CN206290374U - 混合塔筒的连接结构 - Google Patents
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Abstract
提供一种混合塔筒的连接结构，用于连接混凝土塔筒(8)和钢制塔筒(6)，所述混合塔筒的连接结构包括：多个地脚螺栓(1)，预埋在所述混凝土塔筒(8)的壁厚方向上的外圈，用于连接设置在所述混凝土塔筒(8)的顶部的垫板法兰(5)和所述钢制塔筒(6)；以及多个预应力索(2)，设置在所述混凝土塔筒(8)的壁厚方向上的内圈，锚固于所述垫板法兰(5)的顶面，且锚固端向外露出。预应力索与地脚螺栓两套结构件单独布置，可以独立进行设计计算，各自满足各自的计算要求，从而能够实现结构简单、便于安装维护、具有经济性的连接结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种混合塔筒的连接结构，具体地涉及一种用于连接混凝土塔筒和钢制塔筒的混合塔筒的连接结构。
背景技术
近年来，随着陆上风电的发展，可供开发的风能资源丰富区、较丰富区越来越少，风电场的建设已经逐步向风能资源可利用区及风能资源贫乏区发展。为了增加发电量，提高风电场的投资收益，在可利用区及贫乏区，风机需要更高的轮毂高度。由于传统的钢制塔筒在轮毂高度超过100m之后，塔筒顶部变形会越来越大，以至于难以满足风力发电机的运行要求，混凝土塔筒应运而生。混凝土塔筒的最大优势就是能够提供比钢制塔筒更小的顶部变形。
混凝土塔筒在实际工程应用中，分为全混凝土塔筒和钢-混凝土混合塔筒。其中钢-混凝土混合塔筒是使用预应力钢筋混凝土结构作为下部塔筒，上部塔筒依然采用钢制塔筒。由于塔筒最顶部与风力发电机连接必须使用钢制的法兰螺栓连接，因此无论是全混凝土塔筒还是钢-混凝土混合塔筒，均会遇到两种材料(混凝土和钢)的转换连接问题。
CN205618307U公开了一种混凝土塔筒和钢制塔筒之间的连接结构，其中预应力钢丝绳锚固端会被后浇筑的混凝土淹没，不便于检修维护。预埋螺栓和紧固螺母数量很多，安装麻烦、工序繁琐、价格昂贵。位于塔筒外侧的螺栓无法施加预紧力，并且后期无法维护，或者施工及后期维护成本高，需要特殊的登高机械设备。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、无需繁琐计算、较经济的混合塔筒的连接结构。为了实现上述目的，本实用新型的主要设计构思在于将混凝土塔筒的预应力索与固定钢制塔筒下法兰的地脚螺栓单独设计、分开布置。预应力索和地脚螺栓两者仅需要满足各自功能需要的技术要求，各自施加相应的预应力和预紧力。
根据本实用新型的示例性实施方式的第一方面，一种混合塔筒的连接结构，用于连接混凝土塔筒和钢制塔筒，其中，所述混合塔筒的连接结构包括：多个地脚螺栓，所述多个地脚螺栓预埋在所述混凝土塔筒的壁厚方向上的外圈并用于连接设置在所述混凝土塔筒的顶部的垫板法兰和所述钢制塔筒；以及多个预应力索，所述多个预应力索设置在所述混凝土塔筒的壁厚方向上的内圈并锚固于所述垫板法兰的顶面，且锚固端向外露出。
根据本实用新型的示例性实施方式的第二方面，每个预应力索包括穿过混凝土塔筒的顶部加厚部的区段和处于混凝土塔筒内壁外面的区段。
根据本实用新型的示例性实施方式的第三方面，多个地脚螺栓和多个预应力索位于钢制塔筒内侧。
根据本实用新型的示例性实施方式的第四方面，所述混合塔筒的连接结构还包括：外侧钢制加强件，设置在所述混凝土塔筒的外壁。
根据本实用新型的示例性实施方式的第五方面，所述外侧钢制加强件的下端与地脚螺栓预埋在所述混凝土塔筒中的下端处于同一水平面或者更靠下。
根据本实用新型的示例性实施方式的第六方面，所述混合塔筒的连接结构还包括：内侧钢制加强件，设置在所述混凝土塔筒的顶部加厚部的内壁。
根据本实用新型的示例性实施方式的第七方面，埋设在所述混凝土塔筒中的一部分钢筋位于地脚螺栓和预应力索之间。
根据本实用新型的示例性实施方式的第八方面，所述预应力索的预应力大于地脚螺栓的预紧力。
