CN106014872B - 钢结构混凝土塔筒连接节点、风机塔筒及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塔筒连接技术领域，特别涉及一种钢结构混凝土塔筒连接节点、风机塔筒及施工方法。上下层筒体分别与上下筒体法兰连接，上下筒体法兰在塔筒内侧的位置通过连接固定件连接，在上下筒体法兰上预留浇注孔，并设置贯穿上下筒体法兰并伸入上下层筒体夹层内的贯穿件，在浇筑混凝土后，使上层筒体、贯穿件和下层筒体通过混凝土粘接在一起。本发明增加了筒体与混凝土的粘接面积及连接强度，提高了抗剪能力和连接可靠性，改善了上下筒体连接螺栓以及筒体与法兰焊缝间的受力情况，且安装方便，施工难度较低。

Description

钢结构混凝土塔筒连接节点、风机塔筒及施工方法

技术领域

本发明涉及塔筒连接技术领域，特别涉及一种钢结构混凝土塔筒连接节点、风机塔筒及施工方法。

背景技术

塔筒结构常用做大承载的高耸立杆式结构的支撑体，如风机结构等。目前的塔筒结构一般内、外两层钢壳以及两层钢壳之间灌注的混凝土层组成，可以根据需要设置为两段以上，且相邻两段之间通常通过法兰固定连接。

目前的塔筒普遍采用传统钢制塔筒或者预应力混凝土塔筒与钢制塔筒的组合。传统钢制塔筒的重量大，运输困难，更重要的是塔筒与法兰处的焊缝受力大、连接螺栓受力大且受剪能力较差；而预应力混凝土塔筒与钢制塔筒的组合结构，施工困难且预应力结构复杂。

例如专利CN2013204054675公开了一种钢壳混凝土塔筒，该申请中，上下两段塔筒之间通过法兰和内外两层螺栓连接，且内层螺栓设置在内层钢壳的内侧，外层螺栓设置在内外钢壳之间，安装困难，连接强度一般。

而在专利CN2014201427230中公开了一种风电塔架，在每段塔筒内侧沿纵向均设有若干预应力钢筋，且预应力钢筋张拉后上端锚固在该段塔筒的上端面内侧，下端与基础环锚固连接。这种方式中，预应力钢筋过长，导致施工难度大，安装困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢结构混凝土塔筒连接节点，以解决现有技术中的塔筒连接处抗剪能力差、安装难度大的问题。

本发明的第二目的在于提供一种风机塔筒。

本发明的第三目的在于提供一种风机塔筒的施工方法。

本发明提供的钢结构混凝土塔筒连接节点，用于连接上层筒体和下层筒体，包括：

上筒体法兰，用于与所述上层筒体连接；并在所述上筒体法兰对应于所述上层筒体的内钢壳内侧的位置设置上法兰连接部，在所述上筒体法兰对应于所述上层筒体的内钢壳与外钢壳之间的位置设置上法兰浇注孔；

