CN104018724B - 一种组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，钢制连接构件由上端连接法兰、连接钢筒段、连接锚固法兰、两道圆柱形锚固钢板、加劲连接钢板和钢锚栓构成，各部分形成整体。通过预应力施加组件对混凝土塔段施加竖向预应力。预应力钢绞线或预应力锚栓通过后张法张拉后其上端锚固于连接锚固法兰的上表面。加劲连接钢板和钢锚栓嵌入混凝土之中。通过加劲连接钢板增大连接段刚度，使得混凝土塔段顶部应力分布均匀。本发明可以保证不因为混凝土塔筒壁厚较厚而减小塔筒的内部空间，对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具有重要意义。

Description

一种组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置

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塔段与钢塔段连接装置。

背景技术

风能是一种清洁能源，资源储备量大，也是目前国内外重点开发的新能源型式之一。我国风力资源分布广泛，在西北部、中部以及东部沿海地区都有很好的风力资源，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的运输问题、成本问题、耐久性和使用年限的问题，运用混凝土和钢两种材料组成混凝土和钢组合结构塔筒成为一种新的选择。这种组合塔筒中，混凝土塔段与钢结构塔段的连接是保证其结构体系安全性的关键所在。现有的风力发电塔架结构体系中一般使用传统的带钢制过渡段的钢法兰与混凝土塔段连接和螺栓连接。

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。连接段为组合结构风力发电塔架的重要构件，其使用的安全性会影响塔架的整体使用寿命。

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。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有组合结构风力发电塔架由于底段混凝土段壁厚较厚而减小塔筒内部空间的缺点、为了塔筒内部空间的一致性而在连接钢段与混凝土段的连接区域在混凝土塔顶存在较大局部集中力，以及由于法兰刚度不足所导致的混凝土存在拉应力、局部受压应力偏大以及混凝土塔筒钢筋混凝土裂缝宽度难以控制和满足要求等方面的问题，提出一种组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，减轻混凝土塔顶应力的不均匀程度，减轻混凝土上表面的拉应力，避免混凝土塔顶局部受压状况，同时通过引入预应力使得混凝土塔段处于竖向受压应力状态，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，进而大大提高组合塔架结构的结构安全性、耐久性和抗疲劳特性。

本发明的技术方案为，一种组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，包括与上部钢塔段共轴线且半径与上部钢塔段半径一致的连接钢筒段，连接钢筒段的底端安装连接锚固法兰，连接锚固法兰的内侧环面半径与上部钢塔段半径一致，且连接锚固法兰的外侧环面半径与下部混凝土塔段的半径一致；所述连接锚固法兰与下部混凝土塔段之间通过两个圆柱形的锚固钢板连接，两个锚固钢板的中轴线与上部钢塔段轴线共线，其中第一锚固钢板的半径与连接锚固法兰的内侧环面半径一致，且第一锚固钢板的一端与连接锚固法兰的内侧环面连接，而第一锚固钢板的另一端与下部混凝土塔段的顶端连接，第二锚固钢板的半径与连接锚固法兰的外侧环面半径一致，且第二锚固钢板的一端与连接锚固法兰的外侧环面连接，而第二锚固钢板的另一端与下部混凝土塔段的顶端连接；所述第一锚固钢板与第二锚固钢板之间沿圆周均匀设有多个加劲连接钢板，加劲连接钢板的顶边与连接锚固法兰连接，而加劲连接钢板的两侧边分别与第一锚固钢板和第二锚固钢板连接；所述连接锚固法兰均匀设有多个预应力孔道，并设有预应力施加构件穿过预应力孔道而进入下部混凝土塔段。

该连接构件的上端设有用于与上部钢制塔筒的通过高强螺栓连接的连接法兰，连接锚固法兰、两个圆柱形的锚固钢板以及加劲连接钢板与组合结构风力发电塔架的下部混凝土塔段连接，并通过设置钢锚栓加固连接。预应力施加构件张拉后锚固于连接锚固法兰的上表面。通过引入预应力使得混凝土塔段混凝土在竖向处于受压状态，可以有效控制混凝土塔段的裂缝宽度，甚至可以避免混凝土塔段的开裂现象的出现，大大提高混凝土塔筒的耐久性和疲劳特性。

