不同方向开门洞对塔筒屈曲强度的影响
洞口位置的影响

洞口位置的影响钢筋混凝土剪力墙结构是在高层建筑中应用十分广泛的结构形式。
随着建筑用途逐步从单一性向多样性过渡,剪力墙上的洞口也同时出现了多样性,主要表现为:洞口的尺寸越来越大,形状不再规则,排列方式不再整齐。
这必将引起剪力墙刚度和应力的变化。
对这一问题的研究与探索,不仅具有一定的理论价值而且具有一定的实用价值。
剪力墙类型判别判断剪力墙受力特点及划分类别,一方面要从墙肢截面上的应力分布去分析(也即墙的整体性,反应在数值上就是整体系数α)另一方面要从沿墙肢高度上弯矩的变化情况来分析。
1.整体墙墙面门窗等开孔面积不超过墙面面积的15%,且孔间净距及孔洞至墙边的净距大于孔洞长边尺寸时,为整体墙。
A0p/A f≤15%且l w>l0max式中A0p——墙面洞口总面积;A f——包括洞口在内的墙面总面积;l w——洞口之间或洞口至墙边的距离;l0max——洞口长边尺寸。
2.小开口整体墙整体小开口墙是指由成列洞口划分成若干墙肢,各墙肢和各列连梁的刚度比较均匀且满足下式要求的剪力墙。
(相应的物理意义为:整体性很强,墙肢不出现反弯点)⎩⎨⎧≤≤≥i A A Z I I Z I I //10或α式中 α——整体系数;α反映了连梁与墙肢刚度间的比例关系,体现了墙的整体性。
当洞口很大,连梁刚度很小,墙肢的刚度又相对较大时,α值即较小。
此时,连梁的约束作用很弱,两墙肢的联系很差,在水平力作用下,双墙肢转化为由连梁铰接的两根悬臂墙。
这时墙肢轴力为零,水平荷载产生的弯矩由两根独立的悬臂墙直接分担。
当洞口很小,连梁的刚度很大,墙肢的刚度又相对较小时,α值则较大。
此时,连梁的约束作用很强,墙的整体性很好,双墙肢转化为整体墙或整体小开口墙。
这时,墙肢中的轴力抵抗了水平荷载产生的弯矩的大部分,因而墙肢中局部弯矩较小。
(局部弯矩,由墙肢抗弯刚度抵抗的弯矩;整体弯矩,由墙肢轴力抵抗的弯矩)当连梁、墙肢的刚度或α值介于上述两种情况之间时,独立悬臂墙与整体悬臂墙两者都在起作用。
毕业论文-风电塔筒受力模型分析研究

毕业设计(论文)风电塔筒受力模型分析研究目录第一章绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2风力发电发展状况 (2)1.2.1 世界风力发电发展状况 (2)1.2.2 我国风力发电发展状况 (3)1.3风力发电机组塔筒的研究现状 (4)1.3.1 风力发电机组塔筒概述 (4)1.3.2 风力发电机组塔筒的研究现状 (5)1.4风力发电机组塔筒的设计 (9)1.5本研究的意义及研究主要内容 (10)1.5.1 研究意义 (10)1.5.2 本文主要研究内容及安排 (12)第二章塔筒受力模型的建立 (14)2.1结构简化 (14)2.2材料属性 (15)2.3材料的本构关系 (15)第三章塔筒的受力分析 (17)3.1各工况下风荷载计算 (17)3.1.1 确定分析工况 (17)3.1.2 风荷载计算 (19)3.2塔筒所受主要载荷 (23)3.2.1 极限载荷 (23)3.2.2 风切变 (23)3.3在塔筒坐标系中各载荷的计算 (24)3.4塔筒受力分析实例 (27)第四章塔筒的屈曲分析 (29)4.1稳定性的计算方法 (29)4.1.1 失稳的类型 (29)4.1.2 特征值求解方法 (29)4.2塔筒的屈曲分析 (30)4.2.1 屈曲分析概述 (30)4.2.2 塔筒屈曲分析计算 (31)4.3塔筒在极限载荷情况下的稳定性分析 (32)第五章塔筒的优化设计 (33)5.1优化设计概述 (33)5.2优化设计要素 (33)5.3优化设计流程 (34)5.4优化设计实例 (35)第六章结论与展望 (36)6.1结论 (36)6.2展望 (36)参考文献 (38)外文原文 (41)外文翻译 (64)致谢 (83)摘要塔筒是风力发电机的主要支撑装置,它将发电机与地面联接,为风轮提供需要的高度。
该结构体系一直以引进国外的设计为主,国内没有统一的风力发电机塔筒设计规程标准。
随着风力发电机塔筒的大型化发展,作用在塔筒上的风载荷的交变性和随机性将更为明显,因此,有必要对风电塔筒结构及受力进行详尽的分析,是发展风力发电产业的重要基础研究工作之一。
热轧工字钢开孔位置