根据本实用新型的示例性实施方式的第九方面，所述钢制塔筒的下端形成朝向其径向内侧的L型法兰，多个地脚螺栓紧固垫板法兰和L型法兰。
根据本实用新型的示例性实施方式的第十方面，地脚螺栓仅设置在预应力索外侧。
根据本实用新型，预应力索与地脚螺栓两套结构件单独布置，可以独立进行设计计算，各自满足各自的计算要求，从而能够实现结构简单、无需繁琐计算、较经济的连接结构。
附图说明
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本实用新型的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本实用新型的实施例的混合塔筒的连接结构的截面图；
图2是根据本实用新型的实施例的混合塔筒的连接结构的另一截面图，其示出了钢筋；以及
图3是根据本实用新型的实施例的垫板法兰的俯视图。
具体实施方式
现将详细描述本实用新型的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号指示相同的部分。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本实用新型。
图1是根据本实用新型的实施例的混合塔筒的连接结构的截面图。图2是根据本实用新型的实施例的混合塔筒的连接结构的另一截面图，其示出了例如纵向钢筋10、11等。图3是根据本实用新型的实施例的垫板法兰的俯视图。根据本实施例的混合塔筒的连接结构用于连接风力发电机的混凝土塔筒8和钢制塔筒6。该混合塔筒的连接结构包括：多个地脚螺栓1，预埋在混凝土塔筒8的壁厚方向上的外圈，用于连接设置在混凝土塔筒8的顶部的垫板法兰5和钢制塔筒6；多个预应力索2，设置在混凝土塔筒8的壁厚方向上的内圈，锚固于垫板法兰5的顶面，且锚固端向外露出。
在本实施例中，上述预应力索2例如可以采用中强度应力钢丝绳、消除应力钢丝绳、钢绞线等。此外，上述预应力索2也可以替换为应力螺纹钢筋。此外，在本实施例中，混凝土塔筒根据厚度不同而包括两部分，即混凝土塔筒8的壁12和混凝土塔筒8的顶部加厚部13。优选地，每个预应力索2包括穿过混凝土塔筒8的顶部加厚部13的区段和处于混凝土塔筒8内壁外面的区段。即，在本实施例的混合塔筒的连接结构中，预应力混凝土塔筒为体外式，也就是预应力索在塔筒壁内侧(外面，而并非在内部)，人在塔筒内部时能够看到预应力索。这样的预应力索在塔筒顶面的锚固系统布置在混凝土塔筒的壁厚方向上的内圈。钢制塔筒通过预埋在混凝土塔筒顶端的地脚螺栓与该混凝土塔筒连接，相应的地脚螺栓布置在混凝土塔筒顶部的壁厚方向上的外圈。
在混凝土塔筒8的顶部设置垫板法兰5，垫板法兰5设置在混凝土塔筒8和钢制塔筒6之间。多个预应力索2通过垫板法兰5锚固于混凝土塔筒8的顶部。钢制塔筒6的下端形成朝径向内侧的L型法兰，多个地脚螺栓1紧固垫板法兰5和L型法兰。
在本实施例中，混凝土塔筒的预应力索2的最下端锚固在风机基础中。在本实施例中风机基础为钢筋混凝土空心基础。在与混凝土塔筒预应力索安装相应的位置预留了预应力索孔道，混凝土塔筒吊装完毕后，预应力索经由预应力索孔道穿出，且锚固在基础中。
如果预应力索的最上端直接固定到钢制塔筒下法兰，则在计算的时候，为了同时满足混凝土筒身和塔筒法兰的受力要求，需要反复调整法兰宽度、法兰厚度、混凝土塔筒的直径和壁厚以及预应力索的数量及规格型号。由于偏心弯矩的受力特点，不能总是通过增大预应力值来满足受拉侧混凝土及法兰的受力条件，往往是难以选择出受拉侧和受压侧互相折衷的条件。由此导致计算过程相对繁琐复杂，且最终的设计结果也并不经济。而在本实施例中，多个预应力索和多个地脚螺栓为两套结构件并单独地布置，预应力索没有与钢制塔筒连接，这样在工程应用中，可以独立地进行设计计算，仅需要各自满足各自所需的预应力和预紧力即可。
