CN104005919B - 风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，上段连接钢筒的顶端通过连接机构与上部钢制塔段连接；上段连接钢筒与下段连接钢筒之间安装下连接法兰盘，所述上段连接钢筒和下段连接钢筒均位于下连接法兰盘外侧环面与内侧环面中间的中间环面，下段连接钢筒的底面安装水平环形板；下段连接钢筒与下部混凝土塔段内还设有预应力施加构件；下段连接钢筒内侧与外侧分别设有多块径向加劲板。本发明在混凝土中引入预应力，保证混凝土塔筒段处于竖向受压状态，避免混凝土开裂；同时改进连接段的设计，提高连接段与混凝土的连接性能，有效控制混凝土塔段的裂缝宽度。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体为一种风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置。
背景技术
采用混凝土与钢组合结构的风电塔架是一种新型风力发电塔架结构型式，这种新型塔架结构型式可以有效解决传统钢制塔筒的运输困难、成本高等问题，改善结构的动力特性，提高结构的耐久性，具有良好的应用前景。钢-混凝土组合塔架的上部是钢塔段，下部是混凝土段。在这种新型组合塔筒型式中，混凝土塔段与钢塔段的连接是保证结构体系安全性的关键所在。混凝土塔筒段采用现浇式，或部分预制部分现浇的方法，并在混凝土中引入预应力，预应力钢绞线或预应力锚栓锚固在混凝土塔筒段顶部法兰盘上。通过施加预应力，使混凝土塔筒段全截面受压，改善混凝土的受力性能，并能增强混凝土塔筒段与刚塔筒段的连接，保证塔筒结构的整体性。
目前混凝土塔段和钢塔段采用钢制法兰连接，钢制法兰上部与钢塔筒焊接，下部通过焊接纵向钢筋与混凝土塔筒锚固连接。当引入预应力时，这种连接方式由于法兰自身刚度的限制，当预应力施加位置间距较大时，在上部钢塔筒较大弯矩作用下，法兰盘上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，存在导致顶部混凝土局部开裂的可能性。所以改进连接段的设计，使得混凝土塔段竖向应力分布均匀，减少混凝土拉应力以及控制混凝土塔段的裂缝宽度，是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术风力发电塔架中在连接混凝土塔段与钢塔段时，混凝土塔筒顶部混凝土存在拉应力、局部受压过大以及存在开裂或混凝土裂缝宽度难以满足规范要求的问题，提供一种风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，在混凝土中引入预应力，保证混凝土塔筒段处于竖向受压状态，避免混凝土开裂，提高连接段与混凝土的连接性能，有效控制混凝土塔段的裂缝宽度，进而提高组合塔架结构的安全性、耐久性和抗疲劳特性。
本发明的技术方案为，一种风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，包括上、下两段中心轴线重合且半径一致的连接钢筒，上段连接钢筒的顶端通过连接机构与上部钢制塔段连接；上段连接钢筒与下段连接钢筒之间安装下连接法兰盘，所述上段连接钢筒和下段连接钢筒均位于下连接法兰盘外侧环面与内侧环面中间的中间环面，下段连接钢筒的底面安装水平环形板；所述下段连接钢筒与下部混凝土塔段内还设有预应力施加构件；所述下段连接钢筒内侧与外侧分别设有多块径向加劲板，且下段连接钢筒壁内侧面与外侧面分别均匀固定下段连接钢筒锚栓，所述径向加劲板与下段连接钢筒锚栓均沿下段连接钢筒的径向设置。
混凝土塔筒内设有预应力施加构件，增强法兰盘与混凝土塔筒的连接作用，提高塔筒的整体受力性能，同时使混凝土塔筒处于受压状态，控制裂缝的出现；所述下法兰盘与所述水平环形板之间设有径向加劲板，增强法兰盘的整体刚度，改善法兰盘预应力施加处下部的混凝土应力分布，避免混凝土局部受力不均匀而出现开裂。
所述径向加劲板的顶面与下连接法兰盘的底面连接，而径向加劲板的底面与水平环形板的顶面连接，而径向加劲板的侧面与下段连接钢筒的内侧壁或外侧壁连接。保证径向加劲板的稳定连接。