热轧工字钢开孔位置
工字钢是一种常见的建筑结构材料,广泛应用于桥梁、建筑、机械制造等领域。
而热轧工字钢的开孔位置,则是在使用过程中需要特别关注的一个问题。
热轧工字钢的开孔位置需要根据具体的使用需求进行合理设计。
一般而言,开孔位置应考虑结构的强度和稳定性,并兼顾实际使用的方便性。
开孔位置的不当设计可能会导致结构强度下降,甚至影响整体的使用安全。
开孔位置的选择还应考虑到工字钢材料的特性。
热轧工字钢具有较高的强度和刚性,但在开孔位置处容易出现应力集中的问题。
因此,在确定开孔位置时,需要结合工字钢材料的特性,合理分布开孔位置,避免应力集中导致的破坏。
开孔位置的选择还需要考虑到工字钢的使用环境和承载情况。
在桥梁和建筑领域,工字钢常用于承受大荷载和变形力。
因此,在开孔位置的确定中,需要综合考虑工字钢的承载能力、变形特性以及使用环境的要求,确保开孔位置的合理性和可靠性。
在实际应用中,根据不同的使用需求,热轧工字钢的开孔位置可以有多种选择。
例如,在桥梁结构中,可以选择在工字钢梁的中部或端部开孔,以减轻自重和提高整体的抗弯能力。
在建筑结构中,可以选择在柱子或梁的侧面开孔,以方便布置管道或电线。
热轧工字钢的开孔位置是一个需要谨慎考虑的问题。
合理的开孔位置设计可以提高工字钢的使用效果和安全性,避免结构的强度下降和破坏风险。
因此,在使用热轧工字钢时,我们应根据具体的使用需求和材料特性,合理选择开孔位置,以确保结构的稳定性和安全性。
影响风机塔筒门设计的主要因素

[ 1] J] . 西南石 仵雪飞, 林元华, 巫才文等. 套管防磨措施研究进展[ 2004, 26( 4) : 65 - 69 油学院学报, [ 2] SONG J S,BOWEN J,KLEMENTICH F. The Internal Pressure Capacity of Crescent - shaped Wear Casing[ C] ∥IADC / SPE Drill1992: 547 - 554 ing Conference. New Orleans: IADC / SPE,
否得到较好的应力结 果, 如没有则根据分析 结论继续调整两者的 尺寸, 最终得到较优的 应力结果。 1. 1 塔壁厚度: 28 mm, 门框厚度: 36 mm 首先设定塔门位 置处塔筒壁的厚度为 28 mm, 门框厚度为 36 mm。建立好有限元模型后在 17. 5 m 高度中心节点处施加 My( 弯矩) 最大值工况下的所有载 荷分量, 进行计算, 计算结果如图 3 - 图 5 所示。
[ 4]邓凡平. ANSYS 10. 0 有限元分析自学手册[ M] . 北京: 人民邮电 2006 出版社,
作者简介: 任瑞杰( 1983 - ) , 男, 河北邢台人, 工学学士, 从事风机发
电机组整机的设Байду номын сангаас。
收稿日期: 2011 - 8 - 9
1 4 种不同的壁厚尺寸分析
在整个塔门的设 假定塔门的整体 计中, 外形尺寸和定位尺寸 并且固定不 已经设定, 变, 塔门整体外形如图 1 和图 2 所示。 第一次分析时通 过对成本、 载荷等方面 的综合考虑先设定一 然后在 ANSYS 软件中进行 个塔壁和门框的厚度尺寸值, 建模计算, 最后通过分析极限 Von - Mises 应力云图, 看是
开洞位置对混凝土无梁空心楼盖受力性能的影响分析

图 2 空心楼盖 内部构造示意
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3 2・
天津城 建大 学学 报 2 0 1 5 年 第2 l 卷 第1 期
4 0 0 mm,高 1 0 0 mm 的弹性 垫块 ,模 拟柱 托板 支撑 , 并 且 每个 垫 块 附 近 的楼 板 做 成 实 心 [ 6 ] ,以 防止 发 生 冲 切 破 坏 . 板 的 实 心 区 域 作 为 暗 梁 , 配 筋 为
王春培 ,罗兆辉 ,冯 程程
( 天津城建大学 土木工程学院 ,天津 3 0 0 3 8 4 )
摘 要 :现 浇混凝 土空心无 梁楼 盖是一种 广泛应用的楼盖形 式 ,开设洞 口的情况在工程 中十分常
见.通过 A NS YS有 限元软件对均布荷 载作 用下,不同位 置开洞的中间板格 、边板格 、角板格 无
