CN116464221A - 钢管混凝土体外预应力结构、风电塔架及安装方法 - Google Patents

钢管混凝土体外预应力结构、风电塔架及安装方法 Download PDF

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CN116464221A CN202310470375.3A CN202310470375A CN116464221A CN 116464221 A CN116464221 A CN 116464221A CN 202310470375 A CN202310470375 A CN 202310470375A CN 116464221 A CN116464221 A CN 116464221A
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张强
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Abstract

本发明公开了风电塔技术领域的一种钢管混凝土体外预应力结构，包括钢绞线上锚板固定装置、钢绞线下锚板定位装置、塔柱钢管、预应力钢绞线、基础上锚板、基础预应力锚栓、钢绞线固定锚栓、基础下锚板，所述预应力钢绞线一端固定安装于钢绞线上锚板固定装置，所述预应力钢绞线的另一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置，所述钢绞线固定锚栓一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置，所述钢绞线固定锚栓另一端固定安装于基础下锚板；所述基础预应力锚栓一端安装于基础上锚板所述塔柱钢管内部填充有混凝土；本发明还公开了一种含有钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架和安装方法。有益效果：将预应力锚具安装在钢管外部，安装简便便于维护。

Description

钢管混凝土体外预应力结构、风电塔架及安装方法
技术领域
本发明属于风电塔技术领域，特别涉及一种钢管混凝土体外预应力结构、风电塔架及安装方法。
背景技术
随着风力发电塔的发展，单机发电额定功率越来越大，风塔要求的高度越来越高，为了解决风荷载和机械运行作用下疲劳效应显著的问题，采用构架式钢结构塔架用于提升其下部材料利用率及整体刚度，但钢结构疲劳问题成为结构材料充分利用的限制条件。
为提高材料的利用率，预应力构架式塔结构可使塔架钢管在正常使用工况下始终处于受压状态，除极端天气下的工况外，塔架钢管内不出现拉应力，可抑制微观及宏观裂纹的发展，防止发生疲劳破坏，延长塔架钢管疲劳寿命。
目前，一般采用塔架钢管内预应力方法使塔架钢管在正常使用工况下始终处于受压状态，但是塔架钢管内预应力要求将钢绞线和锚具穿在塔柱筒体内部，施工安装繁琐。
发明内容
为了解决以上问题，本发明决定研发一种钢管混凝土体外预应力结构、风电塔架及安装方法；提供一种风电塔架钢管混凝土体外预应力结构，将预应力锚具安装在钢管外部，安装简便，便于维护。
一种钢管混凝土体外预应力结构，包括钢绞线上锚板固定装置、钢绞线下锚板定位装置、塔柱钢管、预应力钢绞线、基础上锚板、基础预应力锚栓、钢绞线固定锚栓、基础下锚板，所述塔柱钢管的顶端设置有上锚板固定装置，所述预应力钢绞线一端固定安装于钢绞线上锚板固定装置，所述预应力钢绞线的另一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置，所述钢绞线固定锚栓一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置，所述钢绞线固定锚栓另一端固定安装于基础下锚板；所述塔柱钢管的底端设置有塔柱法兰，所述基础预应力锚栓一端贯穿基础上锚板、塔柱法兰固定安装于混凝土基础装置顶端，所述基础预应力锚栓另一端固定安装于基础下锚板，所述塔柱钢管内部填充有混凝土。
