风电机组混凝土塔筒受力机理及模型试验研究
摘 要
风能是自然界的一种绿色能源，其具备了可再生、环保、清洁等特点，为社会、经济的发展带来了积极的作用，并得到广泛的高度关注。现阶段，风力发电机组的结构大多采用了钢结构塔筒的形式，伴随着发电量的提升、运输限制及防腐蚀等方面因素的影响，钢制塔筒也显示出一定的缺陷。比如：钢结构的维护难度大、安装不方便、制作成本高、使用寿命短等。而混凝土塔筒抗振性能更好，刚度更大，使得混凝土塔筒成为了一种可替代的结构，同时一些研究人员开始着手研究混凝土塔筒。随着风力发电机组的功率全面增加，其各个部件的种类和尺寸也相应加大。此时，混凝土塔筒无论在经济指标方面，还是在结构刚度方面都表现出了明显的优越性。本文希望通过以实际工程结构为背景的模型试验和有限元数值分析，为我国风电机组混凝土塔筒的设计和规范的制定提供参考。
首先以实际工程为背景，遵循相似准则，开展模型设计及试验。在大型多通道加载试验机系统上开展了风电机组混凝土塔筒模型试验。本次试验对风电机组混凝土塔筒模型进行了单调静力加载试验，塔顶侧向极限承载力均值为8340N，对应的峰值位移均值为73.38mm。在塔顶水平荷载作用下，试件表现出塔底受压区混凝土压碎，受拉区钢筋屈服的弯曲破坏特征，受拉区混凝土裂缝表现出等间距分布的规律。从塔壁受压区混凝土表面应变片和受拉区钢筋表面应变片的读数可以看出，在塔底受压区混凝土被压碎时，受拉区钢筋已经屈服，说明试件的配筋属于适筋范围。
分析了其在静力荷载作用下的破坏模式、极限承载力和最大位移，同时进行了模型结构混凝土材料性能试验，为进一步的有限元数值分析奠定了基础。
然后，建立了有限元数值模型，进行了结构静强度分析，并得出所需的节点位移、节点力等。分析结构承受极端载荷时的最大应变、应力和位移，进而讨论了风电机组混凝土塔筒结构的强度和刚度问题。
最后，本文展望了进一步的研究工作和方向。
关键词：风机塔筒；模型试验；数值仿真；相似理论；ABAQU
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