基于有限元理论的中空夹层钢管混凝土塔架静力分析.pdf

科学时代 Science Times 基于有限元理论的中空夹层钢管混凝土塔架静力分析 刘兴国 / 重庆交通大学交通运输学院 【摘 要】有限元理论可以从整体把握节点力学的性能特点，固体力学中涉及到的非线性问题，若用线性分析，则会引起结构的刚度是固定的， 荷载与位移呈现相应的变化关系；但塔架的结构刚度是变化且非线性关系的。基于有限元理论，本文在三种工况条件下，对塔架进行分节点应 力分析，对比不同工况下塔架的应力与位移状况，最后得出塔架易受扭曲部位，因此需要在设计中重点考虑。 【关键词】有限元理论；中空夹层钢管混凝土；静力分析；应力变化 0.引言 （4）偏转力矩： 钢管混凝土的合理应用范围通常是被用作轴心受压构件或荷 4 2 载偏心率较小的压弯构件，当钢管混凝土构件长细比或荷载偏心 M z ≤ ρVπR e sin δcosδ 9 率较大时，其承载力很大程度上将由抗弯控制，此时，截面靠近 式中，e--风轮中心与塔筒轴线间的距离（m）。 形心部位的混凝土并不能提供多少抗弯刚度，基于此现象，中空 （5）由于风速分布不均匀而产生的俯仰力矩： 夹层钢管混凝土成为了实心钢管混凝土的替代，具有更大的抗弯 [1] 承载力 。 根据正交法则，本文设计了对比数据，并在ANSYS软件中建 式中，B--风叶数量； 立了钢塔架和中空夹层钢管混凝土塔架的三维有限元模型，分析 V、V--风轮扫掠中心上、下各2/3风叶半径处的风速（m/s）。 1 2 在三种工况下不同壁厚塔架的应力分布及塔顶位移变化，通过研 （6）由风轮和机舱引起的垂直力： [2] F (m =+m )g 究来对比钢塔架和中空夹层钢管混凝土塔架之间的静强度 。 z 1 2 1.工况设定 式中m--风轮质量；m--机舱质量。 1 2 在正常的工作环境下，风力发电机的有功功率是随着风速的 基于塔架风轮转速为19r/min，为了能更真实的分析叶片旋转 [4] 大小改变而发生变化。当风速达到了切出风速25m/s时，即超出对塔架的影响，将在塔顶施加一个绕正方向角加速度 。计算并 了其正常工作时的风速，此时风机受到的荷载最大。表1针对塔 分析三种工况下塔架的静力荷载，通过塔顶坐标系将其施加到塔 架结构在额定风速、切出风速和极限风速三种工况下的受力进行 架柱上，计算得到的荷载值见表2。 [3] 分析 。 表2 塔架柱顶部荷载 表1 塔架工况