进一步地，所述钢绞线下锚板定位装置包括若干个预应力钢绞线下锚板，所述预应力钢绞线下锚板上设置有预应力钢绞线安装孔、钢绞线固定锚栓安装孔，所述预应力钢绞线下锚板设置于塔柱钢管外侧且与塔柱钢管之间留有间隙，所述预应力钢绞线的底端贯穿预应力钢绞线安装孔固定于预应力钢绞线下锚板的底端，所述钢绞线固定锚栓的顶端贯穿钢绞线固定锚栓安装孔安装于预应力钢绞线下锚板。
进一步地，还包括保护罩，所述钢绞线下锚板定位装置的外壁安装有保护罩，还包括预应力钢绞线固定夹，所述预应力钢绞线通过预应力钢绞线固定夹安装于塔柱钢管的外壁。
进一步地，所述基础预应力锚栓外壁安装有基础预应力锚栓套管，所述钢绞线固定锚栓的外壁安装有钢绞线固定锚栓套管。
进一步地，还包括上锚栓，所述上锚栓包括螺帽、工作夹片、上锚具，所述预应力钢绞线贯穿工作夹片、上锚具，通过螺帽固定于钢绞线上锚板固定装置的顶端。
进一步地，还包括固定板、保护套固定板，所述钢绞线上锚板固定装置底端通过固定板安装于塔柱钢管的底端，所述钢绞线上锚板固定装置的顶端安装有保护套固定板；还包括橡胶垫块、保护套，所述预应力钢绞线的顶端安装有橡胶垫块，所述保护套扣在橡胶垫块、螺帽、工作夹片、上锚具周围。
进一步地，还包括下锚栓，所述下锚栓包括下垫板、下锚具系统，所述预应力钢绞线的底端贯穿预应力钢绞线安装孔通过下垫板、下锚具系统固定于预应力钢绞线下锚板的底端。
进一步地，所述钢绞线下锚板定位装置底端与基础上锚板底端之间的距离为1400-1800mm。
一种含有所述的钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架，还包括基础装置、塔架、过渡段、塔筒、轮毂、机舱、叶片，所述塔架包括钢管混凝土体外预应力结构、横杆、斜杆，所述钢管混凝土体外预应力结构底端安装于基础装置，所述过渡段的底端安装于钢管混凝土体外预应力结构的顶端，所述过渡段的顶端与塔筒的底端连接，所述塔筒的顶端安装有机舱，所述机舱上安装有轮毂，轮毂上安装有叶片，所述钢管混凝土体外预应力结构之间安装有横杆和斜杆。
一种所述的钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架的安装方法，包括以下步骤：
(1)基础预应力锚栓和钢绞线固定锚栓的组装，钢绞线固定锚栓套上钢绞线固定锚栓套管，将下端的上螺母及上端的下螺母按图纸要求扭到一定的尺寸定位；基础预应力锚栓套上基础预应力锚栓套管，将下端的上螺母及上端的下螺母按图纸要求扭到一定的尺寸定位；
(2)基础下锚板和基础上锚板的安装，基础下锚板垂直于地面，用做好的工装作为支撑，将钢绞线固定锚栓和基础预应力锚栓的一头穿到基础下锚板的螺栓孔里，另一端用用工装支撑，钢绞线固定锚栓和基础预应力锚栓全部穿上将基础上锚板安装，调整好位置后紧固螺栓；
(3)装配环向箍件，将基础上锚板、基础下锚板装配完成后，按要求紧固好基础上锚板、基础下锚板上的螺母，把环向箍件及卡件装配上即可；
(4)定位工装定位，将基础下锚板放在定位工装上，根据设计尺寸，在基础垫层上放置基础下锚板且位置准确，预应力基础绑扎钢筋、支设模板、浇筑混凝土，成型养护；
(5)构架式塔架进行安装，吊装第一段塔架主柱钢管，将基础预应力锚栓上端的螺栓拧紧，安装构架式塔架横杆、斜杆，继续按此循序安装构架式塔架，直至吊装过渡段；(6)塔架安装完成后，安装预应力钢绞线的钢绞线下锚板定位装置，安装钢绞线上锚板固定装置，吊装安放预应力钢绞线，安装锚具及垫板，预应力钢绞线全部安装完成后，开始逐一张拉预应力钢绞线及基础预应力锚栓，及塔柱钢管螺栓、横杆、斜杆螺栓预应力施工；
