CN102859098B - 具有预应力混凝土柱的塔及其建筑方法 - Google Patents

Abstract

一个带有墙体的空心柱(10)，竖立的内部空间围绕着这个墙体。预应力钢缆(15)包括钢筋束(1)和两个预先装配的钢缆终端(20)。每个钢筋束容纳在各自的带有防护物(3)的夹套(4)里。每个钢缆终端包括用以锚固每个预应力钢缆上的各个钢筋束的块状物(30)，由块状物后面的防护物填充的腔(31)并且在块状物对面关闭所述腔的密封系统。预应力钢缆上的各个钢筋束穿过密封系统延伸并且具有在腔内被中断的夹套。所述预先装配的预应力钢缆被安装在空心柱的内部空间里，随附每个钢缆的两个终端倚靠着提供在空心柱的上部和下部的桥台部件(25)。然后所述预应力钢缆能被拉紧。

Description

具有预应力混凝土柱的塔及其建筑方法

发明背景

现有涉及塔或杆的建筑的发明具有预应力墙体。

大多数现存的混凝土塔是预应力的，所述预应力利用金属电枢穿过用水泥浆注射的管道。这种方法的缺点在于当水泥被注射和变硬时的冻结敏感性。这使得当环境温度在低于大约5℃(摄氏度)时的注射步骤十分难弄。通常，使用内部预应力，即容纳电枢的管道在塔墙体的混凝土里延伸。这会提高当注射水泥浆时穿过电枢和保证管道适当密封性的难度(见例如美国专利No.7,114,295)。

某些塔，尤其是用于风力发电机的塔，具有配装外部预应力钢缆的混凝土空心柱，所述外部预应力钢缆具有由绳索制成的电枢，所述绳索能在没有水泥浆注入的情况下在各个夹套里滑动。有一个例子被公开在欧洲专利No.1262614中。此类电枢的缺点在于，由于它们不同的热膨胀系数，使金属绳索和其塑料夹套之间发生重要的差动移位(在塑料和钢铁之间达到10或更多的因子)。然后有必要采取特别措施，尤其是当钢缆很长并且温度变化范围很大时，以便避免损害夹套，当它们膨胀太多或当夹套收缩太多时暴露金属绳索以致腐蚀时。

大体上，为水泥塔的环形墙体安装预应力钢缆是相对复杂的操作。期望可以使之更简单并且做到在这种建筑工地会经历到的各种天气条件下执行它。如此简化增加了生产力，尤其感兴趣的是当必须建造许多塔时，例如风车农场的情况。

本文介绍一种减轻或至少降低以上讨论到的难点的技术。提出一种建塔方法，包括：

-竖立空心柱，所述空心柱具有围绕内部空间的环形墙体，随附位于所述空心柱的上部和下部提供的桥台部件；

-预先装配预应力钢缆，所述预应力钢缆包括钢筋束和两个钢缆终端，每个钢筋束容纳在各自的带有防护物的夹套里，每个钢缆终端包括用于锚固每个预应力钢缆里的钢筋束的块状物，腔，所述腔在所述块状物的后面由防护物填充，以及密封系统，所述密封系统在块状物的对面闭合所述腔，所述预应力钢缆的每个钢筋束穿过所述密封系统延伸并且具有在所述腔里被打断的夹套。

-把预先配置的预应力钢缆安装到空心柱的内部空间里，通过沿所述环形墙体分布它们的方式，所述每个钢缆的两个终端倚靠空心柱的上部和下部的桥台部件；并且

-拉紧预应力钢缆。

预先配置的预应力钢缆使在地平面上执行安装预应力钢缆的必要的主要操作成为可能。所述钢缆终端被预装备有钢筋束并且与所述密封系统一起提供钢筋束的裸露断的保护。

更优地，每个钢筋束包括金属线缆，所述金属线缆互相润滑并为穿过防护物的钢筋束的夹套润滑，并且所述夹套与所述线缆纵向耦合以便跟上所述线缆的宏观变形。这极大地限制了金属线缆与其夹套之间长度的不同，即使在重要的温度变化面前。这导致更好的夹套耐用性和更好的密封系统效能。尤其，所述容纳在钢筋束的夹套里的和/或容纳在所述钢缆终端的腔里的防护物可以是蜡制的。这种物质的优点在于，当安装预应力钢缆并拉紧它们时，它能通过加热可塑而被容易地制造。

