CN109281332A - 一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，涉及陆上风力发电技术领域。该体系包括基础环、圆形混凝土底板、变截面H形钢肋梁、中空混凝土台柱、栓钉和方钢抗剪连接件。所述的基础环与上部风电机塔筒连接，去掉传统基础环所需要的穿孔钢筋，改用工厂预制焊接栓钉，利用栓钉良好的抗剪和抗拔性能，使基础环与基础混凝土形成有效连接，显著降低了现场钢筋穿孔的施工难度。所述的变截面H形钢肋梁通过抗剪连接件与基础底板和台柱连接，形成组合结构受力体系，充分发挥两种材料受力特性，能抵抗上部荷载产生的较大内力。该基础体系可以用于圆形扩展基础，或桩基础的圆形承台，现场施工效率高，且节省材料，具有非常好的工程应用前景。

Description

一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础

技术领域

本发明涉及陆上风力发电技术领域。

背景技术

风电能源是一种无污染、可再生的清洁能源。陆上风电场发电量高、风机运行稳定、制造技术成熟，近年来被广泛投入使用。

风机上部钢塔筒与基础可以通过预应力锚栓或基础环进行连接。其中预应力锚栓造价相对较高，基础环造价较低，需要配合穿孔钢筋，加强与基础混凝土部分的连接，防止基础环在较大上部荷载作用下发生与混凝土的连接破坏。穿但孔钢筋排列密集、数量较多，造成现场施工不便，且钢筋抗剪性能一般，所需锚固长度较长，材料用量较大。因此，为了减小施工难度，降低材料用量，需要对基础环与基础混凝土的加强连接方式提出改进和优化，充分发挥基础环的工程优势。

风机塔筒的高度一般较高，传递给基础的荷载较大，故传统钢筋混凝土基础体量大，混凝土用量多，钢筋间距密，混凝土不易浇筑，现场施工效率低，所以有必要结合风机基础的受力特点对其结构体系进行改进和创新。

发明内容

本发明提出一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础：去掉传统基础环所需要的穿孔钢筋，改用工厂预制焊接栓钉，利用栓钉良好的抗剪性能，保证基础环与基础承台混凝土的有效连接，降低了现场钢筋穿孔的施工难度，提高了施工速度，降低了材料用量；采用变截面H形钢肋梁，通过抗剪连接件与基础底板和台柱连接，形成组合结构受力体系，充分发挥两种材料的受力特性，能抵抗上部荷载产生的较大内力，同时避免了现浇钢筋混凝土肋梁所需的变截面支模、大量绑扎钢筋等复杂工序；混凝土台柱采用中空构造，进一步节约了材料用量，同时便于施工。该基础体系可以用于圆形扩展基础，或桩基础的圆形承台，现场施工效率高，具有非常好的工程应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，该体系包含基础环、栓钉、圆形混凝土底板、变截面H形钢肋梁、混凝土台柱、方钢抗剪连接件等。

基础环下部与混凝土底板一起浇筑，并通过沿环向布置的栓钉加强连接。

变截面H形钢肋梁根据上部荷载大小可选用两种截面构造：上翼缘为钢板或钢管混凝土。肋梁通过沿下翼缘布置的栓钉与混凝土底板(3)连接。端部伸入混凝土台柱并焊接端板，通过栓钉和方钢两种抗剪连接件与混凝土连接，形成组合结构受力体系。

混凝土台柱采用中空构造，去掉距中心一定范围内的混凝土。台柱中配有环向钢筋，沿台柱高度方向布置数层，在台柱顶面、基础环高度范围内和栓钉附近适当加密其间距。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)栓钉良好的抗剪和抗拔性能，能加强基础环和台柱混凝土的连接，防止在上部较大荷载下基础环被拔出或与混凝土发生法向分离；抗力相同时，栓钉的材料用量低于钢筋，相比传统的穿孔钢筋施工方式，显著降低用钢量；栓钉可以预先在工厂中焊接到基础环上，相比传统基础环现场钢筋穿孔施工，极大地降低了施工难度，并能更好地保证施工质量。

(2)在基础中采用组合结构体系：变截面H形钢肋梁具有良好的抗弯、抗拉性能，通过沿下翼缘布置的栓钉与混凝土底板连接，使两者成为整体共同工作，充分发挥了两种材料的特性；肋梁端部伸入混凝土台柱并焊接端板，端板上同时焊接栓钉和方钢两种抗剪连接件，减小钢材与混凝土交界面的滑移，使各肋梁变形一致，防止基础不均匀变形；现场施工方便，显著提高施工效率。

