CN106321367B - 斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，所述组合式风机塔架由下部钢筋混凝土筒结构、斜拉预应力索、过渡段、上部单管钢筒结构组成。下部钢筋混凝土筒结构由底部直筒段和顶部转换段组成，底部直筒段为等外径、等壁厚环形钢筋混凝土结构，底部开设门洞并布置加强环；顶部转换段内布置若干道环向预应力索、环向均布若干个弧形预应力索套管，弧形预应力套管上端出口与竖直，下端出口与斜拉预应力索的角度一致。斜拉预应力索对下部钢筋混凝土筒结构施加预应力提高混凝土筒的抗裂性能、抗疲劳性能，也大大提高下部结构的整体刚度；斜拉预应力索在混凝土筒顶部的转换段穿过预埋的弧形预应力套管引入塔筒内，方便斜拉预应力索的张拉锚固及运行维护。

Description

斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架
技术领域
本发明属于风力发电塔架结构技术领域，具体涉及一种斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架。
背景技术
传统风力发电塔常见为单管塔筒1，其底部与基础2连接，顶部安装风力发电机3和风轮4，塔筒1内部布置供上下交通的爬梯、传输电能的电缆及其他附件等，塔筒1底部开设门洞并布置加强环5。单管钢筒结构1由多个焊接筒段6连接组成，各焊接筒段6之间采用锻造横向法兰7和法兰螺栓8连接。
传统风力发电钢筒塔架分段数量较少，每段塔筒较重，运输和吊装难度较大；当风机功率较大、载荷较大，要求塔筒直径较大时，较大直径的整圆塔筒受公路运输高度和宽度限制较大；为满足运输、吊装等要求，直径较小的圆形塔筒用于大功率风电机组时，结构效率较低，经济性较差。
钢筋混凝土结构刚度大、耐久性好、结构阻尼比大，对于提高风力发电机组塔架刚度、增加塔架的阻尼比非常有利。然而普通钢筋混凝土结构抗裂较差、抗疲劳荷载作用性能更差，对钢筋混凝土结构施加预应力可提高其抗弯刚度、抗裂性能和抗疲劳性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架。
本发明提出的斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，所述组合式风机塔架由下部钢筋混凝土筒结构9、斜拉预应力索10、过渡段11和上部单管钢筒结构12组成，其中：
所述上部单管钢筒结构12的底部通过锻造横向法兰7与过渡段11连接，顶部安装风力发电机3和风轮4，上部单管钢筒结构12由若干个焊接筒段6连接组成，相邻的焊接筒段6之间采用锻造横向法兰7和法兰螺栓8连接；
所述下部钢筋混凝土筒结构9由底部直筒段13和顶部转换段14连接而成，底部直筒段13采用等外径、等壁厚环形钢筋混凝土结构，其底部开设有门洞，并布置加强环5；顶部转换段14内均匀布置有若干道环向预应力索15，且环向均匀布置有若干个弧形预应力索套管16，弧形预应力套管16上端出口方向为竖直，下端出口方向与斜拉预应力索10的角度一致；环向预应力索15张拉锚固后对张拉凹槽（为便于张拉预应力索预留的凹槽）采取灌浆封堵19；
所述过渡段11由焊接筒段6、锻造横向法兰7和下部锚固法兰26组成，若干个焊接筒段6之间采用锻造横向法兰7和法兰螺栓8连接，过渡段11顶部通过锻造横向法兰7、法兰螺栓8与上部单管钢筒结构12连接，底部通过锚固法兰26上的锚固法兰开孔27与弧形预应力套管16上端出口相对应；
所述斜拉预应力索10上端依次穿过顶部转换段14内的弧形预应力索套管16、过渡段11下部的锚固开孔27和上锚具28，使过渡段11锚固在下部钢筋混凝土筒结构9的顶部；斜拉预应力索10下端连接下锚具29，并与环梁31上的锚点30连接。
