格构式钢管混凝土球-板型节点风电塔架受力性能研究
发布时间：2022-01-06 14:03
研究表明,风在高度超过100米以上时波动性较小,发电质量较好。传统锥形单管塔筒结构高度达到100米以上时,因其用钢量大、加工运输困难、经济性差、结构可靠性低等缺陷,严重制约了风力发电产业的发展。课题组前期对钢管混凝土组合结构的研究结果表明格构式钢管混凝土风电塔架融合了混凝土结构和钢结构的优点,可靠性高,但其节点多采用相贯节点和管板节点,焊接质量难以把控,且破环后较难修复。基于此,本文提出了新的球-板型万向包裹节点,并对采用新型节点的格构式钢管混凝土风电塔架平面模型进行受力性能试验研究和有限元分析。主要研究内容及结果如下:（1）初步确定格构式钢管混凝土三肢柱风电塔架原型尺寸,计算其风荷载、气动推力和风机重力,并结合SAP2000进行内力和位移分析。选取原型塔架的其中一榀,按相似理论求得的缩尺比例设计了两组格构式钢管混凝土球-板型万向包裹节点平面塔架试件,并进行了低周反复水平荷载试验。利用Solidworks建立格构式钢管混凝土球-板型万向包裹节点风电塔架平面模型,并导入ABAQUS对其进行了有限元数值模拟和参数拓展分析。通过试验和有限元分析,研究腹杆-塔柱刚度比γ对塔架极限承载力、延性、...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
塔架截面选型设计
内蒙古科技大学硕士学位论文-13-其中：A-机舱高度65mB-塔架高度62.4mC-转子直径64mD-风轮扫叶高度97mE-塔筒顶部直径2.7mF-塔筒底部直径4m图2.1锥形单管塔筒图2.2格构式钢管混凝土塔架本文设计的格构式钢管混凝土三肢柱风电塔架整个横截面形式为正三角形。塔架高度与锥形单管塔筒的设计高度一致，取为62.4m。原锥形单管塔筒顶部宽度为2700mm，计算得到塔顶正三角形边长为2340mm，如图2.3所示。根据高耸结构的设计经验，塔底正三角形边长取塔架总高度的1/4~1/10[20]，今取1/7，即8.91m。塔柱钢管选用Q235D普通碳素结构钢，腹杆采用Q235D等边单角钢，塔柱核心混凝土及塔架基础混凝土的设计强度等级均为C40。图2.3塔顶示意图因格构式结构可以进行分层设计，分段组装，所以在拆装和运输方面格构式钢管混凝土风电塔架较传统锥形单管塔筒有显著优势。本文将格构式钢管混凝土三肢柱风电塔架分为13层，具体尺寸见图2.4。
内蒙古科技大学硕士学位论文-42-载端球柱剪切变形异常明显，顶端横腹杆与节点板连接处下侧裂缝不断扩张，顶层斜腹杆变形明显。当反向位移增至3.25Δ时，下层非加载端侧球柱下端出现裂缝，正向位移加载时，下层加载端侧球柱开裂，顶层斜腹杆交点连接处出现裂缝，顶端横腹杆与顶层斜腹杆边缘可见明显屈曲。当位移增至3.5Δ时，下层非加载端侧球柱裂缝贯通，球柱断裂，反向位移加载时，下层加载端侧球柱也断裂，顶层斜腹杆交点螺栓孔处裂缝贯通，试验结束。图3.9试件SJ-1破坏形态SJ-2破坏形态如图3.10所示。试件SJ-2加载初期也以力控制的方式进行加载，试件各部分均处于弹性工作阶段。当拉力荷载增至74.9kN时，上层球柱稍微变形，随后塔柱屈服，此时顶部最大位移Δ约为19.9mm，随后进入位移控制加载阶段。当位移增至1.0Δ时，非加载端侧球台出现变形。当位移增至1.0Δ时，上层两侧侧球柱变形明显。当位移增至1.25Δ时，上层非加载端球柱下侧开裂，在进行第二周次位移循环加载时，上层非加载端侧球柱下侧裂缝宽度增加至约1.5mm，反向位移加载时，上层加载端侧球柱断裂。当位移增至1.5Δ时，上层非加载端球柱裂缝不断扩张直至
【参考文献】：
期刊论文
[1]格构式塔架横风向脉动风荷载空间相关性研究[J]. 李峰,邹良浩,梁枢果,陈寅. 振动与冲击. 2020(05)
