循環荷載對塔架基礎模擬的損傷分析

張樹林 羅義華 楊泰朋 劉 浩 李勝福 蘭志文

（1、中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽 合肥230601 2、國網安徽省電力有限公司，安徽 合肥230061 3、國網安徽省電力有限公司建設分公司，安徽 合肥230071 4、南昌大學工程力學實驗中心，江西 南昌330031）

為探究循環荷載對損傷的影響，利用有限元軟件，采用小尺寸模型進行數值仿真，模型如圖1 所示，混凝土尺寸為150mmx150mmx150mm，地腳螺栓直徑為20mm，該模型為素混凝土，不含任何鋼筋，網格如圖2 所示。固定混凝土底部，在地腳螺栓上端及混凝土上端分別建立一個參考點，參考點為RP-1及RP-2，將RP-1 與地腳螺栓上表面耦合（即地腳螺栓上表面與RP-1 具有相同的剛體運動，也即在此區域的各節點與RP-1之間建立一種運動上的約束關系），RP-2 與混凝土上表面圓環位置耦合，如圖3 所示，RP-1、RP-2 施加荷載或位移。

圖1 模型圖

圖2 網格模型

圖3 參考點

在RP-1（與地腳螺栓上表面耦合）點施加上拔位移，RP-2（與混凝土上表面圓環區域耦合）點施加下壓位移，當RP-1 點施加上拔位移時，RP-2 點不施加位移，當RP-2 點施加下壓位移時，RP-1 點不施加位移。RP-1 點施加UL-0 的循環荷載，RP-2 點上施加0-UY 的循環荷載。具體加載制度如下：第1 秒RP-1 點上施加的上拔位移，RP-2 點不施加位移，第2 秒RP-2點上施加下壓位移，RP-1 點不加位移，同理第3 秒RP-1 點上施加的上拔位移，RP-2 點不施加位移，第4 秒RP-2 點下壓位移，RP-1 點不加位移，每一秒保持上拔位移、下壓位移不變，循環30 秒，查看損傷發展情況。

1 實驗模型加載方式及數據

首先進行單向拉伸及單向壓縮計算：（1）在RP-1 點施加上拔位移計算出模型上拔工況的荷載- 位移曲線。（2）在RP-2 點上施加下壓位移計算出模型下壓工況的荷載- 位移曲線。荷載- 位移曲線如圖4、5 所示。

2 位移加載

位移加載：取0.05mm 作為循環荷載的下壓位移，取0.03mm作為循環荷載的上拔工況。RP-1 點加載數據如表1 所示，RP-2點加載數據如表2 所示。

每隔5s 取一拉損傷云圖，觀察其損傷發展：（圖為位移加載拉損傷云圖）,取觀察其損傷。

圖4 下壓工況的荷載- 位移曲線

圖5 上拉工況下的荷載- 位移曲線

表1 RP-1 點加載數據

表2 RP-2 點加載數據

圖7 t=10s

3 結論

本文通過有限元分析軟件，建立仿真模型，在環荷載作用下的模擬中對地腳螺栓施以上拔力對素凝土進行下壓模擬測試，位移加載方式下混凝土損傷都從法盤周邊開始損傷，隨后向周邊擴散，因此需采取相應措施來提高基礎承載力，（轉下頁）杜絕災害發生。

圖8 t=15s

圖9 t=20s

圖10 t=25s

圖11 t=30s