下筒体法兰，用于与所述下层筒体连接；并在所述下筒体法兰上设置与所述上法兰连接部相对应的下法兰连接部，以及与所述上法兰浇注孔相对应的下法兰浇注孔；

内层连接件，用于连接所述上筒体法兰和所述下筒体法兰；

贯穿件，穿过所述上法兰浇注孔和所述下法兰浇注孔，且两端分别延伸至所述上层筒体与所述下层筒体内。

进一步的，所述上筒体法兰上设置有法兰加强筋和/或所述下筒体法兰设置有法兰加强筋。

进一步的，所述的钢结构混凝土塔筒连接节点还包括至少一个环形筋；所述贯穿件的上端和/或下端穿过所述环形筋，且所述贯穿件与所述环形筋固定连接。

进一步的，所述环形筋的内缘和外缘分别用于与所述上层筒体和所述下层筒体的内钢壳外壁及外钢壳内壁连接。

进一步的，所述的钢结构混凝土塔筒连接节点还包括环形筋加强筋，与所述环形筋连接，用于增强所述环形筋与所述上层筒体或所述下层筒体之间的连接强度。

进一步的，所述环形筋上设置有多个通孔或缺口，用于混凝土通过。

进一步的，所述上筒体法兰与所述下筒体法兰之间设置密封圈。

进一步的，所述密封圈至少为两个，分别设置在所述下法兰浇注孔的内外两侧。

进一步的，所述贯穿件为钢筋。

进一步的，所述贯穿件位于所述上层筒体内的部分或位于所述下层筒体内的部分的长度均不小于1.3m。

本发明提供的风机塔筒，包括多段筒体，以及所述的钢结构混凝土塔筒连接节点；

相邻两段所述筒体间通过所述的钢结构混凝土塔筒连接节点固定连接，且在所述筒体的内钢壳和外钢壳之间填充混凝土。

本发明提供的所述的风机塔筒的施工方法，包括以下步骤：

架设下层筒体的内钢壳，并在所述内钢壳外固接至少一圈环形筋；

布置贯穿件，使其贯穿所述环形筋并与之固接；

安装下筒体法兰、上筒体法兰以及下层筒体的外钢壳；

从预留的法兰浇筑孔处向塔筒内浇筑混凝土，至接近所述下层筒体高度方向的2/3处或者接近所述贯穿件底端位置时停止；

安装上层筒体，并从所述上层筒体的浇注孔继续浇筑混凝土，使下层筒体、连接节点及上层筒体通过混凝土粘结为一体。

本发明的有益效果为：

该钢结构混凝土塔筒连接节点以及使用该钢结构混凝土塔筒连接节点的风机塔筒的抗剪能力强，连接可靠性高，改善了上下筒体连接螺栓以及筒体与法兰焊缝间的受力情况，且安装方便，施工难度较低。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的钢结构混凝土塔筒连接节点与塔筒连接时的结构示意图；

图2是图1中圈定区域的放大示意图；

图3是本发明实施例的钢结构混凝土塔筒连接节点与下层塔筒连接时的剖面示意图；

图4是图3中圈定区域的放大示意图；

图中：

1-下层筒体；

101-下层内钢壳； 102-下层外钢壳；

2-上层筒体；

201-上层内钢壳； 202-上层外钢壳；

3-连接节点；

301-上筒体法兰； 302-下筒体法兰；

303-内层螺栓； 304-贯穿钢筋；

305-浇注孔； 306-环形筋；

307-上法兰加强筋； 308-下法兰加强筋；

309-O形密封圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面以本申请所述的钢结构混凝土塔筒连接节点在风机塔筒中的具体应用，来对该连接节点、使用该连接节点的风机塔筒以及该风机塔筒的施工方法做具体的说明。

如图1～图4所示，下层筒体1包括下层内钢壳101和下层外钢壳102两部分，上层筒体2包括上层内钢壳201和上层外钢壳202两部分。

连接节点3主要包括以下部分：

上筒体法兰301，用于与上层筒体2连接；并在上筒体法兰301对应于上层内钢壳201内侧的位置设置上法兰螺栓孔，在上筒体法兰301对应于上层内钢壳201与上层外钢壳202之间的位置设置浇注孔305；

下筒体法兰302，用于与下层筒体1连接；并在下筒体法兰302上设置与上法兰螺栓孔相对应的下法兰螺栓孔，以及与上筒体法兰301上的浇注孔305相对应的浇注孔；

内层螺栓303，从下层内钢壳101与上层内钢壳201的内侧连接上筒体法兰301和下筒体法兰302；

贯穿钢筋304，穿过上筒体法兰301和下筒体法兰302的浇注孔305，上下两端分别延伸至上层筒体2与下层筒体1的夹层空间内。贯穿钢筋304能够增强塔筒结构的刚性，同时可以增加塔筒钢结构与混凝土之间的粘结强度。

内层螺栓303可以参照现有技术中的方式，设置为紧密排列的一圈。浇注孔305也可以沿周向设置为均布的多个，每个浇注孔305中穿过1～2根贯穿钢筋304，并使贯穿钢筋304也呈周向均匀的方式布置。

