鋼混塔筒風機基礎數值模擬分析及結構優化研究
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2024-08-09 15:59:07
摘 要
在國家實現碳達峰，碳中和目標的時代背景下，風力發電正以其資源節約，環境友好的優勢，在能源行業中受到越來越廣泛的關注。為了使風力發電機的單機裝機容量進一步增大，需要建設更高的塔筒結構來獲取更多的風能，而在高塔筒結構方案中，預應力混凝土-鋼組合塔筒結構相比傳統的鋼塔筒結構在經濟和技術上具有更大的優勢。預應力混凝土-鋼組合塔筒風機的基礎已在國內不少的風電場有了較多的應用，但有關的研究還相對較少，本文對這種塔體的風機基礎進行了有限元數值模擬分析及結構優化的研究，主要內容如下：
（1）結合工程實例，利用ABAQUS軟件建立了塔筒-基礎-地基一體化分析模型。在建模時，考慮加入混凝土塔筒和預應力系統模型，據此可更加真實地模擬基礎承受上部荷載，同時也考慮利用分離式的建模方式將鋼筋網模型放入基礎混凝土模型內。在材料定義方面，分別使用塑性損傷模型和理想彈塑性模型對混凝土和鋼筋的非線性行為進行描述。根據計算結果，系統地分析了鋼混塔筒風機基礎各部位的情況。結果表明，鋼混塔筒風機基礎實例工程的結構在極端荷載工況作用下整體結構安全，但局部受拉損傷較大。
（2）根據受拉損傷的分布特點，分別提出了“加勁肋”方案、斜向鋼筋方案、預應力加密布置方案和臺柱下沉方案等四種鋼混塔筒風機基礎的結構優化方案并分別對其進行了建模和分析，并將分析計算的結果與原模型的計算結果進行了對比。結果表明，這四種結構優化方案在局部受拉損傷的問題上均比原方案更優，對將來鋼混塔筒風機基礎的工程設計和研究具有重要的參考價值。
關鍵詞：預應力混凝土塔筒；風機基礎；有限元方法；受拉損傷；結構優化
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