预应力施加构件为钢绞线或预应力锚栓。

所述加劲连接钢板的底端设有向上凹进的凹槽，用于填充混凝土，稳定、加固加劲连接钢板。

第一锚固钢板与第二锚固钢板相对的板面上分别均匀安装钢锚栓。提高连接装置的整体性、强度以及刚度，进一步改善力的传递路径，改善混凝土塔段顶部的应力分布，避免应力集中和分布不均匀；

所述加劲连接钢板的板面上均匀安装钢锚栓，对加劲连接钢板进行加固连接；也可采取加劲连接钢板的板面上均匀设有穿筋孔，并在每个穿筋孔内设有穿孔钢筋的方式来加固连接并传递力，可以在混凝土浇灌后，在加劲连接钢板与穿孔钢筋之间形成混凝土榫将加劲连接钢板上的力有效传递到混凝土中，实现钢结的高应力状态与混凝土的低应力状态的合理过渡。

所述连接锚固法兰均匀设有多个灌浆孔，通过灌浆孔向两个锚固钢板间填充混凝土。

所述连接锚固法兰的底面设有伸向下部混凝土塔段内的锚固钢筋。锚固钢筋锚固于混凝土塔筒中，抵抗弯矩和剪力作用。

所述下部混凝土塔段内设有绕下部混凝土塔段侧壁的下部混凝土塔段环筋、竖直的下部混凝土塔段纵筋及水平的下部混凝土塔段拉筋。

     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：解决现有组合结构风力发电塔架由于底段混凝土段壁厚较厚而减小塔筒内部空间的缺点，保证混凝土段与钢段内部空间的一致性，便于塔筒内仪器设备的安装以及爬梯等的布置，解决在连接钢段与混凝土段的连接区域由于混凝土塔顶存在较大局部偏心集中力导致的上部局部应力过大的问题。采用这种连接方式可以使得上部钢筒壁产生的力通过连接锚固法兰、圆柱形锚固钢板以及加劲连接钢板将力传递至混凝土段，避免局部应力过大，改善受力性能。

附图说明

图1是采用本所述的混凝土塔段与钢塔段的连接示意图；

图2是本发明所述的连接装置纵立面图；

图3是连接构件横剖面图；

图4是在安装上部钢塔段前连接装置在混凝土塔顶上的带纵剖面图的立面图；

图5是安装上部钢塔段后连接装置连接混凝土塔段与上部钢塔段的带纵剖面图的立面图；

图6是加劲连接钢板和钢锚栓的组合结构示意图；

图7是采取加劲连接钢板开穿筋孔并布置穿孔钢筋的组合结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，上部钢塔段1与下部混凝土塔段3之间通过连接装置2连接。

    如图2、图3所示，一种组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，包括与上部钢塔段1共轴线且半径与上部钢塔段1半径一致的连接钢筒段5，连接钢筒段的顶端安装上端连接法兰4，并通过高强螺栓13连接上部钢塔段1与上端连接法兰4；连接钢筒段5的底端安装连接锚固法兰6，连接锚固法兰6的内侧环面半径与上部钢塔段1半径一致，且连接锚固法兰6的外侧环面半径与下部混凝土塔段3的半径一致；所述连接锚固法兰6与下部混凝土塔段3之间通过两个圆柱形的锚固钢板连接，两个锚固钢板的中轴线与上部钢塔段1轴线共线，其中第一锚固钢板7的半径与连接锚固法兰的6内侧环面半径一致，且第一锚固钢板7的一端与连接锚固法兰6的内侧环面连接，而第一锚固钢板7的另一端与下部混凝土塔段3的顶端连接，第二锚固钢板21的半径与连接锚固法兰6的外侧环面半径一致，且第二锚固钢板21的一端与连接锚固法兰6的外侧环面连接，而第二锚固钢板21的另一端与下部混凝土塔段3的顶端连接；所述第一锚固钢板7与第二锚固钢板21之间沿圆周均匀设有多个加劲连接钢板9，加劲连接钢板9的底端设有向上凹进的凹槽22，凹槽22内填充混凝土11，加劲连接钢板9的顶边与连接锚固法兰6连接，而加劲连接钢板9的两侧边分别与第一锚固钢板7和第二锚固钢板21连接；所述连接锚固法兰6均匀设有多个预应力孔道17，并设有预应力施加构件12穿过预应力孔道17而进入下部混凝土塔段3。连接锚固法兰6均匀设有多个灌浆孔18。

