风机锚杆松弛对基础局压混凝土疲劳损伤的影响分析.pdf

第4 0卷第4期河 北 工 业 科 技V o l.4 0,N o.42 0 2 3年7月H e b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yJ u l y 2 0 2 3 文章编号:1 0 0 8-1 5 3 4(2 0 2 3)0 4-0 3 0 8-0 7风机锚杆松弛对基础局压混凝土疲劳损伤的影响分析伍 军,刘哲锋,楚加翼,向 康,李鹏飞(长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙 4 1 0 1 1 4)摘 要:为了对特定状态下风机构件疲劳损伤发展进行有效评估,以维持风机平稳运转,通过A B A Q U S有限元软件建立起风机基础精细化整体模型,对锚杆松弛发育过程进行模拟,探究了疲劳荷载工况下局压混凝土的应力分布与变化规律,并采用德国劳埃德船级社推荐规范(G L)中混凝土疲劳计算方法对局压混凝土热点开展了疲劳寿命评估。结果表明:1)风机锚杆松弛会影响局压混凝土的应力分布,背风侧混凝土应力集中会更加突出,且应力会随着锚杆松弛加剧而同步增大,因此可将背风侧混凝土的受力情况作为锚杆松弛程度的判断依据;2)综合参考风机结构混凝土疲劳抗压强度设计值和疲劳寿命期望值2项指标评判后显示,锚杆松弛达到8%时,局压混凝土极有可能发生压碎失效,应当及时对松弛锚杆复加预紧力,避免锚杆松弛恶化发展。研究得到的锚杆松弛下风机基础局压混凝土的疲劳损伤规律,可为其在实际工程中的安全运维提供数据支撑。关键词:混凝土与钢筋混凝土结构;锚杆松弛;局压混凝土;疲劳损伤;数值模拟中图分类号:T K 8 3 文献标识码:A D O I:1 0.7 5 3 5/h b g y k j.2 0 2 3 y x 0 4 0 0 9收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 2;修回日期:2 0 2 3-0 5-2 5;责任编辑:尹梓如基金项目:国家自然科学基金(5 1 6 7 8 0 7 2);长沙理工大学土木工程重点学科资助项目(1 8 Z D X K 0 1)第一作者简介:伍 军(1 9 9 9),男,湖南衡阳人,硕士研究生,主要从事风机基础监测与加固方面的研究。通信作者:刘哲锋教授。E-m a i l:l z f 0 0 7 2 0 0 61 6 3.c o m伍军,刘哲锋,楚加翼,等.风机锚杆松弛对基础局压混凝土疲劳损伤的影响分析J.河北工业科技,2 0 2 3,4 0(4):3 0 8-3 1 4.WU J u n,L I U Z h e f e n g,C HU J i a y i,e t a l.I m p a c t a n a l y s i s o f w i n d t u r b i n e b o l t l o o s e n e s s o n f a t i g u e d a m a g e o f f o u n d a t i o n p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t eJ.H e b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 0(4):3 0 8-3 1 4.I m p a c t a n a l y s i s o f w i n d t u r b i n e b o l t l o o s e n e s s o n f a t i g u e d a m a g e o f f o u n d a t i o n p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e WU J u n,L I U Z h e f e n g,CHU J i a y i,X I ANG K a n g,L I P e n g f e i(S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g,C h a n g s h a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,C h a n g s h a,H u n a n 4 1 0 1 1 4,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o e f f e c t i v e l y e v a l u a t e t h e f a t i g u e d a m a g e d e v e l o p m e n t o f w i n d t u r b i n e c o m p o n e n t s u n d e r s p e c i f i c c o n d i t i o n s a n d m a i n t a i n s m o