风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土的局部受压验算方法

摘要

本发明公开了一种风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土的局部受压验算方法，根据风力发电机厂家资料，按照相应比例分配，得出下法兰弯矩设计值，进而计算得出基础环下法兰上下表面处混凝土的最大压应力与素混凝土的局部抗压强度比较，判别混凝土局部受压验算的通过与否。本发明使得风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土的局部受压验算有据可循，同时为评价风力发电机基础连接安全性提供了参考。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机基础与基础环连接验算方法，特别是涉及基础环下法兰上下表面处风力发电机基础混凝土局部受压验算的方法。

背景技术

近年来，风电发展迅速，同时风电结构的安全形势也越来越受到关注，不断有风力发电机基础结构损坏的报道和事故。究其原因，基础环与混凝土基础之间产生裂缝，与混凝土表面脱开，雨水进入基础内部，最终导致混凝土破坏，影响风力发电机结构运行安全，危害人民生命财产安全。由于基础环的形状复杂，与基础混凝土之间的荷载传递机理及作用方式复杂，缺乏公认的风力发电机基础连接验算方法，无可参考的设计依据及规范。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土的局部受压验算方法。

本发明所采用的技术方案是：一种风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土的局部受压验算方法，包括以下步骤：

第一步，根据风力发电机厂家荷载资料，按照规范计算荷载效应基本组合作用下的轴力设计值N和弯矩设计值M，并采用弯矩分配系数计算得出下法兰弯矩设计值M_st,其中弯矩分配系数γ_st在0.5～0.75之间取值：

M_st＝γ_st×M

第二步，根据基础环体型参数，计算得出基础环下法兰下表面与混凝土的接触面积A_st，下法兰的抗弯模量I_st：

下法兰上表面与混凝土的接触面积也为A_st；

式中，R_out为基础环外半径，R_in为基础环内半径；

第三步，根据第一、第二步求得参数轴力设计值N、下法兰弯矩设计值M_st、接触面积A_st、抗弯模量I_st、基础环外半径R_out、基础环内半径R_in，计算得基环下表面处混凝土的最大压应力σ_down和上表面处混凝土的最大压应力σ_up:

第四步，根据《混凝土结构设计规范》计算素混凝土的局部抗压强度σ_1a：

σ_1a＝0.85ωβ_lf_c

式中，ω——荷载分布的影响系数：计算基础环上表面时取0.75，计算基础环下表面时取1.0；

β_l——混凝土局部受压时的强度提高系数，计算基础环上表面时取1，计算基础环下表面时取

f_c——混凝土轴心抗压强度设计值；

第五步，根据第三步中计算得到的基础环下表面处混凝土的最大压应力σ_down和上表面处混凝土的最大压应力σ_up与素混凝土的局部抗压强度σ_1a比较，若计算出的σ_down与σ_up不大于σ_1a，则判断风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土局部受压验算通过；若计算出的σ_down和/或σ_up大于σ_1a，则判断风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土局部受压验算未通过。

所述弯矩分配系数γ_st根据风力发电机组的荷载大小、基础环埋深、基础环附加连接构造形式的不同在0.5～0.75之间取值。

本发明的有益效果是，使得风力发电机基础与基础环连接下法兰混凝土的局部受压验算有据可循，同时为评价风力发电机基础安全性提供了参考。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明的一种风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土的局部受压验算方法，包括以下步骤：

第一步，根据风力发电机厂家荷载资料，按照规范计算荷载效应基本组合作用下的轴力设计值N和弯矩设计值M，并采用弯矩分配系数计算得出下法兰弯矩设计值M_st,其中弯矩分配系数γ_st在0.5～0.75之间取值：

M_st＝γ_st×M

第二步，根据基础环体型参数，计算得出基础环下法兰下表面与混凝土的接触面积A_st，下法兰的抗弯模量I_st：

下法兰上表面与混凝土的接触面积也为A_st；

式中，R_out为基础环外半径，R_in为基础环内半径；

第三步，根据第一、第二步求得参数轴力设计值N、下法兰弯矩设计值M_st、接触面积A_st、抗弯模量I_st、基础环外半径R_out、基础环内半径R_in，计算得基环下表面处混凝土的最大压应力σ_down和上表面处混凝土的最大压应力σ_up:

第四步，根据《混凝土结构设计规范》计算素混凝土的局部抗压强度σ_1a：

σ_1a＝0.85ωβ_lf_c

式中，ω——荷载分布的影响系数：计算基础环上表面时取0.75，计算基础环下表面时取1.0。

β_l——混凝土局部受压时的强度提高系数，计算基础环上表面时取1，计算基础环下表面时取

f_c——混凝土轴心抗压强度设计值；

第五步，根据第三步中计算得到的基础环下表面处混凝土的最大压应力σ_down和上表面处混凝土的最大压应力σ_up与素混凝土的局部抗压强度σ_1a比较，若计算出的σ_down与σ_up不大于σ_1a，则判断风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土局部受压验算通过；若计算出的σ_down和/或σ_up大于σ_1a，则判断风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土局部受压验算未通过。

所述弯矩分配系数γ_st根据风力发电机组的荷载大小、基础环埋深、基础环附加连接构造形式的不同在0.5～0.75之间取值。

下面举例说明本发明方法计算的实例：

若已知：某风力发电机荷载轴力设计值为4577kN，弯矩设计值为61830kNm,基础环下法兰外半径为2.32m，内半径为1.95m。风力发电机基础混凝土强度等级为C40，对基础环下法兰上、下表面处风力发电机基础混凝土局部受压验算。

第一步，根据弯矩设计值M，求得下法兰弯矩设计值M_st，取γ_st＝0.5：

M_st＝γ_st×M＝0.5×61830＝30915(kN·m)

第二步，根据基础环体型参数，计算得出基础环下法兰下表面与混凝土的接触面积A_st和下法兰的抗弯模量I_st：

第三步，得出基础环下表面处混凝土的最大压应力σ_down和上表面处混凝土的最大压应力σ_up：

第四步，计算素混凝土的局部抗压强度σ_1a，对于C40混凝土，f_c＝19.1(MPa)：

上表面：

σ_1aup＝0.85ωβ_lf_c＝0.85×0.75×1.0×19.1＝12.176(MPa)

下表面：

第五步，将计算得出的基础环下表面处混凝土的最大压应力σ_down和上表面处混凝土的最大压应力σ_up与素混凝土的局部抗压强度σ_1a比较：

σ_down＝7.216(MPa)≤28.119(MPa)＝σ_1ado

σ_up＝5.371(MPa)≤12.176(MPa)＝σ_1aup

因此，可判断基础环下法兰上下表面处风力发电机基础混凝土局部受压验算通过。

如果计算出的基础环下表面处混凝土的最大压应力σ_down和上表面处混凝土的最大压应力σ_up中任一项大于对应的σ_1a或二者同时大于对应的σ_1a，则判断风力发电机基础与基础环下法兰结合处混凝土局部受压验算未通过。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。