CN101305143A - 塔形结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有环形横断面的塔形结构，至少包括以下部分：一个部分管(1)或多个同心地叠置的部分管(1)；其中至少一个部分管(1)由至少三个扇形管段(2)构成；至少一个部分管(1)的扇形管段(2)通过夹紧装置，以下称作扇形段夹紧装置，彼此预紧；以及所述部分管(1)具有至少沿轴向作用的且沿至少一个水平接缝(5)上分布的夹紧装置，下面称作部分管夹紧装置；扇形管段(2)和由扇形管段组合而成的部分管(1)在其接合边缘上形成具有空隙(9)的接缝(3)；其中接缝(3)的空隙(9)至少部分地用一种接缝填充材料(8)加以填充；其中接缝(3)允许相邻的扇形管段围绕接缝轴线的一定的、基本上无强制性的扭转。

Description

塔形结构
技术领域
本发明涉及一种管状塔形结构，该塔形结构具有一个环形横断面，由多个相同形状的结构部分组合而成。
背景技术
例如都知道，用于风能设备或电信设备的塔形结构都是用钢制部件制成的，其中这些塔形结构的外壁是用弧形钢板做成的，然后将许多部分管彼此套置起来，借以形成整体的塔形结构。各个部分管然后利用法兰而彼此连接起来。此外也已知的是，这种塔形结构可用钢筋混凝土在现场配以滑升或滑移模板加以制造，或者用钢筋混凝土元件加以制造，其中在浇灌混凝土之前必须及时将铠装安置好。这种铠装在制造上是费时和费钱的。此外，即使是准确测量过的铠装也不能防止由于挤压而产出的裂纹，而只能控制裂纹的数量和裂纹宽度。
发明内容
本发明的任务是提出这样一种塔形结构，这种塔形结构可以减少塔形结构上因热作用所造成的挤压，从而减小形成裂纹的倾向，以及可使用纤维混凝土。此外，所提出的支承结构可用简单的、便于运输的和尽可能同类的结构部件组成，这些部件都可大批量制造。
上述任务是通过独立权利要求中所述特征加以解决的。本发明的各项有利的发展是各项从属权利要求的主题。
发明人认为，可以用纤维混凝土预制件制造出具有环形横截面的塔形结构。为此，整个塔形结构被分成为若干个部分管，这些部分管本身也是由多个扇形管段组成的，这些扇形管段则是用混凝土最好是纤维混凝土预制成的。在生产厂或在工地上将各个扇形管段拼合成一个整体的环。相同的部分管的扇形管段之间的接缝具有一定的围绕接缝轴线的扭转能力。为了让这一部分管的结构获得稳定性，须沿着切线方向安置永久性的夹紧装置，这些夹紧装置将各个扇形管段保持在一起而成为一个部分管。将多个部分管叠置起来，便可构成整个塔形结构。各个部分管之间的接缝再用接缝填充材料加以填充，然后通过垂直的夹紧装置将这些部分管夹合起来。借助这种构成形式，沿着圆周因热作用所产生的挤压便可忽略并且因而对于铠装不起决定性作用。
有利之处是，将一个环形横断面的垂直接缝置于其下方的一个环形横断面的垂直接缝的延长部之中。环形夹紧装置可以布置在外面，也可以布置在内面，可结合或不用结合。垂直接缝或所谓的铰接接缝使得在两个相邻的扇形管段之间围绕接缝的轴线产生一种相对无挤压的扭转。与此同时，铰接接缝可确保在两个相邻的扇形管段之间实现推力和法向力的传递。在水平截面中的铰接作用通过接缝填充材料要么经过相邻的扇形管段之间的平面的接触面；通过模制件例如通过横向力心轴或通过一个插入的旋转轴；通过匹配精确的造型；通过部分地匹配精确的造型；或者通过所采取的这些措施的一种组合实现。