所述下连接法兰盘中间环面与内侧环面之间、下连接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下连接法兰盘的顶部，而预应力施加构件的底端穿入下部混凝土塔段。
所述下连接法兰盘中间环面与内侧环面之间、下连接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；所述下连接法兰盘与下部混凝土塔段之间经混凝土浇筑孔浇筑混凝土。
所述混凝土浇筑孔与预应力孔交错布置。
所述水平环形板的底面设有向下部混凝土塔段伸出的锚固钢筋。
所述预应力施加构件为预应力钢绞线或预应力锚栓。
所述钢制连接装置通过所述连接机构如高强螺栓与所述上部钢塔段连接。下段连接钢筒、水平环形板、径向加劲板、下段连接钢筒锚栓、锚固钢筋通过焊接组成一个整体，并嵌入到所述下部混凝土塔段中，钢制连接装置通过下段连接钢筒、水平环形板、径向加劲板、下段连接钢筒锚栓、所述锚固钢筋与下部混凝土塔段锚固连接。预应力钢绞线或预应力锚栓通过所述预留预应力孔道向上延伸至所述下连接法兰盘的上表面，通过后张法对所述预应力钢绞线或预应力锚栓施加预应力，张拉后的所述预应力施加系统锚固在下连接法兰盘的上表面，预应力钢绞线或预应力锚栓的下端锚固于混凝土塔段底部或基础之中，预应力钢绞线或预应力锚栓张拉完毕后在所述预留预应力孔道中灌注高强水泥浆体。钢制连接构件安装定位完成后，通过混凝土浇筑孔向下部混凝土塔段的顶部浇筑混凝土。
本发明为一种风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，解决目前风力发电塔架中在连接混凝土塔段与钢塔段时，混凝土塔筒顶部混凝土存在拉应力、局部受压过大以及存在开裂或混凝土裂缝宽度难以满足规范要求的问题。该连接装置在混凝土中引入预应力，保证混凝土塔筒段处于竖向受压状态，避免混凝土开裂；同时改进连接段的设计，在下法兰盘下部设置下段连接钢筒、水平环形板、径向加劲板、下段连接钢筒锚栓、锚固钢筋，用来提高连接段与混凝土的连接性能，有效控制混凝土塔段的裂缝宽度，或者避免混凝土塔段开裂，进而提高组合塔架结构的安全性、耐久性和抗疲劳特性。
附图说明
图1是混凝土塔段与钢塔段的连接示意图；
图2是本发明所述连接装置的结构示意图；
图3是图2中的A-A剖面图；
图4是混凝土塔段与钢塔段通过钢制连接装置连接后的结构图。
图中编号说明：1.上部钢塔段；2.连接构件；3.预应力锚固装置；4.下部混凝土塔段；5.混凝土浇筑孔；6.上连接法兰盘；7.上段连接钢筒；8.下连接法兰盘；9.预应力孔；10.下段连接钢筒；11.径向加劲板；12.水平环形板；13.下段连接钢筒锚栓；14.锚固钢筋；15.高强螺栓；16.预留预应力孔道；17.预应力钢绞线或预应力锚栓；18.下部混凝土塔段环筋；19.下部混凝土塔段纵筋；20.下部混凝土塔段拉筋。
具体实施方式
如图1所示，上部钢塔段1与下部混凝土塔段4之间设置连接装置2。
如图2、图3所示，一种风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，包括上、下两段中心轴线重合且半径一致的连接钢筒，上段连接钢筒7的顶端通过连接机构即高强螺栓15与上部钢制塔段1连接；上段连接钢筒7与下段连接钢筒10之间安装下连接法兰盘8，所述上段连接钢筒壁和下段连接钢筒壁均位于下连接法兰盘8外侧环面与内侧环面中间的中间环面，下段连接钢筒10的底面安装水平环形板12；所述下段连接钢筒10与下部混凝土塔段4内还设有预应力钢铰线或预应力锚栓17；所述下段连接钢筒内侧与外侧分别设有多块径向加劲板11，且下段连接钢筒壁内侧面与外侧面分别均匀固定下段连接钢筒锚栓13，所述径向加劲板11与下段连接钢筒锚栓13均沿下段连接钢筒10的径向设置；径向加劲板11的顶面与下连接法兰盘8的底面连接，而径向加劲板11的底面与水平环形板12的顶面连接，而径向加劲板11的侧面与下段连接钢筒10的内侧壁或外侧壁连接。下连接法兰盘8中间环面与内侧环面之间、下连接法兰盘8中间环面与外侧环面之间分别均匀设有预应力孔9。预应力钢铰线或预应力锚栓17穿过预应力孔9，且预应力钢铰线或预应力锚栓17顶端通过预应力锚固装置3锚固在下连接法兰盘8的顶部，而预应力钢铰线或预应力锚栓17的底端穿入下部混凝土塔段4。
