JP2009057713A - 風力発電用ハイブリッドタワー及びその施工法 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性を保ちつつ、地震時慣性力の増加の少ない風力発電用ハイブリッドタワーを提供すること。
【解決手段】基端部をプレストレストコンクリートで構成するとともに、その上に鋼製円筒を継ぎ足して中空タワーとした風力発電用ハイブリッドタワーであって、前記プレストレストコンクリートと鋼製円筒とをプレストレスを導入するための定着部を備えたアダプターリングを介して接続し、前記アダプターリング下端に形成したフランジ下面を下に凸の曲面形状としたので、接合部分に気泡が生じるのを防止して、高い風力発電用タワーを剛性を保ちつつ、重量の増加を抑えて地震時慣性力の増加の少ないものとすることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、風力発電用ハイブリッドタワー及びハイブリッドタワーの施工法に関するものである。

従来、国内における風力発電所は、充分な風を受けることのできる立地条件のよい場所を選んで建設されてきた。しかし、今後建設される風力発電用タワーは、風速が低い場所へ建設される場合が考えられる。風速が低い場所へ建設される場合、風速は高い位置ほど大きいため、タワーの高さをより高くする必要が生じる。

例えば、特許文献１には、現場打ＰＣコンクリート工法により、風力発電用タワーを建設する方法が開示されている。この工法は、タワーを円筒形の現場打コンクリートで製作するとともに、中ケーブル方式によって躯体を緊張するものである。このように、タワーを現場打ＰＣコンクリートとすることにより、大型化を実現するとしている。
また、タワーの全体を鋼管で構築するものや、特許文献２に示すようにタワーの下部をＰＣあるいはＰＲＣ製部材とし、その上部を鋼製部材で構成するものも提案されている。
特開２００５−２４８６８７号公報 登録実用新案第３０７４１４４号公報

しかし、従来の特に、７０ｍを超える風力発電用タワーを鋼構造とした場合にタワーの直径が大きくなり、設置場所まで搬送するための制限を受けることとなり、運搬が困難であった。
また、鋼構造とした場合、鋼板の厚さが厚くなり、これを筒状に加工することは、加工上の困難を伴うものであった。
更に、コンクリート構造とした場合、風力発電用タワーの剛性は増すものの、コンクリートの自重によって地震時の慣性力も増すと云う欠点が存在した。また、コンクリート構造とした場合、建設に掛かる工期が鋼構造とした場合よりも長くなると云う欠点が存在した。
更にまた、特許文献２に示すタワーの下部をＰＣあるいはＰＲＣ製部材とし、その上部を鋼製部材で構成するものでは、コンクリート製タワーと鋼製タワーの接合部分についての具体的記載がなく、図に記載されたようにコンクリート製タワーの頂部の水平部分と鋼製タワー下端の水平なフランジを接合させる場合、通常、フランジ下面に充填される無収縮モルタル内に気泡等が滞留するという問題が存在した。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、風力発電用タワーの下部分を剛性の高いコンクリート構造とし、タワーの上部分を施工性に優れた鋼構造とすると共にコンクリート製タワーと鋼製タワーの接合部分を気泡等の抜け易い形状とし、耐風安定性および耐震性の向上を図り、接合部分の局部応力を抑えることのできる風力発電用ハイブリッドタワーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は基端部をプレストレストコンクリートで構成するとともに、その上に鋼製円筒を継ぎ足して中空タワーとした風力発電用ハイブリッドタワーであって、前記プレストレストコンクリートと鋼製円筒とをプレストレスを導入するための定着部を備えたアダプターリングを介して接続し、前記アダプターリング下端に形成したフランジ下面を下に凸の曲面形状としたことを特徴としている。

また、本発明において、前記プレストレストコンクリートが高さ方向に対して占める割合は、８５％以下の範囲であることを特徴とする。

また、本発明において、前記プレストレストコンクリートは、フーチング上に設置されるとともに、前記フーチング内に埋設された固定側定着装置と、前記プレストレストコンクリートの天端部と結んで挿通されたＰＣ鋼材を緊張することによりプレストレスを付与したことを特徴とする。