o t h o p e r a t i o n o f t h e w i n d t u r b i n e,a r e f i n e d o v e r a l l m o d e l o f w i n d t u r b i n e f o u n d a t i o n w a s e s t a b l i s h e d b y A B AQU S f i n i t e e l e m e n t s o f t w a r e t o s i m u l a t e t h e d e v e l o p m e n t p r o c e s s o f a n c h o r b o l t r e l a x a t i o n,r e v e a l i n g t h a t t h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n a n d v a r i a t i o n l a w o f p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e o f t h e c e n t r a l s i t u a t i o n u n d e r f a t i g u e l o a d c o n d i t i o n s.T h e f a t i g u e l i f e e v a l u a t i o n o f t h e h o t s p o t s o f p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e w a s c a r r i e d o u t b y u s i n g t h e c o n c r e t e f a t i g u e c a l c u l a t i o n m e t h o d i n t h e r e c o mm e n d e d c o d e o f G e r m a n i s c h e r L l o y d(G L).T h e r e s u l t s s h o w t h a t:1)T h e r e l a x a t i o n o f t h e w i n d t u r b i n e a n c h o r c a n a f f e c t t h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n o f t h e p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e,t h e s t r e s s c o n c e n t r a t i o n o f t h e c o n c r e t e o n t h e l e e w a r d 第4期伍 军,等:风机锚杆松弛对基础局压混凝土疲劳损伤的影响分析s i d e i s m o r e p r o m i n e n t,a n d t h e s t r e s s i n c r e a s e s s y n c h r o n o u s l y w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e a n c h o r r e l a x a t i o n.T h e r e f o r e,t h e s t r e s s o n t h e l e e w a r d s i d e c o n c r e t e c a n b e u s e d a s a b a s i s f o r d e t e r m i n i n g t h e d e g r e e o f a n c h o r r e l a x a t i o n.2)B a s e d o n t h e c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n o f t w o i n d i c a t o r s,n a m e l y t h e d e s i g n v a l u e o f t h e f a t i g u e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e f a n s t r u c t u r e c o n c r e t e a n d t h e e x p e c t e d v a l u e o f t h e f a t i g u e l i f e,i t c a n b e p o i n t e d o u t t h a t w h e n t h e r e l a x a t i o n o f t h e a n c h o r r e a c h e s 8%,t