第一锚固钢板7与第二锚固钢板21相对的板面上分别均匀安装钢锚栓10。连接锚固法兰6的底面设有伸向下部混凝土塔段内的锚固钢筋8。

预应力施加构件12为钢绞线。

如图4、图5所示，下部混凝土塔段3内设有绕下部混凝土塔段侧壁的下部混凝土塔段环筋15、竖直的下部混凝土塔段纵筋14及水平的下部混凝土塔段拉筋16。

加劲连接钢板9的加固可以采用两种方案，第一种方案如图6所示，加劲连接钢板9的板面上均匀安装钢锚栓10；第二种方案如图7所示，加劲连接钢板9的板面上均匀设有穿筋孔19，并在每个穿筋孔19内设有穿孔钢筋20。

Claims (8)

1.一种组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，包括与上部钢塔段（1）共轴线且半径与上部钢塔段（1）半径一致的连接钢筒段（5），连接钢筒段（5）的底端安装连接锚固法兰（6），连接锚固法兰（6）的内侧环面半径与上部钢塔段（1）半径一致，且连接锚固法兰（6）的外侧环面半径与下部混凝土塔段（3）的半径一致；所述连接锚固法兰（6）与下部混凝土塔段（3）之间通过两个圆柱形的锚固钢板（7,21）连接，两个锚固钢板（7,21）的中轴线与上部钢塔段（1）轴线共线，其中第一锚固钢板（7）的半径与连接锚固法兰的（6）内侧环面半径一致，且第一锚固钢板（7）的一端与连接锚固法兰（6）的内侧环面连接，而第一锚固钢板（7）的另一端与下部混凝土塔段（3）的顶端连接，第二锚固钢板（21）的半径与连接锚固法兰（6）的外侧环面半径一致，且第二锚固钢板（21）的一端与连接锚固法兰6的外侧环面连接，而第二锚固钢板（21）的另一端与下部混凝土塔段（3）的顶端连接；所述第一锚固钢板（7）与第二锚固钢板（21）之间沿圆周均匀设有多个加劲连接钢板（9），加劲连接钢板（9）的顶边与连接锚固法兰（6）连接，而加劲连接钢板（9）的两侧边分别与第一锚固钢板（7）和第二锚固钢板（21）连接；所述连接锚固法兰（6）均匀设有多个预应力孔道（17），并设有预应力施加构件（12）穿过预应力孔道（17）而进入下部混凝土塔段（3）。

2.根据权利要求1所述组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，所述加劲连接钢板（9）的底端设有向上凹进的凹槽（22）。

3.根据权利要求1所述组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，第一锚固钢板（7）与第二锚固钢板（21）相对的板面上分别均匀安装钢锚栓（10）。

4.根据权利要求1或2所述组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，所述加劲连接钢板（9）的板面上均匀安装钢锚栓（10）。

5.根据权利要求1或2所述组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，所述加劲连接钢板（9）的板面上均匀设有穿筋孔（19），并在每个穿筋孔（19）内设有穿孔钢筋（20）。

6.根据权利要求1所述组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，所述连接锚固法兰（6）均匀设有多个灌浆孔（18）。

7.根据权利要求1所述组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，所述连接锚固法兰（6）的底面设有伸向下部混凝土塔段内的锚固钢筋（8）。

8.根据权利要求1所述组合风电塔架预应力混凝土塔段与钢塔段连接装置，其特征是，所述下部混凝土塔段（3）内设有绕下部混凝土塔段侧壁的下部混凝土塔段环筋（15）、竖直的下部混凝土塔段纵筋（14）及水平的下部混凝土塔段拉筋（16）。