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風電機組基礎環受力分析

2013-06-13 來源:《風能》 瀏覽數:1823

  0 引言
  風電機組基礎承受巨大的彎矩作用。作為承受和傳遞巨大彎矩的基礎環,在基礎設計時應驗算其抗拔承載能力、抗彎承載力以及抗沖切等作用。基礎環底部混凝土的厚度、基礎環底法蘭上部混凝土的厚度以及鋼筋的布置,對基礎環式基礎的安全性均有重要的影響。《風電機組地基基礎設計規定》(試行)[1]FD003 - 2007 第5.0.9 款要求:“應對制造商提出的基礎環與基礎的連接設計進行復核”。目前,國內規范尚無復核基礎環承載能力的工程算法[2]。實際工程中存在許多因基礎環整體被拔出而導致結構破壞的事故。
  加強對基礎環受力性能的研究,意義重大。本文采用有限元分析方法,研究了基礎環的承載能力、基礎環和基礎的相互作用,以及基礎環與基礎的連接強度等問題,為后續工程設計提供有意義的參考。
  1 研究案例
  某實際工程,采用機型為xx87/1500 - 75m,III 類風區,其載荷如下:

表1 1500KW風電機組75m塔架極限載荷(III類風區)

表2 1500KW風電機組75m正常發電工況(III類風區)

  結構設計使用年限為25 年,安全等級為二級,丙類,6 度設防,設計基本地震加速度為0.05g,場地類別為Ⅰ類,采用C35 混凝土,最大水灰比為0.5,最大氯離子含量為0.15%, 最大堿含量為3.0kg/m3, 鋼筋為:HRB335 和HRB400,力學性能指標符合《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》GB1499 中的要求,鋼筋的強度標準值應具有不小于95%的保證率,穿孔鋼筋為φ28HRB400,基礎環選用Q345,基礎幾何尺寸如圖1 所示。

圖1 基礎圖

  2 結構分析
  ANSYS 軟件中的LINK8 單元是軸向拉伸—壓縮桿件單元,具有兩個節點,每個節點有3 個平移自由度(沿X、Y 以及Z 方向),可以用于模擬兩端鉸接的空間桿件,不考慮桿件的彎曲以及扭轉。Solid65 單元具有8 個節點,每個節點有3 個方向線位移自由度,用其建立的模型可具有拉裂和壓碎性能。在混凝土的應用方面,可以用Solid65 單元的實體性能來模擬混凝土,而用加筋性能來模擬鋼筋的作用;Solid95 單元通過20 個節點來定義,它可以接受不規則的形狀并且不損失精度,每個節點有3 個自由度:轉化為節點坐標系下的X,Y,Z 方向。Solid95 單元具有塑性、蠕變、應力強化、大變形和大應變等能力。綜上,本文選用Link8 單元模擬基礎中鋼筋,Solid65 單元模擬基礎混凝土,olid95 單元模擬基礎環。
  2.1 模型簡介
  模型由混凝土、基礎環、穿孔鋼筋組成。基礎底板固定于地基上。混凝土采用Solid65 單元,基礎環采用Solid95 單元,穿孔鋼筋采用Link8 單元。整個模型包含38191 個單元,221366 個節點。荷載施加于基礎環頂法蘭上表面形心位置,如圖2 所示。

圖2 模型圖

  2.2 分析結果
  通過分析可知:
  基礎環頂部的最大豎向位移為1.148mm,如圖3 所示;混凝土最大壓應力為2.99MPa,發生在基礎環底法蘭下表面與基礎接觸部位,混凝土無拉應力,如圖4 所示;穿孔鋼筋最大壓應力為:9.44MPa,最大拉應力為10.5MPa,如圖5 所示;基礎環最大壓應力為312MPa,無拉應力,如圖6 所示。

【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 雙饋異步風電機組諧波產生原因分析
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