所述钢筋束的夹套可以在所述钢缆终端之间被遗留暴露在环境中。然后，为在空心柱内的预应力钢缆的钢筋束安装和注射集体的护套的步骤被省去并且安装被简化了。当拉紧的钢缆上的钢筋束在其两终端之间自由延伸时，进一步简化被获得。

为了预先安装的预应力钢缆的相对简单的安装，可以按如下步骤操作：举起所述钢缆以便将其终端之一带到靠近位于空心柱上部的桥台部件处；引入所述终端的所述桥台部件穿过在所述桥台部件里提供的孔；把环形物连接到所述桥台部件上并且在所述孔周围靠着所述桥台部件应用所述环形物。

本发明的另一个方面在于涉及塔，所述塔包括具有围绕内部空间的环形墙体的空心柱，位于所述空心柱的上部和下部的桥台部件，以及预应力钢缆，所述预应力钢缆把它们沿环形墙体分散并且沿空心柱在内部空间延伸。每个预应力钢缆包括至少一个钢筋束和两个钢缆终端，所述钢缆终端与位于所述空心柱的上部和下部的桥台部件合作。每个钢缆终端包括锚块，腔，所述腔在所述锚块的后面被蜡填充，和密封系统，所述密封系统在所述锚块的对面闭合所述腔。每个钢筋束伴随防护物被容纳在各自的夹套里，所述夹套延伸穿过在每个钢筋束的末端的钢缆终端里的所述密封系统，并且在所述终端的腔里被打断以使所述钢筋束被持有在所述锚块里。

在此披露的所述方法和塔的其它特征和优点将从以下对非限制性实施例的描述中变得显然，并参考附图。

附图说明

图1是本发明所述的水泥塔的原理剖视图。

图2是本发明所述的用于钢缆以预应力水泥塔的钢筋束的横截面视图。

图3是本发明所述的预应力钢缆的钢缆终端的轴截面视图。

优先实施例的描述

图1阐明了包括水泥柱10的塔式结构的原理。在图中所示的尺寸和比例是不精确的。空心柱10的墙体是由多个堆放在柱基12上的水泥段11组成的。柱基12是由例如钢筋混凝土做成的。

空心柱10的墙体围绕内部空间，每个水泥段11具有环形形状。空心柱的横截面可以是多边形的，圆形的，椭圆形的，带圆角的多边形的，等等。在说明书中，所述横截面从空心柱的底部到顶部被简化。每个水泥段11可以由多个水泥单元沿着空心柱的圆周并列地并且结合在一起地组成。粘结材料例如水泥或树脂也在两个邻近水泥段11之间的水平界面呈现。

预应力钢缆15被布置在沿着混凝土墙体的内部空间里并且因此从塔的外部是不可见的。所述预应力钢缆15被用来保持混凝土单元在一起并且确保塔对弯曲力的抵抗。它们大体上超过空心柱10的高度在下部的锚定领域16和上部的锚定领域17之间延伸。在插图的实施例里，下部锚定领域16属于柱基12并且空心柱10的最高的混凝土组件11A具有特别形状以便包括上部的锚定领域17。将被领会的是在空心柱10的上部和下部交错布置的锚固领域也是可行的。

预应力钢缆15是沿着空心柱10的环形墙体的圆周分散式的(只有一个钢缆15在图1的左手边部分被展示出)。钢缆15的编号和分布以及这样的钢缆里的钢筋束1的编号和尺寸是由在竖立空心柱之前的结构设计计算决定的。

每个预应力钢缆15包括多个钢筋束1(虽然原则上可以只有一个钢筋束在每个钢缆里)并且两个钢缆终端20概略地显示在图1里。钢缆15的两个钢缆终端20抵靠在各自的位于空心柱10的上部和下部的桥台部件25上。在有插图的例子中，桥台部件25是上面的锚固领域16，17的一部分，并且它们被提供为嵌入柱基12的混凝土里的和嵌入最高的混凝土组件11A里的金属板。