本发明中，所述下部钢筋混凝土筒结构9可以采用现场浇筑钢筋混凝土整体形成结构，或可采用预制拼装结构。当采用预制拼装结构时，将下部钢筋混凝土筒结构9竖向分为若干标准节20和转换节21，相邻两节采用若干个灌浆螺栓22连接以承受安装阶段的荷载，为方便灌浆螺栓22的灌浆施工，在其安装处设置排气孔23和灌浆孔24；各预制段顶面埋设吊装螺母25以便安装阶段起吊。
本发明中，环向预应力索15可采用专用环锚17张拉锚固，或可预设扶壁柱18并对穿环向预应力索15，然后张拉锚固。
本发明中，一圈环梁31布置于基础2边缘处，所述基础２位于下部钢筋混凝土筒结构9的正下方，环梁31内均布有若干个排水管33，环梁31顶面均布设置锚点30，相位与弧形预应力套管16对应，锚点预应力筋32将锚点30与环梁31、基础2的端部连接为整体。
本发明中，斜拉预应力索10下端采用下锚头34锚固于基础2内。
本发明中，下部钢筋混凝土筒结构9、过渡段11、上部单管钢筒结构12内部需布置供上下交通的爬梯、传输电能的电缆及其他附件等。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供了一种斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，塔架由下部钢筋混凝土筒结构和上部单管钢筒结构，下部钢筋混凝土筒结构可大大提高塔架的刚度和阻尼比；采用斜拉预应力索对下部钢筋混凝土筒结构施加预应力提高混凝土筒的抗裂性能、抗疲劳性能，也大大提高下部结构的整体刚度；斜拉预应力索在混凝土筒顶部的转换段穿过预埋的弧形预应力套管引入塔筒内，方便斜拉预应力索的张拉锚固及运行维护。
2.本发明对混凝土筒顶部的转换段布置环向预应力筋并施加预应力以抵抗斜拉预应力索产生的径向向外的分力，提高转换段的抗裂性能和抗疲劳性能。
3.本发明下部钢筋混凝土筒结构体型简单，不受斜拉预应力索和环向预应力索布置的影响，不论采用现场浇筑整体结构还是预制拼装结构，施工工艺较为简单；塔筒底部开设门洞不受斜拉预应力索布置的影响。
4.本发明下部钢筋混凝土筒顶部安装高度较小过渡段，可在下部混凝土达到强度后吊装过渡段并张拉斜拉预应力索，使下部形成整体刚度，以方便上部单管钢筒结构、发电机、叶轮的一次性吊装。
附图说明
图1为传统风力发电塔侧视图；
图2为传统塔筒锻造横向法兰详图；
图3为斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架侧视图；
图4为组合式风机塔架过渡段和混凝土筒转换段连接详图；
图5为组合式风机塔架基础俯视图；
图6为组合式风机塔架过渡段下锚固法兰详图；
图7为组合式风机塔架混凝土筒顶部的转换段详图；
图8为组合式风机塔架预制混凝土筒标准段俯视图；
图9为组合式风机塔架斜拉预应力索直接锚固与基础详图；
图10为组合式风机塔架斜拉预应力索锚固与基础环梁详图。
图中标号：1为塔筒，2为基础，3为发电机，4为风轮，5为门洞，6为焊接筒段，7为锻造横向法兰，8为法兰螺栓，9为下部钢筋混凝土筒结构，10为斜拉预应力索，11为过渡段，12为上部单管钢筒结构，13为底部直筒段，14为顶部转换段，15为环向预应力索，16为弧形预应力套管，17为专用环锚，18为扶壁柱，19为灌浆封堵，20为标准节，21为转换节，22为灌浆螺栓，23为排气孔，24为灌浆孔，25为吊装螺母，26为下部锚固法兰，27为锚固法兰开孔，28为上锚具，29为下锚具，30为锚点，31为环梁，32为锚点预应力筋，33为排水管，34为下锚头。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明：
