风力发电机塔架与基础的连接是风电塔架结构最为关键的部位,应力状态复杂,一旦发生破坏,会导致塔架结构传递至基础的传力路径改变或中断,将造成风电塔架体系整体倒塌,造成巨大的经济损失。目前国内外关于钢管混凝土风机与基础连接段的研究成果及相关规范要求均不能直接与相应连接段的设计与计算进行很好地适配。因此,对风电塔架结构与基础连接段的破坏机理、极限承载力以及控制指标和参数等问题进行研究有重要的理论意义和实用价值。本文选取内蒙古白云鄂博地区的某一2MW水平轴变桨距式风电塔架结构作为研究对象,采用本课题组基于《风力发电设备塔架结构设计指南及解说》与风电体系计算软件GH Bladed的荷载计算结果,得出各塔腿内力设计值。根据塔架受拉测柱肢较大内力设计值作为控制荷载对风电塔架结构与基础连接段模型进行深入的分析。本文针对实际工程中基础环在外力作用下被整体拔出的工程案例进行分析,参考现阶段组合结构与钢结构节点的设计经验,对现有锥台式塔筒的基础环式连接进行改进,设计出加强环式连接段与PBL式连接段两种连接方式以解决工程中塔架基础环被整体拔出的问题。对加强环式连接段进行了有限元模拟与有限元参数分析,分析了加强环式连接段肋板个数、加强段高度、上下环板厚度比对连接段受力性能的影响。模拟结果表明:(1)随着加强环肋板个数的增加,连接段的高应力区应力最大值无变化。随着肋板个数增加,连接段高应力区域有明显的减小的趋势,且连接段轴向变形随着肋板个数的增加而减小;(2)随着加强段高度的增加连接段的应力分布与变形均有明显的变化。高应力区面积随着加强段高度的增加明显减小,最大应力值未随着高度的变化而发生改变。(3)随着上、下环板厚度比的增大,各参数下连接段的应力分布形式基本相似,但连接段的抗变形能力则随着厚度比的增加而增大。其中当上环板的厚度从25mm增至30mm,连接段的轴向受拉变形仅下降0.01mm,说明当上环板厚度大于25mm(即上下环板厚度比大于1.667)时对连接段整体的抗变形能力的影响已可忽略不计,在实际工程设计中上、下环板厚度比取值范围可选取1~1.667。对PBL式连接段进行有限元模拟与参数分析。分析了PBL式连接段每排穿孔钢筋个数,穿孔钢筋直径与穿孔钢筋长度对连接段力学性能的影响。模拟结果表明:(1)随着每排PBL剪力键数量的增加,连接段最大应力值逐步下降,且因加强段钢板部分不断被削弱,高应力区由基础环上部转移到受荷点近端第一排穿筋孔间钢板处。为了保证连接段的安全性,穿筋孔间钢板弧长与半径的比值不宜小于0.2618;(2)对于穿孔钢筋不同直径的参数变化,连接段应力分布情况差异很小,可忽略穿孔钢筋直径对连接段应力分布的影响。在大位移作用下四种穿孔钢筋的连接段最大承载力差距不大,四种穿孔钢筋直径下连接段的承载力随着钢筋直径的增加而略有增加。各穿孔钢筋直径下的连接段承载力差距不超过1%,且各直径下连接段承载力均具有较高的安全储备。综合考虑承载力,塑性变形能及结构成本建议选取穿孔钢筋直径时可参考核心区钢筋笼主筋直径进行选取,并用式进行承载力计算;(3)穿孔钢筋长度参数选取100mm、150mm、200mm、250mm。根据有限元模拟结果,穿孔钢筋长度为200mm与250mm时连接段的承载力与塑性变性能力较前两种穿孔钢筋长度均有一定提高,综合连接段的承载力、塑性变形能力与结构造价等各方面因素的影响,在进行PBL式连接段设计时穿孔钢筋长度与连接段半径比不宜小于0.68(200/293)。根据本文的模拟结果,对PBL单键极限承载力公式进行改进,得出PBL式连接段极限承载力的计算方法。将改进后公式与有限元模拟结果进行对比,拟合出的计算公式能较为准确的得出PBL式连接段的极限承载力,可为工程设计提供参考。