风电机组混凝土结构塔筒竖向灌浆接缝的受剪承载性能与计算方法研究

摘要 

应用于陆上风力发电机组支撑结构的钢-混凝土混合结构塔筒上部采用纯钢结构塔筒，下部采用混凝土结构或钢-混凝土组合结构塔筒具有刚度大、稳定性好、施工相对快捷、维护费用低等优点，得到了广泛应用。钢-混凝土混合结构塔筒下部主要通过高强灌浆料接缝连接预制混凝土竖向分片，竖向灌浆接缝的抗剪性能直接影响钢-混凝土混合结构塔筒的整体性能，对其能否正常工作起着至关重要的作用。本文针对风力发电机组钢-混凝土混合结构塔筒竖向灌浆接缝的抗剪性能进行了研究。主要工作如下： 

①  开展了6个风力发电机组钢-混凝土混合结构塔筒竖向灌浆接缝直剪荷载下的静力试验，得到了其破坏模式、荷载-滑移曲线，破坏模式为新老混凝土界面剥离破坏与高强灌浆料剪切破坏的耦合破坏；结合试验现象及荷载-滑移曲线分析了接缝的抗剪受力机理，总结了接缝三阶段抗剪受力模型；研究了不同荷载等级下试件破坏接缝两侧混凝土表面剪应变沿着试件高度的分布情况；基于试验结果对目前钢-混凝土混合结构塔筒工程设计中采用的竖向灌浆接缝抗剪理论相关承载力计算公式进行了适用性评价；根据试验结果对钢-混凝土混合结构塔筒竖向灌浆接缝设计方法提出了建议。 

②  通过有限元软件 ABAQUS 建立了在纯剪荷载下钢-混凝土混合结构塔筒竖向灌浆接缝的精细化有限元模型，介绍了如何在 ABAQUS 中设置接触关系来模拟新老混凝土界面的剪切行为，将试验过程中实测得到的承载力数据以及试验过程中总结的竖向接缝破坏模式与有限元模拟结果进行对比，验证了有限元模型的准确性和适用性。 

③  基于经过验证的ABAQUS有限元模型，对可能影响竖向灌浆接缝抗剪承载力的参数开展了大量参数分析，研究了普通混凝土强度、高强灌浆料强度、抗剪钢筋屈服强度、抗剪钢筋配筋率、新老混凝土界面粗糙度对钢-混凝土混合结构塔筒竖向灌浆接缝在纯剪荷载作用下的承载力和初始刚度的影响。通过理论分析加参数拟合的方法得到了钢-混凝土混合结构塔筒竖向灌浆接缝在纯剪荷载下的抗剪承载力公式及最大配筋率。提出的公式形式简洁，且精度较高。 

关键词：风电机组支撑结构；混凝土塔筒竖向灌浆接缝；抗剪性能研究；承载力计算公式；设计方法

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