接缝区域中的扇形管段的闭合因此也可以用单独制造的模制件来加以实现。这些模制件可用与扇形管段相同的材料制成，或者用一种与扇形管段不同的最好有抵抗能力的材料(如超高压碳UHPC)制成。这些模制件可预先布置到模板中，或者事后利用粘接剂或灰浆布置到扇形管段的端面上。这样，在一种平面的接缝的情况下，垂直截面中的推力传递可通过接缝填充材料、通过横向力芯子、通过配合精确的或部分地配合精确的造型或者上述措施的组合得到确保。作为接缝填充材料可优选使用粘接剂、灰浆或薄膜。特别是，也可以在接缝横截面上有变化地选择接缝填充材料的性质。也可采用不同的接缝填充材料。在接缝的横截面的局部表面上也可以放弃接缝填充材料。
水平接缝可以相似于垂直接缝或铰接接缝予以成形。
通过这种结构，塔形结构由于在边界上铰接地形成的接缝、特别是垂直接缝，在横截面上基本上是静态地确定的，而不会影响到整个塔形结构的承载性能特别是强度、变形和稳定性。此外，在采用纤维混凝土的情况下的有利的是，可以省去为每个塔形区段单独制作的钢铠装的费事的制造及费事的装配。这种结构与常规的用混凝土所制造的塔形结构相比，其形成裂纹的倾向要小得多，而且由于采用了相对小的和成批预制的部件而能以大的精确性加以制造。
依据上述基本构思，本发明人提出一种具有环形横断面的塔形结构，该塔形结构包括一个或多个同心地叠置的部分管，其中至少一个部分管是由至少三个扇形管段构成；此外，至少一个部分管的扇形管段通过夹紧装置(下面称为扇形段夹紧装置)彼此预紧，所述部分管具有至少沿轴向作用的且沿至少一个水平接缝分布的夹紧装置(下面称为部分管夹紧装置)。各扇形管段和由这些扇形管段组合而成的部分管在其接合边缘上形成具有空隙的接缝，这些接合边缘至少部分地是如此形成的，使得它们能够直接地或者利用一个辅助的模制件实现一种形锁合的连接，这种连接沿至少一个方向发生作用，从而使得接缝的空隙至少部分地可用一种接缝填充材料加以填充。
优选可将塔形结构如此地加以设计，使得至少两个扇形管段之间的至少一个接缝沿垂直方向延伸。另一方面也存在这样的可能性，也就是将这种接缝设计成倾斜的，使得能产生接缝的螺旋状延伸。此外，也可以将两个部分管之间的至少一个接缝沿水平方向布置。
按照塔形结构的一个特殊的实施变化方案，垂直的和/或水平的接合边缘可至少部分地如此加以设计，使得它们可直接地或利用附加的模制件形成一种形锁合的连接，这种连接沿着至少一个方向发生作用。通过各个扇形管段之间的这种形锁合连接就可获得比简单的平坦的接缝情况下更高的强度、尤其是获得更高的抗剪强度。这种形锁合性的连接的成型是众所周知的，原则上在此方案中没有限制，不过最好还是如此设计，使得通过扇形管段的简单浇铸便能实现制造。
就部分管夹紧装置而言，可使这些部分管夹紧装置至少部分地在部分管或扇形管段的壁内部延伸，不过还有这样的可能性，就是将所述部分管夹紧装置布置在部分管的壁外面。部分管夹紧装置可以至少部分地与部分管相结合地协同作用。
就扇形管段的夹紧装置而言，同样有这种可能性，就是可以使这些夹紧装置至少部分地在部分管的壁内延伸，不过有利的做法可能是，特别在制造工艺上说，将这些扇形段夹紧装置至少部分地布置在部分管的壁外面。这些扇形段夹紧装置可以至少部分地与扇形管段结合发生作用。
作为接缝填充材料，最好至少在一些接缝中使用弹性填充材料，其中必须指出的一点是，不同的接缝也可具有不同的填充材料。作为填充材料例如可使用粘接剂、灰浆或者薄膜。按一个特定的实施例，甚至还可以如此地设计接缝填充材料，使得它在被填充的接缝的横断面上具有不同的性质。
就塔形结构上的接缝布置而言，本发明在一个特别有利的变体中提出：部分管的在垂直方向上沿着壁延伸的接缝彼此对齐地加以布置。
此外还建议，所述形锁合连接至少部分地在各扇形管段之间具有相互啮合的轮廓。还有一个可能性，即所述形锁合连接至少部分地在各扇形管段之间具有彼此互补的或不互补的轮廓。