[2]钢管混凝土风电塔架K型焊接管板节点参数研究[J]. 李斌,程亚超,牛丽华. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(03)
[3]中国风电产业发展现状及前景展望（下）[J]. 电器工业. 2019(09)
[4]国际风电产业现状及发展趋势[J]. 马维唯. 企业改革与管理. 2019(15)
[5]矩形钢管加劲肋加强K形箱型相贯节点极限承载力数值分析[J]. 袁西贵,刘远征,王旭,袁波. 应用力学学报. 2019(06)
[6]格构式塔架顺风向脉动风荷载空间相关性研究[J]. 邹良浩,李峰,梁枢果,施天翼,陈寅. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(07)
[7]圆钢管格构式塔架气动力的数值模拟[J]. 游溢,晏致涛,陈俊帆,李文胜,何成,闫渤文. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(07)
[8]钢管混凝土T形相贯节点应力集中系数研究[J]. 陈娟,聂建国,周成野. 建筑结构学报. 2018(03)
[9]钢管混凝土KK形相贯节点空间效应研究[J]. 陈娟,孙伟健,聂建国. 建筑结构学报. 2017(S1)
[10]圆钢管混凝土K型焊接管板节点试验研究和有限元分析[J]. 高春彦,史治宇,牛丽华,李斌. 中南大学学报(自然科学版). 2017(03)
博士论文
[1]钢管格构式塔架多支管空间节点受力性能及承载力研究[D]. 胡浩.重庆大学 2016
硕士论文
[1]格构式钢管混凝土风电塔架万向包裹式节点受力性能研究[D]. 孟春才.内蒙古科技大学 2017
[2]750kV格构式构架钢管空间节点极限承载力研究和可靠性设计[D]. 钱秋羽.重庆大学 2016
[3]钢—混凝土组合结构风电塔架力学性能研究[D]. 董崇海.哈尔滨工业大学 2015
[4]格构式钢管混凝土风力发电机塔架的风振响应分析[D]. 孔祥宇.沈阳工业大学 2014
[5]钢管混凝土格构式风电塔架节点受力性能研究[D]. 乔明.内蒙古科技大学 2012
[6]圆钢管混凝土—钢管K形节点的力学性能研究[D]. 宋谦益.清华大学 2010
[7]风力机塔架结构选型与受力性能研究[D]. 单蕾.哈尔滨工业大学 2009
[8]大型风力发电机塔架弹塑性地震分析与设计[D]. 王振宇.内蒙古科技大学 2009
本文编号：3572589
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
塔架截面选型设计
内蒙古科技大学硕士学位论文-13-其中：A-机舱高度65mB-塔架高度62.4mC-转子直径64mD-风轮扫叶高度97mE-塔筒顶部直径2.7mF-塔筒底部直径4m图2.1锥形单管塔筒图2.2格构式钢管混凝土塔架本文设计的格构式钢管混凝土三肢柱风电塔架整个横截面形式为正三角形。塔架高度与锥形单管塔筒的设计高度一致，取为62.4m。原锥形单管塔筒顶部宽度为2700mm，计算得到塔顶正三角形边长为2340mm，如图2.3所示。根据高耸结构的设计经验，塔底正三角形边长取塔架总高度的1/4~1/10[20]，今取1/7，即8.91m。塔柱钢管选用Q235D普通碳素结构钢，腹杆采用Q235D等边单角钢，塔柱核心混凝土及塔架基础混凝土的设计强度等级均为C40。图2.3塔顶示意图因格构式结构可以进行分层设计，分段组装，所以在拆装和运输方面格构式钢管混凝土风电塔架较传统锥形单管塔筒有显著优势。本文将格构式钢管混凝土三肢柱风电塔架分为13层，具体尺寸见图2.4。
