竖向和水平向的荷载下自升式风电装配式塔筒的预制牛腿节点性能分析

摘要 

最近技术的发展和对更大能源生产的需求促使风力机制造商开始安装更高的风力机塔架。目前，传统风机大多使用钢塔，随着塔架高度的增加，钢截面的直径也随之增加，使其达到一个极限，即由于宽度和地下通道的限制，无法在公路上运输。除此之外，还可以使用预制混凝土节段和混合塔，但仅此无法解决与塔架架设和安装相关的限制，比如对更高的安装起重机和更大的船舶（海上）的需求。除了这些传统的风机塔架安装技术外，近年来还提出了一种自升式塔架系统的创新方法。这将允许无起重机起吊塔。拟建的风力机塔架本质上是伸缩式的，它使用自提升机构进行塔架的无起重机架设。新型牛腿-牛腿连接是该塔最重要的结构部件之一，它们有两个重要的用途；提升和固定塔段。 

利用 Abaqus 软件对新型预制牛腿-牛腿节点在竖向和水平荷载作用下的受力性能进行了有限元分析。该有限元分析是在一个准静态环境中进行的，该环境会改变加载速率和质量比例。建立了三个有限元模型来分析垂直和水平高强度螺栓连接的失效模式和性能。结果表明，下牛腿翼缘处的水平连接对节点的刚度影响很大，该区域的初始损伤显著降低了节点的刚度，后期上牛腿区域的压杆失效决定了节点的极限承载力。 

在对牛腿接头进行了有限元分析并分析了新型牛腿接头的性能之后，提供一种合适的设计方法来计算接头的强度是至关重要的。考虑到牛腿节点的受力复杂性，将其视为一个D域，提出了节点的拉压杆模型。基于ACI318-19的所有模型的 STM 模型将接头承载力和失效模式的结果与有限元分析的结果进行了比较。结果表明，除了一个模型外，STM 对节点的承载能力提供了一个更安全的估计，但是预测的失效模式与有限元分析得到的结果相似。结果表明，STM 预测的理论承载力提供了一个更安全的估计承载能力的建议新型预制牛腿牛腿到牛腿接头。 本文研究工作为具有自提升特征的框架柱-腹板拼接新型塔筒的预制牛腿设计提供了参考，为牛腿节点的STM模型验算提供了方法依据。 

关键词：新型预制连接；自升式节点；准静态分析；拉压杆模型（STM）, 牛腿

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