一种形锁合连接的另一个可能性在于：在扇形管段之间设计一个附加的模制件形成一个槽-榫-连接。这就是说，两个彼此对接的扇形管段各自具有一个槽，在此槽中嵌置了一个附加的模制件，借以防止扇形管段相对移动。在此有利的做法是：这种模制件用与扇形管段相同的材料制成，因为这样就可事先排除由于不同膨胀系数而产生的问题。如果这个问题并不特别重要，更多地是对这种模制件要求一种特定的抗拉强度，例如同时也把这种模制件用作为夹紧装置的话，则模制件最好用金属制造。
特别有利的是，扇形管段用纤维混凝土制造，因为通常不需特定的铠装。不过，应指出一点：在本发明的范围内也包含这种做法，就是当为了提高强度时或者当仅用钢筋混凝土制造这些扇形管段时，也在扇形管段中加入辅助性的铠装。这种辅助性的铠装若仅被安置在与接缝相邻的区域中，那么是特别有利的。就塔形结构的设计而言，在本发明范围内也可能有利的做法是：至少在塔形结构的一端放弃垂直接缝，这就是说使用一个没有这种类型的接缝的构件，例如它可以按常规方法制造。
塔形结构本身以及与之相关的部分管例如可以设计成圆筒形或锥体形的。从原则上说也可以将各部分管叠置起来，这些部分管当然都是呈圆筒形的，而随着其高度不断增大而其半径逐渐减小。这样，在各个部分管的碰接点上就会产生相应的凸缘。
本发明的塔形结构例如可以是一种风力设备或一种通信设备或一种灯塔的一部分，它也可以用于烟囱或冷却塔的构建。
附图说明
下面将参照附图，就一些优选的实施例对本发明做详细说明，依此，仅示出对理解本发明所需要的特征。在不同的图中，相同的部分都用相同的标记参考代号表示。
附图分别表示：
图1由扇形圆筒段组成的一个部分圆筒体的组合的三维视图；
图2配有环形夹紧装置的部分圆筒体；
图3配有垂直夹紧装置的由三个部分圆筒体组成的管体结构；
图4两个扇形圆筒段之间的一个接合边缘的水平横断面的局部视图；
图5属于图4的一个垂直截面；
图6按槽-榫-原理，两个扇形圆筒段之间的一个接缝的水平截面；
图7图6中所示接缝的垂直截面；
图8两个扇形圆筒段之间的垂直接缝，在接缝中配有圆筒状的模制件；
图9图8中所示接缝的垂直截面；
图10两个扇形圆筒段之间的垂直接缝，扇形圆筒段的接合边缘互补成型；
图11图10中所示接缝的垂直截面；
图12两个扇形圆筒段之间的接缝的水平截面，具有不同成型的和彼此啮合的接合边缘，附带还在接合边缘区域中配有铠装；
图13图12中所示接缝的垂直截面。
具体实施方式
在图1至3中示出本发明的塔形结构的基本构造，其中应指出的一点是：在这一实施例中只示出一种圆筒形的塔形结构，但是也可以建立与之相似的锥形的塔形结构。同样地也可以设计出一种具有向上逐渐缩小的部分圆筒体的塔形结构。图1示出由三个扇形圆筒段2组合而成的部分圆筒体1的三维视图。在扇形圆筒段2之间形成接缝3，所述接缝通过一种适当的接缝填充材料加以填充。这里所示见图2中绘出的扇形圆筒段严密地彼此压紧，并用多个环形的夹紧装置4保持在一起。这些环形的夹紧装置4确保整个部分圆筒体1的牢固保持，于此当然经过接缝3(亦称作铰接接缝)而存在一定的围绕接缝轴线的扭转能力。
为了构成整个塔形结构，将多个如图2所示的这种部分圆筒体叠置在一起，从而获得一个如图3中所示的完整的塔形结构。不过应指出，塔形结构的构成也可以通过各个单个扇形管段的接连的组装来实现。并不一定先制成部分管且将之预先叠置起来，重要的是总的结构设计。此外还应指出，塔形结构也可以仅由唯一一个部分管构成。
为了保证配合作用，特别涉及到拉应力，在各个部分圆筒体1之间嵌置垂直的夹紧元件6，这些夹紧元件将各个部分圆筒体彼此连接起来。在此可以使用例如这样的夹紧元件，这些夹紧元件可达到塔形结构的整个高度，并将所有的部分圆筒体彼此连接起来。当然还有这样的可能性，就是使用相当短的、垂直的夹紧元件，这些夹紧元件只能将少数几个但至少两个部分圆筒体彼此连接起来，或者将一个部分圆筒体锚定在塔形结构基座上。通过上下的部分圆筒体的交互连接便可整体地将所有的部分圆筒体彼此连接起来。
