干连接预应力预测混凝土风电塔筒结构抗震性能研究
摘要
预制装配式混凝土风电塔筒结构是未来风场建设发展方向之一，近年来受到广泛关注却鲜有成体系的研究。本文的研究对象为干连接预应力预制混凝土风电塔筒结构。将塔筒沿高度方向分成若干段，每段等分成8个筒片。预制混凝土筒片可在现场拼装成整体。这种新型筒片可以通过模板进行批量化的预制，运输到现场后进行组装，施工非常便利。但其接缝处的力学性能是否良好是本课题主要关注点。本文采用“凹凸槽”干连接预制混凝土塔筒接缝连接形式，设置销栓钢筋用于相邻两筒片的连接。为保证混凝土塔筒从下至上为整体受力，采用后张拉体外预应力系统。故该连接形式能够以较简单的施工技术和较低的经济成本得到较高的结构抗震性能。鉴于此，本文在以往课题组相关研究成果的基础上，通过数值模拟及理论研究来分析干连接预应力预制混凝土风电塔筒的抗震性能，并建立一套抗震性能评价体系。主要研究内容和成果包括以下几个方面：
（1）通过对预制塔筒片干连接界面有限元模型进行分析，研究界面破坏机理和应力分布规律。通过已完成的推出试验数据验证所建立的无“凸凹槽”界面有限元模型的有效性；建立有“凸凹槽”界面有限元模型并进行弹塑性静力分析，研究不同参数下界面全过程推出力-滑移关系、破坏模式、应力分布规律等，以明确界面的基本力学性能。
（2）选取局部风电塔筒为研究对象，建立有限元模型并进行弹塑性分析，研究局部塔筒的力学性能，并证明体外预应力筋可以保证塔筒良好的整体性。首先，通过Pushover 分析，得到荷载-位移关系曲线，明确破坏机理和破坏模式，确定轴压比、预应力度等参数对局部塔筒力学性能的影响规律；然后，进行拟静力分析，得到滞回曲线和骨架曲线等，以研究其抗震性能。
（3）以整体风电塔筒结构为对象，建立动力有限元模型并进行地震响应分析。对整体风电塔筒结构进行三种地震波下四种峰值加速度的地震动力响应时程分析，峰值加速度分别调整为0.1 g、0.15 g、0.2 g和0.3 g，得到塔筒顶部位移和加速度时程曲线及内力响应，得到在相应加速度幅值下塔筒的水平位移低于其规范位移允许限值，塔筒的各部分预制构件之间表现出良好的协调能力。
综上，本文结合理论分析与数值计算，明确了干连接塔筒连接界面破坏机理和基本力学性能，得到了干连接预应力混凝土风电塔筒结构具有良好的延性和抗震性能的结论。
关键词：预应力预制风电塔筒结构；干连接界面；连接界面性能；抗震性能；体外后张法预应力；有限元分析
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