鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)風(fēng)電塔架力學(xué)性能研究

【摘要】：隨著人們對風(fēng)能的逐步重視,風(fēng)力發(fā)電得到迅速發(fā)展。因此,風(fēng)機(jī)單機(jī)容量提高迅速,勢必導(dǎo)致傳統(tǒng)鋼塔架的高度、壁厚和直徑的大幅度增大,給塔架的制造、安裝和運輸帶來困難,成本也急劇增加。而中空夾層鋼管混凝土具有傳統(tǒng)實心鋼管混凝土的良好受力性能之外,還具備抗彎剛度大、自重輕以及經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點。為了降低大容量風(fēng)電塔架的建設(shè)成本,新型風(fēng)電塔架的結(jié)構(gòu)形式得到人們的重視和研究。本文結(jié)合風(fēng)電塔架研究現(xiàn)狀和中空夾層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,提出基于中空夾層鋼管混凝土的新型鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)風(fēng)電塔架,并結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過試驗和數(shù)值模擬研究,得到鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)工作機(jī)理以及合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。本文在中空夾層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計了5類適用于風(fēng)電塔架的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu),5類結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于內(nèi)、外鋼管與夾層混凝土接觸面上的肋板布置方式不同。通過軸壓試驗,探討各類試件內(nèi)、外鋼管變形情況和破壞形式、軸向荷載與應(yīng)變關(guān)系以及肋板的不同布置方式對試件承載力的影響。從試驗結(jié)果來看,內(nèi)、外鋼管焊接通長肋板對試件變形、受壓剛度和承載力均有明顯的改善和提高。本文使用ABAQUS有限元軟件對5類試件進(jìn)行軸壓試驗的數(shù)值模擬分析。對比計算結(jié)果和試驗結(jié)果,驗證有限元模型的有效性。通過有限元計算結(jié)果在受壓剛度、延性特征以及內(nèi)、外鋼管工作機(jī)理方面對5類試件受力全過程進(jìn)行對比研究。同時,通過試件在受力過程中特征點的應(yīng)力分布云圖分析試驗過程中各類試件變形情況和破壞形式的原因,驗證了通長肋板可以緩解或避免鋼管過早進(jìn)入屈服階段,防止了試件因鋼管局部屈曲發(fā)生破壞。最后,結(jié)合試件承載力、受壓剛度和延性特征對5類試件進(jìn)行綜合性能的對比分析。通長肋板相比分層肋板更適用于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)風(fēng)電塔架,得出了一些可供實際工程設(shè)計參考的結(jié)論。合理的結(jié)構(gòu)形式還需結(jié)合制造成本、安裝和運輸方面進(jìn)一步優(yōu)化。 【關(guān)鍵詞】：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)風(fēng)電塔架 結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸壓試驗 數(shù)值模擬 綜合性能評價指標(biāo)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU398.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電塔架的國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 中空夾層鋼管混凝土的國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本課題研究意義16-17
• 1.4 本課題研究內(nèi)容17-18
• 第2章 研究方案設(shè)計18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 混凝土材料性能18-20
• 2.2.1 自密實細(xì)石混凝土18
• 2.2.2 混凝土原材料選擇與配合比18-20
• 2.2.3 混凝土的試驗性能20
• 2.3 鋼材材料性能20-21
• 2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計21-25
• 2.4.1 結(jié)構(gòu)形式21-23
• 2.4.2 承載力理論計算23-25
• 2.5 試件制作25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第3章 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)軸壓力學(xué)性能試驗27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 測點布置27-28
• 3.3 試驗方案28-29
• 3.3.1 試驗裝置28
• 3.3.2 加載方案28-29
• 3.4 試驗現(xiàn)象與分析29-31
• 3.5 試驗結(jié)果與分析31-35
• 3.5.1 荷載與應(yīng)變關(guān)系31-34
• 3.5.2 承載力與強(qiáng)度系數(shù)34-35
• 3.6 本章小結(jié)35-37
• 第4章 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)有限元模型建立37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 ABAQUS概述37-38
• 4.3 有限元模型建立38-43
• 4.3.1 模型部件選擇38
• 4.3.2 模型材料本構(gòu)關(guān)系38-42
• 4.3.3 模型界面接觸設(shè)置42-43
• 4.4 有限元計算方法43-45
• 4.4.1 模型單元選擇與網(wǎng)格劃分43-44
• 4.4.2 模型邊界條件44-45
• 4.4.3 加載過程45
• 4.5 本章小結(jié)45-47
• 第5章 有限元計算結(jié)果分析與對比研究47-61
• 5.1 引言47
• 5.2 有限元計算結(jié)果與試驗結(jié)果的比較47-50
• 5.2.1 荷載與應(yīng)變關(guān)系比較47-49
• 5.2.2 承載力比較49-50
• 5.3 試件受力全過程分析50-54
• 5.3.1 荷載與應(yīng)變?nèi)^程關(guān)系50-51
• 5.3.2 試件受壓剛度51-52
• 5.3.3 試件延性分析52-53
• 5.3.4 內(nèi)、外鋼管工作機(jī)理53-54
• 5.4 試件應(yīng)力分布云圖54-58
• 5.5 試件對比分析58-59
• 5.6 本章小結(jié)59-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-69
• 致謝69-70
• 個人簡歷70

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