预应力电缆15的钢筋束1可能是图2中列举的种类，随附一串七根的钢丝被单个的塑料夹套4围绕，例如是由高密度聚乙烯(HDPE)组成的。耐腐蚀材料3与钢丝被容纳在夹套4里以便润滑线缆2与夹套4之间的连接。耐腐蚀材料3也被称为润滑剂和防护物。

更优地，钢筋束1被标注以便夹套4与线纵向耦合。这意味着即使线缆2与夹套4之间的围观位移被润滑剂3促进了，夹套被迫跟随线缆的宏观变形。这个宏观特性对避免线缆2和它们的夹套4的延长的显著性差异很有用。这是由呈现在夹套内表面的螺旋肋导致的，其穿透形成于邻近的外围的线缆之间的螺旋槽。那些肋和那些槽之间的合作允许宏观形变的匹配。调整防护物3的数量以便这个穿透不是太大，这可能导致通过形状附着力把夹套锁定在线缆上并且因此产生在夹套上的剪切力。这样的“半附着”线缆的结构和生产可能是像欧洲专利No.1211350中披露的。每个钢筋束的长度单元中易弯的耐腐蚀材料3的数量被调整以便它填充由在夹套4内的线缆2界定的间隙，换句话说，6个内部间隙5和外部间隙6躺在外部线缆和它的夹套4的内表面之间。外部间隙6的厚度至少是0.05毫米以确保恰当的润滑和受限，其取决于线缆的尺寸，以确保上述宏观特性。

每个钢缆终端20包括锚块30，腔31，所述腔31由耐腐蚀材料填充，以及密封系统32，所述密封系统32在所述锚块的对面闭合所述腔(图3)。腔31被锚块30的内表面限定在第一轴端，横向地被连接到锚块30内表面的硬管34限定并且被限定在锚块15的反向轴端，由密封系统32限定。

在插图的例子里，密封系统32是填料盒形式，备有夹套的钢筋束1以密封方式穿过填料盒并且由于轴向挤压以密封方式压靠在管34的内表面上。密封系统32具有多个平行的硬盘36A至36C，硬盘根据与钢缆15的横截面里的钢筋束1的布置相一致的图案打有孔。这些盘36A至36C能在管34里轴向滑动。具有匹配带孔图案的弹性材料的密封衬垫35被夹在盘36A和36C之间，并且被压缩以确保在钢筋束的塑料夹套周围的和沿着硬管34的内表面的密封活动。最外面的盘36A，位于面向钢缆的主要长度的管34的末端，是在固定位置，通过在桥台倚着转延37形成在管22的末端。其它盘36B和36C持有受压的垫子35以使它们的边缘膨胀并且产生预期的密封性。出于这个目的，控制装置意为与最靠近腔31的最里面的盘36C合作。在图3描述的实施例中，控制装置意为包括环形物40，所述环形物压靠着最里面的盘36C和螺杆41(只有一个在图3中被描述)。螺杆41的第一端压靠在环形物40上，同时，螺旋杆41的第二端穿过各自形成在锚块30里的螺纹孔。每个螺杆41具有从锚块30的外表面43突出的头部42。螺杆41能通过它们的头部42被拧紧穿过螺纹孔的方式被操作，从而控制盘36A至36C的压紧以获得密封功能。人们将会注意到其它密封系统的设计及其控制装置的布置也能被使用。

为了锚固预应力钢缆15的钢筋束1，它们的夹套4被切割以便在钢缆终端20的腔31里被中断，如图3的参考标记T示出的。在钢筋束1末端的赤裸的绳索在锚块30里被稳固地约束着，例如通过frusto-conical狭口45与锚块30里具有的互补孔啮合的方式。

调节管50担保硬管34的外边，靠近邻近锚块30的这个管的末端。轴承环51以螺帽的形式通过拧到形成在调节管50的圆周的互补螺纹上从而附连。螺帽51轴向抵靠着环形轴承表面，所述环形轴承表面形成接收钢缆终端的桥台部件25的一部分。调节管50是，例如，焊接或拧紧在管34上的，同时，锚块30利用螺丝52拧紧到调节管50上，所述螺丝可从锚块的外表面进入。