反复试 算 ,最终 确定 加载 采用 的荷 载为 5 k N / m 的竖 向均布 荷 载. 结果 中的应力取 图 4所标 示 角点处 板底
的 Mi s s e s 应 力 。单位 为 MP a .
多功 能 的建 筑结 构 中.在 实 际工程 中 ,为 了管 间距 为 5 0 mm,保 护层 厚度 为
2 5 mm. 在 板 的 四角 建 立 截 面 面 积 为 4 0 0 mm ×
风 ,上下 水 ,电力 ,消 防等 各种 管道 的使 用要 求 ,经 常需 要在 楼 盖 的不 同位置 开设 洞 口. 对 于楼盖 开 洞问 题 ,文 献 [ 1 — 2 ] 对 无 梁 实 心楼 盖 做 过相 关 的研 究 ;而 对 于无 梁 空心 楼 盖 的研 究 多是 对 完整 板进 行 的【 3 ] , 专 门针对 开 洞空 心楼 盖 的研 究 现 阶段还 没有 . 本文 通 过A NS YS有 限元分 析 软件对 在 不 同位 置 开洞 的空 心
开不同位置方形洞口波纹钢板剪力墙抗侧性能

开不同位置方形洞口波纹钢板剪力墙抗侧性能王玉【摘要】本文以开不同位置方形洞口波纹钢板剪力墙为研究对象,利用大型通用分析软件ABAQUS通过非线性推覆分析研究了12种不同的开洞位置下的钢板剪力墙的抗侧承载力.研究结果表明:当墙板开不同位置方形洞口时,波幅为15mm的波纹钢板墙的整体承载力在开洞口6和7时是最低的,在洞口1时是最大的,最大和最低两者相差7%.采用30mm波幅的钢板墙开洞口9时承载力最大,开洞口12时其承载力最小,两者相差5.8%.当波幅为60mm时,洞口9和10对应模型的承载力是最小的,洞口4对应模型的承载力是最大的,两者相差3.56%.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2018(037)025【总页数】2页(P123-124)【关键词】抗侧性能;不同位置方形洞口;波幅;竖波纹【作者】王玉【作者单位】河北工程大学土木工程学院,邯郸056038【正文语种】中文【中图分类】TU352.1+10 引言钢板剪力墙是一种近40年来发展起的新型抗侧力结构体系,日本学者在2003年提出了开缝钢板墙,此后学者们又在开缝钢板墙的基础之上,发展出开洞钢板墙,利用开洞来调整钢板的刚度和极限承载力,可以更好的满足“强框架、弱钢板”这一设计理念。
国内很多专家和学者进行了相关方面的研究。
2015年哈尔滨工业大学的左洋[1]研究了开洞集装箱在外荷载作用下的纵向刚度,初步得出了开洞箱体刚度的计算方法,并得出了开洞面积和洞口高长比等参数对开洞箱体刚度的影响规律。
2016年青岛理工大学的硕士牛雪颖[2]通过数值模拟研究了开洞形式对集装箱房屋受力性能的影响,通过模拟结果发现开洞的洞口位置和大小对集装箱受力性能的影响较大,洞口形状对其影响很小。
同时研究了集装箱房屋在竖向荷载和风荷载下的侧移和刚度。
2016年青岛理工大学的朱国栋[3]对开洞波纹板进行了模拟,对其抗侧刚度及抗震性能进行试探性的研究,并采用有限元软件ABAQUS对试件的各项力学性能进行参数分析,为波纹板应用到组合房屋中的推广提供借鉴。
关于开洞对结构的影响

一、嵌固部位定义嵌固部位从理想意义上说,指除能承受轴力、弯矩、剪力之外, XY方向水平位移、竖向位移及转角位移均为零的部位。
(理论假定)按在地震作用下的屈服机制而言,即是预期塑性铰出现的部位。
二、嵌固部位的必要条件1、该楼层整体性强、楼层无大洞口、楼层的侧向刚度与地上一层的侧向刚度比不小于2。
2、具体设计要求:《抗规》P53 6.1.14条。
6.1.14地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,应符合下列要求:1地下室顶板应避免开设大洞口;地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构,相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构;其楼板厚度不宜小于180mm,混凝土强度等级不宜小于C30,应采用双层双向配筋,且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。