h e p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e i s v e r y l i k e l y t o o c c u r.I n c a s e o f c r u s h i n g f a i l u r e,t h e p r e l o a d s h o u l d b e a d d e d t o t h e l o o s e b o l t i n t i m e t o a v o i d t h e d e t e r i o r a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f t h e l o o s e b o l t.T h e r e s e a r c h p o i n t s o u t t h e f a t i g u e d a m a g e l a w o f t h e p a r t i a l c o m p r e s s i o n c o n c r e t e o f t h e f a n f o u n d a t i o n u n d e r t h e a n c h o r b o l t r e l a x a t i o n,w h i c h c a n p r o v i d e d a t a s u p p o r t f o r i t s s a f e o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e i n a c t u a l e n g i n e e r i n g.K e y w o r d s:c o n c r e t e a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e;a n c h o r b o l t r e l a x a t i o n;p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e;f a t i g u e d a m a g e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n 随着化石能源逐渐枯竭,气候危机不断加剧,发展风电已成为重要的研究课题,其被作为达到“双碳”环保目标、实现可持续发展的重要措施1。2 0 2 2年中国陆上风电新增装机容量4 8 GW,所有吊装的陆上风电机组中,3.0 MW及以上占比高达7 4.1%2-3,中国风电正迈向大风机时代。大多风机采用锚杆连接塔筒与基础,锚固区混凝土局压效应突出4。与此同时,风机锚杆松弛问题日益严峻,极易造成基础局压混凝土疲劳损伤破坏。因此,探究锚杆松弛状态下基础局压混凝土的损伤演化规律十分必要。现阶段,国内外学者针对锚杆式风机基础的损伤问题做了部分研究。韩彦宝等5以某风电场为例,从锚杆数量、锚杆到承台中心的距离、基础底板半径等方面进行了计算分析,探讨了风电场岩石锚杆基础设计中存在的问题;周建华等6通过开展锚杆试件应力松弛试验和风机基础锚杆预应力监测,获得了表征锚杆长期运行特性的预应力及预应力保留百分比与时间的函数关系,并指出锚杆松弛大致分2个阶段,其中第1阶段损失快且持续时间短;黄冬平等7从基础环和预应力锚栓的受力原理出发,依照国标计算应力幅,说明预应力锚杆抗疲劳的相对优势;申海洋等8建模探究预应力锚杆对风机混凝土基础抗裂和抗腐蚀的作用,强调预拉力作用能充分激发混凝土的受压性能,减缓受拉开裂和渗水腐蚀;王尔贝等9建模研究锚杆数量与直径改变对基础承载特性的影响,发现承载力随锚杆数量变多先增后减,而随锚杆直径加大线性提高;D E G R O O T等1 0建模分析锚栓笼对混凝土的约束作用,结合试验数据发现,虽然锚栓笼的预应力能加强混凝土受压,但应力集中也可能导致软弱混凝土提前压坏;W A N G等1 1对某风机基础中突然断裂的2根预应力高强钢筋进行多次测试,并仿真模拟断裂过程,证实断裂原因为氢辅助裂化和高应力集中的共同诱导;刘嫔等1 2对风机基础锚固区混凝土的局部压应力、局部受压区的截面尺寸和局部受压承载力进行了验算分析,为预应力锚杆基础的设计提供了参考。以上研究多是凸显风机锚杆在风机基础整体受力中的优势和对锚杆失效的溯源分析,类似锚杆松弛的局压混凝土损伤破坏分析相对匮乏。因此本文结合内蒙古某锚杆式风机基础工程,通过对锚杆设置不同程度的预应力损失来模拟松弛发育过程,研究锚杆松弛加剧过程中局压混凝土的疲劳损伤规律,并对风机基础的安全设计与日常运维提出建议,以供同类工程参考。1 有限元数值模拟1.1 风机基础结构及材料参数以内蒙古某3.0 MW风机为研究对象,该风机轮毂高9 0 m,基础采用钢筋混凝土圆形重力式扩展基础型式,依据N B/T 1 0 3 1 12 0 1 9 陆上风电场工程风电机组基础设计规范1 3,设计级别为甲级,下卧土岩组合地基,建筑场地类别划分为类。