风电塔筒钢管混凝土转接结构的轴压承载性能及计算方法研究

摘    要 

自十三五以来，我国重点提倡中东南部低风速区的风电开发，在此背景下，大型风电机组和超高预应力钢-混凝土混合塔筒技术的应用成为了新的研究重点。为了解决目前混合塔筒中钢塔段和混凝土塔段转转接结构承载能力不足的问题，本文提出一种新型钢管混凝土转接结构，并对其在轴压荷载作用下的承载性能以及计算方法展开了系统的研究。主要工作如下： 

①开展了1个钢筋混凝土转接结构对比试件和6个钢管混凝土转接结构试件在轴压荷载作用下的静力加载试验。对试件的破坏模式、荷载-位移曲线、承载力、延性和应变规律进行了考察，分析了两种形式转接结构承载性能的差异以及底部钢筋配置量、隔板厚度、栓钉间距对钢管混凝土转接结构承载性能的具体影响。 

②采用 ABAQUS 有限元软件对试验中的所有试件建立了精细化有限元模型，并详细介绍了关于材料本构关系、单元类型、边界条件、钢管与混凝土的界面关系、初始缺陷以及网格划分等方面内容。通过有限元模拟结果和试验结果中破坏模式和荷载-位移曲线的对比，验证了有限元建模方法的可信度与准确度。 

③通过规范中的计算方法对试件的轴压承载力进行了计算，并将所得结果与试验实测进行对比，在此基础上结合有限元模拟计算所得数据，对钢管混凝土转接结构的轴压受力机理进行深入探究。总结了本文的钢管混凝土转接结构与传统钢管混凝土构件之间的异同，为钢管混凝土转接结构轴压承载力计算方法的提出奠定了理论基础。 

④根据工程实例建立钢管混凝土转接结构有限元足尺模型，进行了参数化数值计算，研究了外钢管径厚比、内钢管径厚比、隔板厚度、夹层混凝土厚度、钢材强度、混凝土强度等不同参数对转接结构轴压承载力的影响规律。以参数回归拟合的方式得到了钢管混凝土转接结构轴压承载力计算公式，并给出了工程应用的相关建议。 

关键词：钢管混凝土转接结构；轴压；承载性能；受力机理；承载力计算公式

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