CN103994035B - 一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置 - Google Patents

一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，连接钢筒段的顶端通过连接机构与上部钢塔段连接，嵌入式钢筒段从下部混凝土塔段顶面嵌装入下部混凝土塔段内；连接钢筒段与嵌入式钢筒段之间安装张拉锚固法兰盘，嵌入式钢筒段的底面安装环形嵌固底盘；所述嵌入式钢筒段的筒壁均匀设有多个穿筋孔，并在每个穿筋孔内设有穿过该穿筋孔的穿孔锚固筋。本发明可以大大提高连接构件的整体刚度，避免应力集中和分布不均匀，可以有效控制预应力混凝土塔段的裂缝宽度，甚至可以避免预应力混凝土塔段开裂现象的出现，大大提高混凝土塔筒的耐久性和疲劳特性。 <u/>

Description

一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电塔架，具体为一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置。
背景技术
风能是一种清洁能源，具有蕴藏量巨大、分布广泛、可再生、无污染等优点，也是未来我国重点扶持开发的可再生能源之一。我国风力资源丰富区和较丰富区面积大，分布范围广，且具有稳定度高、连续性能好的风能品味，风力发电的发展前景相当广阔。现阶段，为了解决传统钢制塔筒由于风机型号增大使得筒身直径不断增大，运输相当困难以及钢制塔筒抗腐蚀性能差，使用年限短等问题，钢和混凝土的组合型塔筒成为一种最好的选择。而在组合型构件中，连接部位是保证其结构体系安全性的关键所在。传统的风力发电塔架结构体系中一般使用螺栓连接和带钢制过渡段的钢法兰连接。
传统的螺栓连接一般在混凝土塔筒内部预埋螺栓，再通过上部钢制塔筒段的底部法兰与螺栓进行固定连接。这种连接当螺栓受到拉力时，混凝土塔筒将受到剪力，使得混凝土塔筒受力不均匀。同时混凝土筒身在风荷载作用下，不断的受到拉压力作用，其抗裂性能和抗疲劳性能都得不到保证。
传统的法兰连接一般在混凝土中引入预应力并将预应力钢绞线或预应力锚栓锚固在法兰盘上。传统的法兰连接方式由于法兰盘自身刚度的限制，当预应力施加位置间距较大时，法兰盘下部混凝土在环向布置的两个相邻预应力孔洞之间混凝土的竖向应力分布不均匀，甚至会出现拉应力，存在塔顶混凝土局部开裂的可能性。 
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中混凝土塔段与钢塔段连接处受力复杂、安全性低、混凝土塔筒受力不均匀，抗裂性能和抗疲劳性能差等问题而设计了一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，改善组合塔筒连接处应力分布的不均匀性、有效控制混凝土塔段的裂缝宽度、提高组合塔筒的耐久性和抗疲劳性能。
本发明的技术方案为，一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，包括上、下安装的中心轴线在一条直线上且半径一致的连接钢筒段和嵌入式钢筒段，连接钢筒段的顶端通过连接机构与上部钢塔段连接，嵌入式钢筒段从下部混凝土塔段顶面嵌装入下部混凝土塔段内；连接钢筒段与嵌入式钢筒段之间安装张拉锚固法兰盘，所述连接钢筒段的筒壁和嵌入式钢筒段筒壁均位于张拉锚固法兰盘外侧环面与内侧环面中间的中间环面，嵌入式钢筒段的底面安装环形嵌固底盘；所述下部混凝土塔段内还设有预应力施加构件；所述嵌入式钢筒段的筒壁均匀设有多个穿筋孔，并在每个穿筋孔内设有穿过该穿筋孔的穿孔锚固筋。
嵌入式钢筒段嵌装入下部混凝土塔段内，嵌入式钢筒段所在的混凝土塔筒部分为混凝土塔筒加强过渡段，在混凝土塔筒加强过渡段嵌入带孔嵌入式钢筒段并增设径向穿孔锚固筋，穿筋孔孔径大于穿孔锚固筋直径，浇筑混凝土后穿筋孔中形成混凝土榫，将钢截面上的巨大轴力及弯矩荷载分配到混凝土中，使钢结构应力得到很好的分散，改善了连接部位的力学性能。
所述张拉锚固法兰盘中间环面与内侧环面之间、张拉锚固法兰盘中间环面与外侧环面之间分别均匀设有预应力孔。所述预应力施加构件穿过预应力孔，且预应力施加构件顶端锚固在张拉锚固法兰盘的顶部，而预应力施加构件的底端穿入下部混凝土塔段。
所述张拉锚固法兰盘中间环面与内侧环面之间、张拉锚固法兰盘中间环面与外侧环面之间分别均匀设有混凝土浇筑孔，通过混凝土浇筑孔向混凝土塔筒段注入钢纤维混凝土。
所述混凝土浇筑孔与预应力孔交错布置。
