• ISSN 0258-2724
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钢管混凝土风电塔架插板式节点的力学行为分析

闻洋 蔡俊青 陈明俊

闻洋, 蔡俊青, 陈明俊. 钢管混凝土风电塔架插板式节点的力学行为分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(2): 332-342. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180273
引用本文: 闻洋, 蔡俊青, 陈明俊. 钢管混凝土风电塔架插板式节点的力学行为分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(2): 332-342. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180273
WEN Yang, CAI Junqing, CHEN Mingjun. Mechanical Behavior of Intercalation Plate Joints of Concrete-Filled Steel Tubular Wind Turbine Tower[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(2): 332-342. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180273
Citation: WEN Yang, CAI Junqing, CHEN Mingjun. Mechanical Behavior of Intercalation Plate Joints of Concrete-Filled Steel Tubular Wind Turbine Tower[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(2): 332-342. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180273

钢管混凝土风电塔架插板式节点的力学行为分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180273
基金项目: 国家自然科学基金(51768056);内蒙古自然科学基金(2019MS05038)
详细信息
    作者简介:

    闻洋(1976—),男,教授,博士,研究方向为钢与混凝土组合结构,E-mail:wenyangalbert@163.com

  • 中图分类号: TU398

Mechanical Behavior of Intercalation Plate Joints of Concrete-Filled Steel Tubular Wind Turbine Tower

  • 摘要: 为了掌握格构式钢管混凝土风电塔架插板式节点的受力性能,进行了4个插板式节点缩尺模型的静力试验,并在此基础上采用ABAQUS进行参数扩展的有限元非线性分析;通过节点板厚度和球柱高度的变化,对节点的节点板等效应力分布、锥台区等效应力分布等性能指标进行了分析. 研究结果表明:插板式节点的破坏形态可分为节点板屈曲破坏模式、包裹体滑移破坏模式和球柱剪切破坏模式,分别取决于节点板厚度、包裹体握裹力和球柱高度;节点板为节点的薄弱部位,随着节点板厚度和球柱高度的变化,其高应力区均集中在节点板下部与球柱相交处;假定腹杆不发生屈曲破坏,在球柱高度相同时,当节点板厚度n ≤ 12 mm时,节点承载力随着n的增大而增加,当n > 12 mm时,随着n的增大,节点承载力增长幅度明显放缓;在节点板厚度相同时,当球柱高度h ≤ 90 mm时,节点承载力随着h的增大而增加,当h > 90 mm时,随着h的增大,节点承载力增长幅度明显放缓;此类节点在实际工程设计使用时节点板厚度n ≤ 12 mm较为合理、球柱高度h ≤ 90 mm较为合理.

     

  • 图 1  节点

    Figure 1.  Joints

    图 2  加载装置

    Figure 2.  Test setup

    图 3  试件破坏形态

    Figure 3.  Failure patterns

    图 4  节点板应变花布置

    Figure 4.  Strain rosette arrangements of gusset plate

    图 5  节点板等效应力分布曲线

    Figure 5.  Equivalent stress distribution curves of the joint plate

    图 6  锥台区应变花布置

    Figure 6.  Strain rosette arrangements of cone area

    图 7  锥台区等效应力分布曲线

    Figure 7.  Equivalent stress distribution curves of the frustum wall

    图 8  腹杆轴力-变形曲线对比

    Figure 8.  Contrast about the axial force and the deformation curve of the ventral stem

    图 9  承载力与节点板厚度关系曲线

    Figure 9.  Relation of bearing capacity and the thickness of gusset plate

    图 10  承载力与球柱高度关系

    Figure 10.  Relation of bearing capacity and the height of sphere cylinder

    表  1  试件几何参数

    Table  1.   Geometrical parameters of specimens mm

    试件编号塔柱截面 包裹体截面 腹杆截面(双支角钢) 球柱 节点板截面
    外径壁厚长度 外径壁厚长度 长度 直径 斜边
    JD-1 219 6 1 800 235 8 400 80 6 700 70 80 600 300 6
    JD-2 219 6 1 800 235 8 400 80 6 700 70 100 600 300 6
    JD-3 219 6 1 800 235 8 400 80 6 700 70 80 600 300 10
    JD-4 219 6 1 800 235 8 400 80 6 700 70 100 600 300 10
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    表  2  钢材力学性能指标

    Table  2.   Mechanical properties of steel

    构件屈服强度
    fy /MPa
    极限强度
    fu /MPa
    弹性模量
    Es/GPa
    腹杆258462192
    球柱325474225
    节点板: n = 6 mm294478196
    节点板: n = 10 mm272458202
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    表  3  试件极限承载力

    Table  3.   Ultimate bearing capacity of specimen

    试件编号试验承载力/kN模拟承载力/kN误差/%
    JD-12182357.8
    JD-22282499.2
    JD-32823099.2
    JD-42943218.9
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    表  4  参数扩展分析

    Table  4.   Parameter expansion analysis

    节点编号n/mmh/mm极限承载力/kN
    A-1 7 60 226.4
    A-2 7 70 245.4
    A-3 7 90 274.9
    A-4 7 110 288.5
    A-5 7 120 291.4
    B-1 8 60 255.3
    B-2 8 70 280.8
    B-3 8 90 308.7
    B-4 8 110 319.7
    B-5 8 120 322.6
    C-1 9 60 280.5
    C-2 9 70 304.2
    C-3 9 90 336.7
    C-4 9 110 344.3
    C-5 9 120 349.7
    D-1 12 60 343.4
    D-2 12 70 376.3
    D-3 12 90 409.7
    D-4 12 110 425.3
    D-5 12 120 431.6
    E-1 14 60 366.8
    E-2 14 70 389.6
    E-3 14 90 422.9
    E-4 14 110 440.7
    E-5 14 120 447.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-22
  • 修回日期:  2019-03-11
  • 网络出版日期:  2019-03-21
  • 刊出日期:  2020-04-01

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