在本实施例的其他方案中，上筒体法兰301和下筒体法兰302的内缘位置也可以使用内层螺栓303以外的连接件或固定连接方式代替。

为了实现贯穿钢筋304的定位及固定，同时也为了增加塔筒与混凝土的接触面积，提高塔筒的抗剪能力，在下层内钢壳101与下层外钢壳102之间设置至少一个环形筋306，贯穿钢筋304穿过环形筋306且两者之间焊接连接，同时环形筋306的内缘与下层内钢壳101的外壁焊接连接。

可选的，环形筋306还可以通过外缘与下层外钢壳102的内壁焊接连接，或者环形筋306同时与下层内钢壳101的外壁以及下层外钢壳102的内壁焊接连接。另外，考虑到施工方便的的问题，本实施例中仅在下层筒体1内设置了环形筋306，根据安装需要，也可以仅在上层筒体2内设置环形筋306，或者同时在上层筒体2和下层筒体1内设置环形筋306。

优选的，环形筋306与下筒体法兰302平行设置，且间隔设置多条。贯穿钢筋304依次穿过上部的几个环形筋306，下端与最下方的一个环形筋306焊接不穿过。

优选的，为了增加上筒体法兰301与上层筒体2的连接强度，以及下筒体法兰302与下层筒体1的连接强度，可以根据需要，在上筒体法兰301上设置上法兰加强筋307和/或在下筒体法兰302上设置下法兰加强筋308。

为了方便施工，上法兰加强筋307与上层内钢壳201以及上筒体法兰301相互垂直且焊接连接，设置在相邻的浇注孔305之间，呈周向均布。

下法兰加强筋308按同样的方式布置，与下层内钢壳101以及下筒体法兰302相互垂直且焊接连接。

更优选的，在不影响加强筋连接强度的前提下，同时为了减轻重量，上法兰加强筋307和下法兰加强筋308的中心部分设置大面积孔结构。

为了增加环形筋306的连接强度，可以在最下端的环形筋306的下表面设置与下层内钢壳101焊接连接的环形筋加强筋，用于增强环形筋306与下层筒体1之间的连接强度。

为了能够在浇筑混凝土时，让混凝土顺利通过，还需要在各环形筋306上设有通孔或缺口，或者在环形筋306与下层外钢壳102之间留有缝隙。

优选的，为了防止在浇筑混凝土时，混凝土从上筒体法兰301与下筒体法兰302之间溢出，还需要在上筒体法兰301与下筒体法兰302之间设置O形密封圈309。具体的，O形密封圈309设置为两个，分别位于浇注孔305的内外两侧的位置。

本实施例中采用了贯穿钢筋304作为贯穿件，强度高、抗剪切能力强、成本较低且加工方便。通常选用长度在3m左右的钢筋，使其伸入下层筒体1和上层筒体2内各1.5m左右。

当然，在本实施例的其他可替代方案中，贯穿件也可以采用其他形式，如钢管、钢柱、钢板等形式，其长度也可以根据单层塔筒的高度进行调整。

本发明所述风机塔筒的施工方式为：

首先制作下层筒体1的下层内钢壳101，可采用多块弧形钢板拼焊而成，也可采用卷制或者其他工艺制备；

在下层内钢壳101的外侧上部设置多个环形筋306，以增强筒体1的刚性；

安装上筒体法兰301、下筒体法兰302以及O形密封圈309，将下层内钢壳101与下筒体法兰302焊接连接；

安装贯穿钢筋304，使其穿过上筒体法兰301和下筒体法兰302的浇注孔，以及环形筋306上预留的安装孔，贯穿钢筋304的底端伸至最下层的环形筋306上。最下层的环形筋306上不设孔，直接与贯穿钢筋304的底端焊接，并在最下层的环形筋306的下表面设置环形筋加强筋，提高连接强度，保证贯穿钢筋304的轴向定位可靠。贯穿钢筋304的筋身分别与靠上的各层环形筋306焊接连接；

随后焊接下层筒体1的下层外钢壳102，可采用多块弧形钢板拼焊，也可采用卷制或者其他工艺。下层外钢壳102的内侧也可设置多个环形筋306，以增强刚性。再将下层外钢壳102与下筒体法兰302焊接连接；