预应力施加构件为预应力钢绞线或预应力锚栓。
所述张拉锚固法兰盘的底面设有向下部混凝土塔段伸出的锚固钢筋；设有上下分布的多根过渡段加强环筋分别环绕在嵌入式钢筒段的内侧和外侧；设有上下分布的多根下部混凝土塔段环筋分别环绕在预应力施加构件的内侧和外侧；所述张拉锚固法兰盘底面设有分布在嵌入式钢筒段内侧和外侧的向下伸出的过渡段加强竖向钢筋；所述张拉锚固法兰盘底面设有分布在预应力施加构件内侧和外侧的向下伸出的下部混凝土竖向钢筋；下部混凝土塔段内还设有水平的两端分别与下部混凝土竖向钢筋连接的下部混凝土塔段拉筋。混凝土塔筒加强过度段配置过渡段加强竖向钢筋、过渡段拉筋、过渡段加强环筋，过渡段加强竖向钢筋与下部混凝土塔段纵筋搭接并与下部混凝土塔段环筋一同形成钢筋笼，并通过混凝土浇筑孔填充钢纤维混凝土；与连接装置形成整体，进一步提高连接装置的刚度，使得预应力钢绞线或预应力锚栓的预加力充分传递到下部混凝土塔段部分。
与传统法兰通过锚固钢筋锚固于混凝土的连接方式相比，本发明的有益效果是：在混凝土塔筒加强过度段嵌入带孔嵌入式钢筒段并增设径向穿孔锚固筋，穿筋孔孔径大于径向锚固筋直径，浇筑混凝土后穿筋孔中形成混凝土榫，将钢截面上的巨大轴力及弯矩荷载分配到混凝土中，使钢结构应力得到很好的分散，改善了连接部位的力学性能；在混凝土塔筒加强过渡段配置竖向钢筋、环筋、拉筋，并通过混凝土浇筑孔填充钢纤维混凝土，可以大大提高连接构件的整体刚度，避免应力集中和分布不均匀；通过引入预应力使得预应力混凝土塔段混凝土在竖向处于受压状态，可以有效控制预应力混凝土塔段的裂缝宽度，甚至可以避免预应力混凝土塔段开裂现象的出现，大大提高混凝土塔筒的耐久性和疲劳特性。
附图说明
图1是采用本专利所述连接装置的预应力混凝土塔段与钢塔段的连接过渡装置示意图；
图2是连接装置立面图；
图3是预应力混凝土塔筒加强过度段过穿筋孔的断面示意图；
图4是预应力混凝土塔筒加强过度段未过穿筋孔的断面示意图；
图5是在安装上部钢塔段前连接装置在预应力混凝土塔顶上的结构示意图；
图6是安装上部钢塔段以及预应力施加构件后连接过渡装置连接预应力混凝土塔段与上部钢塔段的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，上部钢塔段1与下部预应力混凝土塔段3之间设置连接装置2。
如图2、图3所示，一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，包括上、下安装的中心轴线在一条直线上且半径一致的连接钢筒段5和嵌入式钢筒段22，连接钢筒段5的顶端通过连接机构与上部钢塔段1连接，嵌入式钢筒段22从下部预应力混凝土塔段3顶面嵌装入下部预应力混凝土塔段3内，连接机构为上连接法兰盘4与高强螺栓18；连接钢筒段5与嵌入式钢筒段22之间安装张拉锚固法兰盘6，所述连接钢筒段5的筒壁和嵌入式钢筒段22筒壁均位于张拉锚固法兰盘6外侧环面与内侧环面中间的中间环面，嵌入式钢筒段22的底面安装环形嵌固底盘20；嵌入式钢筒段22与下部预应力混凝土塔段3内还设有预应力施加构件13；所述嵌入式钢筒段22的筒壁均匀设有多个穿筋孔11，并在每个穿筋孔11内设有穿过该穿筋孔11的穿孔锚固筋19。
如图3、图4所示，张拉锚固法兰盘6中间环面与内侧环面之间、张拉锚固法兰盘6中间环面与外侧环面之间分别均匀设有预应力孔17；预应力施加构件穿过预应力孔17，且预应力施加构件13顶端锚固在张拉锚固法兰盘6的顶部，而预应力施加构件13的底端穿入下部预应力混凝土塔段3。
张拉锚固法兰盘6中间环面与内侧环面之间、张拉锚固法兰盘6中间环面与外侧环面之间分别均匀设有混凝土浇筑孔23，通过混凝土浇筑孔23向下部预应力混凝土塔段3内浇筑钢纤维混凝土10。混凝土浇筑孔23与预应力孔17交错布置。
如图5、图6所示，张拉锚固法兰盘6的底面设有向下部预应力混凝土塔段3伸出的锚固钢筋12；设有上下分布的多根过渡段加强环筋9分别环绕在嵌入式钢筒段22的内侧和外侧；设有上下分布的多根下部预应力混凝土塔段环筋15分别环绕在预应力施加构件13的内侧和外侧；张拉锚固法兰盘6底面设有分布在嵌入式钢筒段22内侧和外侧的向下伸出的过渡段加强竖向钢筋7；张拉锚固法兰盘6底面设有分布在预应力施加构件13内侧和外侧的向下伸出的下部混凝土竖向钢筋14；下部预应力混凝土塔段内还设有水平的两端分别与下部混凝土竖向钢筋14连接的下部预应力混凝土塔段拉筋16、水平的两端分别与相邻的过渡段加强竖向钢筋7及过渡段加强环筋9搭接的过渡段拉筋8。
预应力施加构件13为预应力钢绞线。 