また、本発明において、前記ＰＣ鋼材は、前記プレストレストコンクリート内周壁の一部に設置されたカップラーによって接続されたことを特徴としている。

また、本発明において、フーチングを施工するとともに、フーチング内に固定側定着装置を設置するフーチング施工工程と、フーチングの上に内型枠と外型枠を組立て、コンクリートを順次垂直に打設するコンクリート打設工程と、所定長に達したコンクリート筒の頂部に定着部を備えたアダプターリングを設置し、前記固定側定着装置と定着部との間にＰＣ鋼材を挿通し、このＰＣ鋼材を緊張することにより、コンクリート筒部にプレストレスを導入するプレストレス導入工程と、前記アダプターリングの上に鋼製円筒を垂直に継ぎ足してゆく、鋼製円筒取り付け工程とから成ることを特徴としている。

また、本発明において、前記コンクリート打設工程において、コンクリート筒の軸線方向にＰＣ鋼材挿通用のシースを配置することを特徴とする。

この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。

本発明では、基端部をプレストレストコンクリートで構成するとともに、その上に鋼製円筒を継ぎ足して中空タワーとした風力発電用ハイブリッドタワーであって、前記プレストレストコンクリートと鋼製円筒とをプレストレスを導入するための定着部を備えたアダプターリングを介して接続し、前記アダプターリング下端に形成したフランジ下面を下に凸の曲面形状としたので、剛性を保ちつつ、地震時慣性力の増加の少ない風力発電用ハイブリッドタワーを提供することができる。また、フランジ下面を下に凸の曲面形状とし、無収縮モルタル内に気泡等が留まることなく、抜け易い形状としたので接合性を向上することができる。更に、無収縮モルタルに局部応力が生じるのを抑制することができる。したがって、地震や台風に強く、施工性に優れた風力発電用ハイブリッドタワーとすることができる。また、工期の短縮を図るとともに、工事費の削減を達成することができる。

また、本発明では、前記プレストレストコンクリートが高さ方向に対して占める割合は、８５％以下の範囲であるので、タワーの下端部の剛性を高めるとともに、上端部の施工性を向上することができる。

また、本発明では、前記プレストレストコンクリートは、フーチング上に設置されるとともに、前記フーチング内に埋設された固定側定着装置と、前記プレストレストコンクリートの天端部と結んで挿通されたＰＣ鋼材を緊張するので、コンクリート構造部にプレストレスを付与することができる。また、フーチングにＰＣ鋼材を緊張するためのテンドンギャラリーを設ける必要がない。

また、本発明では前記ＰＣ鋼材は前記プレストレストコンクリート内周壁の一部に設置されたカップラーによって接続されたので、フーチング内のデッドアンカーから伸びるＰＣ鋼材と、コンクリート構造部にプレストレスを付与するＰＣ鋼材との接続を容易にし、施工性を向上することができる。

また、本発明において、フーチングを施工するとともに、フーチング内に固定側定着装置を設置するフーチング施工工程と、フーチングの上に内型枠と外型枠を組立てコンクリート筒を順次垂直に打設するコンクリート筒打設工程と、所定長に達したコンクリート筒の頂部に定着部を備えたアダプターリングを設置し、前記固定側定着装置と定着部との間にＰＣ鋼材を挿通し、このＰＣ鋼材を緊張することにより、コンクリート筒部にプレストレスを導入するプレストレス導入工程と、前記アダプターリングの上に鋼製円筒を垂直に継ぎ足してゆく、鋼製円筒取り付け工程とから成るので、およそ７０ｍを超える高層タワーをコンクリートと鋼のハイブリッドタワーとすることができる。また、地震や台風に強い風力発電用ハイブリッドタワーを効率よく施工できる。

また、本発明では、前記コンクリート筒打設工程において、コンクリート筒の軸線方向にＰＣ鋼材挿通用のシースを配置するので、ＰＣ鋼材の挿通を容易にするとともに、コンクリート構造部へのプレストレス付与作業を容易にできる。

