静力加载实验,并采用ABAQUS软件对其结果进行数值模拟.在验证其结果准确的基础上,分别以开孔率、孔间竖向距离、孔间横向距离为参数建立了3组有限元模型,系统分析了不同开孔参数对模型抗震性能的影响.结果表明:在腹板厚度不变的情况下,任何形式的开孔虽然会使结构的延性上升,但是会导致承载能力和初始刚度的下降;开孔率和孔间横向间距是影响耗能梁段转动能力的重要因素.