如此实施例所示，在各个部分圆筒体之间水平延伸的接缝5也可以设计成平坦的，如扇形圆筒段的垂直接缝3那样，其中在水平接缝中可加入一种接缝填充材料。
由于这种塔形结构的构造，在各单个扇形圆筒段之间存在着围绕垂直接缝3的接缝轴线的一定扭转能力，从而可减小塔形结构中特别因热作用所引起的挤压现象，并降低裂纹形成倾向。
在接下来的图4至13中，示出接缝设计的几个不同的示例，其中这些附图当然只局限于各个扇形圆筒段之间的垂直接缝，当然在本发明的范围内对各个部分圆筒体之间水平延伸的接缝也可使用相同的或相似的接缝结构。与垂直接缝不同的是，在水平接缝的条件下，相相邻的部分圆筒体之间的扭转能力只起次要的作用。
图4示出两个扇形圆筒段2之间的一条接缝3的一个水平横断面。该接缝3是设计成完全平坦的，在接缝空隙9中嵌置了一种填充材料8，该填充材料适用于各个扇形圆筒段之间的优选铰接的连接。在此情况下，只有环绕的环形夹紧装置4和结构的筒体几何形状与填充材料的抗剪强度相结合，以防止各个扇形圆筒段的横向移动。
图5示出如图4中所示的同一接缝3，然而以垂直的截面表示。由此还可看出，接缝3只具有一种平坦的结构。
在各单个扇形圆筒段之间结合一个辅助的模制件的形锁合连接的一个示例在图6和7中示出。图6表示一条垂直接缝3的相邻环境中的详细视图的一个水平横断面。这两个扇形圆筒段2各自具有一个槽10，模制件7嵌入所述槽中。留下的空隙则用接缝填充材料8加以填充。由于模制件7的几何布置，就能良好地确保两个扇形圆筒段防止沿着径向的相对横向位移，所以通过接缝填充材料8基本上可确保所述连接围绕接缝3的轴线的扭转能力，而不必一定要具有强大的附着性能。
图7表示图6所示的接缝，不过是以一个垂直截面表示的。在此可以看出：在垂直方向中另布置了一些槽，在这些槽中也同样嵌入模制件7，这些模制件的功能基本上都是防止扇形圆筒段之间的垂直位移。在这里，在模制件7的周围的空隙9中也嵌置了接缝填充材料8。
代替图6和7中的实施形式中所使用的设计成扁棒状的模制件7，例如也可以使用一种圆棒，如图8和9的例子中所示。扇形圆筒段的接合区域中垂直延伸的槽10在这里是设计成半圆形的，在其中嵌置了一个圆棒状的模制件7。这种连接还可承受径向方向上的高横向力，同时可允许围绕接缝3的轴线的一定扭转能力。图9又表示图8中的接缝3的垂直截面，其中可看出，模制件7不超过扇形圆筒段的总高度，而只是设置在一个区段上。
在图10和11中示出扇形圆筒段之间的一种形锁合的接缝连接的另一个例子。图10示出一条垂直接缝3范围内的一个横断面，其中在上方示出的扇形圆筒段2的区域内设计一个大致呈半圆形的槽10，而在下方示出的扇形圆筒段2上则成形出一个互补性的半圆形的凸起部12。在接缝空隙9中也嵌入了接缝填充材料8。
在此所示的实施例中，这种形锁合的接缝连接不在扇形圆筒段的总高度上分布，只分布在一个区段上，如图11中所示，该附图示出这一接缝的垂直截面。通过这一实施形式还可附带地达到扇形圆筒段之间的一种形锁合的连接，这种连接不仅沿着径向导致实现一种形锁合，而且可沿轴向在各扇形圆筒段之间实现一种形锁合。
本发明的塔形结构的另一项细节特征见图12和13中所示。图12示出两个扇形圆筒段2，在水平横截面的接缝部位内，上部的扇形圆筒段2在接缝3处也具有一个半圆形槽10，对置的扇形圆筒段2的一个梯形凸起部12啮合到该槽中。通过接缝部位中的这种成型方式，还可以达到围绕接缝3的轴线的一定扭转能力，其中同样地在接缝空隙中也可嵌入接缝填充材料8。为了加固扇形圆筒段的边缘部位，附带地还在扇形圆筒段中加入一种铠装11，以使扇形圆筒段的边缘部位能经受更高的负荷。