(3)混凝土台柱采用中空构造，去掉距中心一定范围内的混凝土，节省了材料用量，同时设备埋管、接地施工更加方便。

附图说明

图1为本发明的整体示意图(基础平面图、剖面图)；

图2为本发明中经过栓钉优化后的基础环示意图；

图3为本发明中变截面H形钢肋梁与混凝土台柱的连接示意图；

图4为本发明中变截面H形钢肋梁的两种截面构造示意图；

图中：1-基础环、2-栓钉、3-混凝土底板、4-垫层、5-环向钢筋、6-变截面H形钢肋梁、7-中空混凝土台柱、8-纵向加劲肋、9-端板、10-方钢、11-矩形钢板、12-四边形钢板、13-钢管混凝土

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，该体系包含基础环(1)、栓钉(2)、圆形混凝土底板(3)、变截面H形钢肋梁(6)、混凝土台柱(7)等。基础环(1)下部与混凝土底板(3)一起浇筑，并通过沿环向布置的栓钉(2)加强连接。混凝土底板下设垫层(4)。变截面H形钢肋梁(6)通过沿下翼缘布置的栓钉(2)与混凝土底板(3)连接。肋梁腹板设置纵向加劲肋(8)，梁端部伸入混凝土台柱(7)。混凝土台柱(7)采用中空构造，去掉距中心一定范围内的混凝土。台柱中配有环向钢筋(5)，沿台柱高度方向布置数层，在基础环高度范围内和栓钉附近适当加密其间距。

如图2所示，栓钉(2)焊接在基础环(1)外侧，沿其环向和高度方向均匀布置。现场施工时基础环与基础混凝土部分一起浇筑。

如图3所示，变截面H形钢肋梁(6)通过沿下翼缘布置的栓钉(2)与混凝土底板连接。梁端部伸入混凝土台柱(7)并焊接端板(9)，端板上同时焊接栓钉(2)和方钢(10)两种抗剪连接件，通过抗剪连接件与混凝土有效连接。

如图4所示，H形钢肋梁可选用两种截面构造：上翼缘为矩形钢板(11)或钢管混凝土(13)。腹板为四边形钢板(12)，下翼缘为矩形钢板(11)。各部分通过焊接连接。

本发明提供了一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础。该基础体系充分发挥了组合结构的优势，受力合理，降低了现场施工难度，减少了材料用量，提高了施工效率，具有非常好的工程应用前景。

以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似方式替代，这些也应视作本发明的保护范围。

尽管本文较多地使用了：1-基础环、2-栓钉、3-混凝土底板、4-垫层、5-环向钢筋、6-变截面H形钢肋梁、7-中空混凝土台柱、8-纵向加劲肋、9-端板、10-方钢、11-矩形钢板、12-四边形钢板、13-钢管混凝土等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。

Claims (5)

1.一种基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，涉及陆上风力发电技术领域；该体系包含基础环(1)、栓钉(2)、圆形混凝土底板(3)、垫层(4)、环向钢筋(5)、变截面H形钢肋梁(6)、混凝土台柱(7)、纵向加劲肋(8)、端板(9)、方钢抗剪连接件(10)。

2.根据权利要求1所述的基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，其特征在于：基础环(1)下部与混凝土底板(3)一起浇筑，并通过沿环向布置的栓钉(2)加强连接。

3.根据权利要求1所述的基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，其特征在于：变截面H形钢肋梁(6)根据上部荷载大小可选用两种截面构造，即上翼缘为钢板或钢管混凝土；肋梁通过沿下翼缘布置的栓钉(2)与混凝土底板(3)连接；肋梁端部伸入混凝土台柱(7)并焊接端板(9)，通过栓钉(2)和方钢(10)两种抗剪连接件与混凝土连接，形成组合结构受力体系。

4.根据权利要求1所述的基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，其特征在于：混凝土台柱(7)采用中空构造，去掉距中心一定范围内的混凝土。

5.根据权利要求1所述的基于组合结构的风电塔筒基础环肋梁式基础，其特征在于：混凝土台柱(7)中配有环向钢筋，沿台柱高度方向布置数层，在台柱顶面、基础环(1)范围内和栓钉(2)附近适当加密其间距。