装配式风电塔架钢混连接段力学及可靠性研究（论文）.pdf

·1135 · 钢结构与钢筋混凝土结构共同组成的装配式塔架 （简称装配式塔架），是通过将混凝土塔筒和钢塔筒 连接起来共同受力的组合结构塔架形式。在外部荷载 作用下，装配式塔架在混凝土塔筒与钢塔筒的连接段 区域将产生巨大应力，其钢混连接段的设计和施工质 量对塔架整体的安全可靠产生重要影响。 由于风电塔筒结构尺寸较大，进行足尺模型试验 不仅成本巨大且试验困难，因此对混凝土塔筒与钢塔 筒的连接部位进行有限元仿真分析是目前常用的研究 方法。在国外，Seidel M对已建成的装配式塔架和钢 塔架整体结构进行动力分析 [1]，未涉及连接段的详细 设计和分析；国内同济大学马人乐、刘凯等对钢制塔 筒的反向平衡进行了相关试验及有限元数值分析 [2]； 湖南大学许斌、谢咏剑对装配式塔架的穿筋连接段进 行了相关实验和有限元分析研究 [3]。但目前国内外的 相关研究多针对连接段的力学性能进行分析，并未从 可靠性角度对连接段给出量化评价指标。 本文利用有限元分析软件 ANSYS对某型号装配 式塔架中采用法兰连接方案的连接段结构进行数值模 拟分析，得到结构在荷载作用下的应力与变形情况。 装配式风电塔架钢混连接段力学及 可靠性研究 刘占省 1， 张 禹 2， 郑媛元 1， 徐瑞龙 2 （1. 北京工业大学建筑工程学院，100124，北京；2. 北京金风科创风电设备有限公司，100176，北京） 摘 要 ：钢混连接段是塔架最关键的部分，选择一种在实际工程中应用最为广泛的法兰连接结构类型， 利用大型有限元软件ANSYS建立了法兰连接段有限元模型，分析连接段在荷载作用下的应力分布和结构变 形，并以结构变形为控制条件，基于 ANSYS软件中的 PDS模块对连接段结构的可靠性进行研究。 关键词： 装配式风电塔架；有限元；连接段；可靠度 中图分类号： TU 398 文献标志码： A 文章编号： 1000 –4726(2017)11 –1135 –04 MECHANICAL BEHAVIORS AND RELIABILITY ANALYSIS OF CONNECTION OF FABRICATED WIND TURBINE TOWER LIU Zhan-sheng 1， ZHANG Yu 2， ZHENG Yuan-yuan 1， XU Rui-long 2 (1.College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, 100124, Beijing, China; 2.Beijing Jinfeng Wind Power Equipment Co., Ltd., 100176, Beijing, China) Abstract: In this paper, one type of the connection with flange is studied by finite element method. The stress distribution and deformation under design load are obtained. And the reliability analysis for the connection is carried out by the PDS module of ANSYS. Keywords: fabricated wind turbine tower; finite element method; connection; reliability analysis 收稿日期： 2017 –09–05 基金项目 ：北京工业大学基础研究基金（004000546317500） 作者简介： 刘占省（ 1983— ），男，河南濮阳 人， 副教授 ，高级工程 师，博士， e-mail：lzs4216@163.com. 以其变形量作为控制条件，基于有限元的可靠度分析 计算和随机变量分析方法研究连接段结构的可靠性， 并给出量化评价指标。 1 塔架钢混连接段结构方案 目前装配式塔架连接段结构有多种方案，由于 法兰连接安装施工简单、力学性质明确，成为实际中 应用最广泛的方案。在风电塔架设计中一般应用直 径超过 2 m的大型法兰。本文分析的法兰构造如图 1 所示。 图1 塔架法兰连接段结构示意 （a） （b） （a）正视；（b）俯视 该连接方案采用预应力钢绞线通过锚具将法兰 紧紧锚固于混凝土塔筒上表面。在法兰连接中共 设 40束预应力钢绞线，采用无粘结预应力设计。 1?