研究表明,风在高度超过100米以上时波动性较小,发电质量较好。传统锥形单管塔筒结构高度达到100米以上时,因其用钢量大、加工运输困难、经济性差、结构可靠性低等缺陷,严重制约了风力发电产业的发展。课题组前期对钢管混凝土组合结构的研究结果表明格构式钢管混凝土风电塔架融合了混凝土结构和钢结构的优点,可靠性高,但其节点多采用相贯节点和管板节点,焊接质量难以把控,且破环后较难修复。基于此,本文提出了新的球-板型万向包裹节点,并对采用新型节点的格构式钢管混凝土风电塔架平面模型进行受力性能试验研究和有限元分析。主要研究内容及结果如下:(1)初步确定格构式钢管混凝土三肢柱风电塔架原型尺寸,计算其风荷载、气动推力和风机重力,并结合SAP2000进行内力和位移分析。选取原型塔架的其中一榀,按相似理论求得的缩尺比例设计了两组格构式钢管混凝土球-板型万向包裹节点平面塔架试件,并进行了低周反复水平荷载试验。利用Solidworks建立格构式钢管混凝土球-板型万向包裹节点风电塔架平面模型,并导入ABAQUS对其进行了有限元数值模拟和参数拓展分析。通过试验和有限元分析,研究腹杆-塔柱刚度比γ对塔架极限承载力、延性、耗能能力以及破坏形态的影响规律。(2)试验结果表明:腹杆刚度对塔架滞回性能有很大影响,提高腹杆刚度可减弱滞回曲线捏缩现象;腹杆-塔柱刚度比γ由0.04增大到0.09,塔架极限承载力与位移延性系数分别提高34.7%和39.5%;塔架破坏模式均为球柱断裂材料破坏,顶层斜腹杆屈曲失稳,顶端横腹杆撕裂破坏。(3)有限元分析结果表明:增大腹杆-塔柱刚度比γ,塔架模型极限承载力和延性有所增加,且节点区等效应力分布较为均匀,应力集中现象不明显;当腹杆-塔柱刚度比γ≥0.07时,极限承载力与延性增加幅度趋缓;当球柱与梯形节点板采用焊接连接时,塔架极限承载力较螺栓连接时提高约38.4%,延性系数有小幅降低,降低幅度约1.9%~7.5%。建议此类节点的塔架腹杆-塔柱刚度比γ取0.06~0.07为宜;在满足承载力的前提下,节点区球台压板厚度可适当减小,以充分发挥材料性能,并应采取措施加强球柱连接处强度。