基础几何尺寸如图1所示,底板半径为9.3 m,高为1 m,台柱半径为3.2 m,高为1.1 m,高强灌浆料厚9 0 mm,锚板厚8 0 mm,锚 杆 分 布 外 半 径 为2.3 m,内 半 径 为2.2 m,基础埋深3.5 m(从自然地面起算)。图1 风机基础剖面F i g.1 W i n d t u r b i n e f o u n d a t i o n p r o f i l e903河 北 工 业 科 技第4 0卷根据该风机基础 设计计算总说明 和 工程地质勘察报告,基础混凝土级别为C 4 0;高强灌浆料采取C 8 0;垫层采用C 1 0;钢筋级别为HR B 4 0 0;锚板为Q 3 4 5 E钢材;所有锚杆为M 4 2,8.8级;1 6 0根分内外2圈均匀布置。风机基础物理力学参数详见表11 4,地基土物理力学参数详见表21 5。表1 风机基础物理力学参数T a b.1 W i n d t u r b i n e f o u n d a t i o n p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s材料类别密度/(k gm-3)弹性模量E/G P a泊松比屈服强度fy/MP aC 4 0混凝土2 5 0 03 2.50.3C 8 0混凝土2 8 0 03 8.50.3Q 3 4 5 E钢7 8 0 02 0 0.00.23 4 5M 4 2,8.8级锚杆7 8 0 02 0 0.00.26 6 0HR B 4 0 0钢筋7 8 0 02 0 0.00.24 0 0地基土从上至下可简化为残坡积土、全风化土及强风化岩3个土层,持力层为强风化岩。土层简化及其物理力学参数如表2所示。表2 地基土物理力学参数T a b.2 P h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f f o u n d a t i o n s o i l岩土类别密度/(k gm-3)压缩模量E/MP a黏聚力c/MP a内摩擦角/()残坡积土2 5 0 03 2.50.3全风化土2 8 0 03 8.50.3强风化岩7 8 0 02 0 0.00.23 4.51.2 A B A Q U S有限元模型利用A B AQU S有限元软件1 6建立带土柔性基础,土体采取圆柱体建模将基础包裹,水平延伸和纵向深 度 方 向 边 界 均 取5倍 基 础 直 径,并 赋 予C I N 3 D 8无限元边界1 7,与有限元无缝衔接,相互补充,考虑土体无界性,滤去有限边界波的反射对结构响应的影响。为降低建模繁琐程度,将锚杆简化为钢筋线单元,两端吻合于锚板上表面中心施以MP C约束,类型为b e a m,初始预应力为5 0 0 k N,采用降温法施加,定义风机基础材料的温度线膨胀系数为1 1 0-5。现今风机锚杆多采取无粘结锚固的施工方式,因而在模型中沿锚杆与混凝土共节点设置刚性弹簧限制径向偏移,仅允许纵向收缩。钢筋均采用T 3 D 2桁架单元,嵌入于基础,其他部件均采用C 3 D 8 R实体单元,锚板与混凝土、垫层与土体之间材料不同,采用摩擦接触,设置为有限滑移,切向采用库仑摩擦接触,摩擦系数为 0.3 5,法向接触作用为硬接触。相同性质材料之间紧密结合,可视为不存在相对滑动,故采取绑定约束,协调受力变形。整体模型如图2所示,共计划分1 0 6 5 8 9个单元,其中中心小圆圈显示的就是模型中锚杆与周围混凝土共节点设置的刚性弹簧。图2 风机基础有限元模型F i g.2 W i n d t u r b i n e f o u n d a t i o n f i n i t e e l e m e n t m o d e l i n g混凝土材料本构采用C D P塑性损伤模型,考虑刚度退化和塑性损伤累积等材料性能劣化全过程,计算参考G B 5 0 0 1 02 0 1 0 混凝土结构设计规范(2 0 1 5年版)1 5附录C中混凝土受压、受拉应力-应变公式进行,其本构曲线如图3所示。而钢材通常不易屈服,采取线弹性本构便于计算。土体遵循摩尔-库仑破坏准则,应用简单,又能充分反映土体的剪切特性,模型材料参数取值见表1和表2。图3 C 4 0混凝土的应力-应变曲线及损伤因子应变曲线F i g.3 S t r e s s-s t r a i n a n d d a m a g e f a c t o r s t r a i n c u r v e s o f C 4 0 c o n c r e t e013第4期伍 军,等:风机锚杆松弛对基础局压混凝土疲劳损伤的影响分析由于风机基础通常在主风向上受循环作用后产生疲劳损伤,因此本文仅计算疲劳荷载工况,参照该风机基础 设计计算总说明,主要的荷载信息汇总如表3所示。通过在基础顶面设置参考点集中施加荷载,参考点与上锚板顶面分布耦合约束。