此外，盖子55被密封在穿孔的块的外表面43上并且利用螺丝56被保持在其之上。盖子55界定腔57，线索的裸露部分的端部位于所述腔里，并且其包括保护这些端部免受腐蚀的弹性物质。

腔57穿过孔58被防护物充满，所述孔提供在盖子55里。腔57与腔31通过形成于锚块30里的通路(未示出)沟通。一旦钢筋束1被装到钢缆终端20上，一旦利用螺杆41的压缩被施加到环形物40上，以及一旦盖子45被密封地装到锚块30上时，两个腔31和57被穿过孔58的防护物填充，所述孔然后靠近插头。

因此，金属绳索2与耐腐蚀物质在整个长度相接触，也就是，在长度的主要部分上的夹套4里和在安装在钢缆端部的两个终端的腔31，57里。

在这里提出的建筑方法里，预应力钢缆15先于被安装到竖立的空心柱10上被安装。预应力能当场被执行。如果外部温度低(太低以致于不能简单地操作钢缆部件，尤其是防护物)，能提供热的附件以帮助作业，这变得十分困难如果不是不可能如果在空心柱10的顶部的安装已完成，所述空心柱的顶部能达到100米的高度的程度。

在实施例中，预应力钢缆15的预先安装包括以下所有的或部分的阶段：

-在需要的长度处切断钢筋束1并且，在钢缆的两端：暴露需要长度的金属线缆；

-把钢筋束1穿过钢缆终端20的密封系统32引入腔31里；

-并且把它们引入钢缆终端的锚块30；

-利用螺丝52安装锚块30到调节管50里；

-利用齿板45安装锚块30的线缆；

-激活密封系统32，例如，通过拧紧螺杆41；

-把盖子55放到位并且用活动的防护物填充腔31，57。

在这个阶段，钢缆终端20完成，除了轴承螺母51。

每个桥台部件25具有中心孔60，如图1所示，所述中心孔穿过在空心柱10的上部和下部的锚固领域16，17延伸。如图3所示，孔60具有横截面大于锚块30的外部横截面。它还大于管34和50的外部横截面。但是，它小于轴承螺母51的外部横截面。

预先安装的预应力钢缆15被举起以把它的终端20之一引到位于空心柱10的上部的桥台部件25附近。然后钢缆终端穿过上部的锚固领域17和桥台部件25被插入孔60里。这时候，轴承螺母51是围绕调整管50的螺纹并且倚靠着围绕着孔60的桥台部件25被应用。

同样地，其它钢缆终端20穿过下部锚块领域17被插入孔60里，并且它的轴承螺母51被安装以固定预应力钢缆15的下端。

最终，钢缆15被拉紧。通过在钢缆终端20的一个或两个处拉锚块30和拧紧轴承螺母51可以做到这样。

在线索的夹套4里的防护物3优选地是石蜡的。如果环境温度低，这种物质能通过加热钢缆做成液体，当被操作时，尤其是当它展开以便被举起并且附连于空心柱的上部时。钢丝2的导热系数有助于沿着钢缆软化蜡。蜡还更优地被作为注入到钢缆终端20的耐腐蚀物质而被使用。

在图1所示的实施例里，在它的两个终端20之间装配成预应力钢缆15的钢筋束1的周围没有集合的鞘。钢筋束1的夹套4提供充足的耐腐蚀保护并且因此能在两个钢缆终端20之间被放置在暴露在外。还有，拉紧的钢缆15的钢筋束1能在两个钢缆终端20之间自由延伸。因此，不必为每个混凝土段11的内表面提供钢筋束附件。

被欣赏地是，上面描述的实施例是在这里披露的发明的例证，并且不超出附加的权利要求里被定义的范围的多种修改能被做到。

Claims (12)

