Фундаментна плита під вітряні електрогенератори
Розрахунок фундаментної плити під вітряні електрогенератори ВЕУ Unison U88 на вертикальні, горизонтальні та сейсмічні навантаження з урахуванням податливості ґрунтової основи.
Опис
Вітроенергетична установка (ВЕУ) UNISON U88/U93 являє собою трилопатевий ротор з номінальною потужністю 2 180 кВт, номінальною напругою 600 В і номінальним струмом 2 228 А. ВЕУ розрахована витримувати екстремальні умови довкілля. Міцна конструкція UNISON U88/U93 забезпечує високий рівень безпеки, надійність і тривалий строк експлуатації.
Основними складовими ВЕУ UNISON U88/U93 є фундамент, башта, гондола, ротор і лопаті. Усі ці елементи розроблено відповідно до промислових стандартів, що забезпечують експлуатаційну безпеку.
Фундамент — залізобетонна плита у плані восьмикутник діаметром 18 м, товщиною 2,5 м. Бетон класу В30 (C25/30), марка F100 за морозостійкістю та марка W2 за водонепроникністю, арматура класів A240C і A500C. Під фундаментом виконується армована бетонна підготовка з бетону C12/15 (В15) товщиною 150 мм. Стикування башти з фундаментом здійснюється за допомогою подвійних фланців та анкерних болтів.
Башта — трубчаста сталева, висота до осі ротора 80 м. Діаметр верхньої частини 3,0 м, нижньої — 4,2 м. Маса всієї башти — 183 т.
Лопаті виготовлені зі склопластику та епоксидної смоли. Загальна довжина лопаті — 45 м. Маса однієї лопаті — 9 т.
Маса гондоли — 88 т, ротора — 42 т.
Сумарна маса надземної частини башти ВЕУ Unison становить понад 300 т.
Опис розрахункової схеми
Побудову розрахункової моделі виконано в програмному комплексі ЛІРА-САПР. Просторова ідеалізована розрахункова модель складається зі стрижневих і пластинчастих кінцевих елементів.
Фундаментну плиту змодельовано пластинчастими КЕ 44, жорсткість яких відповідає залізобетону товщиною 2,5 м, із кроком триангуляції 0,5 м.
Під час моделювання тіла башти використовувався КЕ 10. Розрахункова схема — консоль; враховано змінну жорсткість башти за висотою, перерозподіл мас, включно із зосередженою масою від ротора та гондоли у верхній частині башти.
У процесі розрахунку враховувалися такі навантаження:
- маса ВЕУ (маса башти, гондоли, лопатей);
- граничне вітрове навантаження та еквівалентне втомне навантаження для ВЕУ;
- власна маса фундаментної плити;
- пригруз ґрунту на фундамент;
- сейсмічний вплив.
Особливості
Виконано розрахунок для цілої низки варіантів фундаментів зі зміною:
- конфігурації (круглі, прямокутні, восьмикутні);
- товщини плити (2–2,5 м);
- заглиблення фундаментної плити відносно поверхні землі з урахуванням пригрузу та без нього (до 3 м).
Розрахунок споруди виконували з урахуванням спільної роботи ґрунтової основи.
Відповідно до геологічних вишукувань визначено жорсткість ґрунтового масиву під підошвою фундаменту. Ці значення застосовано у вигляді коефіцієнтів постелі C1 і C2. У розрахунковій схемі також використовувалися законтурні кінцеві елементи (КЕ 53), що дали можливість урахувати пружну основу ґрунту за межами фундаментної плити.
Для більш правдоподібної роботи спряження фундаменту та тіла вітряка прийнято рішення моделювати цей вузол із застосуванням абсолютно жорстких тіл.
На побажання замовника виконано конструювання плити у двох варіантах: з розташуванням робочих стрижнів в ортогональному напрямку та з розташуванням робочих стрижнів у радіальному напрямку. Остаточний варіант армування мав комбінований вигляд:
- основна й додаткова арматура біля верхньої та нижньої граней плити ∅ 25 з кроком 200 мм; розташування стрижнів — ортогональне;
- додаткова арматура біля верхньої грані плити ∅ 36 з кроком 200 мм; розташування стрижнів — радіальне.
Використання ПК ЛІРА-САПР дало змогу розв’язати низку таких задач:
- обчислити оптимальну товщину фундаментної плити, що залежить від її геометрії в плані, маси надземної частини конструкції, вітрових і сейсмічних впливів та прийнятого варіанта армування;
- визначити зусилля від сейсмічного впливу (розрахунок виконано на основі спектрального аналізу);
- виконати розрахунок споруди з урахуванням спільної роботи каркаса і ґрунтової основи;
- визначити деформації фундаменту та крен башти;
- виконати розрахунок конструкції на міцність і законтруювати фундаментну плиту з урахуванням регіональних нормативних документів.
директор ЛІРА ПРОЄКТ — спеціальність «Будівельні конструкції, будівлі та споруди»
кандидат технічних наук — спеціальність «Будівельні конструкції, будівлі та споруди»
Академік АСУ, кандидат технічних наук — спеціальність «Будівельні конструкції».
