预应力混凝土—钢组合风电塔架穿筋连接段结构性能研究

摘要

随着世界能源与环境危机加剧，风能作为一种清洁的可在生能源越来越受到各国政府和研究机构的重视。当前，风力发电的单机装机容量不断增大，塔架的高度不断增高，传统钢制塔架底部直径大、运输困难、经济性差等问题日益突出。预应力混凝土—钢组合风力发电塔架是一种可以有效解决这些问题的新型塔架形式。为了使钢与混凝土两种材料的特点可以充分发挥并且协同作用，同时保证结构的刚度突变点受力安全可靠，对组合塔架的混凝土—钢连接段的结构选型和设计及受力分析研究相当重要。目前，国内外未见有关组合塔架连接段的详细设计资料和研究报道。针对传统法兰连接存在的问题，本论文提出一种新型带孔穿筋板连接段结构方案,在利用有限元软件对其进行受力性能分析的基础上，选取基本结构单元进行比例模型试验研究，为我国风电行业塔架建设提供参考。本文包括以下主要内容：
　　1.结合工程实例，对组合塔架新型带孔穿筋板连接段的结构实现形式做出详细介绍并参考已有的研究资料对连接段的承载能力进行验算。
　　2.以设计的组合塔架连接段结构为原型，利用ABAQUS有限元分析软件对其进行弹性及采用混凝土塑性本构模型的弹塑性数值模拟。根据模拟结果，对连接段混凝土和钢制构件的受力情况及其关键构件穿孔钢筋的受力变形进行了分析。
　　3.对组合塔架连接段进行合理的简化后对其基本单元进行模型试验，分析在最不利荷载组合设计值的作用下结构的局部和整体受力情况。模型的试验结果数据验证了该结构方案的可行性。
　　4.对试验构件进行数值模拟并和模型试验结果进行对比。通过数值模拟和模型试验结果共同验证所提出的组合塔架连接段结构的安全可靠，并探讨了进一步的研究工作和方向。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 风力发电塔架的种类

1.3 组合塔架传统连接段特点

1.4 国内外研究现状

1.5 研究内容和研究意义

第2章 组合塔筒开孔穿筋板连接段的研究和设计

2.1 PBL剪力键介绍

2.2 PBL剪力键的极限承载力分析

2.3 连接段的传统形式

2.4 开孔穿筋连接段设计思路

2.5 开孔穿筋板连接段设计实例

2.6 小结

第3章 组合塔筒开孔穿筋板连接段有限元分析

3.1 概述

3.2 ABAQUS有限元数值分析简介

3.3 连接段结构方案及受力特点

3.4 连接段建模

3.5 弹性及塑性分析结果

3.6 小结

第4章 组合塔筒开孔穿筋板连接段试验研究

4.1 工程背景

4.2 试验模型设计原则及目的

4.3 试验方案设计

4.4 试验构件的制作和安装

4.5 加载制度

4.6 材性试验

4.7 试验结果分析

4.8 小结

第5章 连接段试验有限元模拟

5.1 连接段试验有限元模拟概述

5.2 试验构件建模

5.3 弹性及弹塑性分析结果

5.4 模拟结果与试验结果对比分析

5.5 小结

结论与展望

参考文献

致谢

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