岩石锚杆风机基础的混凝土应力监测及数值分析

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发布时间：2021-09-03

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岩石锚杆风机基础的混凝土应力监测及数值分析
阎寒。吴建新z，邓德全’，阎石，孙威，程鹏’
(1．辽宁电力勘测设计院，辽宁沈阳110179；2．沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168
摘要：为了探究风力发电机新型岩石锚杆基础的受力特性，结合国电铁岭开发区风电场新建工程，通过在岩石锚杆风机基础
上布置缝康监测系统并结合自主研发的操作平台，以监测风机基础运行中的受力状态。同时利用ABAQUS有限元分析软件对岩
石锚杆风机基础在不同荷载工况下的应力状态进行分析，通过将其与监测结果进行对比，可以有效地获取基础内部的受力状态。
该工作为完善结构设计工作提供了重要的依据，对同类结构的设计计算有参考意义。
关键词：风力发电机岩石锚杆基础；混凝土应力监测；压电陶瓷智能骨料；结构健康监测系统；有限元分析
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2013)05—0009—04
Concrete stress monitoring and numerical analysis on new type rock bolt foundation of wind turbine generator
YAN Han ，W U a力一xin ，DENGDe—quan ，YAN Shi ，SUN Wei ，CHENG Pe玎g
(1．LiaoningElectricPower Smwey andDesignInstitute，Shenyang 110179，China；
2．School ofCivil Engineering．Shenyang Jianzhu University．Shenyang 1 10168，China)
Abstract： In order to explore mechanical characteristics ofnew type rock bolt foundation ofwind turbine generator，a structural health
monitoring fSHM)systemwas establishedonthe rockboltfoundationofawindturbinegeneratorwhichwas1ocatedinthenew constructed
wind power plant in Tieling development zone，to monitor the concrete stress state of the foundation during operation by using the devel—
oped computer platform．At the same time．the concr~e stress states of the foundation under various loads were numerically simulated by
usingfinite elementmethodfFEM)andtheABAQUS software．andthe resultswere comparedwiththe SHMone．Boththenumerical result
and monitored one 一situ showed that the basic internal stress states of the foundation could be effectively obtained．The work provided
references for improvement ofthe foun dation structure design and the calculation of similar structures in the future．
Key words： rock bolt foundation ofwind generator；concrete stress monitoring；piezoceramic smart material；structural health monitor—
ing(SHM )system：finite elementmethod(FEM )
0 引言
结构健康监’7贝IJ(Strucmral Health Monitoring，简称SHM)
技术是土木工程领域的研究热点之一，它能够通过获取结
构服役期间的相关数据(如应力、应变等)，结合一定的损
伤识别算法，及时有效地对结构的安全性做出评定和预警，
对提高工程结构的运行效率和保护人民生命财产都具有
重大的意义删。早在20世纪80年代，美国、日本以及欧洲
等国家就先后开始研制SHM 系统并尝试安装在大型的桥
梁等建筑物上。在国内，SHM技术早期主要应用到桥梁
当中，如香港的青马大桥、内地的虎门大桥、黄河公路大桥
等[7-8]。近些年开始在其他土木工程领域得到应用，如超高
层建筑、大型体育场馆、核电站等[9- 。
风机基础作为风力发电机的重要组成部分，由于风机塔
架在其服役期不可避免地承受风、雨以及地震等外部载荷的
作用，使其往往处于弯、扭、压等复杂的受力状态，故对风机
基础的研究与改进一直是风力发电中的热点内容[11]。目前，
风力发电机基础一般采用传统的钢筋混凝土独立扩展基
础，其优点是技术很成熟，但其缺点也很明显，如尺寸大、混
凝土用量多、施工时间长、占用较大土地、经济性差等fl21。在
国电铁岭开发区风电场新建工程中，鉴于该场区内地基的持
力层为中风化花岗岩，承载力很高，为了充分利用原状岩石
地基承载力，采用扩头锚杆混凝土独立基础。该基础较传统
的钢筋混凝土独立扩展基础，具有基础尺寸小，材料用量少，
占地少等明显优势。这是国内首次将以往多用于输电线路、冶
金厂房等工程当中的岩石锚杆基础应用到风机基础结构中。
为了研究新型岩石锚杆与混凝土扩展基础的相互作
用对风机基础受力性能的影响，实时掌握其应力大小与分
布状况，并为设计和施工提出合理化的建议，在该基础内
设置一套SHM系统并进行长期监测。同时采用ABAQUS
有限元软件建立典型载荷工况下风机基础的三维模型，对
其进行数值分析。最后将数值计算结果与监测数据进行对
收稿日期：2012—11-13
基金项目：国家自然科学基金(512783l3)；辽宁省自然科学~ (201202180)；辽宁省教育厅科学研究项目(L2012214)