预应力钢混组合式钢管塔柱的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种预应力钢混组合式钢管塔柱，由无缝钢管和钢板交替连接形成环状结构，在无缝钢管内设置钢筋、并填充混凝土，同时，相邻节塔柱通过法兰连接。本实用新型的优点为采用预应力混凝土钢管与钢板组合而成，施工方便简单，施工周期短，减少了塔柱钢材用量，增强了塔柱的稳定性，大大节约了成本。
【专利说明】预应力钢混组合式钢管塔柱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种塔柱结构，尤其涉及一种预应力钢混组合式钢管塔柱，属于风力发电及建筑领域。
【背景技术】
[0002]目前，风力发电等领域的大型塔柱，大部分是采用钢板卷制成圆筒形塔柱，为了抵抗高耸结构自上而下的力矩，往往需要厚度很大的钢板，致使钢材用量大、成本投资高；其次，制成塔柱的圆筒是整体式的，直径较大，一般为3米至5米，此时运输困难、且运输成本很高；另外，塔柱没有经过预应力处理，在遇到强风时，塔柱顶端在风力的作用下容易产生较大的挠曲及晃动；再者，大型尺寸的塔柱也有采用钢筋混凝土式的结构，该结构相当笨重，不仅施工浇注难度大，施工周期长，而且不能实现工业化生产，因此投建成本和管理成本都相当高。
实用新型内容
[0003]实用新型目的:本实用新型的目的是提供一种能够降低钢材用量、减少成本、提高塔柱稳定性、组装运输方便、缩短工程周期的预应力钢混组合式钢管塔柱。
[0004]技术方案:本实用新型所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，由无缝钢管和钢板交替连接形成环状结构，在无缝钢管内设置钢筋、并填充混凝土，同时，相邻塔节通过法兰连接。
[0005]其中，相邻塔节通过法兰和无缝钢管中的钢筋连接。所述钢板为单层或多层钢板。所述无缝钢管与钢板之间为焊接。所述钢筋为精轧螺纹钢筋，可为两根或两根以上、且带有护套。所述无缝钢管的截面为椭圆形，保证塔柱的稳定性。所述法兰为同径法兰或不同径法兰。所述塔柱的截面为圆柱`形或多边形柱体。所述混凝土的标号高于或等于C40，为防止混凝土与钢管壁脱粘，混凝土可采用微膨胀混凝土。
[0006]由于钢管的约束及精轧螺纹钢筋的预应力，使填充后的混凝土处于X、Y、Z三向受压的高强度稳定状态，而钢管起到纵向钢筋、横向套箍及施工模板三个作用；同时，填充的混凝土限制了柱体的失稳；这样，钢管在填充混凝土后形成的组合结构，就具有了很强的抗柱状失稳能力。
[0007]为保证结构的强度与稳定性，结构还必须满足以下要求:
[0008]1、无缝钢管对混凝土的约束效应系数Ky不能小于0.6:
A^f ζ
[0009]Kv =..........—
* Acf Cd
[0010]2、截面含钢率P。应在0.03~0.08之间:
[0011]Pe=As/Ac
[0012]3、混凝土的厚宽比应在0.8~1.6之间。[0013]上式中:AS—钢板的截面面积，A。一混凝土的截面面积，fs—钢板屈服强度值，fcd-混凝土抗压强度值。
[0014]有益效果:本实用新型与现有技术相比，其优点为该塔柱结构采用预应力混凝土钢管与钢板组合而成，或者将钢管和钢板运至现场后再浇筑混凝土，施工方便简单、施工周期短，减少了塔柱钢材用量，大大节约了成本。在钢管内浇筑混凝土、设置精轧螺纹钢筋来施加预应力，提高了柱体的抗柱状失稳能力，同时，组合结构中使用到的钢构件可标准化生产，利于生产线式生产加工及生产线式防腐处理，大大降低生产制造成本，并且无缝钢管和钢板重量相对较轻，运输较为方便，减低了运输成本，并且解决了长途运输或偏远地区或有超限的路况对超大件物资的运输限制。在钢管空腔内填充混凝土，减少了混凝土用量，节约了成本，并且不需繁杂的绑扎钢筋作业，缩短工期。充分利用精轧预应力钢筋、钢管及混凝土的优点，并且将三者巧妙地相互作用，比同级混凝土式结构截面减少，节约材料，线性美观，减少了或大部分消除了塔柱的弹性挠曲和晃动，增强了塔架抗倾覆能力。可根据不同的塔柱高度要求，改变钢管的直径，从而改变了塔柱的混泥土的截面面积，这样可以制造超大型塔柱，但钢材增加却很少。实验证明，塔柱越高，经济性越好。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型无缝钢管和钢板的组装截面俯视图；
[0016]图2为图1的局部放大图；
[0017]图3为设置钢筋和填充混凝土的无缝钢管的剖视图；
[0018]图4为本实用新型的组装结构示意图；
[0019]图5为图4的C点放大图；
[0020]图6图4的E-E截面图；
[0021]图7为图6的G-G截面图。