Claims (10)

1.一种组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，包括上、下安装的中心轴线在一条直线上且半径一致的连接钢筒段（5）和嵌入式钢筒段（22），连接钢筒段（5）的顶端通过连接机构与上部钢塔段（1）连接，嵌入式钢筒段（22）从下部混凝土塔段（3）顶面嵌装入下部预应力混凝土塔段（3）内；连接钢筒段（5）与嵌入式钢筒段（22）之间安装张拉锚固法兰盘（6），所述连接钢筒段（5）的筒壁和嵌入式钢筒段（22）筒壁均位于张拉锚固法兰盘（6）外侧环面与内侧环面中间的中间环面，嵌入式钢筒段（22）的底面安装环形嵌固底盘（20）；所述下部预应力混凝土塔段（3）内还设有预应力施加构件（13）；所述嵌入式钢筒段（22）的筒壁均匀设有多个穿筋孔（11），并在每个穿筋孔（11）内设有穿过该穿筋孔（11）的穿孔锚固筋（19）。
2.根据权利要求1所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，所述张拉锚固法兰盘（6）中间环面与内侧环面之间、张拉锚固法兰盘（6）中间环面与外侧环面之间分别均匀设有预应力孔（17）。
3.根据权利要求2所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，所述张拉锚固法兰盘（6）中间环面与内侧环面之间、张拉锚固法兰盘（6）中间环面与外侧环面之间分别均匀设有混凝土浇筑孔（23）。
4.根据权利要求3所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，所述混凝土浇筑孔（23）与预应力孔（17）交错布置。
5.根据权利要求2所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，所述预应力施加构件穿过预应力孔（17），且预应力施加构件（13）顶端锚固在张拉锚固法兰盘（6）的顶部，而预应力施加构件（13）的底端穿入下部预应力混凝土塔段（3）。
6.根据权利要求1或2所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，所述张拉锚固法兰盘（6）的底面设有向下部预应力混凝土塔段（3）伸出的锚固钢筋（12）。
7.根据权利要求1或2所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，设有上下分布的多根过渡段加强环筋（9）分别环绕在嵌入式钢筒段（22）的内侧和外侧。
8.根据权利要求1或2所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，设有上下分布的多根下部预应力混凝土塔段环筋（15）分别环绕在预应力施加构件（13）的内侧和外侧。
9.根据权利要求1或2所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，所述张拉锚固法兰盘（6）底面设有分布在嵌入式钢筒段（22）内侧和外侧的向下伸出的过渡段加强竖向钢筋（7）。
10.根据权利要求1或2所述组合风电塔架预应力混凝土和钢塔段连接过渡装置，其特征是，所述张拉锚固法兰盘（6）底面设有分布在预应力施加构件（13）内侧和外侧的向下伸出的下部混凝土竖向钢筋（14）。
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