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中空夹层钢管混凝土结构由于能够充分发挥混凝土和钢材两种材料的特点,且具有综合经济效益好、强度高、延性好、抗震性能优越、施工周期短等优点。然而,这种结构形式的组合塔架在风力发电工程应用很少。本文以中空夹层钢管混凝土这种结构形式的组合塔架及目前风力发电工程中常用的钢塔架为研究对象,利用通用有限元软件ANSYS对它们进行了较为系统的三维非线性有限元分析,并与前人研究成果对比,研究这两类塔架的静力性能、稳定性能和破坏形态,为工程设计提供参考依据。
本文的丰要研究内容如下:
1.利用现有国内研究成果,确定了组合塔架及钢塔架的几何尺寸,对这两种结构形式的塔架进行各工况下静强度分析。分析结果表明:组合塔架的在各工况下的变形图与钢塔架相似,不同的是组合塔架的最大位移减少了;组合塔架的内、外筒应力云图相似,并与钢塔架应力云图也相似。
2.对组合塔架及钢塔架进行稳定性分析,对两种结构形式的塔架进行线性屈曲分析,确定其失稳形式:在线性屈曲分析的基础上,对这两种塔架引入初始缺陷,进行非线性屈曲分析,得出两种结构的极限承载力及破坏形式。分析结果表明:1)钢塔架的失稳形式为局部失稳,组合塔架的失稳形式为整体失稳。2)组合塔架的极限承载力较钢塔架有了极大地提高,而组合塔架所用材料只是比钢塔架多了一层夹层混凝土。更重要的是组合塔架的外径可以做到更大,其刚度及承载力提高的更多。
3.通过对多个不同参数的组合塔架的非线性有限元分析,探讨内筒厚度变化、夹层混凝土厚度变化及外筒厚度变化对组合塔架静力性能的影响。分析结果表明:1)对于组合塔架,随着内筒厚度的增加,组合塔架的扰侧刚度有较大的增加,其承载力也有增加。2)对于组合塔架,随着夹层混凝土厚度的增加,组合塔架的抗侧刚度略有增加,其增加量可忽略不计。3)对于组合塔架,随着外筒厚度的增加,组合塔架的抗侧刚度有较大的增加,其承载力也有增加。4)对于组合塔架,内、外筒厚度之和越大,组合塔架的刚度也越大,承载力越高。