图13再次示出图12中所示的接缝，不过是以垂直截面表示的。如图12所示一样，在这里也给出沿垂直方向的附加形锁合，在这种形锁合中槽部位与扇形圆筒段的另一侧上的相应凸起部仅在扇形圆筒段的总高度的一部分上分布，从而再次形成一种形锁合。
不言而喻，本发明的上述特征不仅可用于所述的结合设计，而且还可用于其它结合设计，或者用于单项设计，都不致偏离本发明的范围。
附图标记清单
1  部分圆筒体
2  扇形圆筒段
3  扇形圆筒段之间的接缝
4  环形夹紧装置
5  部分圆筒体之间的接缝
6  垂直的夹紧件
7  模制件
8  接缝填充材料
9  自由的接缝空隙
10 槽
11 铠装
12 凸起部

Claims (38)

1.具有环形横断面的塔形结构，至少包括以下部分：
一个部分管(1)或
多个同心地叠置的部分管(1)；
其中
至少一个部分管(1)由至少三个扇形管段(2)构成；
至少一个部分管(1)的扇形管段(2)通过夹紧装置，以下称作扇形段夹紧装置，彼此预紧；以及
所述部分管(1)具有至少沿轴向作用的且沿至少一个水平接缝(5)分布的夹紧装置，下面称作部分管夹紧装置；
扇形管段(2)和由扇形管段组合而成的部分管(1)在其接合边缘上形成具有空隙(9)的接缝(3)；其中
接缝(3)的空隙(9)至少部分地用一种接缝填充材料(8)加以填充；其中
接缝(3)允许相邻的扇形管段围绕接缝轴线的一定的、基本上无强制性的扭转。
2.按权利要求1所述的塔形结构，其特征在于：在至少两个扇形管段(2)之间的至少一个接缝(3)在垂直方向上延伸。
3.按权利要求1或2所述的塔形结构，其特征在于：在至少两个扇形管段(2)之间的至少一个接缝(3)倾斜延伸。
4.按上述权利要求1至3中任一项所述的塔形结构，其特征在于：在至少两个部分管(2)之间的至少一个接缝(3)沿着水平方向延伸。
5.按上述权利要求1至4中任一项所述塔形结构，其特征在于：垂直的和/或水平的接合边缘至少部分地如此设计，使得它们直接地或者利用一个辅助的模制件(7)形成一种形锁合的连接，这种连接在至少一个方向上起作用。
6.按上述权利要求1至5中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所述部分管夹紧装置至少部分地在部分管(1)的壁内部延伸。
7.按上述权利要求1至6中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所述部分管夹紧装置至少部分地在部分管(1)的壁外部延伸。
8.按上述权利要求1至7中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所述部分管夹紧装置至少部分地与部分管相结合。
9.按上述权利要求1至8中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所述部分管夹紧装置至少部分地不与部分管相结合。
10.按上述权利要求1至9中任一项所述的塔形结构，其特征在于：扇形段夹紧装置至少部分地在部分管(1)的壁内部延伸。
11.按上述权利要求1至10中任一项所述的塔形结构，其特征在于：扇形段夹紧装置至少部分地在部分管(1)的壁外部延伸。
12.按上述权利标1至11中任一项所述的塔形结构，其特征在于：扇形段夹紧装置至少部分地与部分管相结合。
13.按上述权利要求1至12中任一项所述的塔形结构，其特征在于：扇形段夹紧装置至少部分地不与部分管相结合。
14.按上述权利要求1至13中任一项所述的塔形结构，其特征在于：接缝填充材料(8)至少在几个接缝(3)中设计成有弹性的。
