钢管混凝土格构式风电塔架节点受力性能研究

【摘要】：本文以内蒙古白云鄂博地区某1.5MW锥台型风电塔筒为参考对象，初步设计了钢管混凝土格构式风电塔架，采用试验和有限元分析相结合的方法，对钢管混凝土相贯节点和钢管混凝土管板节点两种形式的塔架节点模型进行了受力性能研究，分析了这两种节点的破坏模式、静力性能以及节点区应力分布变化规律。 试验结果表明：钢管混凝土相贯节点的破坏模式为受压腹杆的局部屈曲，钢管混凝土管板节点的破坏模式为节点板的受压屈曲，节点失效时，塔柱管壁无明显的塑性变形；两种节点均存在较强的应力集中现象，其中钢管混凝土相贯节点的高应力区出现在间隙、冠点和鞍点处的塔柱管壁上；节点板角部的塔柱管壁以及节点板的中部和端部受力最为不利，是钢管混凝土管板节点的薄弱部位。 在试验基础上，利用ABAQUS有限元探讨了部分参数对节点承载力和破坏模式的影响，研究结果表明：钢管混凝土相贯节点的极限承载力是空钢管相贯节点的1.44倍，并且塔柱内灌浆改变了节点的失效模式，但混凝土对管板节点受力性能的改善程度不大；腹杆与塔柱直径比、塔柱径厚比对钢管混凝土相贯节点的承载力起主要影响作用，节点板厚度对钢管混凝土管板节点承载力的提高能力有限。 通过对钢管混凝土风电塔架节点模型的试验研究和有限元分析，初步掌握了这两种塔架节点的受力性能，可为风电塔架节点的设计和施工制造提供参考。 【关键词】：钢管混凝土 格构式塔架 相贯节点 管板节点 受力性能
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU347
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 风力发电的特点与意义9-10
• 1.2 塔架的节点形式10-11
• 1.3 相关课题的研究现状11-15
• 1.3.1 风力发电机塔架研究现状11-13
• 1.3.2 钢管混凝土节点研究现状13-15
• 1.4 课题的提出与本文主要工作15
• 1.5 创新点与技术路线15-17
• 2 钢管混凝土格构式风电塔架设计17-26
• 2.1 钢管混凝土格构式风电塔架选型17-18
• 2.3 钢管混凝土格构式风电塔架荷载计算18-21
• 2.4 钢管混凝土格构式风电塔架内力计算21-23
• 2.5 钢管混凝土格构式风电塔架尺寸确定23-24
• 2.6 本章小结24-26
• 3 钢管混凝土格构式塔架节点试验概述26-41
• 3.1 节点模型设计26-29
• 3.2 节点模型制作29-32
• 3.3 加载装置32
• 3.4 加载制度32-33
• 3.5 量测方案33-35
• 3.6 破坏过程及破坏特征35-40
• 3.6.1 破坏过程36-39
• 3.6.2 破坏特征39-40
• 3.7 本章小结40-41
• 4 钢管混凝土风电塔架节点受力分析41-54
• 4.1 腹杆轴力—变形关系41-42
• 4.2 节点承载力的确定42-43
• 4.3 腹杆轴力—应变分析43-45
• 4.4 节点交汇区应力分析45-49
• 4.5 节点板应力分布49-50
• 4.6 节点破坏机理50-52
• 4.6.1 钢管混凝土相贯节点破坏机理50-52
• 4.6.2 钢管混凝土管板节点破坏机理52
• 4.7 本章小结52-54
• 5 节点有限元分析54-68
• 5.1 有限元模型的建立54-57
• 5.1.1 材料本构模型54-56
• 5.1.2 接触处理56
• 5.1.3 单元类型与网格划分56-57
• 5.2 有限元模拟结果57-59
• 5.2.1 模拟结果与试验结果对比57-58
• 5.2.2 混凝土应力分析58-59
• 5.3 参数分析59-66
• 5.3.1 混凝土60-61
• 5.3.2 塔柱径厚比61-63
• 5.3.3 腹杆与塔柱直径比63-64
• 5.3.4 间隙64-65
• 5.3.5 节点板厚与腹杆壁厚比65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-72
• 在学研究成果72-73
• 致谢73

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