风电机组基础环受力分析
雍飞，胥勇，丛欧
【摘 要】摘要：对于基础环式风电机组基础，塔筒和主机载荷通过基础环传递给基础。基础环作为预埋在基础混凝土内部的钢制部分，是基础和钢塔连接的过渡构件，也是钢塔筒与基础连接的关键构件。塔底部位，风电机组载荷弯矩较大，基础环需要具有传递巨大弯矩的能力，所以基础需要满足基础环抗拔等承载力的要求。基础环受力复杂，没有统一工程算法，目前国内对于基础环受力状态分析不太明晰，并且对基础环的工作状态研究较少，没有统一定论。本文旨在运用ANSYS有限元软件模拟和研究基础环的受力性能，分析基础环和基础的工作状态，使设计人员对基础环与基础的相互作用有直观的认识，同时为广大设计和研发人员在基础环和基础受力作用的分析和风电机组基础的设计方面提供参考。 【期刊名称】风能
【年(卷),期】2013(000)004 【总页数】3
【关键词】风电机组；基础环；基础；有限元
0 引言
风电机组基础承受巨大的弯矩作用。作为承受和传递巨大弯矩的基础环，在基础设计时应验算其抗拔承载能力、抗弯承载力以及抗冲切等作用。基础环底部混凝土的厚度、基础环底法兰上部混凝土的厚度以及钢筋的布置，对基础环式基础的安全性均有重要的影响。《风电机组地基基础设计规定》（试行）[1]FD003－2007第5.0.9款要求：“应对制造商提出的基础环与基础的连接
设计进行复核”。目前，国内规范尚无复核基础环承载能力的工程算法[2]。实际工程中存在许多因基础环整体被拔出而导致结构破坏的事故。加强对基础环受力性能的研究，意义重大。本文采用有限元分析方法，研究了基础环的承载能力、基础环和基础的相互作用，以及基础环与基础的连接强度等问题，为后续工程设计提供有意义的参考。
1 研究案例
某实际工程，采用机型为xx87/1500－75m，III类风区，其载荷如下： 结构设计使用年限为25年，安全等级为二级，丙类，6度设防，设计基本地震加速度为0.05g，场地类别为Ⅰ类，采用C35混凝土，最大水灰比为0.5，最大氯离子含量为0.15%，最大碱含量为3.0kg/m3，钢筋为：HRB335和HRB400，力学性能指标符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499中的要求，钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率，穿孔钢筋为φ28HRB400，基础环选用Q345，基础几何尺寸如图1所示。
2 结构分析
ANSYS软件中的LINK8单元是轴向拉伸—压缩杆件单元，具有两个节点，每个节点有3个平移自由度（沿X、Y以及Z方向），可以用于模拟两端铰接的空间杆件，不考虑杆件的弯曲以及扭转。Solid65单元具有8个节点，每个节点有3个方向线位移自由度，用其建立的模型可具有拉裂和压碎性能。在混凝土的应用方面，可以用Solid65单元的实体性能来模拟混凝土，而用加筋性能来模拟钢筋的作用；Solid95单元通过20个节点来定义，它可以接受不规则的形状并且不损失精度，每个节点有3个自由度：转化为节点坐标系下的X，Y，Z方向。Solid95单元具有塑性、蠕变、应力强化、大变形和大应变等能力。综
上，本文选用Link8单元模拟基础中钢筋，Solid65单元模拟基础混凝土，Solid95单元模拟基础环。 2.1 模型简介
模型由混凝土、基础环、穿孔钢筋组成。基础底板固定于地基上。混凝土采用Solid65单元，基础环采用Solid95单元，穿孔钢筋采用Link8单元。整个模型包含38191个单元，221366个节点。荷载施加于基础环顶法兰上表面形心位置，如图2所示。 2.2 分析结果 通过分析可知：
基础环顶部的最大竖向位移为1.148mm，如图3所示；
混凝土最大压应力为2.99MPa，发生在基础环底法兰下表面与基础接触部位，混凝土无拉应力，如图4所示；
穿孔钢筋最大压应力为：9.44MPa，最大拉应力为10.5MPa，如图5所示； 基础环最大压应力为312MPa，无拉应力，如图6所示。 2.3 分析结论
通过以上分析可知，基础环中不存在拉应力，全截面受压，基础混凝土与基础环以及穿孔钢筋的承载能力均满足规范要求[3]。基础环最大应力发生在侧壁开孔处。
3 基础环开孔分析
基础环可以开成椭圆孔，也可以开成圆形孔。对于以上模型，仅将基础环孔洞由椭圆孔调整为圆形孔，其计算结果最大压应力仍发生在基础环上为417MPa，基础环局部受压承载力不满足要求，如图7所示。
风电机组基础环受力分析
