目前,国内外风机塔架多为钢筒结构,钢筒结构具有结构美观,风机叶片与塔身不易相互干扰,塔架各方向具有相同的强度、刚度、稳定性,发电机组和塔架便于维护等优点。然而,随着风机容量的逐步增加,要求塔架具有更高的高度,导致圆筒的直径也越来越大,从而带来了大型塔筒运输极为不便、上山运输道路建设成本高、现场吊装难度大、用钢量大幅增加等诸多缺点。工程实践表明,采用格构式风机塔架可以有效解决大型圆筒塔架带来的一系列难题,因此非常有必要开展格构式风机塔架的研究工作。常见的格构式塔架断面大多数为四边形,风力发电机组绕塔架360°旋转寻找迎风面,塔架沿各个方向应该有相同的强度和刚度,四边形塔架沿各方向强度和稳定性最大相差41%,而三角形塔架沿各方向强度和稳定性最大仅相差1 5%,相比于四边形断面塔架,三角形塔的钢材潜力能够充分发挥。此外,考虑到三角形断面塔架的横截面自身形成稳定结构,考虑到三角形塔架抗压、抗弯曲、抗冲击能力较强,将三角形断面格构式塔架应用于风机发电塔架将优于四边形断面格构式塔架。本文以三角形断面风机塔架为研究对象,开展了塔架上部结构和地基基础的力学理论分析和试验研究工作。在三角形断面格构式风机塔架的力学理论分析方面,推导出了三角形单元格在扭矩、轴力、弯矩作用下的主材及斜材的最大轴力计算表达式;给出了三角形单元格在扭矩作用下的转角计算公式;计算比较了三角形和圆筒基本单元格在弯矩作用下的应力值,比较了三角形和圆筒基本单元格在弯矩作用下的变形;推导了铁塔固有频率的理论计算表达式;分析了三角形塔架的抗失稳和抗变形能力。根据三角形塔架在不同工况下的轴力计算表达式,对三角形塔架的根开进行了优化设计,确定了等截面三角形风电机组塔架的最佳根开,给出了主材和斜材轴力的计算方法和尺寸设计方法。基于2MW风电机组圆筒塔架顶部的设计荷载,设计出了满足强度、刚度、稳定性及疲劳要求的2MW风电机组三角形塔断面格构式塔架,并创新的设计出了新型的主斜材连接节点、塔筒与塔架过渡段连接节点,新型连接节点的可靠性得到了有限元软件的有效验证。预应力岩石锚杆基础已经在风力发电塔架中得到了工程应用,然而《风电场机组地基基础设计规定》中并没有给出预应力岩石锚杆基础的详细设计方法,现行基础设计规范中也没有可以借鉴的设计方法。为了深入探究预应力岩石锚杆基础的力学特性,从理论研究、数值计算和真型试验三个方面开展了大量研究工作。在理论研究和数值计算方面,首次给出了考虑承台与地基相互作用时,预应力岩石锚杆基础单根锚杆的最大工作应力表达式,利用该表达式,结合工程实践,给出了对应于不同荷载工况作用下的预应力岩石锚杆的设计方案,解决了锚杆圈的合理布置以及预应力施加大小等关键问题;给出了半空间体在边界上作用一上拔力时的应力场和位移场,给出了考虑多个集中力作用时的应力场和位移场,给出了考虑承台作用的单根锚杆上拔时的应力场和位移场,为研究预应力岩石锚杆的应力场和位移场提供了理论依据,为指导真型试验方案设计提供了理论支持;基于锚固体-围岩界面粘结力分布的极不均匀性,提出了锚固体受力比和有效锚固长度的概念,理论解和有限元解吻合较好,验证了本文提出的集中力作用在半空间体上的理论解的适用性。在试验研究方面,首次在风电场内开展了锚杆基础的抗拔承载力真型试验,分别在两个不同的风机塔架场地开展了 12根锚杆的抗拔试验,根据真型试验结果,深入探究了锚固体与围岩界面的破坏机制,并提出了相对应的力学模型,给出了锚固长度、锚固体围岩界面粘结强度、上拔力之间的关系表达式;基于本文提出的力学模型,应用于真型试验数据的处理,计算得到了锚杆的粘结强度值及其特征值,并相应的给出了满足设计规范要求的锚固体合理锚固长度。本文将三角形断面格构式铁塔应用于风力发电塔架,在三角形断面格构式塔架满足风力发电塔架要求的强度、刚度、稳定性、抗疲劳断裂的前提下,解决了三角形断面铁塔作为风力发电塔架时所出现的关键力学问题,所得研究成果将为制造功率为2MW-6MW的山地或海上三角形风力发电塔架创造条件。