表3 荷载工况T a b.3 L o a d c o n d i t i o n s工况安全系数n水平荷载FH/k N竖向荷载FV/k N弯矩M/(k Nm)疲劳谷值1.01 0.11 6 5 8.41 8 5 7.3疲劳峰值1.02 8 8.52 6 3 6.91 6 7 2 4.21.3 锚杆松弛计算工况由于风机对风向敏感,在风机运行期间,迎风侧锚杆长期受拉,一旦松弛将致基础严重损伤,因此按最不利原则假设主风向迎风侧角度内锚杆松弛。考虑到实际工程中可能存在着小范围松弛辐射在年检中未及时排查,本文定义为1 8,再扩大范围基础将不能正常受力,研究意义不大。锚杆松弛区域见图4。图4 锚杆松弛区域F i g.4 A n c h o r r e l a x a t i o n a r e a锚固区混凝土局压作用较大,本文主要分析锚固区局压混凝土的压应力分布变化,并在背风侧混凝土与上锚板接触位置找到最大压应力点,将其定义为局压混凝土热点,进一步开展局压混凝土热点的疲劳验算,示意图如图5所示。图5 局压混凝土及热点示意F i g.5 P a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e a n d h o t s p o t s c h e m a t i c针对锚杆松弛的发展趋势问题,宋洋等1 8已建立起描述外力作用下的锚杆预应力损失模型,明确指出初始预应力为5 0 0 k N时,锚杆的预应力损失率最高可达2 0%,因此本文对松弛锚杆等比设置4%,8%,1 2%,1 6%和2 0%的预应力损失,并应用温降法公式换算成相应的温度场施加,共计6种松弛工况,详见表4。表4 角度区域锚杆松弛计算工况T a b.4 A n c h o r r e l a x a t i o n c a l c u l a t i o n w o r k i n g c o n d i t i o n s w i t h a n g l e工况类别损失比例/%温度T/S 002 3 0.4S 442 2 0.8S 882 1 1.2S 1 21 22 0 1.6S 1 61 62 3 0.4S 2 02 02 2 0.82 计算结果分析2.1 局压混凝土疲劳计算方法风机结构对应2 0 a使用寿命的等效循环次数为11 07,采用G B 5 0 0 1 02 0 1 0 混凝土结构设计规范(2 0 1 5年版)1 5给出的计算方法不符要求,德国劳埃德船级社(g e r m a n i s c h e r l l o y d,G L)认证的“G u i d e l i n e f o r t h e c e r t i f i c a t i o n o f w i n d t u r b i n e s”(2 0 1 0)1 9推荐采用C E B-F I P M o d e l C o d e2 0对结构进行疲劳分析,可针对不同等效循环次数要求进行疲劳验算,因此本文参照该规范对局压混凝土热点进行疲劳强度分析。混凝土疲劳抗压强度按式(1)、式(2)计算:fc d,f a t=0.8 5c c(t)fc k(1-fc k/2 5fc k 0)/c,f a t,(1)c c(t)=e x ps(1-2 8t),(2)式中:fc d,f a t为混凝土疲劳抗压强度;c c(t)为混凝土强度系数;fc k为混凝土静力强度;fc k 0为参考静力强度;c,f a t为疲劳工况混凝土材料分项系数;s为水泥强度系数;t为混凝土的龄期。混凝土应力幅通过式(3)、式(4)计算,再根据式(5)式(7)计算混凝土疲劳强度对应的疲劳寿命。当l g N16时,取l g N=l g N1;当l g N28时,取l g N=l g N2。最终若l g N7,那么说明风力机基础能承受11 07以上循环次数的疲劳荷载作用,满足规范要求。表达式如式(3)式(7)所示:Sc d,m a x=E dc,m a xcfc d,f a t,Sc d,m i n=E dc,m i ncfc d,f a t,(3)Sc d=Sc d,m a x-Sc d,m i n,(4)113河 北 工 业 科 技第4 0卷l g N1=(1 2+1 6Sc d,m i n+8S2c d,m i n)(1-Sc d,m a x),(5)l g N2=0.2 l g N1(l g N1-1),(6)l g N3=l g N20.3-3Sc d,m i n8Sc d,(7)式中:E d为荷载分项系数;c为混凝土压应力不均匀系数;Sc d,m a x,Sc d,m i n为最大及最小压应力水平设计值;Sc d为设计疲劳应力幅;N1,N2,N3为循环次数;c,m i n,c,m a x为疲劳谷值和峰值下混凝土最大压应力。2.2 局压混凝土疲劳分析有限元计算结果显示基础底板的压应力变化在0.1 MP a以内,锚杆松弛对基础底板受压效应微乎其微,可忽略不计,而对锚固区局压混凝土的受压效应及分布影响较大,因此本研究就图5所示的局压混凝土展开疲劳分析。在疲劳荷载谷值作用下,锚杆发生松弛后局压混凝土压应力的数值分析结果如图6所示。局压混凝土全截面受压,背风侧局部应力较大,为应力薄弱位置,最大压应力均出现在主风向背风侧局压混凝土与上锚板的接触部位,受风荷载方向性和锚杆松弛的双重影响所致。