15.按上述权利要求1至14中任一项所述的塔形结构，其特征在于：不同接缝(39)具有不同的接缝填充材料(8)。
16.按上述权利要求1至15中任一项所述的塔形结构，其特征在于：至少部分地使用粘接剂作为接缝填充材料(8)。
17.按上述权利要求1至16中任一项所述的塔形结构，其特征在于：至少部分地使用灰浆作为接缝填充材料(8)。
18.按上述权利要求1至17中任一项所述的塔形结构，其特征在于：接缝填充材料(8)至少部分地用薄膜制成的。
19.按上述权利要求1至18中任一项所述的塔形结构，其特征在于：接缝填充材料(8)在被填充的接缝(3)的横断面上具有不同的特性。
20.按上述权利要求1至19中任一项所述的塔形结构，其特征在于：部分管(1)的在垂直方向上沿着壁延伸的接缝(3)彼此对齐地布置。
21.按上述权利要求1至20中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所述形锁合连接至少部分地在扇形管段(2)之间具有相互啮合的轮廓。
22.按上述权利要求1至21中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所述形锁合连接至少部分地在扇形管段(2)之间具有彼此互补的轮廓。
23.按上述权利要求1至22中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所述形锁合连接至少部分地在扇形管段(2)之间具有彼此嵌接的非互补的轮廓。
24.按上述权利要求1至23中任一项所述的塔形结构，其特征在于：在扇形管段(2)之间采用形锁合连接的情况下，通过辅助的模制件(7)形成一种槽-榫-连接。
25.按上述权利要求1至24中任一项所述的塔形结构，其特征在于：用于扇形管段(2)之间形锁合连接的、必要时存在的模制件(7)由与扇形管段(2)相同的材料制成。
26.按上述权利要求1至25中任一项所述的塔形结构，其特征在于：用于扇形管段(2)之间形锁合连接的、必要时存在的模制件(7)由与扇形管段(2)不同的材料制成。
27.按上述权利要求1至26中任一项所述的塔形结构，其特征在于：扇形管段(2)是用纤维混凝土制成的。
28.按上述权利要求1至27中任一项所述的塔形结构，其特征在于：扇形管段(2)至少在与接缝相邻的区域内具有一铠装(11)。
29.按上述权利要求1至28中任一项所述的塔形结构，其特征在于：扇形管段(2)仅在与接缝相邻的区域内具有一铠装(11)。
30.按上述权利要求1至29中任一项所述的塔形结构，其特征在于：在塔形结构的至少一个端部上放弃垂直接缝。
31.按上述权利要求1至30中任一项所述的塔形结构，其特征在于：在各开口区域内放弃垂直接缝。
32.按上述权利要求1至31中任一项所述的塔形结构，其特征在于：在辅助部分区域内放弃垂直接缝。
33.按上述权利要求1至32中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所使用的部分管(1)的至少一部分设计成圆筒形的。
34.按上述权利要求1至33中任一项所述的塔形结构，其特征在于：所使用的部分管(1)的至少一部分设计成锥形的。
35.按上述权利要求1至34中任一项所述的塔形结构，其特征在于：该塔形结构是风力设备的一部分。
36.按上述权利要求1至34中任一项所述的塔形结构，该塔形结构是通信设备的一部分。
37.按上述权利要求1至24中任一项所述的塔形结构，其特征在于：该塔形结构设计为烟囱。
38.按上述权利要求1至34中任一项所述的塔形结构，其特征在于：该塔形结构是设计为冷却塔。
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