【摘要】：鋼管混凝土格構(gòu)式風(fēng)電塔架較錐筒式塔架在受風(fēng)時位移較小、應(yīng)力水平較低,力學(xué)性能優(yōu)越�，F(xiàn)階段對于鋼管混凝土格構(gòu)式風(fēng)電塔架節(jié)點的研究主要集中于相貫式節(jié)點和管板式節(jié)點,但上述兩種節(jié)點形式施工過程繁雜,易出現(xiàn)焊接缺陷,施工質(zhì)量難以把控。針對上述現(xiàn)狀,本文提出了一種新型裝配式萬向包裹Y型節(jié)點,對Y型節(jié)點開展力學(xué)行為試驗研究和有限元非線性分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)果為:(1)以白云鄂博礦區(qū)某1.5MW錐筒型風(fēng)電塔架為設(shè)計參照模型,設(shè)計三肢鋼管混凝土格構(gòu)式風(fēng)電塔架。運用SAP2000通用結(jié)構(gòu)分析軟件對塔架內(nèi)力進行計算,得出塔架內(nèi)力分布規(guī)律和塔架節(jié)點最不利位置,為試驗節(jié)點設(shè)計制作提供理論依據(jù)。結(jié)果表明:塔架整體受力均勻、連續(xù),壓、拉斜腹桿內(nèi)力比控制在1.04~1.09之間;塔架8、9層間節(jié)點為塔架節(jié)點相對不利位置。(2)基于塔架內(nèi)力計算得到的節(jié)點最不利位置,設(shè)計制作了4個Y型節(jié)點縮尺模型試件并完成了靜力荷載試驗,研究了球臺壁厚度及球臺高度變化對節(jié)點受力性能的影響。對試驗現(xiàn)象和受力特征進行分析歸納表明:Y型節(jié)點的破壞模式可分為兩類,即屈曲破壞模式和剪切-屈曲破壞模式。(3)結(jié)合試驗現(xiàn)象和節(jié)點受力特征,對腹桿荷載-變形曲線、球桿連接件核心區(qū)應(yīng)力分布規(guī)律、球臺區(qū)等效應(yīng)力分布規(guī)律進行分析。結(jié)果表明:腹桿荷載-變形關(guān)系曲線完整,彈塑性階段較長,腹桿具有良好的變形及承載能力;球桿連接件核心區(qū)為節(jié)點拉、壓合力作用點,整體應(yīng)力水平較高,下部剪切端為部件高應(yīng)力區(qū);球臺受鋼球擠壓一側(cè)的等效應(yīng)力是未受擠壓一側(cè)等效應(yīng)力的2倍左右,球臺應(yīng)力分布較為均勻。(4)運用ABAQUS有限元分析軟件建立Y型節(jié)點有限元模型,通過試驗數(shù)據(jù)與有限元模型分析結(jié)果進行比較,驗證有限元模型可靠性,并在此基礎(chǔ)上進行有限元參數(shù)擴展分析,得出球臺壁厚度、球臺高度和腹桿壁厚度的合理取值范圍。分析結(jié)果顯示:建議節(jié)點在設(shè)計使用時選擇強度等級為C30的混凝土作為塔柱核心混凝土;球臺設(shè)計時取球臺高度65mm為最優(yōu)值,取球臺壁厚度≤10mm為宜;腹桿選取時滿足腹桿壁厚度≤7mm較為合理。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU398.9
【圖文】：

2（a）錐筒型塔架 （b）格構(gòu)式塔架圖1.4 風(fēng)力發(fā)電塔架形式2000 年 Ryan K、Jason C 等[11]采用有限元軟件分析風(fēng)電塔架結(jié)構(gòu)動力特性。2001 年，Tongguang Wang 和 Frank N. Coton[12]在考慮循環(huán)荷載影響的前提下，對塔架塔影效應(yīng)進行分析，分析得到塔影效應(yīng)對風(fēng)電塔架有較強烈葉片負荷響應(yīng)。2002 年 N.Bazeos 等[13]對風(fēng)電塔架的尾流模型和渦流模型進行分析，研究塔影效應(yīng)產(chǎn)生的葉片負荷響應(yīng)。2003 年 Lavasas 等[14]采用歐洲規(guī)范對塔架受自重、風(fēng)荷載和地震荷條件下進行載疲勞壽命驗算，為塔架設(shè)計提供參考。2004 年謝峰，趙吉文等[15]采用數(shù)值模擬對 600kW 風(fēng)力機的塔架進行了靜、動態(tài)分析，在靜態(tài)分析中進行了塔架強度校核，在動態(tài)分析中進行了塔架塔架前五階固有頻率計算。2005 年 Murtagh[16]對順風(fēng)向作用下風(fēng)電塔架振動效應(yīng)進行研究

1.3.1 管板式、相貫式節(jié)點研究現(xiàn)狀（a）管板式節(jié)點 （b）相貫式節(jié)點圖1.5 傳統(tǒng)節(jié)點形式1995 年 Packer[23]研究了 31 個不同形式圓鋼管混凝土節(jié)點的極限承載力，得到了管內(nèi)混凝土局壓承壓計算公式。2001 年 Kim[24]對矩形鋼管相貫節(jié)點進行靜力性能研究，提出支管、弦桿截面寬厚比、夾角最佳取用范圍。2004 年 Sakai 等[25]對方鋼管混凝土 X、T、K 三種節(jié)點進行單調(diào)靜力試驗，提出不同節(jié)點形式的承載力計算公式并予以對比。2008 年聶建國等[26]針對方鋼管混凝土柱內(nèi)隔板式節(jié)點提出彎矩-層間轉(zhuǎn)角變形骨架曲線的三折線模型。研究表明彈塑性階段模型雖存在一定誤差，但仍有參考意義。

5（a）節(jié)點連接器 （b）萬向包裹板式節(jié)點 （c）萬向包裹球式節(jié)點圖1.6 萬向包裹式節(jié)點基于上述專利，聞洋課題組先后進行了萬向包裹球板節(jié)點[36]、萬向包裹插板節(jié)點[32]和萬向包裹螺栓球節(jié)點[37]的力學(xué)性能研究，并于2018年成功獲批國家自然科學(xué)

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本文編號：2771304