规范并没有对洞口的尺寸量化,但要求地下室顶板必须具有足够的平面内刚度,以有效传递地震基地剪力,我们考虑在洞口周边加设混凝土梁。
因开洞形成的影响是客观存在的,这导致上部结构传下来的水平力在顶板处的传递路径发生了变化,且在洞口周边形成应力集中。
2结构地上一层的侧向刚度,不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍;地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。
3地下室顶极对应于地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外,尚应符合下列规定之一:1)地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍,且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。
2)地下一层梁刚度较大时,柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍;同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上;4地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积,不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。
三、注意事项:1、结构分析模型嵌固部位的刚度要求《高规》5.3.7及P256的条文说明,指出刚度比按附录E.0.1公式计算。
不同高度开洞对高层建筑风特性影响的数值模拟

不同高度开洞对高层建筑风特性影响的数值模拟夏祥忠;陈锐林;任海龙;胡迪;邓小波;张超【摘要】The numerical simulation is applied to the high-rise building setting hole at the different height in class B landform wind field with RNG k-εturbulence model and wind speed and turbulence intensity parameter are set by UDF programming. The results indicates when the caves are located in the 0.85h, the wind speed weakens in front of the windward side but enhances on the side so that symmetric vorticities are formed on the side, and the wake flow is formed on leeside;In this condition, slit effect is generated inside the cave and the wind speed reaches the top;The different position of the cave has an impact on the wind pressure of the windward and the side, as well as on the base moment of the windward and the side;Since the side wind pressure coefficient is smaller and the largest decline of the base moment drops when the cave is set at 0.65h , it is the most favorable to set the cave at 0.65h.%采用RNG的k-ε湍流模型,对处于B类地貌风场中的不同高度处设置洞口的高层建筑进行数值模拟,通过UDF编程设定风速和湍流强度等参数.