鋼筋混凝土風力發(fā)電塔風致動力響應(yīng)分析

　　4 風致動力響應(yīng)
　　根據(jù)上述風荷載時程，利用有限元動力分析方法，對鋼筋混凝土風力發(fā)電塔進行了風致動力響應(yīng)分析。在分析過程中，兩種塔體均采用瑞利阻尼。其中，鋼材阻尼比為2%，鋼筋混凝土為5%。鋼筋混凝土風力發(fā)電塔基底彎矩動力響應(yīng)、塔頂位移動力響應(yīng)分別如圖6 和圖7 所示。由圖6 不難發(fā)現(xiàn)，基底彎矩最大值為29200kN*m ；由圖7 可知，塔頂位移最大值為0.221m。此外，本文還進行了風力發(fā)電鋼塔（除塔筒厚度之外，其他結(jié)構(gòu)尺寸完全一致）的對比分析。風力發(fā)電鋼塔順風向塔頂位移動力響應(yīng)、基底彎矩動力響應(yīng)分別如圖8 和圖9 所示。從圖8 中可以看出，基底彎矩最大值為49708kN*m；由圖9 可知，塔頂位移最大值為0.891m。仔細研究可以發(fā)現(xiàn)，風力發(fā)電鋼塔動力響應(yīng)出現(xiàn)了顯著的“拍振”現(xiàn)象，從而帶來過大的振動，降低了結(jié)構(gòu)的可靠性。相比而言，鋼筋混凝土風力發(fā)電塔因自身剛度較大，則可有效避免“拍振”現(xiàn)象，降低了結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

圖6 鋼筋混凝土風力發(fā)電塔基底彎矩動力響應(yīng)

圖7 鋼筋混凝土風力發(fā)電塔塔頂位移動力響應(yīng)

圖8 風力發(fā)電鋼塔基底彎矩動力響應(yīng)

圖9 風力發(fā)電鋼塔塔頂位移動力響應(yīng)

　　為了比較風電機組靜力分析、動力響應(yīng)分析之間的差異，本文基于相同的有限元模型分別進行了這兩種分析，所得結(jié)果見表1。定義結(jié)構(gòu)確定性動力響應(yīng)最大值與靜力響應(yīng)之比為動力放大系數(shù)。結(jié)果表明，風力發(fā)電鋼塔的動力放大系數(shù)約為6.5，鋼筋混凝土風力發(fā)電塔約為4，動力放大效應(yīng)十分顯著。因此，在設(shè)計過程中必須考慮動力放大效應(yīng)，以結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析結(jié)果為設(shè)計依據(jù)。風電機組的動力放大系數(shù)偏大的主要原因，可歸結(jié)于進行動力響應(yīng)分析時不僅考慮了葉片旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對平均風速的影響，還考慮了其對脈動風速的影響。此外，鋼筋混凝土風力發(fā)電塔的動力放大系數(shù)要小于風力發(fā)電鋼塔，其主要原因在于鋼筋混凝土阻尼比較大。這是鋼筋混凝土風力發(fā)電塔的另一個優(yōu)勢。