タワーの下部分の８５％以下をコンクリート構造とし、残りの上部分を鋼構造とすることにより、重量の重いコンクリートを下部にして剛性を増し、軽量の鋼構造を上にして、耐震性、耐風安定性及び施工性を向上することができる。

以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る風力発電用ハイブリッドタワーの一例を示す要部断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。ここで、風力発電用ハイブリッドタワー１０は、基端部１１をプレストレストコンクリートで構成するとともに、その上に鋼製円筒１２を継ぎ足して中空タワーとしたものであって、前記プレストレストコンクリートと鋼製円筒１２とをプレストレスを導入するための定着部１３を備えたアダプターリング１４を介して接続している。

基端部（プレストレストコンクリート）１１が高さ方向に対して占める割合は、８５％以下の範囲とする。例えば、高さ１００ｍのタワーの場合、下から８５ｍ以下を剛性の高いコンクリート構造とし、その上の１５ｍ以上を施工性に優れた鋼製円筒構造とする。このように下端に重量が重く、座屈に強いコンクリートを設置し、上端に軽い鋼製円筒を配置することにより、耐風安定性及び耐震性を向上することができる。なお、コンクリート部と鋼部の割合は、構造安定性、施工性、経済性を考慮して決定する。コンクリート部を長くすることにより、タワー全体の剛性が高くなり、固有振動数が高くなる。タワー全体の固有振動数は、取り付ける羽根（ブレード）の回転数、ナセルの質量等を考慮しつつ、共振を回避できるように選択する。

基端部（プレストレストコンクリート）１１は、固定側定着装置（デッドアンカー）１６が内部に埋設されたフーチング１５上に設置されている。固定側定着装置１６からは、シースを介してＰＣ鋼材１７が上に向かって延設されている。また、基端部１１のコンクリート筒の軸線方向には、ＰＣ鋼材挿通用のシース１８が配置される。また、ＰＣ鋼材１７は、例えば、第１段目の基端部（プレストレストコンクリート）１１の内周壁の一部に設置されたカップラー２０によって接続される。

図３（ａ）は、カップラー継ぎ手箱を示す説明図、（ｂ）は、カップラーを示す断面斜視図、図４は図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。カップラー継ぎ手箱１９は、第１段目の基端部１１の内周壁に開口して配置されている。カップラー継ぎ手箱１９内では、ＰＣ鋼材１７が複数のカップラー２０によって接続されている。カップラー２０は、外筒２０ａとこの外筒の内周に両端から螺合された内筒２０ｂと、この内筒２０ｂのテーパ状の内周に挿嵌されるとともに、中心にＰＣ鋼材１７を狭持して固定する係止部材２０ｃとから構成されている。内筒２０ｂは、外周に形成されたネジで外筒２０ａの内周と螺合するとともに、軸線の一方に向かって拡開したテーパ状の内周を有している。係止部材２０ｃは、截頭円錐形をした部材が軸線方向に沿って２分割されており、中央にＰＣ鋼材１７を狭持する貫通孔２０ｄを備えている。また、この貫通孔２０ｄには、複数の凹凸が形状されている。凹凸は、環状であってもよい。

以上のように構成されたカップラー２０は、カップラー継ぎ手箱１９の中に配置されるとともに、ＰＣ鋼材の端末を分割された係止部材２０ｃで狭持する。ＰＣ鋼材の端末を狭持した係止部材２０ｃは、内筒２０ｂのテーパ状の内周に挿嵌される。同様に他のＰＣ鋼材１７の端末を狭持した係止部材２０ｃは、内筒２０ｂの内周に挿嵌され、前記外筒２０ａで連結される。また、カップラー継ぎ手箱１９の中には、複数のカップラー２０が配置される。

図５は図１のＢ−Ｂ線断面図、図６は図１におけるアダプターリング部を示す拡大縦断面図である。基端部１１の天端には、無収縮モルタル２１を約５０ｍｍ充填し、その上にアダプターリング１４を調整しながら仮据えする。無収縮モルタル２１が所定の強度を発現した後、前記フーチング１５の固定側定着装置１６から連通して挿通されたＰＣ鋼材１７を図外の油圧ジャッキ等で緊張することにより基端部１１にプレストレスを付与する。

