風(fēng)電機組基礎(chǔ)環(huán)受力分析

　　0 引言
　　風(fēng)電機組基礎(chǔ)承受巨大的彎矩作用。作為承受和傳遞巨大彎矩的基礎(chǔ)環(huán)，在基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)驗算其抗拔承載能力、抗彎承載力以及抗沖切等作用。基礎(chǔ)環(huán)底部混凝土的厚度、基礎(chǔ)環(huán)底法蘭上部混凝土的厚度以及鋼筋的布置，對基礎(chǔ)環(huán)式基礎(chǔ)的安全性均有重要的影響。《風(fēng)電機組地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定》（試行）[1]FD003 － 2007 第5.0.9 款要求：“應(yīng)對制造商提出的基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)的連接設(shè)計進(jìn)行復(fù)核”。目前，國內(nèi)規(guī)范尚無復(fù)核基礎(chǔ)環(huán)承載能力的工程算法[2]。實際工程中存在許多因基礎(chǔ)環(huán)整體被拔出而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的事故。
　　加強對基礎(chǔ)環(huán)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(chǔ)環(huán)的承載能力、基礎(chǔ)環(huán)和基礎(chǔ)的相互作用，以及基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)的連接強度等問題，為后續(xù)工程設(shè)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(fēng)區(qū)，其載荷如下：

表1 1500KW風(fēng)電機組75m塔架極限載荷（III類風(fēng)區(qū)）

表2 1500KW風(fēng)電機組75m正常發(fā)電工況（III類風(fēng)區(qū)）

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為25 年，安全等級為二級，丙類，6 度設(shè)防，設(shè)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(xué)性能指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率，穿孔鋼筋為φ28HRB400，基礎(chǔ)環(huán)選用Q345，基礎(chǔ)幾何尺寸如圖1 所示。

圖1 基礎(chǔ)圖

　　2 結(jié)構(gòu)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(jié)點，每個節(jié)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(zhuǎn)。Solid65 單元具有8 個節(jié)點，每個節(jié)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(yīng)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(jié)點來定義，它可以接受不規(guī)則的形狀并且不損失精度，每個節(jié)點有3 個自由度：轉(zhuǎn)化為節(jié)點坐標(biāo)系下的X，Y，Z 方向。Solid95 單元具有塑性、蠕變、應(yīng)力強化、大變形和大應(yīng)變等能力。綜上，本文選用Link8 單元模擬基礎(chǔ)中鋼筋，Solid65 單元模擬基礎(chǔ)混凝土，olid95 單元模擬基礎(chǔ)環(huán)。
　　2.1 模型簡介
　　模型由混凝土、基礎(chǔ)環(huán)、穿孔鋼筋組成。基礎(chǔ)底板固定于地基上。混凝土采用Solid65 單元，基礎(chǔ)環(huán)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(jié)點。荷載施加于基礎(chǔ)環(huán)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(jié)果
　　通過分析可知：
　　基礎(chǔ)環(huán)頂部的最大豎向位移為1.148mm，如圖3 所示；混凝土最大壓應(yīng)力為2.99MPa，發(fā)生在基礎(chǔ)環(huán)底法蘭下表面與基礎(chǔ)接觸部位，混凝土無拉應(yīng)力，如圖4 所示；穿孔鋼筋最大壓應(yīng)力為：9.44MPa，最大拉應(yīng)力為10.5MPa，如圖5 所示；基礎(chǔ)環(huán)最大壓應(yīng)力為312MPa，無拉應(yīng)力，如圖6 所示。