(7)吊装塔筒，吊装机舱，吊装轮毂及叶片，螺栓紧固及预应力施工，安装电气设备，安装电缆，安装调试，设备并网，风机发电。
本发明取得的有益效果如下：
1.改变了塔架钢管内预应力方法使塔架钢管在正常使用工况下始终处于受压状态的情况，之前的安装方法将钢绞线和锚具穿在塔柱筒体内部施工安装繁琐；采用一种风电塔架钢管混凝土体外预应力结构，将预应力锚具安装在钢管外部，施工方便，提高结构抗疲劳强度；
2.塔架钢管内部采用混凝土结构，提高结构刚度、强度，在要求刚度、强度一样的情况下，又可以减少塔架钢管的直径，减少塔架钢管的壁厚，从而降低了制造、安装成本；
3.结构简单，可在工厂内实现塔柱钢管内部混凝土的浇筑，可以减少塔架钢管的直径，减少塔架钢管的壁厚，从而降低了制造、安装成本；
4.预应力钢绞线下锚板的设置，起到承上启下的作用，增大了钢管混凝土体外预应力结构的弹性。
附图说明
图1为钢管混凝土体外预应力结构的结构示意图；
图2为钢绞线上锚板固定装置A处的结构放大图；
图3为钢绞线下锚板定位装置B处的结构放大图；
图4为塔柱法兰的俯视图；
图5为图3中沿着C-C方向钢绞线下锚板定位装置和塔柱法兰的俯视图一；
图6为图3中沿着C-C方向钢绞线下锚板定位装置和塔柱法兰的俯视图二；
图7为图3中沿着C-C方向钢绞线下锚板定位装置和塔柱法兰的俯视图三；
图8为含有钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架；
图中附图标记为：
1钢绞线上锚板固定装置、2混凝土、3塔柱钢管、4预应力钢绞线、5钢绞线下锚板定位装置、6保护罩、7塔柱法兰、8基础上锚板、9钢绞线固定锚栓、10基础预应力锚栓、11基础下锚板、12预应力钢绞线固定夹、13钢绞线固定锚栓套管、14基础预应力锚栓套管、15螺帽、16工作夹片、17上锚具、18固定板、19橡胶垫块、20保护套、21下垫板、22下锚具系统、23基础装置、24塔架、25过渡段、26塔筒、27机舱、28轮毂、29叶片、30预应力钢绞线下锚板、31预应力钢绞线安装孔、32钢绞线固定锚栓安装孔、33安装孔、34斜杆、35横杆、36保护套固定板。
具体实施方式
实施例1
如图1-5、图8，一种钢管混凝土体外预应力结构，包括钢绞线上锚板固定装置1、钢绞线下锚板定位装置5、塔柱钢管3、预应力钢绞线4、基础上锚板8、基础预应力锚栓10、钢绞线固定锚栓9、基础下锚板11，所述塔柱钢管3的顶端设置有上锚板固定装置1，所述预应力钢绞线4一端固定安装于钢绞线上锚板固定装置1，所述预应力钢绞线4的另一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置5，所述钢绞线固定锚栓9一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置5，所述钢绞线固定锚栓9另一端固定安装于基础下锚板11；所述塔柱钢管3的底端设置有塔柱法兰7，所述基础预应力锚栓10一端贯穿基础上锚板8、塔柱法兰7固定安装于混凝土基础装置23顶端，所述基础预应力锚栓10另一端固定安装于基础下锚板11，所述塔柱钢管3内部填充有混凝土。
所述钢绞线下锚板定位装置5包括若干个预应力钢绞线下锚板30，所述预应力钢绞线下锚板30上设置有预应力钢绞线安装孔31、钢绞线固定锚栓安装孔32，所述预应力钢绞线下锚板30设置于塔柱钢管3外侧且与塔柱钢管3之间留有间隙，所述预应力钢绞线4的底端贯穿预应力钢绞线安装孔31固定于预应力钢绞线下锚板30的底端，所述钢绞线固定锚栓9的顶端贯穿钢绞线固定锚栓安装孔32安装于预应力钢绞线下锚板30。还包括保护罩6，所述钢绞线下锚板定位装置5的外壁安装有保护罩6，还包括预应力钢绞线固定夹12，所述预应力钢绞线4通过预应力钢绞线固定夹12安装于塔柱钢管3的外壁。