アダプターリング１４は、上下端にそれぞれフランジ１４ａ、２２を有している。下端のフランジ１４ａは、下面が下に凸の曲面１４ｂに形成されている。また、フランジ１４ａは、ＰＣ鋼材１７の上端を定着する定着具４０によって、プレストレストコンクリート部に圧着接合される。定着具４０は、環状のフランジ１４ａに略等間隔で配置される。また、定格運転時に接合面の応力度は、コンクリートの許容応力度以下であるように設定する。アダプターリング１４の上には、順次鋼製円筒１２をフランジ２２，２３を介してボルト締め結合する。鋼製円筒１２は、風力発電用ハイブリッドタワー１０が所定の高さなるまで連結する。

次に、以上のように構成された風力発電用ハイブリッドタワーは、剛性を保ちつつ、重量の増加を抑えて地震時慣性力の増加の少ないものとすることができる。

次に、図７〜図１５に従って本発明の風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順について説明する。図７では、内型枠と外型枠の間に鉄筋、シース等を配置してコンクリートを打設形成した第１段目の基端部１１に予め地組みした内部足場２４をクレーン２５で吊り上げ、埋め込みインサート２６を利用して固定する。

図８において、タワーの外径変化に対応する外部足場２７をクレーン２５で取り付ける。図９において、予め地組みされた内型枠２８、鉄筋２９、シース１８を専用の吊り治具３０を介してクレーンで架設する。下に設置されたブロック（基端部）の鉄筋、シースとそれぞれ接続する。

図１０では、外型枠３１を吊り治具３０を介してワイヤー３２で吊りながらセットする。この際、内型枠２８の中央に設置されたターゲット３３と内部足場２４の中央に設置されたターゲット３４を測量器械３５で測定し、内外型枠の建て方精度を確保する。また、外型枠３１には、ブラケット足場３６が取り付けられている。

図１１では、内型枠２８，外型枠３１の架設された部位にポンプ車３７から配管３８、ゴムホース３９を通じてコンクリートを打設する。コンクリート打設に際しても、ターゲット３３、３４を測量器械３５で随時測定し、タワーの精度を確保する。

図１２では、コンクリート打設後の脱型手順を説明する。養生により打設したコンクリートが所定の強度を発現した後、図１１に示す外型枠３１は一括して引き抜き脱型する。その後、内型枠２８は分割して脱型する。

図１３では、新たに打設した部位に埋め込みインサート２６を利用して、内部足場２４をセットするとともに、外部足場２７を電動チェーンブロック４１を使用して次の作業位置へ引き上げる。電動チェーンブロック４１は、コンクリート部の頂端に取り付けられた専用金具４２によって支持される。

図１４では、外部足場２７の位置を上昇させた後、次の階層のコンクリートを打設するための工程に移り、順次以上の工程を繰り返すことにより、プレストレストコンクリート部分を施工して行く。

このようにして、コンクリート部分（基端部）が完成すると、図６で説明した様に、基端部１１の天端に無収縮モルタル２１を充填し、その上にアダプターリング１４を調整しながら仮据えする。この際、フランジ１４ａの下面が下に凸の曲面１４ｂに形成されているので、無収縮モルタル２１内に気泡等が留まることがない。また、曲面とすることにより無収縮モルタルに局部応力が生じるのを抑えることができる。充填した無収縮モルタル２１が所定の強度を発現した後、フーチング１５の固定側定着装置１６から連通して挿通されたＰＣ鋼材１７を図外の油圧ジャッキ等で緊張することにより基端部１１にプレストレスを付与する。

また、アダプターリング１４の上には順次、鋼製円筒がフランジをボルトで固定することにより、継ぎ足される。

図１５は、フーチング１５の上にプレストレストコンクリート製の基端部１１を施工し、その上に鋼製のアダプターリング１４、鋼製円筒１２を施工し、ナセルを設置した状態を示す完成図である。このように構成された風力発電用ハイブリッドタワー１０は、各部材の剛性等から固有振動数を算出し、共振の発生を防止している。