下连接法兰盘8中间环面与内侧环面之间、下连接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5。下连接法兰盘8与下部混凝土塔段4之间经混凝土浇筑孔5浇筑混凝土。
混凝土浇筑孔5与预应力孔9交错布置。
预应力钢铰线或预应力锚栓17为预应力钢绞线。
如图4所示，水平环形板12的底面设有向下部混凝土塔段4伸出的锚固钢筋14，并在下部混凝土塔段4内设有下部混凝土塔段环筋18、下部混凝土塔段纵筋19和下部混凝土塔段拉筋20。
Claims (9)
1. 一种风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，包括上、下两段中心轴线重合且半径一致的连接钢筒，上段连接钢筒（7）的顶端通过连接机构与上部钢制塔段（1）连接；上段连接钢筒（7）与下段连接钢筒（10）之间安装下连接法兰盘（8），所述上段连接钢筒（7）和下段连接钢筒（10）均位于下连接法兰盘（8）外侧环面与内侧环面中间的中间环面，下段连接钢筒（10）的底面安装水平环形板（12）；所述下段连接钢筒（10）与下部混凝土塔段（4）内还设有预应力施加构件（17）；所述下段连接钢筒（10）内侧与外侧分别设有多块径向加劲板（11），且下段连接钢筒（10）内侧面与外侧面分别均匀固定下段连接钢筒锚栓（13），所述径向加劲板（11）与下段连接钢筒锚栓（13）均沿下段连接钢筒（10）的径向设置。
2.根据权利要求1所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述径向加劲板（11）的顶面与下连接法兰盘（8）的底面连接，而径向加劲板（11）的底面与水平环形板（12）的顶面连接，而径向加劲板（11）的侧面与下段连接钢筒（10）的内侧壁或外侧壁连接。
3.根据权利要求1或2所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述下连接法兰盘（8）中间环面与内侧环面之间、下连接法兰盘（8）中间环面与外侧环面之间分别均匀设有预应力孔（9）。
4.根据权利要求3所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述下连接法兰盘（8）中间环面与内侧环面之间、下连接法兰盘（8）中间环面与外侧环面之间分别均匀设有混凝土浇筑孔（5）。
5.根据权利要求4所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述混凝土浇筑孔（5）与预应力孔（9）交错布置。
6.根据权利要求3所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述预应力施加构件（17）穿过预应力孔（9），且预应力施加构件（17）顶端通过预应力锚固装置（3）锚固在下连接法兰盘（8）的顶部，而预应力施加构件（17）的底端穿入下部混凝土塔段（4）。
7.根据权利要求4所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述下连接法兰盘（8）与下部混凝土塔段（4）之间经混凝土浇筑孔（5）浇筑混凝土。
8.根据权利要求1或2所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述水平环形板（12）的底面设有向下部混凝土塔段（4）伸出的锚固钢筋（14）。
9.根据权利要求1或2所述风电组合塔架锚栓加肋式预应力混凝土与钢塔段连接装置，其特征是，所述预应力施加构件（17）为预应力钢绞线或预应力锚栓。
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