所述基础预应力锚栓10外壁安装有基础预应力锚栓套管14，所述钢绞线固定锚栓9的外壁安装有钢绞线固定锚栓套管13。
还包括上锚栓，所述上锚栓包括螺帽15、工作夹片16、上锚具17，所述预应力钢绞线4贯穿工作夹片16、上锚具17，通过螺帽15固定于钢绞线上锚板固定装置1的顶端。
还包括固定板18、保护套固定板36，所述钢绞线上锚板固定装置1底端通过固定板18安装于塔柱钢管3的底端，所述钢绞线上锚板固定装置1的顶端安装有保护套固定板36；还包括橡胶垫块19、保护套20，所述预应力钢绞线4的顶端安装有橡胶垫块19，所述保护套20扣在橡胶垫块19、螺帽15、工作夹片16、上锚具17周围。
还包括下锚栓，所述下锚栓包括下垫板21、下锚具系统22，所述预应力钢绞线4的底端贯穿预应力钢绞线安装孔31通过下垫板21、下锚具系统22固定于预应力钢绞线下锚板30的底端。
所述钢绞线下锚板定位装置5底端与基础上锚板8底端之间的距离为1600mm。
一种含有所述的钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架，还包括基础装置23、塔架24、过渡段25、塔筒26、轮毂28、机舱27、叶片29，所述塔架24包括钢管混凝土体外预应力结构、横杆35、斜杆34，所述钢管混凝土体外预应力结构底端安装于基础装置23，所述过渡段25的底端安装于钢管混凝土体外预应力结构的顶端，所述过渡段25的顶端与塔筒26的底端连接，所述塔筒26的顶端安装有机舱27，所述机舱27上安装有轮毂28，轮毂28上安装有叶片29，所述钢管混凝土体外预应力结构之间安装有横杆35和斜杆34。
一种所述的钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架的安装方法，包括以下步骤：
(1)基础预应力锚栓10和钢绞线固定锚栓9的组装，钢绞线固定锚栓9套上钢绞线固定锚栓套管13，将下端的上螺母及上端的下螺母按图纸要求扭到一定的尺寸定位；基础预应力锚栓10套上基础预应力锚栓套管14，将下端的上螺母及上端的下螺母按图纸要求扭到一定的尺寸定位；
(2)基础下锚板11和基础上锚板8的安装，基础下锚板11垂直于地面，用做好的工装作为支撑，将钢绞线固定锚栓9和基础预应力锚栓10的一头穿到基础下锚板11的螺栓孔里，另一端用用工装支撑，钢绞线固定锚栓9和基础预应力锚栓10全部穿上将基础上锚板8安装，调整好位置后紧固螺栓；
(3)装配环向箍件，将基础上锚板8、基础下锚板11装配完成后，按要求紧固好基础上锚板8、基础下锚板11上的螺母，把环向箍件及卡件装配上即可；
(4)定位工装定位，将基础下锚板11放在定位工装上，根据设计尺寸，在基础垫层上放置基础下锚板11且位置准确，预应力基础绑扎钢筋、支设模板、浇筑混凝土，成型养护；
(5)构架式塔架进行安装，吊装第一段塔架主柱钢管，将基础预应力锚栓10上端的螺栓拧紧，安装构架式塔架横杆35、斜杆34，继续按此循序安装构架式塔架，直至吊装过渡段25；
(6)塔架安装完成后，安装预应力钢绞线4的钢绞线下锚板定位装置5，安装钢绞线上锚板固定装置1，吊装安放预应力钢绞线4，安装锚具及垫板，预应力钢绞线4全部安装完成后，开始逐一张拉预应力钢绞线4及基础预应力锚栓10，及塔柱钢管螺栓、横杆螺栓、斜杆螺栓预应力施工；
(7)吊装塔筒26，吊装机舱27，吊装轮毂28及叶片29，螺栓紧固及预应力施工，安装电气设备，安装电缆，安装调试，设备并网，风机发电。
每块钢管混凝土体外预应力结构含有两块预应力钢绞线下锚板30，预应力钢绞线下锚板30均匀分布于塔柱钢管3周围，所述每块预应力钢绞线下锚板30上设置有一个预应力钢绞线安装孔31、两个钢绞线固定锚栓安装孔32，其中预应力钢绞线安装孔31和钢绞线固定锚栓安装孔32交错分布。
实施例2