通过对比图6 a)f)可以发现,随着锚杆松弛不断加剧,局压混凝土热点应力从1 1.3 2 MP a增大至1 3.9 1 MP a,增幅为2 2.8 7%,始终小于C 4 0混 凝 土 疲 劳 抗 压 强 度 设 计 值1 6.8 9 MP a,仍具有较大的安全储备。此外,从图6可以看出,局压混凝土区域逐渐从迎风侧向背风侧转移,锚杆松弛后局压混凝土背风侧应力集中益发明显,任由发展必将导致该部位混凝土压碎开裂,须及时对松弛锚杆复加预紧力,并对混凝土开裂部位予以灌浆加固。图6 疲劳谷值作用下局压混凝土压应力分布F i g.6 D i s t r i b u t i o n o f c o m p r e s s i v e s t r e s s i n p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e u n d e r t h e a c t i o n o f f a t i g u e v a l l e y 图7为疲劳峰值作用下锚杆松弛后局压混凝土的压应力分布云图。与疲劳谷值的计算结果相比,局压混凝土的受压效应整体上显著加大,且从迎风侧向背风侧转移的速度也更快。对比图7 a)f)可以发现,局压混凝土热点应力从1 2.1 5 MP a增大至2 3.3 6 MP a,增长了1 1.2 1 MP a,增幅高达9 2.2 6%,且S 1 2工况下为1 9.1 3 MP a,超过C 4 0混凝土疲劳抗压强度设计值1 6.8 9 MP a,不再满足规范要求。S 2 0工况下混凝土受压区域集中于背风侧,迎风侧混凝 土 退 出 受 压,转 为 受 拉,拉 应 力 最 大 为0.7 3 3 MP a,小于混凝土抗拉强度设计值,说明混凝土在锚杆发生松弛时并不会发生受拉破坏,破坏形式仍以局压破坏为主,须重点关注局压混凝土受力情况。图7 疲劳峰值作用下局压混凝土压应力分布F i g.7 D i s t r i b u t i o n o f c o m p r e s s i v e s t r e s s i n p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e u n d e r t h e a c t i o n o f f a t i g u e p e a k213第4期伍 军,等:风机锚杆松弛对基础局压混凝土疲劳损伤的影响分析 通过对局压混凝土在疲劳荷载谷值和峰值下的受压应力分析可以发现,局压混凝土的受压应力水平在锚杆发生松弛后均有不同程度的上升,局压混凝土热点应力集中现象愈发严峻。结合以上数值计算结果,应用第2.1节中所述的混凝土疲劳理论计算方法对局压混凝土热点的受压循环次数(疲劳寿命)进行评估,计算流程及结果汇总如表5所示。表5 局压混凝土热点疲劳计算结果T a b.5 F a t i g u e c a l c u l a t i o n r e s u l t s f o r h o t s p o t s o f p a r t i a l p r e s s u r e c o n c r e t e锚杆松弛工况疲劳谷值局压混凝土热点压应力c,m i n疲劳峰值局压混凝土热点压应力c,m a x混凝土强度系数c c(t)疲劳应力幅Sc d疲劳寿命l g N混凝土疲劳抗压强度设计值fc d,f a t是否满足要求S 01 1.3 21 2.1 51.0 6 50.8 39.5 6 81 6.8 9S 41 1.8 81 4.2 31.0 6 52.3 58.6 8 91 6.8 9S 81 2.5 71 6.7 41.0 6 54.1 77.3 5 41 6.8 9S 1 21 3.4 51 9.1 31.0 6 55.6 86.6 7 51 6.8 9S 1 61 3.7 71 9.8 21.0 6 56.0 56.2 2 61 6.8 9S 2 01 3.9 12 3.3 61.0 6 59.4 54.8 7 81 6.8 9 由表5可见,当锚杆松弛加剧,局压混凝土热点的疲劳应力幅逐渐加大,松弛8%时已十分接近混凝土疲劳抗压强度设计值,而疲劳寿命随即不断减小,风机结构的期望寿命为11 07次,局压混凝土热点疲劳寿命在锚杆松弛达1 2%时低于期望值。综合混凝土疲劳抗压强度设计值和疲劳寿命2项指标,锚杆松弛达到1 2%后,局压混凝土的疲劳性能不再满足要求。3 结 语本文以内蒙古某3.0 MW锚杆预应力风机基础工程为研究背景,通过在A B AQU S软件中调整预应力锚杆的温度场来模拟锚杆松弛过程中不同阶段,对疲劳荷载工况下不同锚杆松弛比例时基础局压混凝土应力分布变化进行分析,并对局压混凝土热点开展了疲劳寿命验算,研究锚杆松弛发展过程中基础局压混凝土的损伤演化规律,得出如下主要结论。1)锚杆松弛会对局压混凝土的受力分布造成影响。随着锚杆松弛加剧,混凝土受压区域会从迎风侧向背风侧转移,迎风侧混凝土将退出受压,转为受拉工作,背风侧混凝土应力集中愈加突出。