实施例1，图3-图10所示，本发明提出的斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，所述组合式风机塔架由下部钢筋混凝土筒结构9、斜拉预应力索10、过渡段11、上部单管钢筒结构12组成。
所述上部单管钢筒结构12，底部通过锻造横向法兰7与过渡段11连接，顶部安装风力发电机3和风轮4，上部单管钢筒结构12由多个焊接筒段6连接组成，各焊接筒段6之间采用锻造横向法兰7和法兰螺栓8连接。
所述下部钢筋混凝土筒结构9由底部直筒段13和顶部转换段14组成，底部直筒段13为等外径、等壁厚环形钢筋混凝土结构，底部开设门洞并布置加强环5；顶部转换段14内布置若干道环向预应力索15、环向均布若干个弧形预应力索套管16，弧形预应力套管16上端出口与竖直，下端出口与斜拉预应力索10的角度一致。环向预应力索15可采用专用环锚17张拉锚固，也可预设扶壁柱18并对穿环向预应力索15，然后张拉锚固，环向预应力索15张拉锚固后对张拉凹槽采取灌浆封堵19。
所述下部钢筋混凝土筒结构9可以采用现场浇筑钢筋混凝土整体形成结构，也可采用预制拼装结构。当采用预制拼装结构时，将下部钢筋混凝土筒结构9竖向分为若干标准节20和转换节21，相邻两节采用若干个灌浆螺栓22连接以承受安装阶段的荷载，为方便灌浆螺栓22的灌浆施工，在其安装处设置排气孔23和灌浆孔24；各预制段顶面埋设吊装螺母25以便安装阶段起吊。
本发明中，所述过渡段11由焊接筒段6、上部锻造横向法兰7、下部锚固法兰26组成，过渡段11通过上部锻造横向法兰7、法兰螺栓8与上部单管钢筒结构12连接，下部锚固法兰26上的锚固法兰开孔27与弧形预应力套管16上端出口对应。
本发明中，所述斜拉预应力索10上端依次穿过顶部转换段14内的弧形预应力索套管16、过渡段11下部锚固开孔27、上锚具28，使过渡段11锚固在下部钢筋混凝土筒结构9的顶部；斜拉预应力索10下端连接下锚具29，并与基础2上的锚点30连接。
本发明中，所述基础2位于下部钢筋混凝土筒结构9的正下方，靠近边缘处布置一圈环梁31，环梁31内均布若干个排水管33，环梁31顶面均布设置锚点30，相位与弧形预应力套管16对应，锚点预应力筋32将锚点30与环梁31、基础2的端部连接为整体；斜拉预应力索10下端也可采用下锚头34锚固在基础2内。
具体实施过程如下：
1.施工基础2：根据设计图纸要求开挖基坑、浇筑垫层、绑扎钢筋、浇筑基础混凝土。若斜拉预应力索10下端直接锚固在基础2中，则需在基础钢筋绑扎阶段布置好斜拉预应力索10的下端及其下锚头34；若斜拉预应力索10下端连接于环梁31顶面的锚点30上，则需施工环梁31，并在其中布置锚点30、锚点预应力筋32以及排水管33。
2.施工下部钢筋混凝土筒结构9：若下部钢筋混凝土筒结构9采取现场整体浇筑成形，需在基础2混凝土达到一定强度后施工下部钢筋混凝土筒结构9，并在顶部转换段14内预埋环向预应力索15、弧形预应力套管16，待顶部转换段14达到强度要求后，张拉锚固环向预应力索15，并对预留张拉空间做灌浆封堵19；若下部钢筋混凝土筒结构9采取预制拼装结构，则需预制标准节20和转换节21并养护达到强度要求，在顶部转换节21内预埋环向预应力索15、弧形预应力套管16，待顶部转换节21达到强度要求后，张拉锚固环向预应力索15，并对预留张拉空间做灌浆封堵19，然后自下而上依次吊装标准节20和转换节21，吊装时吊点连接在吊装螺母25上，相邻两节段之间采用灌浆螺栓22连接。
3.施工斜拉预应力索10：在下部钢筋混凝土筒结构9顶部安装过渡段11，牵引斜拉预应力索10上端依次穿过顶部转换段14内的弧形预应力索套管16、过渡段11下部锚固开孔27、上锚具28，张拉斜拉预应力索10使过渡段11锚固于下部钢筋混凝土筒结构9的顶部，使下部形成完整的结构体系。
4.依次吊装上部单管钢筒结构12、发电机3、风轮4等。

Claims (6)

