钢管混凝土格构式风机塔架的连接节点疲劳强度验算方法与流程

本发明涉及风力发电机组，具体涉及一种钢管混凝土格构式风机塔架的连接节点疲劳强度验算方法。

背景技术：

1、目前，我国陆上风电面临单机容量不断增大、轮毂高度显著提升、叶片长度持续增加等趋势，塔架结构是保障风电机组安全运行的关键。风电机组的轮毂高度超过160米后，传统塔架结构尺寸和重量大、综合成本高，已难以适用。

2、钢管混凝土格构式塔架是一种能代替传统锥形钢塔架的新型塔架结构形式。在现有技术中，对钢管混凝土格构式塔架在设计过程中的疲劳强度验算，一般是采用单一荷载来进行的。然而塔架的各个节点处受力复杂，存在着多种荷载共同作用，若采用单一荷载来验算疲劳强度偏于不安全，因此需要提出一种具有安全保证的疲劳设计方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种钢管混凝土格构式风机塔架的连接节点疲劳设计方法，以改善现有技术中存在的采用单一荷载来验算连接节点的疲劳强度，验算结果的安全性不够高的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：一种钢管混凝土格构式风机塔架的连接节点疲劳强度验算方法，包括：

3、分别对角柱外钢管、角柱内部混凝土和连接节点钢部件的疲劳强度进行验算；连接节点钢部件包括角柱外钢管端部母材、斜撑端部母材、横撑端部母材、节点板母材、插板母材、槽钢母材、盖板母材、节点板摩擦型螺栓、法兰螺栓、节点板与角柱外钢管连接焊缝、斜撑与插板连接焊缝，和法兰加劲板与角柱外钢管连接焊缝。

4、进一步的，钢材考虑1.1的材料安全系数和1.15的结构重要性系数，混凝土考虑1.1的安全系数。

5、进一步的，对角柱外钢管的疲劳强度进行验算，包括：

6、根据截面刚度对钢管混凝土构件的角柱外钢管和角柱内部混凝土内力进行分配；

7、根据角柱外钢管分配的内力，计算角柱外钢管的应力；角柱外钢管的应力包括钢管第一正应力、钢管第二正应力和钢管剪应力；

8、根据角柱外钢管的应力对钢管的疲劳强度进行验算。

9、进一步的，根据角柱外钢管的应力对钢管的疲劳强度进行验算，包括：

10、根据钢管的第一正应力和钢管第二正应力计算钢管的第一疲劳寿命；

11、根据钢管的剪应力计算钢管的第二疲劳寿命；

12、根据钢管的第一疲劳寿命和第二疲劳寿命，使用线性损伤累积准则验算钢管的疲劳强度是否符合要求。

13、进一步的，对角柱内部混凝土的疲劳强度进行验算，包括：

14、根据截面刚度对钢管混凝土构件的角柱外钢管和角柱内部混凝土内力进行分配；

15、根据角柱内部混凝土分配的内力，计算角柱内部混凝土的应力；角柱内部混凝土的应力包括混凝土第一压应力、混凝土第二压应力；

16、计算混凝土的疲劳强度；

17、根据混凝土的疲劳强度和混凝土第一压应力、混凝土第二压应力计算混凝土的疲劳寿命；

18、根据混凝土的疲劳寿命，使用线性损伤累积准则验算混凝土的疲劳强度是否符合要求。

19、进一步的，计算混凝土的疲劳强度，包括：

20、根据圆钢管混凝土的核心混凝土本构模型计算出修正后的圆柱体轴心抗压强度标准值；

21、根据修正后的圆柱体轴心抗压强度标准值计算混凝土的疲劳强度。

22、进一步的，对连接节点钢部件的疲劳强度进行验算，包括：

23、根据钢部件的正应力计算钢部件的第一疲劳寿命；

24、根据钢部件的剪应力计算钢部件的第二疲劳寿命；

25、根据钢部件的第一疲劳寿命和第二疲劳寿命，使用线性损伤累积准则验算钢管的疲劳强度是否符合要求。

26、进一步的，节点板摩擦型螺栓可不用验算其疲劳强度。

27、第二方面，提供了一种电子设备，包括：

28、一个或多个处理器；

29、存储装置，用于存储一个或多个程序；

30、当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现权利要求第一方面提供的钢管混凝土格构式风机塔架的连接节点疲劳强度验算方法。

31、第三方面，提供了一种钢管混凝土格构式风机塔架，采用第一方面提供的钢管混凝土格构式风机塔架疲劳强度验算方法设计得到。

32、由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

33、对钢管混凝土格构式风机塔架的角柱外钢管、角柱内部混凝土和各连接节点钢部件这3个部分进行了疲劳强度的验算，可以在工程中指导钢管混凝土格构式风机塔架的设计，能够有效提高塔架的设计可靠性，降低安全风险。

技术特征：

1.一种钢管混凝土格构式风机塔架的连接节点疲劳强度验算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的疲劳强度验算方法，其特征在于，钢材考虑1.1的材料安全系数和1.15的结构重要性系数，混凝土考虑1.1的安全系数。

3.根据权利要求1所述的疲劳强度验算方法，其特征在于，对角柱外钢管的疲劳强度进行验算，包括：

4.根据权利要求3所述的疲劳强度验算方法，其特征在于，根据角柱外钢管的应力对钢管的疲劳强度进行验算，包括：

5.根据权利要求1所述的疲劳强度验算方法，其特征在于，对角柱内部混凝土的疲劳强度进行验算，包括：

6.根据权利要求5所述的疲劳强度验算方法，其特征在于，计算混凝土的疲劳强度，包括：

7.根据权利要求1所述的疲劳强度验算方法，其特征在于，对连接节点钢部件的疲劳强度进行验算，包括：

8.根据权利要求7所述的疲劳强度验算方法，其特征在于，节点板摩擦型螺栓可不用验算其疲劳强度。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种钢管混凝土格构式风机塔架，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的疲劳强度验算方法设计得到。

技术总结
本发明提供一种钢管混凝土格构式风机塔架的连接节点疲劳强度验算方法，包括：分别对角柱外钢管、角柱内部混凝土和连接节点钢部件的疲劳强度进行验算；连接节点钢部件包括角柱外钢管端部母材、斜撑端部母材、横撑端部母材、节点板母材、插板母材、槽钢母材、盖板母材、节点板摩擦型螺栓、法兰螺栓、节点板与角柱外钢管连接焊缝、斜撑与插板连接焊缝，和法兰加劲板与角柱外钢管连接焊缝。本发明可以改善采用单一荷载来验算连接节点的疲劳强度，验算结果的安全性不够高的技术问题；可在工程中指导钢管混凝土格构式风机塔架的设计，能够有效提高塔架的设计可靠性，降低安全风险。

技术研发人员：谭俊,李涛,杨旭超,张杰,余依瑾,李豪,温永杰,赵瑜
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团海装风电股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16