大型风力发电机塔架弹塑性地震分析与设计

摘要

随着风力发电机的大型化，风力发电机组塔架的设计问题日益突出。为了降低成本，减轻重量，增强塔架的可靠性，需要对塔架的设计进行探讨。在塔架的研究过程中，人们对塔架抗风性能的研究较多，忽略了对塔架抗震性能的研究，这会对地震区塔架的安全造成不利的影响。其次，风力发电机塔架结构的种类过于单一，仅为锥筒型一种，该塔架用钢量较大，费用较高。 本文根据塔架的几何特征及受力特点建立了高度为62．4m的锥筒型塔架的有限元模型，并参考该塔架设计了钢管混凝土三肢柱塔架，建立了塔架的有限元模型。利用SAP2000软件对两种塔架进行了弹塑性地震分析。 在罕遇地震作用下，锥筒型塔架绝大部分区域的应力小于220Mpa，大应力区域只出现在塔架的顶部、底部以及门洞附近，应力已达380 Mpa。塔架顶部的位移达到1．24m，约为塔架高度的1/50（1．25m），满足7度地区抗震设防的要求。 在罕遇地震作用下，钢管混凝土三肢柱塔架大部分的构件处于弹性阶段，仅在顶端和底端有少数构件进入塑性阶段。在地震波作用的后期塔架顶部的位移达1．1m，稍小于塔架高度的1/50（1．26m），满足7度地区抗震设防的要求。 钢管混凝土三肢柱塔架设计时的控制因素为底部边宽和构件截面尺寸。当底部边宽为塔架高度的1/10时，用钢量最少（比原锥筒型塔架节约76％），同时变形也满足风力发电机正常工作的要求。 本文的工作可为风力发电机钢管混凝土三肢柱塔架的设计提供一些建议和参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1前言

1.2风力机的种类

1.2.1水平轴风力机

1.2.2垂直轴风力机

1.3风力机塔架的种类

1.4国内外风力发电发展现状

1.4.1国外风电发展现状

1.4.2国内风电发展现状

1.5国内风力机塔架的研究现状

1.6本论文的研究内容与完成的工作

2大型风力发电机塔架有限元建模

2.1钢材和混凝土的应力应变曲线

2.1.1钢材的应力应变曲线

2.1.2混凝土的应力应变曲线

2.2大型风力发电机锥筒型塔架有限元建模

2.2.1锥筒型塔架主体结构基本参数的确定

2.2.2锥筒型塔架模型的建立

2.3钢管混凝土三肢柱塔架有限元建模

2.3.1钢管混凝土三肢柱塔架主体结构的确定

2.3.2钢管混凝土三肢柱塔架结构模型的建立

2.3.3钢管混凝土三肢柱塔架所受风荷载的确定

2.3.4塔架内力计算

2.4本章小结

3大型风力发电机塔架弹塑性地震时程分析

3.1地震分析的方法

3.2结构阻尼

3.3地震波的选取

3.4锥筒型塔架地震时程分析

3.5钢管混凝土三肢柱塔架地震时程分析

3.5.1钢铰和钢管混凝土铰的本构关系

3.5.2钢管混凝土三肢柱塔架SAP2000模拟结果

3.6本章小结

4大型风力发电机钢管混凝土三肢柱塔架设计

4.1控制钢管混凝土三肢柱塔架设计的因素

4.2钢管混凝土三肢柱塔架设计

4.2.1钢管混凝土三肢柱塔架基本构件参数的确定

4.2.2钢管混凝土三肢柱塔架所受风载的确定

4.2.3钢管混凝土三肢柱塔架内力计算

4.2.4钢管混凝土三肢柱塔架用钢量计算

4.3本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致 谢