风电基础混凝土与钢环粘结应力传递试验及分析

【摘要】：根据现有风机基础设计规范内容，对扩展基础内部混凝土对钢环筒体在受拉拔力作用时的工作机理目前还没有很明确的指导性规定，缺乏必要的试验基础及理论分析。针对这一问题，本文依据湘电风能公司提供的实体风电基础承载受力相关资料，按照一定缩尺比例设计出可以进行室内试验的简化模型试件，从以下方面对试件在承受拉拔力时，钢环与混凝土间粘结传力性能进行探讨。 （1）本文定性分析了钢板锚固机理、影响粘结性能的因素，结合已有的钢筋混凝土粘结应力计算方法，提出钢环混凝土试验中粘结应力理论计算方法及传递长度计算方法； （2）在设计模型阶段，采用数学微元思想，在钢环受力最不利位置处取一微段，简化为光滑钢板，以往的理论研究及本文研究结论都证明了此方法的可行性。模型试件共有3个，通过对拉拔试验结果进行分析，在加载弹性阶段，研究钢板表面应变的分布，实测粘结应力的分布规律，运用最小二乘法进行曲线拟合，推导出粘结应力分布的理论表达式，运用此理论进行粘结应力传递长度的计算，将实测传递长度与理论传递长度进行对比，验证这一理论公式的适用性； （3）试验二和试验三主要研究有锚固端时钢板最大抗拔力及粘结力发挥的作用，为了形成对比，试验二中钢板表面包裹塑料，作为无粘结处理，分析钢板底部出现滑移时所加荷载大小，与理论计算值做比较，为风电基础设计提出优化建议； （4）破坏试验是对试验一粘结应力分布的进一步研究，通过对试验结果进行分析，对比破坏前后粘结应力的分布规律，并运用理论公式计算出锚固长度值，与前期试验埋置深度计算值做对比。 （5）建立试验一试件的三维有限元模型，选用ANSYS软件对其进行非线性分析计算，得出钢板和混凝土剪应力分布云图及钢板的应变，将ANSYS数值分析结果与实验结果进行比较，为今后进一步的研究打下基础，具有一定的工程应用价值。 【关键词】：粘结性能 拉拔试验 粘结应力传递 ANSYS分析
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 风力发电机组基础设计概况9-10
• 1.1.1 风力发电机组基础设计研究背景9
• 1.1.2 风电基础国内外主要研究问题9-10
• 1.2 课题研究意义与创新点10-11
• 1.3 钢筋混凝土粘结性能研究概况11-12
• 1.4 钢管混凝土粘结性能研究概况12-13
• 1.5 型钢混凝土粘结性能研究概况13-16
• 1.5.1 钢板混凝土粘结性能研究14
• 1.5.2 型钢混凝土粘结应力分布14-16
• 1.6 论文主要工作16-19
• 第二章 钢环与混凝土粘结作用分析19-31
• 2.1 钢环与混凝土间粘结锚固机理19-20
• 2.2 钢环周围混凝土的应力状态分析20-21
• 2.3 钢混凝土结构研究的基本问题21-23
• 2.3.1 钢混凝土结构计算问题21-22
• 2.3.2 钢混凝土剪力传递问题22
• 2.3.3 有限元分析中本构关系问题22-23
• 2.3.4 钢混凝土结构中的锚固问题23
• 2.4 钢环混凝土粘结滑移计算理论23-27
• 2.4.1 粘结应力计算理论23-25
• 2.4.2 粘结滑移计算理论25-27
• 2.5 影响粘结性能的因素27-28
• 2.6 粘结应力传递理论28-29
• 2.6.1 粘结应力传递长度定义28
• 2.6.2 粘结应力传递长度的确定28-29
• 2.7 小结29-31
• 第三章 钢环与混凝土粘结应力传递规律试验研究31-41
• 3.1 试验设计内容31-32
• 3.2 试件设计32-35
• 3.2.1 模型试验抗拔钢板尺寸拟定32
• 3.2.2 抗拔钢板最大抗拔力及千斤顶选用32
• 3.2.3 钢板锚固长度确定32-33
• 3.2.4 端部锚固抗拔计算33-35
• 3.3 试件制作35-38
• 3.4 试验加载测量方案38-40
• 3.4.1 试验加载方案38-39
• 3.4.2 试验测量方案39-40
• 3.5 试验加载过程40-41
• 第四章 模型试验结果及分析41-57
• 4.1 钢板混凝土粘结试验结果分析41-50
• 4.1.1 钢板表面应变分布41-44
• 4.1.2 粘结应力计算方法对比44-47
• 4.1.3 粘结应力分布理论分析47-49
• 4.1.4 粘结应力传递长度计算49-50
• 4.2 无粘结端部锚固试验结果分析50-52
• 4.3 破坏试验结果与分析52-55
• 4.3.1 破坏试验结果52-54
• 4.3.2 实测锚固长度54-55
• 4.4 小结55-57
• 第五章 钢环与混凝土粘结性能有限元分析57-67
• 5.1 概述57
• 5.2 简化模型单元选择与实参数设置57-61
• 5.2.1 混凝土单元57-58
• 5.2.2 钢板单元58
• 5.2.3 钢板与混凝土接触单元58-59
• 5.2.4 实常数设置59-61
• 5.3 拉拔试件有限元模型61-65
• 5.3.1 ANSYS 建模61-62
• 5.3.2 加载方式62-63
• 5.3.3 ANSYS 分析结果63-65
• 5.4 与试验结果的对比分析65-66
• 5.5 小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 展望和有待研究的问题68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 附录 A：攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研情况75

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