钢制塔筒下法兰为L型法兰。可通过约100-120根10.9级M52地脚螺栓与混凝土塔筒连接。在极限载荷作用下，钢制塔筒受压侧法兰以及与其接触的垫板法兰，受到的压应力应小于所采用钢板的许用应力。受拉侧钢制塔筒法兰对地脚螺栓产生的拉力应小于地脚螺栓施加的预紧力(例如，地脚螺栓预紧力大约为500-750KN)，也就是说，钢制塔筒下法兰与垫板法兰不会脱开。
本实用新型的混凝土塔筒为体外式预应力系统，例如采用30-50组钢丝绳(预应力索)，预应力为1200-1400KN，混凝土强度等级C60-C80。在极端载荷工况作用下，以受压侧混凝土最大压应力不超过混凝土抗压强度设计值，受拉侧混凝土不出现拉应力或者拉应力很小，不超过混凝土的抗拉强度设计值作为设计计算控制点。
如果在混凝土塔筒与钢制塔筒的连接结构中设置两套传力系统，即预应力索传力系统和地脚螺栓传力系统，则空间布置可能会相对局促。同时，一方面在实际工程中不能一直增加混凝土塔筒顶部的壁厚，这样会挤占塔筒内部的空间，另一方面地脚螺栓需要一定的预埋厚度，以防外部混凝土局部破坏，因此在布置预应力索和地脚螺栓的过程中需要权衡。本实施例中，采取体外式预应力索，这样会使得预应力索在混凝土塔筒顶部法兰面的锚固段更偏向于法兰面的内圈，这便给地脚螺栓提供了一定的预埋空间。在地脚螺栓与预应力索之间应当存在适当的距离，以满足埋设地脚螺栓以及配置钢筋的需要。
根据本实施例的混合塔筒的连接结构，由于地脚螺栓与预应力索可相隔一定距离，因此地脚螺栓1和预应力索2之间也可设置钢筋10、11。
地脚螺栓1通过钢筋10、11能够将受到的拉力传递给更大范围的混凝土。在本实施例中，混凝土塔筒壁的纵向钢筋10、11能够一直贯通伸入直到垫板法兰5下方的位置。地脚螺栓1受到的拉力能通过混凝土塔筒壁纵向钢筋10、11将拉力传递给位于下方的混凝土塔筒。
在本实用新型的设计中，将用于连接钢制塔筒6的地脚螺栓1预埋在混凝土塔筒8顶部并处于预应力索2的外圈。
此外，在本实施方式中，地脚螺栓1仅设置在预应力索2外侧。
与钢制塔筒6底部连接的地脚螺栓1在浇筑混凝土筒节时安装固定在塔筒模板内部，并精确调整定位。由于地脚螺栓1会受到上方钢制塔筒6传递来的因偏心弯矩所产生的拉力，因此为保证地脚螺栓1能将载荷传递给混凝土塔筒8，同时使混凝土塔筒8不会因为地脚螺栓1拉力造成的破坏而开裂，在所述混凝土塔筒8的外壁设置外侧钢制加强件3，从而增加对塔筒混凝土的环向约束。这里，外侧钢制加强件3例如为一圈钢制加强环3。
此外，在混凝土塔筒8的内壁也设置了内侧钢制加强件4，从而约束预应力索2的锚固端对混凝土造成的影响，使混凝土不至于在承受例如锚具压力时而发生局部破坏。这里，内侧钢制加强件4例如为一圈钢制加强环4。
此外，地脚螺栓1以及预应力索2各自按照设计要求分别施加不同的预紧力和预应力。例如，在实际工程应用中，预应力索2的预应力大于地脚螺栓1。通常的，预应力索2的预应力要比地脚螺栓1的预紧力大很多。
此外，外侧钢制加强件3的下端与地脚螺栓1预埋在混凝土塔筒8中的下端处于同一水平面或者更靠下，从而能够有效地防止地脚螺栓1对混凝土塔筒造成的影响。
而且，地脚螺栓1和预应力索2均位于钢制塔筒6的内侧，因此可以从塔筒内部接近并进行安装维护，而无需从塔筒外部进行高空危险作业。
在本实施例中，在混凝土塔筒和钢制塔筒的连接过程中，作为顶段的混凝土筒节可以在工装工位上预制，待与作为最底段的钢制塔筒连接后，整体吊装至已安装的下部混凝土塔筒的顶端。
施工装配流程如下：首先，支设模板；接着，安装地脚螺栓笼；接着，绑扎钢筋；然后安装预应力索孔道预留管，在稍后的过程中，预应力索贯通预应力索孔道；接着，分别在混凝土塔筒的外壁和内壁安装外侧钢制加强件和内侧钢制加强件；接着，浇筑混凝土，从而形成混凝土塔筒；接着，在混凝土塔筒的顶面上方的位置处安装垫板法兰；接着，吊装并通过地脚螺栓固定安装作为底段的钢制塔筒；然后，从垫板法兰上方通过在图中未示出的灌浆孔进行灌浆，从而在垫板法兰和混凝土塔筒的顶面之间形成灌浆层7；接着，张拉地脚螺栓；接着，组装在一起的顶段混凝土塔筒和底段钢制塔筒被整体吊装至位于下方的已完成的混凝土塔的段顶；最后，张拉预应力索。