固定好下层筒体1后，从预留出暂时未安装贯穿钢筋304的一个浇注孔305处开始灌注混凝土。当混凝土的浇筑量达到下层筒体1高度的2/3或者接近贯穿钢筋304的下端安装位置时，将预留的浇注孔305处的贯穿钢筋304安装好；

然后吊装安装上层筒体2，使上层内钢壳201以及上层外钢壳202分别与上筒体法兰301焊接连接，贯穿钢筋304伸入到上层内钢壳201与上层外钢壳202之间的空间内，同时上层筒体2和下层筒体1的内侧通过高强度的内层螺栓303将上筒体法兰301和下筒体法兰302连接在一起；

从上层筒体2的上层内钢壳201与上层外钢壳202之间的空间继续灌入混凝土，使其灌满下层筒体1的夹层空间，并达到贯穿钢筋304的上端位置，从而使下层筒体1、连接节点3、上层筒体2通过混凝土粘结为一体，增强了塔筒的刚性、强度和可靠性。

重复上述的安装步骤，继续安装更上层的筒体，直至达到设计要求。

在塔筒的内层塔筒壁上可设置梯子、休息平台以及电缆支架等附件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种钢结构混凝土塔筒连接节点，用于连接上层筒体和下层筒体，其特征在于，包括：

上筒体法兰，用于与所述上层筒体连接；并在所述上筒体法兰对应于所述上层筒体的内钢壳内侧的位置设置上法兰连接部，在所述上筒体法兰对应于所述上层筒体的内钢壳与外钢壳之间的位置设置上法兰浇注孔；

下筒体法兰，用于与所述下层筒体连接；并在所述下筒体法兰上设置与所述上法兰连接部相对应的下法兰连接部，以及与所述上法兰浇注孔相对应的下法兰浇注孔；

内层连接件，用于连接所述上筒体法兰和所述下筒体法兰；

贯穿件，穿过所述上法兰浇注孔和所述下法兰浇注孔，且两端分别延伸至所述上层筒体与所述下层筒体内。

2.根据权利要求1所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，所述上筒体法兰上设置有法兰加强筋和/或所述下筒体法兰设置有法兰加强筋。

3.根据权利要求1所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，还包括至少一个环形筋；所述贯穿件的上端和/或下端穿过所述环形筋，且所述贯穿件与所述环形筋固定连接。

4.根据权利要求3所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，还包括多个环形筋加强筋，与所述环形筋连接，用于增强所述环形筋与所述上层筒体或所述下层筒体之间的连接强度。

5.根据权利要求3所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，所述环形筋上设有多个通孔或缺口，用于供混凝土通过。

6.根据权利要求1所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，所述上筒体法兰与所述下筒体法兰之间设置密封圈。

7.根据权利要求6所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，所述密封圈至少为两个，分别设置在所述下法兰浇注孔的内外两侧。

8.根据权利要求1～7任一项所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，所述贯穿件为钢筋。

9.根据权利要求1～7任一项所述的钢结构混凝土塔筒连接节点，其特征在于，所述贯穿件位于所述上层筒体内的部分或位于所述下层筒体内的部分的长度均不小于1.3m。

10.一种风机塔筒，其特征在于，包括多段筒体，以及权利要求1～9任一项所述的钢结构混凝土塔筒连接节点；

相邻两段所述筒体间通过所述的钢结构混凝土塔筒连接节点固定连接，且在所述筒体的内钢壳和外钢壳之间填充混凝土。

11.一种权利要求10所述的风机塔筒的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

架设下层筒体的内钢壳，并在所述内钢壳外固接至少一圈环形筋；

布置贯穿件，使其贯穿所述环形筋并与之固接；

安装下筒体法兰、上筒体法兰以及下层筒体的外钢壳；

从预留的法兰浇筑孔处向塔筒内浇筑混凝土，至接近所述下层筒体高度方向的2/3处或者接近所述贯穿件底端位置时停止；

安装上层筒体，并继续浇筑混凝土，使下层筒体、连接节点及上层筒体通过混凝土粘结为一体。