尚、以上の実施例では、アダプターリング下端に形成したフランジ下面を下に凸の曲面形状とした例について説明したが、下に凸の多角形状としてもよい。例えば、五角形や六角形等である。また、フーチング内部にＰＣ鋼材を緊張するためのテンドンギャラリーを設ける必要がないので、フーチング高さを低くできるとともに、メンテナンスを容易にすることができる。

図１は、本発明に係る風力発電用ハイブリッドタワーの一例を示す要部断面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３（ａ）は、カップラー継ぎ手箱を示す説明図、（ｂ）は、カップラーを示す断面斜視図である。 図４は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 図５は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、図１におけるアダプターリング部を示す拡大縦断面図である。 図７は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図８は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図９は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図１０は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図１１は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図１２は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図１３は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図１４は、同風力発電用ハイブリッドタワーの施工手順を示す説明図である。 図１５は、同風力発電用ハイブリッドタワーの完成状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 風力発電用ハイブリッドタワー
１１ 基端部
１２ 鋼製円筒
１３ 定着部
１４ アダプターリング
１５ フーチング
１６ 固定側定着装置（デッドアンカー）
１７ ＰＣ鋼材
１８ シース
１９ カップラー継ぎ手箱
２０ カップラー
２０ａ 外筒
２０ｂ 内筒
２０ｃ 係止部材
２０ｄ 貫通孔
２１ 無収縮モルタル
２２ フランジ
２３ フランジ
２４ 内部足場
２５ クレーン
２６ 埋め込みインサート
２７ 外部足場
２８ 内型枠
２９ 鉄筋
３０ 吊り治具
３１ 外型枠
３２ ワイヤー
３３ ターゲット
３４ ターゲット
３５ 測量器械
３６ ブラケット足場
３７ ポンプ車
３８ 配管
３９ ゴムホース
４０ 定着具
４１ 電動チェーンブロック
４２ 専用金具

Claims (6)

1. 基端部をプレストレストコンクリートで構成するとともに、その上に鋼製円筒を継ぎ足して中空タワーとした風力発電用ハイブリッドタワーであって、
   前記プレストレストコンクリートと鋼製円筒とをプレストレスを導入するための定着部を備えたアダプターリングを介して接続し、前記アダプターリング下端に形成したフランジ下面を下に凸の曲面形状としたことを特徴とする風力発電用ハイブリッドタワー。
2. 前記プレストレストコンクリートが高さ方向に対して占める割合は、８５％以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用ハイブリッドタワー。
3. 前記プレストレストコンクリートは、フーチング上に設置されるとともに、前記フーチング内に埋設された固定側定着装置と、
   前記プレストレストコンクリートの天端部と結んで挿通されたＰＣ鋼材を緊張することによりプレストレスを付与したことを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電用ハイブリッドタワー。
4. 前記ＰＣ鋼材は、前記プレストレストコンクリート内周壁の一部に設置されたカップラーによって接続されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の風力発電用ハイブリッドタワー。
5. フーチングを施工するとともに、フーチング内に固定側定着装置を設置するフーチング施工工程と、
   フーチングの上に内型枠と外型枠を組立てコンクリート筒を順次垂直に打設するコンクリート筒打設工程と、
   所定長に達したコンクリート筒の頂部に定着部を備え下端に形成したフランジ下面を下に凸の曲面形状としたアダプターリングを設置し、前記固定側定着装置と定着部との間にＰＣ鋼材を挿通し、このＰＣ鋼材を緊張することにより、コンクリート筒部にプレストレスを導入するプレストレス導入工程と、前記アダプターリングの上に鋼製円筒を垂直に継ぎ足してゆく、鋼製円筒取り付け工程とから成る風力発電用ハイブリッドタワーの施工法。
6. 前記コンクリート筒打設工程において、コンクリート筒の軸線方向にＰＣ鋼材挿通用のシースを配置することを特徴とする請求項５記載の風力発電用ハイブリッドタワーの施工法。

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