[发明专利]一种基础环节点抗弯承载力的简化计算方法

说明书

本发明公开了一种基础环节点抗弯承载力的简化计算方法，该方法具体步骤如下：(1)基础环穿孔钢筋的抗弯承载力的计算；(2)基础环下法兰的抗弯承载力的计算；(3)基础环侧壁的抗弯承载力的计算；(4)基础环节点的整体抗弯承载力的计算；该方法能够对风机基础环进行抗弯承载力复核和设计，根据计算结果，改进基础环的设计参数，对于提高风机基础环节点的安全性具有重要意义。

技术领域

本发明属于风力发电、新能源领域，尤其涉及一种基础环节点抗弯承载力的简化计算方法。

背景技术

风力发电发展迅速，近年来我国兴建了一大批大型风电场。风力发电机主要由机舱、叶片、塔筒、基础环、基础等组成，其中机舱和叶片位于塔筒的顶部，塔筒与基础之间采用基础环连接。基础环是一个大直径的钢筒型构件，在该钢筒的顶面和底面各有法兰(图1)。基础环连接的做法是：基础环的下部大部分埋置在基础混凝土中，基础环的上部有一小段高度露出于基础混凝土，塔筒与基础环顶面采用法兰连接。风机所受到的巨大荷载通过基础环传递到基础中，基础环连接是保障风机结构整体安全的重要节点。

影响基础环节点抗弯承载力的因素众多，比如埋深、下法兰宽度、穿孔钢筋、基础混凝土强度等，各部件之间的荷载传递机制复杂。目前已有一些基于有限元方法的计算结果，但是有限元方法需要复杂的数值建模和计算参数准备工作，计算量也比较大。在工程设计中亟待提出简化的计算方法。目前已有文献中的基础环承载力简化计算方法仍存在不少问题，例如：1)过高估计基础环穿孔钢筋的承载力；2)无法考虑基础环埋深对抗弯承载力的影响；3)对基础环下法兰所提供的抗弯承载力计算不准确。总之，尚没有公认合理的抗弯承载力计算方法。在设计过程中，若对基础环的受力分析不够细致全面，则会造成对基础环受力性状的误判，影响结构安全和风机正常运行。为此，有必要研究风机基础环节点的承载力性状、力的传递机制以及破坏机理，进而完善有关风机基础节点设计方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有风机基础环抗弯承载力设计方法的不足，提出一种基础环节点抗弯承载力的简化计算方法，该方法能够对风机基础环进行抗弯承载力复核和设计，根据计算结果，改进基础环的设计参数，对于提高风机基础环节点的安全性具有重要意义。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基础环节点抗弯承载力的简化计算方法，该方法包括如下步骤：

(1)基础环穿孔钢筋的抗弯承载力的计算

考虑钢筋应力不均匀性，穿孔钢筋的抗弯承载力M_穿孔钢筋采用如下公式计算：

其中，n为基础环穿孔钢筋数目的一半，f_y为钢筋的屈服应力，A_s为一根穿孔钢筋的截面面积，L为基础环埋深，a为穿孔钢筋的混凝土保护层厚度；

(2)基础环下法兰的抗弯承载力的计算

当基础环节点受到弯矩作用时，下法兰在混凝土反力作用下所提供的弯矩如下：

其中，β为下法兰混凝土应力不均匀系数取值，R_中为基础下法兰内半径R1和外半径R2之和的一半，t_width为基础环下法兰的宽度，β_c为混凝土强度影响系数，β_l为混凝土局部受压时的强度提高系数，f_c为混凝土轴心抗压强度；

(3)基础环侧壁的抗弯承载力的计算

根据不同埋深来确定侧壁抗弯承载力贡献，近似地取基础环侧壁抗弯承载力为：

M_侧壁＝k·M_下法兰

其中，k为基础环侧壁的抗弯承载力占下法兰的比例；