预应力混凝土风机塔架模型试验和分析研究

摘要

随着风电的迅速发展，单机容量的不断增加，就需要塔架拥有更大的强度、刚度和高度，导致传统的钢锥管塔架钢材用量激增，大大增加了制作和安装费用。故针对多兆瓦风电机组，预应力混凝土风电塔架在近年来受到广泛的关注和研究。
　　本文在前人研究成果的基础上，对5MW正八边形预应力混凝土风电塔架进行模型试验研究，测试塔架的受力承载性能和结构动力特性。并建立了塔架的静、动力分析有限元模型，通过与试验数据对比验证了模型的可靠性。然后采用验证模型分析了塔架在不同设计工况下的反应，分析结果表明该塔架能够满足相关规范的要求。最后通过与传统钢锥管塔架、圆形混凝土风电塔架的综合性能对比，表明该混凝土风电塔架比传统的钢塔架和圆形混凝土塔架具有一定的优势。
　　在此基础上，本文考虑土与结构相互作用，对风电塔架进行地震作用力分析。主要研究了：振型分解法和时程分析法所得水平地震力和倾覆弯矩的对比分析；预应力混凝土塔架和钢塔架的水平地震力和倾覆弯矩对比分析；水平地震作用下和水平竖向地震同时作用下的预应力混凝土塔架的水平竖向地震力和倾覆弯矩的对比分析；分析了土与结构相互作用对预应力混凝土塔架地震作用力的影响。研究结果表明：振型分解法所得出基底倾覆弯矩大于时程分析法所计算的；在进行混凝土塔架设计时，其抗震分析不能忽略；施加竖向地震作用对塔架的竖向承载力影响很大；土与结构相互作用对分析地震作用分析影响很大，所以在进行抗震设计时要考虑结构地基土的刚度阻尼系数。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 风电塔架研究现状

1.3 风电塔架抗震研究

1.4 研究内容

第二章 预应力混凝土风电塔架试验研究

2.1 试验目的

2.2 试验设计

2.3 材料设计和模型浇筑

2.4 试验测点布置

2.5 试验加载装置及加载制度

2.6 试验结果

2.7 本章小结

第三章 预应力混凝土塔架有限元分析

3.1 有限元软件ABAQUS介绍

3.2 混凝土试验塔架有限元建模

3.3试验塔架有限元分析

3.4 原型塔架有限元分析

3.5 本章小结

第四章 预应力混凝土塔架的综合性能对比分析

4.1 设计资料

4.2 圆形预应力混凝土塔架设计

4.3 钢锥管塔架设计

4.4 三种塔架结构的综合对比分析

4.5 本章小结

第五章 基于土与结构相互作用预应力混凝土风电塔架的地震作用分析

5.1前言

5.2 土与结构相互作用概述

5.3 基于土与结构相互作用预应力混凝土塔架的地震作用分析

5.4 基于振型分解反应谱法混凝土塔架的地震作用分析

5.5 基于时程分析法塔架的地震作用分析

5.6 振型分解法和时程分析法计算结果对比

5.7混凝土塔架和钢塔架的水平地震作用对比分析

5.8 竖向地震对混凝土塔架地震作用力的影响

5.9 土与结构相互作用对混凝土塔架地震作用力的影响

5.10 本章小结

第六章 结论与展望

6.1本文主要结论

6.2对研究的展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

致谢

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