结果表明:当洞口位于0.85h高层建筑时,风速在迎风面前方减弱,在侧面增大并形成对称涡旋,在背风面形成尾流;洞口内形成狭缝效应风速最大;当洞口位于不同位置时,洞口对迎风面和侧面风压以及顺风向基底弯矩都有影响;洞口位于0.65h时,侧面风压系数较小,基底弯矩降幅最大,因此在0.65h开洞最为有利.【期刊名称】《安徽工业大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(033)004【总页数】6页(P354-359)【关键词】k-ε湍流模型;开洞高层建筑;风压特性;计算流体动力学;数值模拟【作者】夏祥忠;陈锐林;任海龙;胡迪;邓小波;张超【作者单位】湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105;湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105;湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105;湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105;湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105;湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105【正文语种】中文【中图分类】TU973随着城市高层建筑物不断的涌现,风荷载也成为设计主要考虑的因素。
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不同方向开门洞对塔筒屈曲强度的影响
作者:高裕贤
来源:《硅谷》2015年第03期
摘要为了讨论某大型水平轴风力机塔筒不同方向开门洞对塔筒屈曲强度设计的影响,建立了塔筒底部以及门洞的有限元模型,并计算得到不同方向开门洞的塔筒屈曲特征值。
考察了不同方向开门洞对塔筒屈曲强度以及对塔筒屈曲位置的影响。
结果表明风力发电机组塔筒门洞方向与载荷方向相对位置发生变化时,屈曲特征值跟着变化,最大屈曲发生在200°到220°之间;对于有门洞含门框塔筒,其屈曲发生在塔筒上半段,屈曲成波纹状分布。
当门洞方向与载荷方向相对位置变化时,屈曲位置仍然发生在塔筒上半段。
关键词风力发电机;塔筒;屈曲强度
中图分类号:TH69 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2015)03-0022-03
风力发电机组塔筒属于轴压圆柱钢薄壳结构,屈曲问题是壳体稳定研究中最为活跃的课题之一[1]。
各国学者围绕壳体屈曲的缺陷敏感性进523.53.5行了富有成效的研究,例如雅典国立技术大学的C.A.Dimopoulos和C.J.Gantes进行了“开放式加强型风力发电机组圆柱壳塔筒在弯曲作用下的屈曲实验研究”[2]。
其中较为典型研究包括欧洲钢壳规范中规定的屈曲算法。
在风力机塔筒方面,屈曲校核方法大致分为工程算法和有限元算法两大类。
由于缺少必要的研究和设计规范指导,大型风力机塔筒门洞局部失稳、折断等事故时有发生。
随着大型化风力机设计研究的发展,塔筒门洞及门框设计呈现多样化趋势,这使得以往的经验设计已不再适用。
有限元等数值分析方法具有坚实的理论基础与广泛的工程应用,近几年来逐步应用于大型化风力机组塔筒结构设计中,但是对于塔筒门洞屈曲失稳这类问题,有限元法只能作为一种辅助分析手段,它需要与其它工程算法相结合来进行分析计算。
本文针对2MW大型风力发电机组塔筒,建立了塔筒门洞的有限元模型,通过改变塔筒门洞的开门方向与风力发电机组所受载荷之间的相对位置,利用有限元方法分析研究门洞方向与风力发电机组所受载荷之间相对位置的变化对风力发电机组塔筒屈曲的影响
1 塔筒有限元模型的建立
由GL2010-4.A.6[3]可得,塔筒坐标系如图1所示。
塔筒坐标系以地基上表面和塔筒轴线的交点为原点,原点固定不动,与机舱转动无关;z轴和塔筒轴线同轴,垂直于地面,向上为正;水平方向为x轴,下风向为正;按右手定则确定y轴。
塔筒材料选择Q345,其密度为7.85ton/m3,弹性模量为206GPa,泊松比0.3。
以16.11米为截距从某个下法兰的上端面截取塔筒底部法兰段,截距高度为底部直径的2.5倍以上。