如图6，每块钢管混凝土体外预应力结构含有两块预应力钢绞线下锚板30，预应力钢绞线下锚板30均匀分布于塔柱钢管3周围，所述每块预应力钢绞线下锚板30上设置有两个预应力钢绞线安装孔31、三个钢绞线固定锚栓安装孔32，其中预应力钢绞线安装孔31和钢绞线固定锚栓安装孔32交错分布，所述钢绞线下锚板定位装置5底端与基础上锚板8底端之间的距离为1400mm，其余与实施例1相同。
实施例3
如图7，每块钢管混凝土体外预应力结构含有四块预应力钢绞线下锚板30，预应力钢绞线下锚板30均匀分布于塔柱钢管3周围，所述每块预应力钢绞线下锚板30上设置有一个预应力钢绞线安装孔31、两个钢绞线固定锚栓安装孔32，其中预应力钢绞线安装孔31和钢绞线固定锚栓安装孔32交错分布，所述钢绞线下锚板定位装置5底端与基础上锚板8底端之间的距离为1800mm，其余与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：包括钢绞线上锚板固定装置(1)、钢绞线下锚板定位装置(5)、塔柱钢管(3)、预应力钢绞线(4)、基础上锚板(8)、基础预应力锚栓(10)、钢绞线固定锚栓(9)、基础下锚板(11)，所述塔柱钢管(3)的顶端设置有上锚板固定装置(1)，所述预应力钢绞线(4)一端固定安装于钢绞线上锚板固定装置(1)，所述预应力钢绞线(4)的另一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置(5)，所述钢绞线固定锚栓(9)一端固定安装于钢绞线下锚板定位装置(5)，所述钢绞线固定锚栓(9)另一端固定安装于基础下锚板(11)；所述塔柱钢管(3)的底端设置有塔柱法兰(7)，所述基础预应力锚栓(10)一端贯穿基础上锚板(8)、塔柱法兰(7)固定安装于混凝土基础装置(23)顶端，所述基础预应力锚栓(10)另一端固定安装于基础下锚板(11)，所述塔柱钢管(3)内部填充有混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：所述钢绞线下锚板定位装置(5)包括若干个预应力钢绞线下锚板(30)，所述预应力钢绞线下锚板(30)上设置有预应力钢绞线安装孔(31)、钢绞线固定锚栓安装孔(32)，所述预应力钢绞线下锚板(30)设置于塔柱钢管(3)外侧且与塔柱钢管(3)之间留有间隙，所述预应力钢绞线(4)的底端贯穿预应力钢绞线安装孔(31)固定于预应力钢绞线下锚板(30)的底端，所述钢绞线固定锚栓(9)的顶端贯穿钢绞线固定锚栓安装孔(32)安装于预应力钢绞线下锚板(30)。
3.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：还包括保护罩(6)，所述钢绞线下锚板定位装置(5)的外壁安装有保护罩(6)，还包括预应力钢绞线固定夹(12)，所述预应力钢绞线(4)通过预应力钢绞线固定夹(12)安装于塔柱钢管(3)的外壁。
4.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：所述基础预应力锚栓(10)外壁安装有基础预应力锚栓套管(14)，所述钢绞线固定锚栓(9)的外壁安装有钢绞线固定锚栓套管(13)。
5.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：还包括上锚栓，所述上锚栓包括螺帽(15)、工作夹片(16)、上锚具(17)，所述预应力钢绞线(4)贯穿工作夹片(16)、上锚具(17)，通过螺帽(15)固定于钢绞线上锚板固定装置(1)的顶端。