内蒙古科技大学硕士学位论文-42-载端球柱剪切变形异常明显，顶端横腹杆与节点板连接处下侧裂缝不断扩张，顶层斜腹杆变形明显。当反向位移增至3.25Δ时，下层非加载端侧球柱下端出现裂缝，正向位移加载时，下层加载端侧球柱开裂，顶层斜腹杆交点连接处出现裂缝，顶端横腹杆与顶层斜腹杆边缘可见明显屈曲。当位移增至3.5Δ时，下层非加载端侧球柱裂缝贯通，球柱断裂，反向位移加载时，下层加载端侧球柱也断裂，顶层斜腹杆交点螺栓孔处裂缝贯通，试验结束。图3.9试件SJ-1破坏形态SJ-2破坏形态如图3.10所示。试件SJ-2加载初期也以力控制的方式进行加载，试件各部分均处于弹性工作阶段。当拉力荷载增至74.9kN时，上层球柱稍微变形，随后塔柱屈服，此时顶部最大位移Δ约为19.9mm，随后进入位移控制加载阶段。当位移增至1.0Δ时，非加载端侧球台出现变形。当位移增至1.0Δ时，上层两侧侧球柱变形明显。当位移增至1.25Δ时，上层非加载端球柱下侧开裂，在进行第二周次位移循环加载时，上层非加载端侧球柱下侧裂缝宽度增加至约1.5mm，反向位移加载时，上层加载端侧球柱断裂。当位移增至1.5Δ时，上层非加载端球柱裂缝不断扩张直至
【参考文献】：
期刊论文
[1]格构式塔架横风向脉动风荷载空间相关性研究[J]. 李峰,邹良浩,梁枢果,陈寅. 振动与冲击. 2020(05)
[2]钢管混凝土风电塔架K型焊接管板节点参数研究[J]. 李斌,程亚超,牛丽华. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(03)
[3]中国风电产业发展现状及前景展望（下）[J]. 电器工业. 2019(09)
[4]国际风电产业现状及发展趋势[J]. 马维唯. 企业改革与管理. 2019(15)
[5]矩形钢管加劲肋加强K形箱型相贯节点极限承载力数值分析[J]. 袁西贵,刘远征,王旭,袁波. 应用力学学报. 2019(06)
[6]格构式塔架顺风向脉动风荷载空间相关性研究[J]. 邹良浩,李峰,梁枢果,施天翼,陈寅. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(07)
[7]圆钢管格构式塔架气动力的数值模拟[J]. 游溢,晏致涛,陈俊帆,李文胜,何成,闫渤文. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(07)
[8]钢管混凝土T形相贯节点应力集中系数研究[J]. 陈娟,聂建国,周成野. 建筑结构学报. 2018(03)
[9]钢管混凝土KK形相贯节点空间效应研究[J]. 陈娟,孙伟健,聂建国. 建筑结构学报. 2017(S1)
[10]圆钢管混凝土K型焊接管板节点试验研究和有限元分析[J]. 高春彦,史治宇,牛丽华,李斌. 中南大学学报(自然科学版). 2017(03)
博士论文
[1]钢管格构式塔架多支管空间节点受力性能及承载力研究[D]. 胡浩.重庆大学 2016
硕士论文
[1]格构式钢管混凝土风电塔架万向包裹式节点受力性能研究[D]. 孟春才.内蒙古科技大学 2017
[2]750kV格构式构架钢管空间节点极限承载力研究和可靠性设计[D]. 钱秋羽.重庆大学 2016
[3]钢—混凝土组合结构风电塔架力学性能研究[D]. 董崇海.哈尔滨工业大学 2015
[4]格构式钢管混凝土风力发电机塔架的风振响应分析[D]. 孔祥宇.沈阳工业大学 2014
[5]钢管混凝土格构式风电塔架节点受力性能研究[D]. 乔明.内蒙古科技大学 2012
[6]圆钢管混凝土—钢管K形节点的力学性能研究[D]. 宋谦益.清华大学 2010
[7]风力机塔架结构选型与受力性能研究[D]. 单蕾.哈尔滨工业大学 2009
[8]大型风力发电机塔架弹塑性地震分析与设计[D]. 王振宇.内蒙古科技大学 2009
本文编号：3572589
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