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风能是一种清洁无污染的可再生资源,风力发电技术在世界范围内得到了越来越广泛的应用。目前,国内、外已建的风力发电高塔主要采用钢锥简塔形式,而关于混凝土塔体的设计与研究则相对缺乏。随着风力发电技术的发展,风机功率逐渐提高,所需要的风速条件也逐渐增大,这必然导致风力发电塔高度的增加,此时,混凝土塔身无论在经济指标方面,还是在结构刚度方面都表现出了明显的优越性。由于缺乏符合我国实际情况的第一手资料,在设计钢筋混凝土风力发电高塔时,还主要参考国际上的规范。本文希望通过以实际工程结构为背景的模型试验和非线性分析,为我国混凝土风力发电高塔的设计和规范的制定提供参考。
首先以实际工程结构为背景,通过相似准则进行模型结构和试验方案设计,在同济大学大型多功能试验机上开展了钢筋混凝土风力发电高塔非线性受力全过程试验,分析了其在静力荷载作用下的破坏模式、极限承载力和结构延性性能,同时进行了模型结构材料的材性试验,为进一步的非线性分析奠定了基础。
损伤力学已被广泛应用于混凝土非线性特性的研究工作当中,本文简要介绍了混凝土损伤力学的基本原理和在混凝土本构研究中的应用;采用基于损伤能释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型,研究了风力发电高塔非线性受力全过程分析问题。该模型以受拉损伤变量和受剪损伤变量为基本损伤变量,基于损伤能释放率建立损伤准则,并考虑了塑性和损伤的耦合作用,具有坚实的热力学基础和相对简单的数值算法。以此为基础,进一步考虑了钢筋和混凝土之间的相互作用,在通用有限元软件ABAQUS上针对上述钢筋混凝土风力发电高塔试验开展了非线性数值模拟,将其和试验结果在各种层次上进行了对比,验证了上述混凝土损伤模型在钢筋混凝土结构非线性分析中的适用性和试验结果的合理性。
最后,本文展望了进一步的研究工作和方向。