超高性能混凝土（UHPC）疲劳和耐久特性

　　超高性能混凝土（UHPC）在疲劳和耐久性方面具有令人印象深刻的特性，似乎非常适合用于风力发电塔的建造。一项分为两步的可行性研究提出了一种具有可行性的风力发电塔设计。首先，基于梁理论的有限元模型用于定义结构的整体几何形状。然后，对该模型进行局部验证，以确保结构细部受力满足要求。最后，施工阶段展示了在与预应力结合时，这种材料在施工过程中的优势。

　　全球风能容量目前达到200GW并持续增长，风能正逐渐成为未来的主要能源之一。为了确保与传统能源的竞争力，人们正在加紧提高生产力和效率。当前的趋势是建设海上风电场，以充分利用最佳的风能条件。这需要在复杂环境下承受重载的大型结构，传统材料如钢铁或混凝土在设计时存在困难。迄今为止，风力发电塔，作为结构的主要部分，几乎完全由钢铁制成。而使用超高性能混凝土作为风力发电塔的搭建材料，该材料在疲劳和海上环境下显示出优越的特性，可能会带来突破。它可能是一种比钢铁或混凝土更适应的材料，并且可能推动当前的海上风力发电建设。

　　多年来，UHPC在桥梁和海洋结构上的疲劳性能进行了研究。这种复杂的现象直接由材料上的循环和重复载荷引起。尽管决定性的研究仍在不断发展中，但一些初步但重要的结论可以得出。一方面，UHPC在压缩状态下的疲劳行为通常被认为是优越的，直到设计压缩应力达到为止。另一方面，当应力超过材料的设计拉伸应力的0.5到0.6倍时，拉伸状态下的疲劳行为变得困难。此外，如果模板的施工足够好，UHPC在两个预制构件的连接级别表现良好。关于前面提到的三个标准，UHPC结构在疲劳方面的可靠性主要在材料在压缩状态下的表现上得以实现。换句话说，和传统混凝土一样，UHPC必须设计为压缩状态，其在拉伸状态下的优异性能受到疲劳限制的制约。此外，疲劳是目前离岸风力涡轮机安装的主要限制之一。假设设计师提供的结构在大部分时间内处于压缩状态，UHPC的固有特性显然比传统材料如普通强度混凝土或钢铁更具优势。

　　耐久性主要指环境对材料的直接影响。与传统材料相比，对比实验环境中的UHPC表现出有趣的特性，这些环境与海洋环境非常相似。例如，许多研究专注于氯离子渗透、磨损、碱-硅酸反应、冻融和剥落抵抗等方面。这些研究表明了UHPC材料对其周围环境的适应性。一些研究甚至表明，在更为恶劣的条件下，UHPC的性能可能会增强。此外，UHPC是一种部分水化的材料。当置于水环境中时，其水化作用增加，从而降低其本已很低的多孔性，这可以通过其超高密度的C-S-H结构解释。UHPC中较高的水化速率还可以延缓碳化作用。这些特殊的方面可能会对未来海洋结构的设计产生重要影响。将钢材替代为UHPC可以消除任何腐蚀问题，并延长海洋结构的使用寿命。然而，这些假设需要通过额外的系统研究来确认。

　　UHPC塔楼设计参数

　　根据常见的规范，UHPC设计参数的取值如下表所示。

　　设计荷载

　　塔杆上作用的荷载按照静态但保守的值进行考虑（见下图）。这种方法的优点是避免了复杂的空气弹性模型来考虑涡轮机的动力学。

　　下表中给出的值相对于陆上条件，并经由美国国家可再生能源实验室（NREL）和Det Norske Veritas（DNV）的专家验证。

　　C=1, ρ =1.23 kg/m3, h0= 0.05 m，V50(10） = 26 m/s.

现在比较常用的有UHPC盖板，UHPC外墙挂板等。