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船舶工程 2023年第S02期45卷 102-109页

作者：郭松龄周扬杨强杨旭超陈飞宇中船海装风电有限公司重庆401123

随着风力发电行业的发展,钢-混凝土混合高塔已经成为一种趋势。为明确海上风电机组中钢-混凝土塔筒转接段的力学性能,以160 m钢-混凝土塔筒转接段为原型,开展了1∶3的缩尺模型试验,并用ABAQUS建立了混凝土转接段的精细化有限元模型。试... 详细信息

随着风力发电行业的发展,钢-混凝土混合高塔已经成为一种趋势。为明确海上风电机组中钢-混凝土塔筒转接段的力学性能,以160 m钢-混凝土塔筒转接段为原型,开展了1∶3的缩尺模型试验,并用ABAQUS建立了混凝土转接段的精细化有限元模型。试验结果表明:混凝土转接段的力学性能优异,在0.3P、0.5P和0.8P的循环加载过程中试件始终处于线弹性阶段,在静力加载过程中混凝土转接段与底部之间的界面分离量很小(在0.35 mm内)且实际观察中法兰环没有出现开脱现象。缩尺试验结果表明转接段部分结构设计安全可靠。有限元分析结果表明:混凝土转接段在进行1.3P的超载加载后,裂缝继续发展(相比1.0P加载),转接段外侧的高应力区集中在试件底部,转接段的抗超载能力强,结论可为同类转接段提供力学性能参考。

关键词：风力发电塔塔筒缩尺模型有限元分析转接段受力性能

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UHPC增强风力发电塔钢—混转接段静力与疲劳性能研究

UHPC增强风力发电塔钢—混转接段静力与疲劳性能研究

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作者：庞昆重庆交通大学

学位级别：硕士

风力发电机组是一种利用风力将风能转换为电能的装置,广泛地应用于风力发电行业当中。塔筒作为重要的传力结构,起着支撑上部机舱及连接下部基础的关键作用,因此更是风电机组中研究与应用的热点。传统的塔筒形式如钢塔筒和混凝土塔筒具... 详细信息

风力发电机组是一种利用风力将风能转换为电能的装置,广泛地应用于风力发电行业当中。塔筒作为重要的传力结构,起着支撑上部机舱及连接下部基础的关键作用,因此更是风电机组中研究与应用的热点。传统的塔筒形式如钢塔筒和混凝土塔筒具有运输不便以及自重大等缺点,会提高塔筒的运输成本和安装复杂性。而钢-混组合塔筒的整体刚度更大,能够有效减少寿命周期内的运行振幅,所以混合塔筒的应用正日益广泛。在混合塔筒中,钢塔筒与混凝土塔筒的连接结构即钢-混凝土转接段,确保着整个塔筒结构的连续性和稳定性。随着风电机组累计运行时间的持续增长,风电机组中的转接段部分容易发生结构变形、力学性能和耐久性能退化等问题,部分结构还会出现开裂,严重影响风电机组的运行和安全需求。如果对损伤转接段结构进行替换或重建,会增加风电机组的整体维护成本和停机时间,从而增大电力生产的损失。因此对损伤转接段进行加固是一种经济高效的方式。超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种新兴的水泥基材料,与普通混凝土相比有着更高的机械性能和耐久性能,同等加固强度下UHPC材料的用量更少,可以显著降低加固层厚度,简化施工过程,从而减少结构运维时间。因此应用UHPC加固损伤转接段更为高效。在上述研究背景中,本文的主要研究工作如下:(1)以风力发电机组中钢-混凝土转接段为工程背景,采用有限元数值模拟与缩尺模型试验相结合的方法,开展了转接段缩尺模型静力试验,明确预应力筋、锚固螺栓及钢塔筒传递荷载在转接段所产生的效应。结果表明,静力试验中转接段裂缝未开展,转接段的抗静力性能效果好。转接段与底部界面间的预压力为10.26MPa,转接段能够有效承受界面预压力,所施加的预压力保障了转接段在运行荷载阶段不发生脱离。(2)为明确疲劳荷载在转接段所产生的损伤及开裂效应,以及研究损伤开裂后转接段力学性能的衰变规律,开展了转接段缩尺模型疲劳试验。试验中采用了连续脱空来模拟实际工程中转接段底部注浆不密实的情况,根据试验结果对转接段的疲劳开裂机理进行了探索。结果表明,在未脱空的疲劳加载过程中(0～60w次),混凝土表面未开裂,转接段在运营期间具有足够的抗疲劳能力。转接段底部脱空后导致应力集中区内的疲劳损伤刚度下降了94.7%,因此对于底部脱空而导致的应力集中区域的开裂损伤情况应格外进行关注。(3)针对外包UHPC对损伤转接段静力及疲劳性能增强机制,开展了外包UHPC加固损伤转接段缩尺模型的静力与疲劳试验研究,同时采用数字图像相关法(DIC)对转接段的应变场进行了分析,验证外包UHPC对伤转接段静力性能以及疲劳性能的提升效果。结果表明,UHPC加固且脱空修复后经历过15W次疲劳荷载后转接段-底环间的位移仍小于0.02mm,这说明转接段修复后的刚度与修复前的基本一致,UHPC加固且进行脱空修复能够大幅改善转接段的受力状态。(4)为探究转接段开裂后外包UHPC对结构的增强效果,分析了转接段的传力机理并对UHPC增强转接段结构的环向拉应力计算方法进行了探讨。结果表明,转接段环向拉应力的计算公式与数值模型的误差为5%,公式拟合效果良好。UHPC加固后,转接段的局部环向拉应力减少了12.5%。对环向区域的裂缝宽度进行了验算,UHPC加固后环向裂缝宽度降低了89.3%,验证了UHPC加固对损伤转接段的性能提升效果。

关键词：风力发电塔塔筒缩尺模型试验研究转接段受力性能超高性能混凝土加固

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CFRP布加固混塔转接环静力与疲劳性能研究

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船舶工程 2024年第S02期46卷 95-104页

作者：赵琅李彦娥李强周扬庞昆中国安能集团科工有限公司北京102600 中船海装风电有限公司重庆401123 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为验证碳纤维(CFRP)布对损伤转接环性能的提升效果,以钢-混凝土塔筒转接段为原型,开展了1∶3的缩尺模型试验。设置转接段底部脱空以模拟实际工程中转接段所出现的注浆不密实的现象,采用外包CFRP布对损伤转接段进行加固,对比数字图像法(D... 详细信息

为验证碳纤维(CFRP)布对损伤转接环性能的提升效果,以钢-混凝土塔筒转接段为原型,开展了1∶3的缩尺模型试验。设置转接段底部脱空以模拟实际工程中转接段所出现的注浆不密实的现象,采用外包CFRP布对损伤转接段进行加固,对比数字图像法(DIC)所采集的试验数据,验证加固后转接段的静力和疲劳性能。试验结果表明:转接段使用CFRP布加固后,关键点的应变平均减少了32.5%,在CFRP布+脱空修复后关键点的应变平均减少了53.5%,CFRP布加固后裂缝得到了有效抑制。在CFRP加固+脱空修复的工况下,15万次疲劳加载后测点最大压应力变化值为0.76MPa(比0次增大8.5%),CFRP布+脱空修复后转接段的抗疲劳性能较好。

关键词：风力发电塔塔筒疲劳性能数字图像法转接段碳纤维布(CFRP)

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