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摘要：基礎(chǔ)環(huán)式風機基礎(chǔ)承受的載荷通過基礎(chǔ)環(huán)底法蘭傳遞給基礎(chǔ)混凝土，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭與混凝土接觸部位存在著較大且復雜的應(yīng)力分布。研究基礎(chǔ)環(huán)與混凝土之間的應(yīng)力分布對保證風機基礎(chǔ)的安全性至關(guān)重要。本文主要在試驗研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，通過有限元數(shù)值模擬，對不同基礎(chǔ)環(huán)埋深、底法蘭寬度及厚度條件下，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭處混凝土應(yīng)力分布規(guī)律進行分析，為風機基礎(chǔ)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)環(huán)；底法蘭；混凝土；局部應(yīng)力；埋深

0前言

基礎(chǔ)環(huán)是風機上部荷載向下傳遞給基礎(chǔ)混凝土的關(guān)鍵構(gòu)件，與其底法蘭處接觸的混凝土承受著較大且分布復雜的局部應(yīng)力。近年來，部分采用基礎(chǔ)環(huán)式基礎(chǔ)的風機出現(xiàn)了一些問題，如基礎(chǔ)環(huán)底法蘭處混凝土出現(xiàn)壓碎破壞、基礎(chǔ)環(huán)整體被拔出、風機機身出現(xiàn)較大晃動、與基礎(chǔ)環(huán)接觸處出現(xiàn)較大裂縫等。目前，國內(nèi)對基礎(chǔ)環(huán)及其附近基礎(chǔ)混凝土受力狀態(tài)分析研究較少，也無統(tǒng)一的工程計算方法。《風電場地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定（試行）》2007[1]，為風機基礎(chǔ)的設(shè)計提供了一般性的原則和方法，僅從基礎(chǔ)內(nèi)力、地基承載力、基礎(chǔ)的抗滑、抗傾覆等方面進行整體計算，而對于基礎(chǔ)環(huán)底法蘭處混凝土的局部受壓引起的應(yīng)力集中未加考慮。張立英[2]在研究基礎(chǔ)環(huán)和結(jié)構(gòu)截面尺寸對基礎(chǔ)受力影響時發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)環(huán)的不同形式、厚度和埋深對基礎(chǔ)應(yīng)力都有影響。練繼建[3]進行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)損傷研究發(fā)現(xiàn)，在實際風荷載作用下，基礎(chǔ)環(huán)局部應(yīng)力過大，局部位置產(chǎn)生破壞，損傷主要發(fā)生在基礎(chǔ)環(huán)附近混凝土和受壓側(cè)基底混凝土。李大鈞等[4]采用ABAQUS有限元軟件計算了不同埋深和法蘭寬度情況下，基礎(chǔ)混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力和基礎(chǔ)環(huán)位移等，研究了上述因素對基礎(chǔ)承載力性狀有明顯的影響。雍飛等[5-7]通過計算分析基礎(chǔ)環(huán)和穿孔鋼筋的內(nèi)力分布。天津大學按1:3縮尺模型制作基礎(chǔ)環(huán)進行試驗，研究基礎(chǔ)環(huán)和混凝土的受力情況，并采用有限元對試驗進行模擬，基礎(chǔ)環(huán)側(cè)壁與混凝土采用無摩擦接觸，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭與周圍混凝土之間采用庫倫摩擦接觸，設(shè)置摩擦系數(shù)0.6，模擬結(jié)果與試驗吻合較好。本文以基礎(chǔ)環(huán)受力物理模型試驗結(jié)果為依據(jù)，采用ANSYS有限元軟件分析基礎(chǔ)環(huán)及其附近混凝土應(yīng)力分布，并研究基礎(chǔ)環(huán)埋置深度、底法蘭寬度及厚度等因素對基礎(chǔ)環(huán)傳力及混凝土受力的影響。

1有限元模型

有限元分析采用ANSYSWorkbench平臺進行，對基礎(chǔ)環(huán)、基礎(chǔ)混凝土均采用實體SOLID186單元模擬本次模擬重點為對基礎(chǔ)環(huán)傳力及混凝土受力情況進行分析，不考慮混凝土材料的非線性及基礎(chǔ)與土的相互作用。混凝土基礎(chǔ)底部考慮固結(jié)，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭與混凝土基礎(chǔ)接觸采用摩爾-庫倫摩擦模型，摩擦系數(shù)0.6，基礎(chǔ)環(huán)側(cè)壁與混凝土采用無摩擦接觸。C40混凝土為混凝土彈性模量Ec=3.25×104MPa，泊松比0.167，基礎(chǔ)環(huán)彈性模量Es=2×105MPa，泊松比0.3。模型如圖所示。目前研究結(jié)果表明，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭作用引起基礎(chǔ)混凝土產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，工程實踐中通過在基礎(chǔ)環(huán)下設(shè)置承壓網(wǎng)片鋼筋處理，實際有限元分析中鋼筋模型的建立與否并不影響計算分析結(jié)果，因此，本次建模主要研究底法蘭局部壓應(yīng)力分布，暫不考慮鋼筋的影響[8-9]。

2荷載與工況

風機荷載通過基礎(chǔ)環(huán)傳遞給混凝土，再傳遞給鋼筋，最終達到共同受力。風機荷載取某風機極端荷載，作用在基礎(chǔ)環(huán)頂面。

3計算結(jié)果分析

根據(jù)有限元分析的結(jié)果，對基礎(chǔ)環(huán)底法蘭受力分布進行分析，分別研究基礎(chǔ)環(huán)埋深、底法蘭寬度、厚度對底法蘭混凝土受力的影響。本文采用彈性材料模型進行計算，極端荷載作用下，混凝土可能出現(xiàn)最大應(yīng)力。4結(jié)論：（1）對于基礎(chǔ)環(huán)連接形式基礎(chǔ)，風機上部載荷主要通過基礎(chǔ)環(huán)側(cè)壁和底法蘭傳遞給混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭是荷載傳遞的主要構(gòu)件。（2）基礎(chǔ)環(huán)底法蘭作為直接將上部荷載傳遞給混凝土的構(gòu)件，環(huán)下混凝土受局部應(yīng)力很大，易出現(xiàn)混凝土被壓碎或擠碎而破壞的現(xiàn)象。（3）基礎(chǔ)的埋深越大，底法蘭下混凝土受力越小。（4）基礎(chǔ)環(huán)底法蘭寬度越大，受力面積越大，局部應(yīng)力越小，當達到一定寬度后，局部應(yīng)力變化趨于平緩，應(yīng)采用適當?shù)膶挾取＃?）基礎(chǔ)環(huán)底法蘭厚度越大，底法蘭剛度越大，在力的傳遞至法蘭底部時應(yīng)力分布相對更均勻，最大應(yīng)力減小。達到一定厚度后應(yīng)力峰值變化趨于平緩。（6）工程設(shè)計中，可以采用加大埋深、適當增加底法蘭寬度、厚度的方式緩解底法蘭局部混凝土的局部應(yīng)力過大的現(xiàn)象，同時應(yīng)加強該區(qū)域局部加強承壓鋼筋配置，鋼筋應(yīng)盡量靠近基礎(chǔ)環(huán)側(cè)壁及底法蘭。

作者：田偉輝[1]；甕文芳[2]；田永進[1]；張立英[1]；李振作[1 ]單位：1，中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，2，中國海誠工程工程股份有限公司