6.根据权利要求5所述的一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：还包括固定板(18)、保护套固定板(36)，所述钢绞线上锚板固定装置(1)底端通过固定板(18)安装于塔柱钢管(3)的底端，所述钢绞线上锚板固定装置(1)的顶端安装有保护套固定板(36)；还包括橡胶垫块(19)、保护套(20)，所述预应力钢绞线(4)的顶端安装有橡胶垫块(19)，所述保护套(20)扣在橡胶垫块(19)、螺帽(15)、工作夹片(16)、上锚具(17)周围。
7.根据权利要求2所述的一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：还包括下锚栓，所述下锚栓包括下垫板(21)、下锚具系统(22)，所述预应力钢绞线(4)的底端贯穿预应力钢绞线安装孔(31)通过下垫板(21)、下锚具系统(22)固定于预应力钢绞线下锚板(30)的底端。
8.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土体外预应力结构，其特征在于：所述钢绞线下锚板定位装置(5)底端与基础上锚板(8)底端之间的距离为1400-1800mm。
9.一种含有权利要求1-8任一条所述的钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架，其特征在于：还包括基础装置(23)、塔架(24)、过渡段(25)、塔筒(26)、轮毂(28)、机舱(27)、叶片(29)，所述塔架(24)包括钢管混凝土体外预应力结构、横杆(35)、斜杆(34)，所述钢管混凝土体外预应力结构底端安装于基础装置(23)，所述过渡段(25)的底端安装于钢管混凝土体外预应力结构的顶端，所述过渡段(25)的顶端与塔筒(26)的底端连接，所述塔筒(26)的顶端安装有机舱(27)，所述机舱(27)上安装有轮毂(28)，轮毂(28)上安装有叶片(29)，所述钢管混凝土体外预应力结构之间安装有横杆(35)和斜杆(34)。
10.一种权利要求9所述的钢管混凝土体外预应力结构的风电塔架的安装方法，其特征在于：
(1)基础预应力锚栓(10)和钢绞线固定锚栓(9)的组装，钢绞线固定锚栓(9)套上钢绞线固定锚栓套管(13)，将下端的上螺母及上端的下螺母按图纸要求扭到一定的尺寸定位；基础预应力锚栓(10)套上基础预应力锚栓套管(14)，将下端的上螺母及上端的下螺母按图纸要求扭到一定的尺寸定位；
(2)基础下锚板(11)和基础上锚板(8)的安装，基础下锚板(11)垂直于地面，用做好的工装作为支撑，将钢绞线固定锚栓(9)和基础预应力锚栓(10)的一头穿到基础下锚板(11)的螺栓孔里，另一端用用工装支撑，钢绞线固定锚栓(9)和基础预应力锚栓(10)全部穿上将基础上锚板(8)安装，调整好位置后紧固螺栓；
(3)装配环向箍件，将基础上锚板(8)、基础下锚板(11)装配完成后，按要求紧固好基础上锚板(8)、基础下锚板(11)上的螺母，把环向箍件及卡件装配上即可；
(4)定位工装定位，将基础下锚板(11)放在定位工装上，根据设计尺寸，在基础垫层上放置基础下锚板(11)且位置准确，预应力基础绑扎钢筋、支设模板、浇筑混凝土，成型养护；
(5)构架式塔架进行安装，吊装第一段塔架主柱钢管，将基础预应力锚栓(10)上端的螺栓拧紧，安装构架式塔架横杆(35)、斜杆(34)，继续按此循序安装构架式塔架，直至吊装过渡段(25)；
(6)塔架安装完成后，安装预应力钢绞线(4)的钢绞线下锚板定位装置(5)，安装钢绞线上锚板固定装置(1)，吊装安放预应力钢绞线(4)，安装锚具及垫板，预应力钢绞线(4)全部安装完成后，开始逐一张拉预应力钢绞线(4)及基础预应力锚栓(10)，及塔柱钢管螺栓、横杆螺栓、斜杆螺栓预应力施工；
(7)吊装塔筒(26)，吊装机舱(27)，吊装轮毂(28)及叶片(29)，螺栓紧固及预应力施工，安装电气设备，安装电缆，安装调试，设备并网，风机发电。
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