风电机组用钢—混凝土组合塔架研究

【摘要】： 随着风电机组的大型化发展趋势及海上风机的应用,塔架的高度和截面尺寸随之增大,使得塔架在加工、运输及防腐等方面的问题逐渐浮现出来。同时,由于混凝土结构相对于钢制塔筒在防腐性能、交通运输等方面的优势,使得混凝土这种结构形式在风电机组中的应用成为可能。本文以钢结构、混凝土结构、结构动力学及有限单元法为基础对预应力钢-混凝土组合塔架进行非线性有限元分析,探讨了有限单元法在混凝土结构中的应用及钢筋混凝土结构与预应力钢筋混凝土结构在承载能力方面的差异,利用有限单元法对常见的几种塔架的结构形式进行了分析比较,得出了预应力混凝土结构承载能力强、抗裂性能好、刚度较小的结论。对总高度为97.7m混凝土段高度为10m、20m、30m的三种组合塔架,分别进行了作用在塔顶的三种载荷工况组合下的静强度、屈曲、疲劳分析、模态及抗震分析,得出了这种组合模式的塔架结构具有较强的承载、抗疲劳、抗震能力,并结合强度、稳定性、挠度等理论分别讨论了强度、刚度、稳定性与混凝土段塔架的高度及截面尺寸的关系,得出了相应的关系曲线,从而为预应力钢-混凝土组合结构在风电机组用塔架这种高耸结构中的应用提供了理论依据。 【关键词】：风力发电机组 钢-混凝土组合结构 塔架
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 前言10
• 1.2 塔架结构型式及性能对比10-11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.3.1 国外研究现状11-12
• 1.3.2 国内研究现状12-13
• 1.4 研究内容及技术关键13-15
• 1.4.1 研究内容13-14
• 1.4.2 技术关键14-15
• 第二章 预应力混凝土结构理论依据15-23
• 2.1 预应力混凝土结构设计方法简介15-21
• 2.1.1 概述15-17
• 2.1.2 混凝土材料的本构模型17-19
• 2.1.3 箍筋对混凝土的影响19-20
• 2.1.4 控制预应力计算20-21
• 2.2 预应力钢-混凝土组合结构简介21-23
• 2.2.1 概述21
• 2.2.2 组和结构过渡部位形式简介21-23
• 第三章 基于有限元方法的组合塔架承载性能分析23-44
• 3.1 概述23-24
• 3.2 钢筋混凝土有限元模型24-28
• 3.2.1 钢筋混凝土有限元建模简介24
• 3.2.2 钢筋混凝土有限元理论24-26
• 3.2.3 本构模型26-27
• 3.2.4 Ansys 混凝土单元简介27
• 3.2.5 塔架计算模型及载荷情况27-28
• 3.3 结构选型28-30
• 3.4 静强度分析30-31
• 3.4.1 概述30
• 3.4.2 钢-混凝土组合塔架有限元模型的建立30-31
• 3.4.3 静力学分析及结果讨论31
• 3.5 塔架稳定性分析计算31-33
• 3.5.1 概述31-32
• 3.5.2 塔架稳定性分析及结果讨论32-33
• 3.6 疲劳分析33-35
• 3.6.1 疲劳强度有限元分析方法介绍33-34
• 3.6.2 预应力钢筋混凝土结构疲劳分析方法34-35
• 3.6.3 疲劳分析及结果讨论35
• 3.7 塔架模态分析35-37
• 3.7.1 模态分析建模35-36
• 3.7.2 模态分析结果及讨论36-37
• 3.8 结构抗震分析（谱分析）37-44
• 3.8.1 地震作用理论简介37-39
• 3.8.2 分析方法简介39-40
• 3.8.3 抗震分析及结果讨论40-44
• 第四章 承载能力与塔架高度及截面尺寸的关系44-46
• 4.1 概述44
• 4.2 承载能力分析44-45
• 4.2.1 应力与截面尺寸及塔架高度的关系44
• 4.2.2 刚度与截面尺寸及塔架高度的关系44-45
• 4.2.3 稳定性与塔架高度的关系45
• 4.3 分析结果及结果讨论45-46
• 第五章 结论与展望46-48
• 参考文献48-53
• 附录53-62
• 致谢62-63
• 作者简介63

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