近日，在山东德州乐陵市，全球首台165米级轮毂高度预应力钢管混凝土格构式塔架样机工程完成安装。该塔架由重庆大学周绪红院士和王宇航教授团队于2018年原创提出结构概念，并开展了历时4年的理论攻关，突破了角部钢管混凝土构件复杂受力机理、节点疲劳损伤机理、整体结构在压弯剪扭耦合荷载下的破坏机制等关键科学问题，建立了钢管混凝土构件在单轴往复及压弯剪扭耦合荷载下的分析方法、提出了钢管混凝土加劲环T形管板节点疲劳性能分析方法、建立了预应力钢管混凝土格构式塔架结构精细化高效计算方法。该塔架样机工程由中国船舶集团海装风电股份有限公司牵头完成实施。
目前，我国陆上风电面临单机容量不断增大、轮毂高度显著提升、叶片长度持续增加等趋势，塔架结构是保障风电机组安全运行的关键。风电机组的轮毂高度超过160米后，传统塔架结构尺寸和重量大、综合成本高，已难以适用。预应力钢管混凝土格构式塔架下部受力较大区域为钢管混凝土格构柱，由四根钢管混凝土角柱和交叉斜向空钢管焊接而成，钢管混凝土角柱中施加竖向通长的预应力筋；上部受力较小区域仍然采用传统钢结构塔筒。由于各杆件主要承受轴向力，可充分发挥材料的强度，在角柱中施加预应力可有效避免其受拉时钢管内混凝土的开裂问题。
预应力钢管混凝土格构式塔架结构具有材料利用率高、受力效率高、工业化建造程度高、供应链体系完善等优势，在高轮毂、大容量风电机组条件下具有显著优势，可大幅降低风电场开发建设成本，有效促进陆上低风速高切变区域风资源的高效利用。预计该样机每年将产生超过1240万千瓦时清洁电力，节约标煤约0.4万吨，减少碳排放约1.2万吨。未来，团队将进一步对该塔架结构开展性能提升和优化设计研究，加快推进产业化进程，支撑我国风电能源安全高效开发。
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