1.一种具有预应力混凝土柱的塔的建塔方法，包括：

-竖立空心柱(10)，所述空心柱包括围绕内部空间的墙体，带有在所述空心柱的上部和下部的桥台部件(25)；

-预先装配预应力钢缆(15)，所述预应力钢缆包括钢筋束(1)和两个钢缆终端(20)，每个所述钢筋束容纳在各自的带有防护物(3)的夹套(4)里，每个所述钢缆终端包括块状物(30)，其中所述块状物用于锚定所述预应力钢缆上的每个钢筋束，腔(31)，所述腔被位于所述腔后面的防护物填充，以及密封系统(32)，所述密封系统闭合位于所述块状物对面的所述腔，所述预应力钢缆上的每个钢筋束穿过所述密封系统延伸并且具有在所述腔里被中断的夹套；

-把预先装配的预应力钢缆安装到所述空心柱的内部空间里，每个钢缆上的所述两个终端在所述空心柱的上部和下部抵靠着所述桥台部件；并且

-拉紧所述预应力钢缆。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述钢筋束(1)包括一串金属线缆(2)，通过所述防护物(3)，使所述金属线缆(2)互相润滑并且与所述钢筋束的夹套(4)一起被润滑，所述夹套与所述线缆纵向耦合以便追随所述线缆的宏观形变。

3.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，容纳在所述钢筋束的所述夹套里的所述防护物(3)是蜡制的。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，容纳在所述钢缆终端(20)的所述腔(31)里的所述防护物(3)是油脂的或蜡制的。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个预应力钢缆(15)上的所述钢筋束(1)上的所述夹套(4)在所述钢缆上的两个终端(20)之间被暴露在外。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个预应力钢缆(15)上的所述钢筋束(1)在所述钢缆的两个终端(20)之间自由延伸。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预先安装的预应力钢缆(15)的安装，其包括：

-抬起所述钢缆以便于所述终端(20)的其中之一被带到位于所述空心柱(10)上部的桥台部件(25)附近；

-穿过在所述桥台部件里的孔(60)，引入所述终端的所述锚块(30)；并且

-把环形物(51)连接到所述锚块(30)上，并且靠着围绕所述孔的所述桥台部件应用所述环形物。

8.一种具有预应力混凝土柱的塔，其包括：

-空心柱(10)，其具有环绕内部空间的墙体；

-桥台部件(25)，它们布置在空心柱的上部和下部；以及

-预应力钢缆(15)，其在内部沿着所述空心柱延伸，

其特征在于，每个预应力钢缆包括至少一个钢筋束(1)和两个钢缆终端(20)，所述两个钢缆终端抵靠着位于所述空心柱的上部和下部的所述桥台部件(25)，

其特征在于，每个所述钢缆终端包括锚块(30)，腔(31)，以及密封系统(32)，其中所述腔被位于所述锚块后面的油脂或蜡填充，所述密封系统在所述锚块对面闭合所述腔，

每个所述钢筋束与以蜡作成的防护物(3)一起被容纳在各自的夹套(4)里，所述夹套穿过所述钢缆终端的密封系统延伸，所述密封系统在每个钢筋束的末端，并且所述夹套在所述终端的所述腔里被中断以使所述钢筋束被保持在所述锚块里。

9.如上述权利要求8所述的塔，其特征在于，每个钢筋束(1)包括一串金属线缆(2)，通过所述防护物(3)，使所述金属线缆互相润滑并与所述钢筋束的所述夹套(4)一起被润滑，所述夹套与所述金属线缆纵向耦合以便追随所述金属线缆的宏观变形。

10.如上述权利要求8或9中任一项所述的塔，其特征在于，预应力钢缆(15)里的所述钢筋束(1)的所述夹套(4)在所述钢缆的两个终端(20)之间被暴露在外。

11.如上述权利要求8或9中任一项所述的塔，其特征在于，所述预应力钢缆(15)的钢筋束(1)在所述钢缆的两个终端(20)之间自由延伸。

12.如上述权利要求8或9中任一项所述的塔，其特征在于，接收钢缆终端(20)的桥台部件(25)包括孔(60)，所述孔(60)具有大于所述钢缆终端的锚块(30)的外部横截面的横截面，所述钢缆终端还包括环形物(51)，所述环形物连接到所述锚块上并且靠着围绕所述孔的所述桥台部件被应用。