风力发电机组格构式扩展基础力学性能研究

摘要

风是人类最熟悉的一种自然现象，风无处不在。风能是一种最具活力的可再生能源，它实质上是太阳能的转化形式，故可以认为取之不尽、用之不竭、洁净无污染。风机基础对风力发电机组的安全稳定运行至关重要。风力发电机组基础通常要承受360度方向的重复荷载而且具有大偏心受力的特性，对地基基础的要求较高。和建筑、水利和电力行业的结构相比，风机基础的受力特性有很大的不同。因此研究风电机组格构式扩展基础的力学性能具有实际意义。
　　本文以某具体风电场为研究背景，其风电机组基础为格构式扩展基础，采用有限元数值模拟，对风机格构式扩展基础的力学特性、基础底板参数的变化以及配筋方法进行了一定程度的研究。主要研究内容和结论如下:
　　(1)根据工程资料，拟定10种不同的方案，模拟从砂砾土地基到刚性地基的变化，通过基础沉降和应力分布，绘制曲线图，总结规律发现格构式扩展基础底部最大沉降位移随着地基弹性模量的增大而减小，基础底部的应力最大值总体呈下降的趋势，在风电场选址时，选取地质情况较为坚硬的地基可以改善风机基础底部的受力情况。
　　(2)采用ANSYS有限元软件对基础进行三维仿真模拟，通过改变基础底板的厚度，分析基础沉降值和关键部位的应力值可知，基础底板厚度在1.0m内时，随着基础底板厚度的增大，底板底部位移和应力降低趋势明显，基础底板厚度超过1.0m后，底板底部位移和应力降低趋势减弱。表明单纯从加大基础底板厚度的角度来减小位移和应力是不可取的。
　　(3)采用结构力学计算方法以及有限元法这两种方法对风电机组格构式扩展基础进行配筋的计算，结果表明，相同位置处，有限元法计算得到的配筋面积整体小于结构力学法计算的配筋面积。工程上用结构力学算法进行配筋计算是偏于安全的，也是可行的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 风力发电机组格构式扩展基础介绍

1．4 论文主要研究内容

2 风电机组格构式扩展基础设计规定及数值模拟基本理论

2．1 风电机组格构式扩展基础设计规定

2．1．1 依据规范

2．1．2 荷载组合

2．1．3 结构重要性系数

2．1．4 荷载效应组合下的分项系数

2．1．5 主要荷载分项系数

2．2 数值模拟计算软件介绍

2．2．1 土体本构模型

2．2．2 接触问题

2．2．3 有限元中接触问题的计算方法

2．2．4 荷载施加方式研究

3 格构式扩展基础地基力学特性敏感性分析

3．1 基本数据

3．1．1 格构式扩展基础体型

3．1．2 格构式扩展基础计算模型

3．2 计算结果及分析

3．2．1 格构式扩展基础底部沉降分析

3．2．2 风机基础应力分析

3．3 本章小结

4 风机基础底板厚度对基础力学特性的敏感性研究

4．1 基本数据

4．1．1 格构式扩展基础体型

4．1．2 格构式扩展基础模型及荷载施加

4．2 不同底板厚度的风机基础结构方案分析

4．2．1 风机基础结构竖向位移结果分析

4．2．2 风机基础结构应力结果分析

4．3 本章小结

5 风力发电机组格构式扩展基础的配筋计算方法

5．1 结构力学计算方法

5．1．1 基础底板弯矩计算

5．1．2 基础次梁JL-2、主粱JL-1弯矩计算

5．1．3 配筋计算

5．2 有限元法

5．3 工程算例

5．3．1 工程概况

5．3．2 结构力学法

5．3．3 ANSYS有限元算法

5．3．4 配筋结果对比总结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录