【具体实施方式】
[0022]如图1和图2所示，将预先加工成符合标准的无缝钢管I与单层钢板2焊接连接。钢板材料为Q345或更高级别热轧钢板，在其表面进行热浸镀锌的防腐处理。无缝钢管I与单层钢板2的长度可根据要求定制，如果运输条件允许，一般大于20米。如图3所示，在无缝钢管I的空腔柱体中放入可贯穿整个柱体的带护套5的钢筋3，其为精轧螺纹钢筋，具体是预应力混凝土用螺纹钢筋，是一种特殊形状带有不连续外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处，均可以用带有内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固，该钢筋3也可以采用能达到技术要求的只是在两端带有螺纹的高强钢杆，其直径一般大于40mm，其抗拉强度应大于830Mpa，屈服强度应大于730Mpa，护套5为PVC材质或金属材质的螺旋状波纹管。同时在空腔柱体中浇筑混凝土 4，其为具有相应特性的素混凝土，具有适合本发明实现的坍落度及强度，标号应为C40或C40以上。如图4-图7所示，待混凝土有相应强度时，起吊无缝钢管I并焊接相邻单层钢板2，具体是在一个无缝钢管I两侧分别焊接竖向设置的单层钢板2的一侧，然后在每个单层钢板2的另一侧焊接另一个无缝钢管1，依次交替组合安装第一节多边形塔体，塔体底部通过基础法兰9与地基相连接，然后张拉第一节塔体中的精轧螺纹钢筋3并在第一节塔体顶部安装不同径连接法兰7，该不同径法兰7通过精轧螺纹钢筋螺母8在螺栓孔处锚固精轧螺纹钢筋。在安装第二节或其他塔节时，通过螺栓孔使第二节塔体中的精轧螺纹钢筋固定在不同径法兰7上，并依此固定第二层塔体的无缝钢管I和单层钢板2，确定第二节塔体位置准确无误后在其无缝钢管I中浇筑混凝土 4，待混凝土 4有相应强度后张拉精轧螺纹钢筋。依次安装剩余塔体。所述同径法兰6或不同径法兰7的材质为Q345或者更高级别材质，整体锻件加工成型。如此的塔柱结构完成以后,塔体的壁部抗拉强度，主要由精轧螺纹钢筋来承担，而塔体的抗压强度和上部的载荷，主要由混凝土 4承担，其次受力的才是无缝钢管1，预应力的施加大大减少了钢板用量，节约了钢材，并且，由于钢管的包箍作用，限制了混凝土 4竖向柱体的失稳，大大减少了混凝土的用量，同时由于采用了预应力处理，塔架顶部的晃动挠曲大部分消失。
【权利要求】
1.一种预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:由无缝钢管(I)和钢板(2)交替连接形成环状结构，在无缝钢管(I)内设置钢筋(3)、并填充混凝土(4)，同时，相邻塔节通过法兰连接。
2.根据权利要求1所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述钢板(2)为单层或多层钢板。
3.根据权利要求1或2所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述无缝钢管(I)与钢板(2)之间为焊接。
4.根据权利要求1所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述钢筋(3)为精轧螺纹钢筋。
5.根据权利要求1或4所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述钢筋(3)的数量为两根或两根以上，且带有护套(5 )。
6.根据权利要求1所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:相邻塔节通过法兰和无缝钢管(I)中的钢筋(3 )连接。
7.根据权利要求1所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述法兰为同径法兰(6)或不同径法兰(7)。
8.根据权利要求1所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述塔柱的截面为圆柱形或多边形柱体。
9.根据权利要求1所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述无缝钢管(I)的截面为椭圆形。
10.根据权利要求1或9所述的预应力钢混组合式钢管塔柱，其特征在于:所述混凝土(4)为微膨胀混凝土。
【文档编号】E04H12/16GK203452439SQ201320505791
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】战福军 申请人:南京联众建设工程技术有限公司