1.斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，所述组合式风机塔架由下部钢筋混凝土筒结构(9)、斜拉预应力索(10)、过渡段(11)和上部单管钢筒结构(12)组成，其特征在于：
所述上部单管钢筒结构(12)的底部通过锻造横向法兰(7)与过渡段(11)连接，顶部安装风力发电机(3)和风轮(4)，上部单管钢筒结构(12)由若干个焊接筒段(6)连接组成，相邻的焊接筒段(6)之间采用锻造横向法兰(7)和法兰螺栓(8)连接；
所述下部钢筋混凝土筒结构(9)由底部直筒段(13)和顶部转换段(14)连接而成，底部直筒段(13)采用等外径、等壁厚环形钢筋混凝土结构，其底部开设有门洞，并布置加强环(5)；顶部转换段(14)内均匀布置有若干道环向预应力索(15)，且环向均匀布置有若干个弧形预应力套管(16)，弧形预应力套管(16)上端出口方向为竖直，下端出口方向与斜拉预应力索(10)的角度一致；环向预应力索(15)张拉锚固后对张拉凹槽采取灌浆封堵(19)；
所述过渡段(11)由焊接筒段(6)、锻造横向法兰(7)和下部锚固法兰(26)组成，若干个焊接筒段(6)之间采用锻造横向法兰(7)和法兰螺栓(8)连接，过渡段(11)顶部通过锻造横向法兰(7)、法兰螺栓(8)与上部单管钢筒结构(12)连接，底部通过下部锚固法兰(26)上的锚固法兰开孔(27)与弧形预应力套管(16)上端出口相对应；
所述斜拉预应力索(10)上端依次穿过顶部转换段(14)内的弧形预应力套管(16)、过渡段(11)下部的锚固法兰开孔(27)和上锚具(28)，使过渡段(11)锚固在下部钢筋混凝土筒结构(9)的顶部；斜拉预应力索(10)下端连接下锚具(29)，并与环梁(31)上的锚点(30)连接。
2.根据权利要求1所述的斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，其特征在于所述下部钢筋混凝土筒结构(9)采用现场浇筑钢筋混凝土整体形成结构，或采用预制拼装结构；当采用预制拼装结构时，将下部钢筋混凝土筒结构(9)竖向分为若干标准节(20)和若干转换节(21)，相邻两标准节采用若干个灌浆螺栓(22)连接以承受安装阶段的荷载，为方便灌浆螺栓(22)的灌浆施工，在其安装处设置排气孔(23)和灌浆孔(24)；各预制段顶面埋设吊装螺母(25)以便安装阶段起吊。
3.根据权利要求1所述的斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，其特征在于环向预应力索(15)采用专用环锚(17)张拉锚固，或预设扶壁柱(18)并对穿环向预应力索(15)，然后张拉锚固。
4.根据权利要求1所述的斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，其特征在于一圈环梁(31)布置于基础(2)边缘处，所述基础(2)位于下部钢筋混凝土筒结构(9)的正下方，环梁(31)内均布有若干个排水管(33)，环梁(31)顶面均布设置锚点(30)，锚点（30）位置与弧形预应力套管(16)对应，锚点预应力筋(32)将锚点(30)与环梁(31)、基础(2)端部连接为整体。
5.根据权利要求1所述的斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，其特征在于斜拉预应力索(10)下端采用下锚头(34)锚固于基础(2)内。
6.根据权利要求1所述的斜拉预应力钢与混凝土组合式风机塔架，其特征在于下部钢筋混凝土筒结构(9)、过渡段(11)和上部单管钢筒结构(12)内部均需布置供上下交通的爬梯和传输电能的电缆。
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