此外，在工装工位上支设模板时，外侧钢制加强件3可以取代部分支设模板，因此模板只架设到外侧钢制加强件3的下口区域即可。
此外，地脚螺栓锚固笼组装好之后整体吊装至模板内，精确调整定位，控制好水平度。由于部分钢筋可能需要先于地脚螺栓锚固笼绑扎，所以钢筋绑扎可以与地脚螺栓锚固笼吊装穿插进行。
此外，在安装垫板法兰前应当凿除已浇筑混凝土面上的松散骨料，并冲洗干净。垫板法兰应当精确调整水平度。垫板法兰可以通过调整螺栓支撑在混凝土塔筒的上表面上方。吊装底段的钢制塔筒，将固定螺栓稍稍拧紧。
此外，灌浆操作应一次完成，以灌浆料从加强环上沿溢浆孔溢出为结束，静止养护3-7天，待灌浆料的强度达到设计强度开始用拉伸器给地脚螺栓施加预紧力。
此外，将连接了底段的钢制塔筒的混凝土塔筒整体吊装至已安装的混凝土塔筒顶端，固定连接，最后施加混凝土塔筒的预应力。完成之后依次吊装剩余钢制塔筒筒节，直至完成整个风电机组的吊装。
本实用新型的以上实施例仅仅是示例性的，而本实用新型并不受限于此。本领域技术人员应该理解：在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本实用新型的范围在权利要求及其等同物中限定。
Claims (10)
1.一种混合塔筒的连接结构，用于连接混凝土塔筒(8)和钢制塔筒(6)，其特征在于，所述混合塔筒的连接结构包括：
多个地脚螺栓(1)，所述地脚螺栓(1)预埋在所述混凝土塔筒(8)的壁厚方向上的外圈并用于连接设置在所述混凝土塔筒(8)的顶部的垫板法兰(5)和所述钢制塔筒(6)；以及
多个预应力索(2)，所述预应力索(2)设置在所述混凝土塔筒(8)的壁厚方向上的内圈并锚固于所述垫板法兰(5)的顶面，且锚固端向外露出。
2.根据权利要求1所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，每个预应力索(2)包括穿过混凝土塔筒(8)的顶部加厚部(13)的区段和处于混凝土塔筒(8)内壁外面的区段。
3.根据权利要求1所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，多个地脚螺栓(1)和多个预应力索(2)位于钢制塔筒(6)内侧。
4.根据权利要求1所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，所述混合塔筒的连接结构还包括：外侧钢制加强件(3)，设置在所述混凝土塔筒(8)的外壁。
5.根据权利要求4所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，所述外侧钢制加强件(3)的下端与地脚螺栓(1)预埋在所述混凝土塔筒(8)中的下端处于同一水平面或者更靠下。
6.根据权利要求4所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，所述混合塔筒的连接结构还包括：内侧钢制加强件(4)，设置在所述混凝土塔筒(8)的顶部加厚部(13)的内壁。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，埋设在所述混凝土塔筒(8)中的一部分钢筋(10、11)位于地脚螺栓(1)和预应力索(2)之间。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，所述预应力索(2)的预应力大于地脚螺栓(1)的预紧力。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，所述钢制塔筒(6)的下端形成朝向其径向内侧的L型法兰，多个地脚螺栓(1)紧固垫板法兰(5)和L型法兰。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的混合塔筒的连接结构，其特征在于，地脚螺栓(1)仅设置在预应力索(2)外侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |