JP7130029B2 - 風力発電機用支持構造物 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、後にポストテンションされる重ねられた環状セクションを形成する互いに連結されるプレハブコンクリートの壁ピースから成るタワーを備えた風力発電機用支持構造物の分野に関する。

現在の技術水準
プレハブコンクリートの壁ピースから成る環状セクションを積み重ねることによって取得される風力発電機用支持構造物が公知である。

例として、PACADARの特許文献欧州特許第２６３１３９３号は、このタイプのシステムを記載することで公知であるが、各環状セクションの壁ピースが大きい高さを有し、管状タワー全体が少数の、例として、三つ、四つまたは五つの環状セクションから成る。これは、前記壁ピースの製造、輸送および吊り上げを困難にし、より高額な労働をもたらす。

さらに、この特許文献に提案される解決策は、構造上の結合、例として、各環状セクション周辺の環状ポストテンション、構造ねじ、補強バー、モルタルおよび／または現場でのコンクリート打ちによって全く同一の環状セクションの壁ピースが横方向に結合されることを要求する。

これは、構造コネクタが据え付けられるそれらの箇所に応力を向かわせるために設計された構造補強を壁ピースが包含することを要求し、その製造を困難にし、前記構造コネクタによって各環状セクションに構造上の結合を製作する仕事を行うことを要求し、大きい高さで行われなければならない困難な作業を要求する。例として、ポストテンションは、前記ポストテンションが行われる位置まで吊り上げられなければならない特定の機械類を要求し、構造ねじは、作業者がほとんど手で吊り上げることができない、または一つずつもしくは小さい数量で吊り上げられなければならない大きいねじであり、その据え付けを遅らせ、モルタルの注入は、ポンプ機械および型枠を使用することを要求し、試運転をより高額にし、それを遅らせる。

さらに、この特許文献は、その全長における管状タワー全体の完全なポストテンションを考えておらず、むしろ管状タワーの各横目地に局部的なポストテンションを使用し、これが大きいサイズを有する壁ピースを使用することによって横目地の数が小さく留められる理由である。

特許文献欧州特許第１４７４５７９号も、水平に、垂直におよび斜めに配置されるボルトによって互いへの壁ピースの連結、それによって、管状タワー全体が単一の統一体として動くことを目的とする壁ピース間の構造上の連結を達成することへの参照を表すことで公知である。これは、前記ボルトが構造コネクタとして機能することを要求し、重い構造ボルトの使用がそれ故に必要であり、据え付けに加えて、各壁ピースにおいて、前記構造応力に耐え、壁ピースを通して伝達するようにサイズ形成される固定具を要求し、前記応力を構造固定具に集中させる。

全てのこれらの特徴は、それらを組み立てる仕事のみならず、壁ピースを製造することを難しくかつより高額にする。

さらに、この特許文献は、壁ピースが管状タワーの直径の２倍と等しいまたはよりもより大きい高さを有しなければならないことを述べる。これは、各環状セクションが二つの壁ピースのみによって形成される場合でさえも、これらの壁ピースが、それ故に小さい基部を有し非常に高い箇所で、それらの各々がその幅の２倍よりもより大きい高さを有し、その上端において水平荷重を受けるとき、隣の壁ピースの構造上の協働なしでは、それらの基部がほとんど支えることができない大きい曲げモーメントをそれらの各々が生成することを意味する。

特許文献仏国特許第１１４５７８９Ａ号も、管状タワー、この場合には先端から基部まで後にポストテンションされる壁ピースから成る煙突を記載する。しかしながら、この特許文献は、全ての壁ピースがねじによって上部、下部および側部壁ピースに連結され、それによって一体組立を達成することを提案するが、多数のねじ止めされた連結を必要とし、構造物の組立を困難にし、それを遅らせる。

発明の簡単な説明
本発明は、風力発電機用支持構造物に関する。

前記構造物は、現在の技術水準で公知のように、
－各環状セクションがそれらの間に垂直目地を画定する少なくとも二つのプレハブコンクリート壁のピースによって形成され、各壁ピースがその長さが壁ピースの幅を画定する円形弧または多角形弧形状の水平セクションと、その長さが壁ピースの高さを画定する一直線の垂直セクションと、その外周における壁ピースの厚さを画定する二つの横目地面および二つの垂直目地面とを有する、それらの間に横目地を画定する複数の重ねられた環状セクションを包含する中空内部空間を備えた管状タワーと；
－管状タワーのための支持平面を画定する基礎部と；
－管状タワーの最上部環状セクションに結合される上部定着構成体および基礎部に結合される下部定着構成体と；
－重ねられた壁ピースを互いに圧縮する上部定着構成体と下部定着構成体とを結合するポストテンションケーブルとを含み、前記ポストテンションケーブルが管状タワーの中空内部空間に沿ってまたはその外側を通り；
－連続的な環状セクションの垂直目地が互いに合わない。

記載された管状タワーは、それ故に、重ねられた環状セクションによって形成され、前記環状セクションの各々は、次に、管状タワーの中空内部空間の周囲に配置される数個の壁ピースによって形成される。

各壁ピースは、プレキャストコンクリート製であり、コンクリートがプレストレスコンクリート、ポストテンションコンクリート、または受動性の補強を備えたもしくはファイバーで補強されたコンクリート、または前述の組み合わせであることができる。

各壁ピースは、円形弧または多角形弧形状の水平セクションを有する。これは、前記壁ピースを組み立てるとき円形環状セクションまたは多角形環状セクションが形成されることと、各壁ピースが、それが垂直位置にあるとき、前記円形または多角形環状セクション形状の結果として、完全に平坦な壁ピースの安定性よりもより大きな安定性を有することも意味する。

重ねられた環状セクション間にある目地を横目地と呼び、全く同一の環状セクションの壁ピース間にある垂直目地を垂直目地と呼ぶ。

管状タワーの最上部環状セクション、すなわち、地面から最も遠い環状セクションは、ポストテンションケーブルの上端が固定される上部定着構成体に結合される。前記ポストテンションケーブルの下端は、次に、管状タワーの基礎に定着される下部定着構成体に固定される。

結果として、前記ポストテンションケーブルは、管状タワーの内側または外側に沿って通り、下方向に環状セクションを互いに押し付け、壁ピースを圧縮する。これは、水平風荷重に対する管状タワーの抵抗性を増加させることを可能にする。

本発明は、さらに、先行技術で公知でない以下を提案する：
－垂直目地では、全く同一の環状セクションの二つの隣接する壁ピースの垂直目地面が互いに向かい合って配置され、それらの間に構造応力の伝達のための構造コネクタが無いため、独立した構造上の動きが可能であり；
－壁ピースの高さがそれらの幅の２倍未満である。
構造応力は構造物およびその異なる部分が前記構造物によって支持される重量に起因して受けるそれらの応力、ならびにポストテンションによって生成される応力加えて前記構造物がその耐用年数中に受ける他の荷重、例えば、例として、タワーおよび風力発電機に対する風の作用に起因して作られる荷重ならびに他の荷重、例えば、振動、地震などであることが理解される。

構造荷重が壁ピースにかけられるとき、基礎部に到達するまで荷重がこの壁ピースから垂直に隣接する壁ピースへ垂直に伝達される。例として、風力発電機の重量は、管状タワーの最上部環状セクションを形成する壁ピースにかかり、そこから、荷重は、一つの環状セクションから直下のセクションへ連続的に伝達され、基礎部に到達するまで壁ピースを圧縮する。

耐えられるべき応力が垂直でない、例えば、例として、風力発電機のブレードに対する風によって引き起こされる水平推力であるとき、通常の解決策は、風の水平荷重によって生まれるせん断応力を伝達するために重ねられた壁ピースを結合することと、各環状セクションが一体セクションであるように全く同一の環状セクションの壁ピースを横方向に結合することとからもなる。

管状タワーの上端にかけられる水平荷重は、曲げモーメントを引き起こす。各環状セクションの壁ピースが横方向に連結されるため、前記環状セクションの各々は、一体的に機能し、前記曲げモーメントを風下に配置される（風から守られる）管状タワーの面を圧縮する下方向の成分を有する荷重と、風上に配置される（風に暴露される）管状タワーの面を緊張させる上方向の成分を有するもう一つの荷重とに分解する。管状タワーのポストテンションは、管状タワーおよび風力発電機の実重量と共に、前記上方向の荷重を克服し、管状タワーがひっくり返ることを防止し、コンクリート内の緊張の出現を補う。

本発明で提案される解決策は、全く同一の環状セクションの壁ピースがそれらの間に構造コネクタが無く、特に前記水平応力に対して、それらが独立した構造上の動きを有するという箇所において、前記通常の解決策とは異なる。

提案される解決策では、水平応力は、横目地の各々のせん断応力の形態で伝達され、前記応力がポストテンションの結果として互いに圧縮されるその面間にある少なくとも摩擦によって一つの壁ピースから直上または直下のピースに伝達される。前記水平応力によって生成される曲げモーメントは、各環状セクションにではなく、壁ピースの各々に分配され、垂直下方向の成分を有する応力がタワーの風下面に集中することも、垂直上方向の成分を有する応力がタワーの風上面に集中することもなく、むしろ、各壁ピースは、下部壁ピースへ、管状タワーの風上面により近いその領域に垂直上方向の成分を有する応力を、管状タワーの風下面により近いその領域に垂直下方向の成分を有するもう一つの応力を伝達する。これは、荷重をタワーの環状セクション全体の至るところに分配することを可能にし、応力が構造物の特定の区域に集中することを防止する。

円形弧または多角形弧形状の水平セクションに起因して、それらの中央区域に対して直角な水平荷重を受けるそれらの壁ピースは、それらの円形もしくは多角形アーチ形状の両端に垂直下方向の成分を有する荷重を、それらの中央区域に垂直上方向の成分を有する荷重を、または反対に、伝達することを念頭に置かなければならない。

対照的に、それらの中央区域に正接する水平荷重を受けるそれらの壁ピースは、それらの円形または多角形アーチ形状の一方の端に垂直下方向の成分を有する荷重を、それらの円形または多角形アーチ形状の他方の端に垂直上方向の成分を有する荷重を伝達する。

本発明では、例として、水平荷重が風力発電機のブレードにかけられるとき、前記水平荷重は、管状タワーの最上部環状セクションを形成する壁ピースの各々に伝達される。

前記水平荷重は、管状タワーの横目地の各々のせん断荷重の形態で基礎部までずっと伝達される。

しかしながら、ピースが水平応力を隣接する壁ピースに伝達できないと仮定すると、曲げモーメントが、その上部部分から伝達される水平荷重に起因して各個別の壁ピースで生成され、それらはそれが伝達できる唯一の荷重であるため、下部壁ピースに伝達される垂直下方向の成分を有する一つの力と、上部壁ピースに伝達される垂直上方向の成分を有するもう一つの力である、垂直成分を有する二つの力に分解される。垂直上方向の荷重は、他の垂直下方向の荷重、例えば、管状タワーの重量またはポストテンションによって均衡が保たれる。

それらの水平荷重に対する前記壁ピースの各々の安定性を確実にし、それが分けられる垂直成分を有する荷重の値を減らすためには、その幅に対して壁ピースの高さが大きいほど、てこの効果の結果として、水平応力によって生成される壁ピースの基部へのモーメントが大きくなり、それが分けられる垂直成分を有する荷重が大きくなるため、壁ピースが前記壁ピースの幅の２倍よりもより大きい高さを有することを防止することが要望される。壁ピースの比率を前記記載された範囲に限定することは、構造物によってほとんど支えることができない垂直成分を有する過剰な応力を防止する。

前記特徴の結果として、風の水平荷重は、風上および風下面に集中するのではなく環状セクション全体の至るところに分配され、これらの構造物が到達する大きい高さを考えると据え付けることが難しい場合がある構造上の結合によって、壁ピースを横方向に連結する必要性を、さらに防止できる。

構造コネクタが壁ピース間の垂直目地に存在しないものの、他のコネクタ、例えば、吊り上げ作業中にまたは管状タワーを建てる間、壁ピースを所定位置に留めることを可能にする組立コネクタが実際に存在し得ることが理解される。組立コネクタは、構造上の力を伝達しないまたは残留応力と見なされる、それらが配置される構造物のその箇所にある構造応力の１０％未満の応力を伝達するコネクタであり、組立コネクタは、それ故に、前記構造応力を伝達する能力がなく、それ故に、記載されてきた構造上の作業を実質的に変化させない。

前記組立コネクタは、前記管状タワーのポストテンションがまだ行われていないとき、管状タワーが建てられている間、壁ピースを所定位置に定着することを可能にする。

好ましくは、全く同一の環状セクションの二つの隣接する壁ピースの垂直目地面は、互いに向かい合って配置され、構造物の耐用年数中に構造応力の伝達のための構造コネクタとして機能する構造ねじ、構造ボルト、局部的なポストテンション、環状セクション周辺の環状ポストテンション、向かい合う垂直目地面のせん断キー構成体、モルタルまたは現場打ちコンクリート連結が無い。

せん断キー構成体は、突起と溝の構成体、カムとポケットの構成体または構造要素において一般に使用される何かである。

全く同一の環状セクションの二つの隣接する壁ピースの垂直目地面が互いから分離されて間隙を画定することができ、それによってそれらの間の応力の伝達の完全な不在を確実にすることも考えられる。

先に述べたように、代替態様によると、全く同一の環状セクションの二つの隣接する壁ピースの垂直目地面は、組立中に壁ピースを所定位置に保持するようにサイズ形成および構成され、構造物の耐用年数中に構造応力を伝達しないように構成される組立コネクタによって互いに連結されることができる。先に述べたように、構造物の箇所において想定される構造応力の１０％未満のそれらの応力は、構造応力ではなく、むしろ残留応力と見なされ、組立コネクタは、それ故に、それが構造物のその箇所にある構造応力の１０％未満であるならば、ごく一部の応力を時折伝達することができる。前記組立コネクタは、例として、組立接着剤、例えば、シリコーンまたは組立ねじもしくはボルトであることができる。

連続的な環状セクションの壁ピースの横目地面の横目地に対して、前記面が互いに向かい合って接触して配置され、前記ポストテンションケーブルによって共に押され、前記向かい合い接触する横目地面が接触によって構造応力の伝達のための構造上の結合を定めることが提案される。

前記横目地は、いかなる他の構造コネクタも有しないことができるが、しかしながら、前記横目地に他の構造コネクタ、例えば、補強もしくはねじを通して、または一つの環状セクションの壁ピースを連続的な環状セクションの壁ピースと構造的に結合するポジショナを配置することも提案される。

前記横目地面は、せん断キー構成体が無い平坦かつ滑らかな面であることができ、選択的に、せん断キー構成体が提供され得る。せん断キー構成体が包含される場合、水平成分を有する曲げおよびせん断応力に対する構造物の抵抗性は、前記せん断キー構成体の結果として直下の環状セクションの壁ピースに関して水平に動くことに対する環状セクションの壁ピースの抵抗性の増加と仮定すると、増加する。

もう一つの態様によると、重ねられた環状セクションの二つの隣接する壁ピースの横目地面は、互いに向かい合って配置され、構造物の耐用年数中に構造応力の伝達のための構造コネクタとして機能する構造ねじ、構造ボルト、局部的なポストテンション、モルタル、構造接着剤または現場打ちコンクリート連結が無い。

垂直目地と同じく、隣接する環状セクションの二つの重ねられた壁ピースの横目地面が組立中に壁ピースを所定位置に保持するようにサイズ形成および構成され、構造物の耐用年数中に構造応力を伝達しないように構成される組立コネクタによって互いに連結され得ることが提案される。構造物の箇所にある構造応力の１０％と等しいまたは未満の応力は、構造応力ではなく、むしろ管状タワーの構造上の動きの実質的な変化を伴うこれなしの前記組立コネクタによって支持されそれを通して伝達され得る残留応力と見なされる。

今までに記載された構造物の特徴は、一旦前記壁ピースが最終的な場所に設置さたなら、垂直目地に構造コネクタを据え付ける必要なく、管状タワーを建設することを可能にし、組立作業を単純化する。

壁ピースが組立コネクタまたはポジショナを包含する場合、それらが支えるべき荷重が非常に小さく、それ故に、それらが、手動工具を有する単一の作業者によって簡単に扱われ、据え付けられ得る、小さくサイズ形成されたコネクタであり得ると仮定すると、その設置は構造コネクタと比較してはるかにより簡単である。

この解決策の追加的な利点は、複雑な組立作業が要求されないので目地の数が小さく維持される必要がないため、垂直および水平目地（水平目地が構造コネクタが無いとき）の数はもはや構造物のコストに関連する要因ではないことである。これは、壁ピースのサイズおよび、それ故に、それらの重量を減らすことを可能にし、その輸送がより簡単になり、より大きい高さへのその吊り上げを可能にし、競争的な価格でより高いタワーを建てることを可能にする。

壁ピースが最大の寸法精度で作られるものの、連続的な環状セクションを積み重ねるときに累積効果を有し、管状タワーの垂直のわずかな変位を引き起こす、その寸法における小さい誤差が発生し得る。

環状セクションの数が増加すると、前記累積誤差も増加し得る。

垂直の前記変位を補正するためには、管状タワーの少なくとも一つの環状セクションを形成する壁ピースが互いに平行でない横目地面を有し、互いに平行でない平面上に下部横目地および上部横目地を有する補正環状セクションを共に画定することが提案される。この補正環状セクションは、前記補正環状セクションの上に設置される後続の環状セクションの傾斜を修正することを可能にする楔として機能する。

その設置のために、管状タワーの傾斜は、タワーを建てる異なる工程で測定され、一定の閾値よりもより大きな垂直からの変位が検出されるとき、前述の補正環状セクションは、管状タワーの垂直を修正することを可能にする位置に設置される。

もう一つの態様によると、管状タワーは、二つの連続補正環状セクションを包含する。後続の隣接する補正環状セクションに関して補正環状セクションのそれぞれの角度位置は、二つの連続的な補正環状セクションの補正が加算または相殺されることを可能にする。これは、管状タワーに変位があるかどうかを知り、変位が検出されるか否かまたは検出された変位の度合いに応じて前記補正環状セクションを一つの位置またはもう一方に設置する前に、環状タワーに前記補正環状セクションを作製および製造することを可能にする。

管状タワーが複数の非連続補正環状セクションを包含し、その長さに沿って複数の補正を可能にすることも提案される。

上述の上部定着構成体が管状タワーの最上部金属環に一体化され、前記最上部金属環が管状タワーの最後の環状セクションの壁ピースの横目地面上に支持されることが提案される。前記最上部金属環は、風力発電機のナセルを定着させるためのアンカーをさらに包含することができる。

この解決策は、単一の要素で、ポストテンションケーブルを固定し、管状タワーの最上部環状セクションの壁ピースを互いに連結し、管状タワーへのナセルの固定を提供することを可能にする。

値の任意の与えられた範囲の端値が最適でない場合があり、この値の範囲は、前記端値が適用可能であるように本発明の適応を要求する場合があり、前記適応が当業者の手の届く範囲にあることも理解される。

本発明の他の特徴は、以下の態様の詳細な説明で見られる。

前述のおよび他の利点および特徴は、例証的な非限定的やり方で解釈されなければならない、添付の図面を参照しながら、以下の態様の詳細な説明に基づいてよりよく理解される：
風力発電機用支持構造物、例えば、その上部部分に風力発電機およびブレードを包含する提案されるものの側部立面図を示す； 各々が四つの壁ピースによって形成される、管状タワーの二つの重ねられた最上部環状セクションを斜視図に示し、残りの環状セクションは図面の理解をより容易にするために省かれている。図面の理解をより容易にするために、タワーの最上部環状セクションから分離されて示された金属環周辺に配置される上部定着構成体も示される。この図は、上部定着構成体と、管状タワーの基礎部に固定される下部定着構成体とに連結され、タワーの内側に沿って通るポストテンションケーブルも包含する； 壁ピース間に構造または組立コネクタがなく、隣接する壁ピースの垂直目地面が分離されて間隙を画定する、第一の態様による管状タワーを構成する壁ピースの横方向展開レイアウトを示す； 互いに接触している壁ピースの垂直目地面間に構造コネクタがなく、重ねられた壁ピースの横目地面にせん断キー構成体を備えた、第二の態様による管状タワーを構成する壁ピースの横方向展開レイアウトを示す； 壁ピース間に構造コネクタはないが、横目地および垂直目地の両方に配置される組立ねじまたは組立ピンの形態で組立コネクタがある、第三の態様による管状タワーを構成する壁ピースの横方向展開レイアウトを示す； 垂直目地に構造コネクタおよび組立コネクタが無いが、壁ピースの横目地面に配置されるリセスに設置される鋼製双円錐の形態で横目地に組立ポジショナを有する、第四の態様による管状タワーを構成する壁ピースの横方向展開レイアウトを示す； 垂直目地に構造コネクタおよび組立コネクタが無いが、重ねられた壁ピース上に固定されるパススルー補強の形態で横目地に構造コネクタを有する、第五の態様による管状タワーを構成する壁ピースの横方向展開レイアウトを示す； 前記壁ピースが壁ピースの外周厚さを増加させる外周リップを横および／または垂直目地面に有する、数個の態様による壁ピースの部位の斜視図を示す； 前記壁ピースが壁ピースの外周厚さを増加させる外周リップを横および／または垂直目地面に有する、数個の態様による壁ピースの部位の斜視図を示す； 前記壁ピースが壁ピースの外周厚さを増加させる外周リップを横および／または垂直目地面に有する、数個の態様による壁ピースの部位の斜視図を示す； 前記壁ピースが壁ピースの外周厚さを増加させる外周リップを横および／または垂直目地面に有する、数個の態様による壁ピースの部位の斜視図を示す； 前記壁ピースが壁ピースの外周厚さを増加させる外周リップを横および／または垂直目地面に有する、数個の態様による壁ピースの部位の斜視図を示す； 風力発電機用支持構造物、例えば、管状タワーの下部部位が前記タワーを建てる間その垂直の逸脱を経験し、管状タワーの残りが垂直であることを可能にする補正環状セクションが挿入された提案されるものの側部立面図を示し、この図面に示される逸脱は、見やすくする目的のため誇張されている； 二つの連続的な補正環状セクションが配置され、それらの補正の角度が加算するように両方が配置され、前記二つの連続的な補正環状セクション直下の環状セクションと直上の環状セクションとの間の管状タワーの垂直を補正する、管状タワーの中央部位の拡大図を示す； 図１０に示される管状タワーの同一の部位を示すが、管状タワーの下部部位がその垂直のいかなる逸脱も示さず、垂直のそれぞれの補正が相殺されるように二つの連続的な補正環状セクションが配置される。

態様の詳細な説明
添付の図面は、本発明の例証的な非限定的態様を示す。

図１は、円錐台状セクションを有する複数の重ねられた環状セクション２０によって形成される風力発電機用支持構造物を示し、次第により小さくなる断面を有する中空内部空間を有する管状タワー１が、このようにして取得される。

各環状セクション２０は、全ての壁ピース１０を組み立てると円形環状セクションが形成されるように、各々が環状セクションの形態の断面を有する複数の壁ピース１０によって形成される。

当業者には自明であるように、壁ピース１０が多角形セクションの形態の断面を有する場合、前記ピースによって形成される環状セクションも、管の形態の閉じた多角形セクションを有する。

重ねられた環状セクション２０間にある目地は、横目地１１であり、全く同一の環状セクション２０の隣接する壁ピース１０間にある目地が垂直目地１２である。

環状セクション２０の垂直目地１２は、構造上の脆弱性を防止するために直上または直下のもう一つの環状セクション２０の垂直目地１２と合わない。

例として、図２に詳細に示されるように、提案される解決策は、各環状セクションを形成する四つの壁ピース１０からなることができ、１０を上回る環状セクション２０からなることができる。本発明は、いかなる高さのタワーにも適用され、それは、高さが１５０メートルを超える非常に高いタワーにも使用されることができ、２０を上回る環状セクション２０を包含し得る。

各壁ピース１０は、二つの垂直目地面１４および二つの横目地面１３を有する。本例では、全ての前記垂直目地面１４および横目地面１３は、壁ピース１０の外周厚さを画定する同一の厚さを有し、この例では、壁ピース１０全体が同一の厚さを有する。この態様は、図８ａに示される態様にも対応する。

しかしながら、例として、図８ｂ～８ｅに示されるように、壁ピース１０がその外周厚さよりもより薄くてもよく、垂直目地面１４および／または横目地面１３が壁ピース１０のリップまたは拡張によって画定され、それによって各壁ピース１０の重量を減らすことが考えられる。

図８ｂおよび８ｅに示される例では、垂直目地面１４は、壁ピース１０の厚さの変動の結果として可変の幅を有する。対照的に、図８ｃに示される態様では、垂直目地面１４は、不変の幅を有するが、横目地面１３は、しかしながら、可変の幅を有する。

環状セクション２０の重なりは、中空内部空間を有する管状タワー１を形成する。最後の環状セクション２０、すなわち、地面から最も遠いものは、この例では図２に示されるように、地面から最も遠くに配置される最後の環状セクション２０の横目地面１３上に支持される金属環からなる上部定着構成体３１に結合される。その上に前記管状タワー１が建てられる基礎部２まで管状タワー１の内側に沿って通るポストテンションケーブル３０の上端が前記上部定着構成体３１に固定され、ポストテンションケーブル３０の下端が下部定着構成体３２によって基礎部２に固定される。

前記上部定着構成体３１および下部定着構成体３２は、任意の従来公知のポストテンション技術からなることができる。

この態様では、壁ピース１０の横目地面１３は、平坦で滑らかな水平面であり、環状セクションを重ねると、横目地面１３は、構造物の重量およびポストテンションケーブル３０を緊張させることによって引き起こされる過荷重の結果として横目地１１において共に押し付けられ、それによって、重ねられた環状セクション２０を互いに結合するいかなる追加的な構造コネクタも要求することなく、直上および直下のピースに関して壁ピース１０の相対的な位置を確保する。これは、高額、危険、時間がかかる大きい高さにおいて構造上の結合を製作する作業を必要としないため、管状タワー１を建設する仕事を大いに容易にし、加速する。

これは例示的な態様であり、図４～７に示されるように、横目地面が構造コネクタによって互いに連結される他の態様も考慮され得ることが理解される。

全く同一の環状セクション２０のそれらの隣接する壁ピース１０の壁ピース１０の垂直目地面１４は、互いに向かい合って配置されるが、それらを結合するいかなるタイプの構造コネクタが無い。前記垂直目地面１４は、図４の態様に示されるように、互いに接触して配置されることができ、または図２および３に示されるように、それらの間に間隙を残し、離して設けられることさえでき、水または風が管状タワーに侵入するのを防止するために、前記間隙が後にシリコーンまたは小さな応力伝達能力を有する別の接着剤で密封されることができ、これがないときは、いずれの場合にも構造上の結合を伴う。

この特徴は、壁ピース１０が、特に風のような水平作用に対して、構造的に独立した方法でふるまうことを可能にする。壁ピース１０が互いに横方向に結合されないため、各ピースは、受けた水平荷重を下部および上部壁ピース１０に伝達しなければならない。

横目地面１３から一定の距離にかけられた水平荷重は、各壁ピースに曲げモーメントを引き起こし、前記曲げモーメントは、垂直下方向の力、すなわち、その下に配置される壁ピース１０を圧縮するための圧縮力と、垂直上方向の力、すなわち、構造物の重量によっておよびポストテンションによって引き起こされる下方向の荷重がより小さいことに起因する張力とに分解され、相殺される。

これは、風の荷重の結果として生じる下方向の荷重または圧縮荷重が、他の建設上の解決策で発生するように風下面に集中する代わりに、管状タワー１の環状セクション全体の至るところに分配されることを可能にし、それによって偶発的過荷重を減らし、構造物の重量を減らすことを可能にする。

図２は、大きい矢印によって、風力発電機から、上部定着構成体３を備えた金属環に伝達される水平荷重を示す。前記水平荷重は、金属環に結合される前記風力発電機のブレードに衝突する風によって引き起こされる。

組立の理解をより容易にするために、この図面では前記環および目地面の両方が互いから分離されて示されているものの、前記金属環は、管状タワー１の最後の環状セクション２０の壁ピース１０の横目地面１３、すなわち、地面から最も遠いものと接触する。前記接触によって、金属環にかけられた水平荷重は、最上部環状セクション２０を構成する全ての壁ピース１０の上端に伝達され、分配される。

図２の小さい方の矢印は、最上部環状セクション２０を構成する四つの壁ピース１０の各々に伝達される水平力を表す。

水平力が各壁ピース１０の上端にかけられるため、そして構造コネクタの不在に起因して応力が横方向に隣接する壁ピース１０に伝達されることができないため、この図面では半円形矢印で概略的に表される曲げモーメントが各壁ピース１０で生成される。水平力の方向に関して壁ピース１０の各々の位置に応じて、前述の曲げモーメントは、一つの方向または別の方向を有する。

記載された曲げモーメントは、各壁ピースが横目地面１３を通して下部壁ピース１０に個々に伝達しなければならない一対の垂直上方向と下方向の力とに分解される。前記垂直力は、この図面では垂直矢印で表される。

図面の理解をより容易にするために、他の応力、例えば、せん断応力が表されないことおよび応力の伝達が部分的にのみ表されることが理解される。この図面は、図面の理解をより容易にするために、図示した環状セクション２０とは別に示される基礎部までずっとその下に配置される環状セクション２０の全てではなく、二つの環状セクションのみを示す。

もう一つの追加的な利点は、垂直目地１２の連結には常に高額かつ据え付けが複雑な構造コネクタが常にないため、コストが減り、この構造物のコストの増加を伴うことなく目地の数を増加させることによってそれが壁ピース１０のサイズを減らすことを可能にすることである。より小さいサイズを有する壁ピース１０は、より簡単に輸送され、それらの最終的な位置に吊り上げられ、より低い物流コストを有し、より小さい、それ故に、より軽量な壁ピース１０はより大きい高さに吊り上げられ得るため、より大きい高さを有する管状タワー１という結果をもたらす。

この解決策を安定させるためには、壁ピース１０の高さがより大きいほど、曲げモーメントがより大きくなり、壁ピースの幅がより小さいほど、前述の曲げモーメントが分解する垂直成分を有する二つの力がより大きくなると仮定すると、各壁ピース１０の高さはその幅の２倍を超過しないようにしなければならない。したがって、２：１の高さ：幅比が最大比であり、これよりもより大きい比では垂直成分を有する応力が過剰になることが判断された。

例として、壁ピース１０が１０メートルと等しいまたは未満の高さを有し、その幅が５メートルと等しいまたはよりもより大きいことが提案される。前記寸法は、例として、５メートルと等しいまたは未満の高さおよび２．５メートルと等しいまたはよりもより大きい、好ましくは５メートルと等しいまたはよりもより大きい幅を有する壁ピースを提供することによって変更され得る。

それらを非常に重くし、道路で輸送すること、取り扱うこと、大きい高さまで吊り上げることを非常に難しくする、可能な限り最も大きいサイズを有する壁ピース１０、通常２５メートルよりもより大きい高さを有する壁ピースが多くの場合使用されるため、これらの寸法は、プレハブコンクリート製の管状タワー１の壁ピース１０の従来の寸法とは著しく異なる。

管状タワー１のモーメントがむしろ不安定であり得るが先に表されたように高額かつ据え付けが困難な構造コネクタを用いることなく、組立作業をより容易にする、または組立をポストテンションするに先立って管状タワー１を建てる作業中に壁ピース１０の位置を確保する他の解決策を本発明の横目地１１および垂直目地１２が包含し得ることがさらに考えられる。

図４は、重ねられた環状セクション２０間のせん断および曲げ応力の伝達の能力を増加させるせん断キー構成体を、横目地面１３がいかに包含し得るかを示す。同様に、図６は、それらが重ねられるとき、壁ピース１０の位置をセンタリングすることを可能にする組立ポジショナ４０としての双円錐の組み込みを示す。

選択的または付加的に、向かい合う面間の接触を改善するためまたは一般的に水、風、虫もしくは埃の侵入を防止するために、横目地面１３の間におよび／または垂直目地面１４の間に、フィルム材料、モルタルまたは接着剤を挿入し得ることも考えられる。フィルム、例として、弾性フィルムの場合には、それは吊り上げ前に壁ピース１０に包含されることができ、組立作業のいかなる困難も伴わないであろう。

モルタルまたは接着剤を使用する場合には、作業者は、各壁ピース１０を管状タワー１のその最終的な位置に設置する前に前記生の材料を設置することを要求されるであろうし、これらの仕事は、実のところ、管状タワー１を建てるときに困難を伴うであろうが、それらは、多大な複雑さまたは過剰なコストを必要とすることなく、手動工具のみを使用して、作業者によって簡単に行われ得る。

場合により、重ねられた壁ピース１０の前記横目地面１３および／または隣接する壁ピース１０の前記垂直目地面１４は、組立ねじ、例えば、図５に示されるような組立コネクタ４０によって互いに結合されることもできる。

