我国广袤的内陆分布有大量的风力发电机组,这些风力发电机组的基础结构形式常采用基础环式扩展基础。基础环为带法兰的薄壁环状结构是扩展基础中连接上部塔架、传递荷载的核心构件,其锚固性能是保证风电机组安全稳定的主要因素之一。实际工程中时常出现因为施工质量不满足要求的问题,导致风机基础中基础环周围混凝土出现质量问题,进而影响风电机组的安全运行的问题。针对上述问题,本文通过理论分析、试验及数值模拟研究探究基础环锚固机理的基础上,提出增加基础环锚固冗余的优化设计思路,主要研究内容如下:(1)通过理论分析发现基础环的锚固行为,主要通过“粘结作用”、“冲切作用”、“局部承压作用”实现,施工质量对上述三种作用有直接削弱的效果。同时通过分析发现,在风荷载作用下的大弯矩作用为最不利荷载,该作用使基础结构在水平面内一侧受拉应力影响一侧受压应力影响。因此当施工质量问题出现在基础受拉一侧时,基础环锚固性能更易失效。(2)选取扩展式风机基础台柱的局部区域,制作正常无空洞、低混凝土强度无空洞、正常有空洞的三个试验模型进行拉拔破坏试验。试验研究发现,试件的主要破坏模式为混凝土的冲切破坏和轴拉破坏,试件破坏时基础环钢材仍处于弹性阶段。低混凝土强度和空洞影响了混凝土的抗冲切和抗拉能力,使得试件提早破坏,故基础环周围结构的强度是影响基础环锚固性能的主要因素。(3)建立有限元模型进行数值模拟分析,在数值模拟与试验研究结果验证吻合的基础上增加混凝土强度和空洞大小的梯度进行数值计算。分析发现,低混凝土强度和空洞还会影响下法兰上部混凝土的局部承压能力,混凝土强度越低或者空洞缺陷越大,下法兰上部混凝土压溃的风险越高。(4)在以上研究的基础上,通过“增加埋深”、“增设钢筋”、“设置穿孔钢筋”的优化设计加强基础环周围区域内结构的强度,以达到增强基础环锚固能力的目的。分析发现,“增加埋深”和“设置穿孔钢筋”的方法能起到的效果有限,而“增设钢筋”的方法不仅加强了混凝土结构的抗冲切和抗拉能力且施工便捷,更利于基础环的锚固性能的提升。