风电机组钢板-混凝土组合塔筒中钢板稳定性能及设计方法研究

摘要 

伴随着风电机组大型化的发展趋势，低风速高塔筒技术越来越受到市场的青睐。本文基于组合结构原理，提出了一种基于边缘加劲组合壳体的新型风电混合塔筒。为了研究钢板-混凝土组合塔筒中钢板在轴压荷载作用下的稳定性能，本文采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法，开展了系统研究。主要内容如下： 

①开展了3个纯钢对比试件和7个钢板-混凝土组合塔筒试件在轴压荷载作用下的单调加载试验，得到了试件的破坏模式、归一化的平均应力-应变关系曲线和荷载-应变曲线，分析了钢板曲率半径、钢板厚度、栓钉竖向间距和栓钉布置对钢板稳定性能的影响。 

②以试验试件的相关参数为依据，采用有限元程序 ABAQUS 建立了与之对应的精细化有限元模型，详细介绍了模型关于单元选取、栓钉简化模拟、材料本构关系的选择、钢板和混凝土的界面关系、模型边界条件、初始缺陷和网格划分的相关内容。通过将试验与模拟结果的破坏模式和承载力进行对比，验证了有限元模型的可靠性与准确性。 

③建立了分析钢板-混凝土组合塔筒中钢板弹性屈曲临界应力的整体有限元模型，研究了钢板曲率半径、钢板厚度、栓钉竖向间距对内、外钢板计算长度系数的影响规律。在此基础上以距厚比和栓钉竖向间距与钢板曲率半径的比值对计算长度系数的影响规律给出了计算长度系数的公式形式，通过大量模拟计算，以参数回归拟合的方式得到了内、外钢板计算长度系数的计算公式。最后，分别提出了防止内、外钢板在屈服前发生局部失稳破坏的栓钉竖向间距限值公式。 

④建立了分析钢板-混凝土组合塔筒中钢板峰值强度的整体有限元模型，定性研究了钢板曲率半径、钢板屈服强度、钢板厚度、栓钉竖向间距和栓钉排列方式等参数对内、外钢板峰值强度的影响规律。 

关键词：钢板-混凝土组合塔筒；轴压；稳定性能；计算长度系数；设计方法 

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