選択的に、前記組立コネクタ４０は、向かい合う横目地面１３上に想定される補足的な空間にはめ込まれる横目地面１３の突起または向かい合う横目地面１３に想定される向かい合う空間に、同時にはめ込まれるピースであり得る。

組立コネクタ４０は、ポストテンションケーブルを設置する前に構造物組立作業中に各壁ピース１０の位置を確保することを可能にするが、それらが設置される箇所において想定される構造応力を伝達するには十分ではなく、すなわち、それらは、前記応力の１０％と等しいまたは未満の応力を伝達することができ、伝達される応力は、それ故に、残留応力と見なされる。換言すると、例として、組立コネクタは、組立作業中に管状タワー１に衝突する風によって引き起こされる水平荷重に耐えることを可能にするが、それらは、大きい風上表面を構成する風力発電機のタービンのブレードに衝突する風によって引き起こされ、それ故に前記水平荷重の値の大きな増加を表し、それが管状タワー１により大きな曲げモーメントを引き起こす管状タワー１の先端にまでかけられる水平荷重に耐えるには十分でないであろう。

例として、これは組立コネクタ４０と壁ピース１０との間に一定の隙間をあけることによって達成されることができ、前記組立コネクタ４０によって連結される壁ピース１０の数ミリメートルの相対的な移動を可能にし、それによって構造応力の伝達を防止する。

もう一つの同等の解決策は、構造応力の伝達を可能にすることなく、残留応力の伝達を一定の範囲まで可能にし、壁ピース１０間の前記相対的な移動を同様に可能にする、例えばゴム要素のような圧縮可能な要素を、組立コネクタ４０と壁ピース１０との間に挿入することを構成するであろう。

例えば、大きい構造応力を受けるとき、組立中に壁ピース１０を所定位置に留め、残留応力を伝達することを可能にする小さな応力伝達容量を有する一定の接着剤で発生するような、一定の応力閾値が超過される場合、結合を解かれるべき前記組立コネクタが結合を解かれることも考えられる。同じように、もう一つのタイプのコネクタ、例えば、ねじまたはボルトは、一定の応力が超過されるとき、結合を解かれるようになるまたは壊れるようにサイズ形成され得る。

さらに、応力が固定箇所周辺の壁ピースによって容易に支えられるまたはわずかな局部的な補強を必要とするであろうため、壁ピースに伝達される残留応力は、応力をコネクタの固定箇所に向かわせ、集中させるための壁ピース内の複雑な構造補強を必要としないであろうし、壁ピースを製造することをより容易かつより安価にする。

それらが構造コネクタよりもより低い抵抗要件を有するため、前記組立コネクタ４０は、より小さいサイズを有し、数においてより少数であることもでき、一人または数人の作業者による手動工具での人手によるその据え付けを容易にし、加速し、構造物を建てるためのコストおよび時間にほとんど影響を及ぼさない。

横目地１１の場合には、重ねられた壁ピース１０を互いに結合する構造コネクタ４１が存在し得ることが考慮される。図７に示される例では、前記構造コネクタ４１は、重ねられた壁ピース１０に同時に結合されるパススルー補強バーからなるが、他の態様、例えば、構造ねじ、局部的なポストテンションケーブル、局部的なコンクリート打ちなども考えられる。

環状セクション２０の数が従来の同等の構造物に関して増加するため、可能な限り正確に壁ピース１０を製造する際のすべての予防策を講じていてさえも、各環状セクション２０の壁ピース１０の長さにおいて起こり得る誤差は、それが管状タワー１の垂直からの変位を引き起こす箇所まで累積効果を有する場合がある。管状タワー１を建てる仕事中に基礎部の不同沈下の現象も発生し得る。

前記変位を覆すことを可能にするためには、管状タワー１を建てるときに補正環状セクション２１が挿入されることが提案される。

補正環状セクション２１は、それを形成する壁ピース１０の上部および下部横目地面１３が互いに平行でない環状セクション２０であり、補正環状セクション２１がそれによって互いに平行でない上部および下部横目地１１を形成する。これは、補正環状セクション２１が楔として機能することを可能にし、連続的な環状セクション２０において管状タワー１の垂直からの変位を補正する。

この特徴は、この特徴をより顕著にするために傾斜が明らかに誇張されている図９に見てとれることができる。

実際には、管状タワー１がその長さに沿って数個の補正環状セクション２１を組み込み得ることが考えられる。

図１０および１１は、二つの補正環状セクション２１がいかに連続して設置され得るかを示す。その相対的な角度位置に応じて、補正環状セクション２１の各々によって提供される傾斜の補正は、加算することができ、図１０に示されるように、二つの補正環状セクション２１のより長い側が重ねられるため傾斜の有意な補正を得るか、または図１１に示されるように、二つの補正環状セクション２１の前記のより長い側が管状タワー１の反対側に配置され、したがって管状タワー１の傾斜が変更されない場合、互いに相殺することができる。

二つの連続する補正環状セクション２１のこの構成は、変位があるか否かまたは管状タワー１の建造が開始されたか否かを問わず、管状タワー１を組み立てる前に補正環状セクション２１が製造されることを可能にし、管状タワー１を組み立てる作業中に、補正環状セクション２１の包含が想定されている平面に関して、建てられる管状タワー１の下部部分の実傾斜の正確な測定によって、前記補正環状セクション２１が設置されなければならない位置が決定されることを可能にし、前記タワーを建てる間、管状タワー１の変位があるか否かに応じて、より大きいもしくはより少ない範囲までの補正または全く補正なしを達成する。

一つの態様に記載された本発明を構成する異なる部分が他の異なる態様に記載された部分と自由に組み合わされ得ることが、前記組み合わせが明示的に記載されていないものの、組み合わせが不都合を伴わないならば、理解される。

