干連接預應力預測混凝土風電塔筒結構抗震性能研究
摘要
預制裝配式混凝土風電塔筒結構是未來風場建設發展方向之一，近年來受到廣泛關注卻鮮有成體系的研究。本文的研究對象為干連接預應力預制混凝土風電塔筒結構。將塔筒沿高度方向分成若干段，每段等分成8個筒片。預制混凝土筒片可在現場拼裝成整體。這種新型筒片可以通過模板進行批量化的預制，運輸到現場后進行組裝，施工非常便利。但其接縫處的力學性能是否良好是本課題主要關注點。本文采用“凹凸槽”干連接預制混凝土塔筒接縫連接形式，設置銷栓鋼筋用于相鄰兩筒片的連接。為保證混凝土塔筒從下至上為整體受力，采用后張拉體外預應力系統。故該連接形式能夠以較簡單的施工技術和較低的經濟成本得到較高的結構抗震性能。鑒于此，本文在以往課題組相關研究成果的基礎上，通過數值模擬及理論研究來分析干連接預應力預制混凝土風電塔筒的抗震性能，并建立一套抗震性能評價體系。主要研究內容和成果包括以下幾個方面：
（1）通過對預制塔筒片干連接界面有限元模型進行分析，研究界面破壞機理和應力分布規律。通過已完成的推出試驗數據驗證所建立的無“凸凹槽”界面有限元模型的有效性；建立有“凸凹槽”界面有限元模型并進行彈塑性靜力分析，研究不同參數下界面全過程推出力-滑移關系、破壞模式、應力分布規律等，以明確界面的基本力學性能。
（2）選取局部風電塔筒為研究對象，建立有限元模型并進行彈塑性分析，研究局部塔筒的力學性能，并證明體外預應力筋可以保證塔筒良好的整體性。首先，通過Pushover 分析，得到荷載-位移關系曲線，明確破壞機理和破壞模式，確定軸壓比、預應力度等參數對局部塔筒力學性能的影響規律；然后，進行擬靜力分析，得到滯回曲線和骨架曲線等，以研究其抗震性能。
（3）以整體風電塔筒結構為對象，建立動力有限元模型并進行地震響應分析。對整體風電塔筒結構進行三種地震波下四種峰值加速度的地震動力響應時程分析，峰值加速度分別調整為0.1 g、0.15 g、0.2 g和0.3 g，得到塔筒頂部位移和加速度時程曲線及內力響應，得到在相應加速度幅值下塔筒的水平位移低于其規范位移允許限值，塔筒的各部分預制構件之間表現出良好的協調能力。
綜上，本文結合理論分析與數值計算，明確了干連接塔筒連接界面破壞機理和基本力學性能，得到了干連接預應力混凝土風電塔筒結構具有良好的延性和抗震性能的結論。
關鍵詞：預應力預制風電塔筒結構；干連接界面；連接界面性能；抗震性能；體外后張法預應力；有限元分析
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