因此可重点关注背风侧混凝土的受力情况,以此作为锚杆发生松弛的判断依据。2)通过局压混凝土热点的疲劳强度分析和疲劳寿命评估发现,当锚杆松弛达到8%时,背风侧混凝土极有可能发生局压破坏;当锚杆松弛达到1 2%,背风侧混凝土已低于疲劳寿命预期,极有可能发生疲劳破坏,须及时对松弛锚杆复加预紧力,限制锚杆松弛进一步发展。综合评判后可将锚杆松弛8%视为威胁基础安全的红线。本文结合锚杆松弛频发和混凝土局压易碎的问题,采取数值模拟的方法对二者之间的潜在规律做了挖掘。研究成果虽对同类工程具有一定的指导意义,但研究过程中对荷载做了简化,且仍局限于静力分析。考虑到实际风机运行过程中以动力受荷为主,后续可到现场做周期性监测试验或提取S C A-D A荷载监测数据,整理形成可靠的荷载时程输入模型,以更好地模拟真实的风机受荷情形,使计算结果更具说服力。此外,本研究仅着重分析锚杆松弛对基础局压混凝土疲劳性能的影响,忽略了疲劳循环次数对锚杆松弛的影响,下一步研究可将该因素考虑在内。参考文献/R e f e r e n c e s:1 冯泽深,赵增海,郭雁珩,等.2 0 2 1年中国风电发展现状与展望J.水力发电,2 0 2 2,4 8(1 0):1-3.F E NG Z e s h e n,Z HAO Z e n g h a i,GUO Y a n h e n g,e t a l.S t a t u s a n d p r o s p e c t o f C h i n a s w i n d p o w e r d e v e l o p m e n t i n 2 0 2 1J.W a t e r P o w e r,2 0 2 2,4 8(1 0):1-3.2 中国可生再生能源学会风能专业委员.2 0 2 2年中国风电吊装容量统计简报J.风能,2 0 2 3(4):4 0-5 6.3 GWE C.G l o b a l W i n d R e p o r t 2 0 2 3R.B r u s s e l s:G l o b a l W i n d E n e r g y C o u n c i l,2 0 2 3.4 杨中桂,白洁,李梦晗,等.圆弧螺纹与普通螺纹锚栓防松性能研究J.机床与液压,2 0 2 0,4 8(1 8):1 4 6-1 5 1.YAN G Z h o n g g u i,B A I J i e,L I M e n g h a n,e t a l.R e s e a r c h o n a n t i-l o o s e n i n g p e r f o r m a n c e o f a r c s c r e w t h r e a d a n d g e n e r a l p u r p o s e s c r e w t h r e a d a n c h o r b o l t sJ.M a c h i n e T o o l&H y d r a u l i c s,2 0 2 0,4 8(1 8):1 4 6-1 5 1.5 韩彦宝,杨丽.风电机组岩石锚杆基础设计中存在的问题J.水力发电,2 0 1 5,4 1(3):6 9-7 1.HAN Y a n b a o,YAN G L i.P r o b l e m s i n t h e d e s i g n o f w i n d t u r b i n e r o c k a n c h o r f o u n d a t i o nJ.W a t e r P o w e r,2 0 1 5,4 1(3):6 9-7 1.313河 北 工 业 科 技第4 0卷6 周建华,路威,赵卫全,等.风机基础预应力锚杆长期运行特性研究J.水利与建筑工程学报,2 0 2 0,1 8(6):1 7 2-1 7 7.Z HOU J i a n h u a,L U W e i,Z HAO W e i q u a n,e t a l.L o n g t e r m o p e r a t i o n a l p e r f o r m a n c e o f w i n d t u r b i n e p r e s t r e s s e d a n c h o r b o l t f o u n d a t i o nJ.J o u r n a l o f W a t e r R e s o u r c e s a n d A r c h i t e c-t u r a l E n g i n e e r i n g,2 0 2 0,1 8(6):1 7 2-1 7 7.7 黄冬平,何桂荣.风力发电塔基础预应力锚栓的抗疲劳性能研究J.特种结构,2 0 1 1,2 8(5):1 3-1 5.8 申海洋,宁小美,冯若强.预应力锚栓对风机混凝土基础抗裂和耐久性影响J.混凝土,2 0 2 1(1 1):1 5 5-1 6 0.S HE N H a i y a n g,N I N G X 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