Claims (14)

1. 風力発電機用支持構造物であって、：
   管状タワー（１）がそれらの間に横目地（１１）を画定する複数の重ねられた環状セクション（２０）を包含し、各環状セクション（２０）がそれらの間に垂直目地（１２）を画定する少なくとも二つのプレハブコンクリート製の壁ピース（１０）によって形成され、各壁ピース（１０）がその長さが壁ピース（１０）の幅を画定する円形弧または多角形弧形状の水平セクションと、その長さが壁ピース（１０）の高さを画定する一直線の垂直セクションと、その外周における壁ピース（１０）の厚さを画定する不変のまたは可変の厚さの二つの横目地面（１３）および不変のまたは可変の厚さの二つの垂直目地面（１４）とを有する、中空内部空間を備えた管状タワー（１）と；
   管状タワー（１）のための支持平面を画定する基礎部（２）と；
   管状タワー（１）の最上部環状セクション（２０）に結合される上部定着構成体（３１）および基礎部（２）に結合される下部定着構成体（３２）と；
   重ねられた壁ピース（１０）を互いに圧縮する、上部定着構成体（３１）と下部定着構成体（３２）とを結合するポストテンションケーブル（３０）であって、管状タワー（１）の中空内部空間に沿って通るポストテンションケーブル（３０）；とを含み、
   連続的な環状セクション（２０）の垂直目地（１２）が互いに合わず；
   垂直目地（１２）では、全く同一の環状セクション（２０）の二つの隣接する壁ピース（１０）の垂直目地面（１４）が互いに向かい合って配置され、それらの間に構造応力の伝達のための構造コネクタが無いため、壁ピース（１０）の独立した構造上の動きが可能であることを特徴とし；
   壁ピース（１０）の高さがそれらの幅の２倍未満である構造物。
2. 全く同一の環状セクション（２０）の二つの隣接する壁ピース（１０）の垂直目地面（１４）は、
   互いに向かい合って配置され、
   構造物の耐用年数中に構造応力の伝達のための構造コネクタとして機能する構造ねじ、構造ボルト、局部的なポストテンション、環状セクション（２０）周辺の環状ポストテンション、向かい合う垂直目地面のせん断キー構成体、または現場打ちコンクリート連結が無い、請求項１記載の構造物。
3. 全く同一の環状セクション（２０）の二つの隣接する壁ピース（１０）の垂直目地面（１４）が、互いから分離されて間隙を画定する、請求項１または２記載の構造物。
4. 組立中に壁ピース（１０）を所定位置に保持するようにサイズ形成および構成され、組立コネクタ（４０）を通じて連結される壁ピース（１０）間の最大限でも残留応力を伝達するように構成される組立コネクタ（４０）によって、
   全く同一の環状セクション（２０）の二つの隣接する壁ピース（１０）の垂直目地面（１４）および／または連続的な環状セクション（２０）の二つの重ねられた壁ピース（１０）の横目地面（１３）が、互いに連結される、請求項１～３のいずれか１項記載の構造物。
5. 連続的な環状セクション（２０）の壁ピース（１０）の横目地面（１３）の横目地（１１）が、互いに向かい合って接触して配置され、ポストテンションケーブル（３０）によって共に押され、
   向かい合い接触する横目地面（１３）が、接触によって構造応力の伝達のための構造上の結合を定める、請求項１～４のいずれか１項記載の構造物。
6. 重ねられた壁ピース（１０）の横目地面（１３）が、
   組立コネクタ（４０）によって、
   および／または構造コネクタ（４１）によって、
   および／またはせん断キー構成体によって、
   および／またはポジショナによって、互いに連結される、請求項５記載の構造物。
7. 重ねられた環状セクション（２０）の二つの隣接する壁ピース（１０）の横目地面（１３）は、
   互いに向かい合って配置され、
   構造物の耐用年数中に構造応力の伝達のための構造コネクタとして機能する構造ねじ、構造ボルト、局部的なポストテンション、モルタル、構造接着剤、または現場打ちコンクリート連結が無い、請求項５記載の構造物。
8. 組立コネクタ（４０）が残留応力を超過する応力を受けるとき、壁ピース間に最大でも残留応力を伝達するように、それらが連結される壁ピース（１０）の少なくとも一つから結合を解かれるように、
   組立コネクタ（４０）がサイズ形成される組立ねじ、組立ボルト、モルタル、接着剤である、請求項１～７のいずれか１項記載の構造物。
9. 組立コネクタ（４０）が配置される構造物の箇所において、最大でも想定される構造応力の１０％と等しいまたは未満の残留応力に耐えて伝達するように、組立コネクタ（４０）がサイズ形成および構成される、請求項４、５、６または８のいずれか１項記載の構造物。
   
10. 管状タワー（１）の少なくとも一つの環状セクション（２０）を形成する壁ピース（１０）が、
    非平行横目地面（１３）を有し、
    互いに平行でない平面上に下部横目地（１１）および上部横目地（１１）を有する補正環状セクション（２１）を画定する、請求項１～９のいずれか１項記載の構造物。
11. 管状タワー（１）が、二つの連続補正環状セクション（２１）を包含する、請求項１０記載の構造物。
12. 管状タワー（１）が、複数の非連続補正環状セクション（２１）を包含する、請求項１０記載の構造物。
13. 上部定着構成体（３１）が、管状タワー（１）の最上部金属環に一体化され、
    最上部金属環が、管状タワー（１）の最後の環状セクション（２０）の壁ピース（１０）の横目地面（１３）上に支持される、請求項１～１２のいずれか１項記載の構造物。
14. 最上部金属環が、風力発電機のナセルを定着させるための固定具を包含する、請求項１３記載の構造物。

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