对塔筒模型各自应用板壳单元与体单元进行网格划分,比较两种划分方法下,塔筒在极限载荷状态下运行时的应力分布结果。
从分析精度与结构的特点来看,本文应用8节点6面体单元的体单元方法对结构进行离散划分。
为了
减少运算量,在有限元模型的表面建立一层厚度值为0.001毫米的壳体,壳体材质使用虚拟材质,利用准二维单元进行网格划分,简化了节点的应力分量,应力状态相对简单,最终得到包含41247个单元与44747个节点的有限元模型。
塔筒门洞处的有限元模型如图2所示。
Fx—x方向塔筒受到的力;
Fy—y方向塔筒受到的力;
Fz—z方向塔筒受到的力;
Mx—x方向塔筒受到的力矩;
My—y方向塔筒受到的力矩;
Mz—z方向塔筒受到的力矩。
图1 塔筒坐标系
2 塔筒屈曲分析
2.1 不同方向开门洞对塔筒屈曲的影响
表2中,各个列的含义是表示每个工况下所包含的空间坐标系的三个分量下的力与弯矩,表中的各个行的含义是表示塔筒所受的某个方向的力与弯矩的极限工况值。
例如Case6210表示此载荷工况的编号为6210,Factor1.1表示安全系数为1.1,-25137表示在所有工况下塔筒16.11米高度处截面y方向受到的力最小发生在工况6210上,其值为-25.137kN。
244716表示在所有工况下塔筒16.11米高度处截面y方向受到的力最大发生在工况6100上,其值为244.716kN。
其他加粗数字含义同理。
为研究方便,这里仅讨论Case1572工况。
图2 塔筒门洞网格模型
通过改变门洞开门方向与风力发电机组所受载荷之间的相对位置,利用有限元算法分析研究门洞开门方向与风力发电机组所受载荷之间的相对位置对塔筒屈曲的影响。
如图3所示,为0°-360°范围内塔筒屈曲变化情况。
表3 0°-360°塔筒屈曲变化情况
门洞位置
(单位:度)屈曲特
征值门洞位置
(单位:度)屈曲特征值
10 7.188 190 7.231
20 7.188 200 7.235
30 7.188 210 7.235
40 7.188 220 7.235
50 7.189 230 7.233
60 7.191 240 7.226
70 7.193 250 7.215
80 7.197 260 7.206
90 7.199 270 7.200
100 7.200 280 7.198
110 7.200 290 7.198
120 7.198 300 7.198
130 7.198 310 7.198
140 7.200 320 7.195
150 7.207 330 7.192
160 7.213 340 7.189
170 7.219 350 7.187
180 7.226 360 7.187
由表2和图3可知,风力发电机组塔筒不同方向开门洞时,塔筒屈曲分析结果。
最大屈曲发生在200°-220°之间其值为7.235。
图3 0°-360°塔筒屈曲分析结果
2.2 不同方向开门洞对塔筒屈曲位置的影响
风力发电机组塔筒发生屈曲的位置跟塔筒结构有关,塔筒无门洞、有门洞无门框、有门洞含门框,三种情况下塔筒屈曲位置区别较大。
为了对塔筒门洞进行结构优化,现在大多数塔筒为有门洞含门框塔筒。
本文中以有门洞含门框塔筒为例分析研究了有门洞含门框塔筒的屈曲位置与门洞方向与载荷相对位置之间的关系。
如图4所示为100°位置处塔筒屈曲分析结果。
由图4可知,对于有门洞含门框塔筒,其屈曲发生在塔筒上半段,屈曲成波纹状分布。
当门洞方向与载荷方向相对位置变化时,屈曲位置仍然发生在塔筒上半段。
3 结论
本文通过有限元分析软件,利用有限元分析方法对大型水平轴风力机塔筒,有门洞含门框塔筒在门洞开门方向与载荷之间的相对位置发生变化时的屈曲情况进行了分析研究,得出以下结论:
1)风力发电机组塔筒门洞方向与载荷方向相对位置发生变化时,屈曲特征值跟着变化,其值在7.187-7.235之间变动,最大屈曲发生在200°到220°之间,其值为7.235。
2)通过分析研究可知,对于有门洞含门框塔筒,其屈曲发生在塔筒上半段,屈曲成波纹状分布。
当门洞方向与载荷方向相对位置变化时,屈曲位置仍然发生在塔筒上半段。
图4 100°塔筒屈曲分析结果
参考文献
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