Фундаментна плита під вітряні електрогенератори

Gorodetsky Design Bureau

Повна назва проекту

Розрахунок фундаментної плити під вітряні електрогенератори ВЕУ Юнісон U88 на вертикальні, горизонтальні та сейсмічні навантаження з урахуванням піддатливості ґрунтової основи

Опис

Вітроенергетична установка (ВЕУ) UNISON U88/U93 є трилопастевим ротором з номінальною потужністю 2 180 кВт, номінальна напруга 600 В і номінальний струм 2 228 А. ВЕУ розрахована витримувати екстремальні умови навколишнього середовища. Міцна конструкція ВЕУ UNISON U88/U93 забезпечує високі рівні безпеки, надійність та підвищений термін експлуатації.

Основними деталями ВЕУ UNISON U88/U93 є фундамент, вежа, гондола, ротор та лопасті. Всі ці деталі були розроблені відповідно до промислових стандартів, що забезпечують експлуатаційну безпеку.

Фундамент – залізобетонна плита у плані восьмикутник діаметром 18 м, товщиною 2.5м. Бетон класу В30 (С25/30), марки А 100 за морозостійкістю та марки W 2 по водопроникності, арматура класу А240С та А500С. Під фундаментом виконується армована бетонна підготовка з бетону 12/15 (В15) товщиною 150мм. Стикування вежі до фундаменту здійснюється за допомогою подвійних фланців та анкерних болтів.

Вежа – являє собою трубчасту сталеву вежу, висота якої до осі ротора становить 80 м. Діаметр верхньої частини 3.0 м, а нижньої частини 4.2 м . Вага всієї вежі складає – 183 т

Лопаті виготовляються зі склопластику та епоксидної смоли. Загальна довжина лопасті складає 45м. Вага однієї лопасті становить 9 т.

Гондола має вагу 88 т, ротор 42 т.

Сумарна вага надземної частини вежі ВЕУ Юнісон становить більше 300 т.

Опис розрахункової схеми

Побудова розрахункової моделі виконувалася у програмному комплексі ЛІРА-САПР. Просторова ідеалізована розрахункова модель складається із стержневих та пластинчастих скінченних елементів.

Фундаментна плита моделюється пластинчастими скінченними елементами КЕ 44, жорсткість яких відповідає залізобетону товщиною 2.5м, з кроком тріангуляції 0.5м.

При моделюванні тіла вежі використовувався КЕ 10. Розрахункова схема являла собою консоль, при цьому враховувалася змінна жорсткість вежі по висоті, перерозподіл мас по висоті, включаючи і зосереджену масу від ротора і гондоли на верху вежі.

В процесі розрахунку враховувалися наступні навантаження:

• вага ВЕУ (вага вежі, гондоли, лопастей);
• граничне навантаження від вітру та еквівалентне втомливе навантаження для ВЕУ;
• власна вага фундаментної плити;
• привантаження ґрунту на фундамент;
• сейсмічний вплив.

Особливості

Було виконано розрахунок для цілого ряду варіантів фундаментів зі зміною:

• конфігурації (круглі, прямокутні, восьмикутні);
• товщини плити (2-2.5м);
• заглиблення фундаментної плити щодо поверхні землі з урахуванням привантаження та без нього (до 3м).

Розрахунок споруди виконувався з урахуванням спільної роботи ґрунтової основи.

Відповідно з геологічними дослідженнями було визначено жорсткість ґрунтового масиву під підошвою фундаменту. Дані значення були застосовані у вигляді коефіцієнтів постелі С1 і С2. У розрахунковій схемі також використовувалися законтурні скінченні елементи (КЕ 53), які дозволили врахувати пружну основу ґрунту за межами фундаментної плити.

Для більш правдоподібної роботи сполучення фундаменту та тіла вітряка було прийнято рішення моделювати цей вузол з використанням абсолютно жорстких тіл.

За побажанням замовника було виконано конструювання плити у двох варіантах: з розташуванням робочих стержнів у ортогональному напрямку та з розташуванням робочих стержнів у радіальному напрямку. Остаточний варіант армування мав комбінований вигляд:

• основна і додаткова арматура біля верхньої та нижньої граней плити ∅ 25 з кроком 200мм. Розташування стержнів ортогональне.
• додаткова арматура біля верхньої грані плити ∅ 36 з кроком 200мм. Розташування стержнів радіальне.

Використання ПК ЛІРА-САПР дало можливість вирішити низку наступних задач:

• обчислити оптимальну товщину фундаментної плити, яка залежить від своєї геометрії у плані, ваги надземної частини конструкції, вітрового та сейсмічного впливів та прийнятого варіанту армування;
• визначити зусилля, що виникають від сейсмічного впливу, розрахунок якого було виконано на основі спектрального аналізу;
• виконати розрахунок споруди з урахуванням спільної роботи каркасу та ґрунтової основи;
• визначити деформації фундаменту та крен вежі;
• виконати розрахунок конструкції на міцність та законструювати фундаментну плиту з урахуванням регіональних нормативних документів.

1

2

3

3_1

3_2

3_3

3_4

4_001

4_002

4_003

5_1

5_2

5_3