一种薄壁钢筒混凝土塔架的制作方法

本发明涉及风力发电机组钢管混凝土塔架技术领域，尤其涉及一种设置有加强筋的薄壁钢筒混凝土塔架。

背景技术：

风力发电设备已趋于大功率化，并能适用于低风速风电场，增加轮毂高度获得高空风力资源比增加叶片的扫风面积更具有可行性。塔架作为风电机组主要的承重部件，承受着各种载荷的作用，它是保证风机正常运行的关键因素。随着塔架的高度的不断增加，塔架在风电机组的设计和制造的重要性也在不断增加。

风力发电机组塔架受到多种载荷的共同作用，除了要支撑风力发电机组机舱、发电机和轮毂等的重量外，还要承受叶轮旋转时产生的动载荷以及自然风的作用。塔架的变形和振动，不仅会增大附加应力和降低塔架结构强度，还可能影响到机组其他部件的变形，导致风力发电机组发电性能下降。

现有高塔架的结构制造成本以及施工周期不理想，在实际使用过程中的运行效果不好，难以满足要求。

传统的钢管混凝土塔架结构分为外层钢管、内层钢管，之间灌注混凝土，无需施加预应力结构，且内外层钢管之间无连接、不分片，为整体圆柱筒体。这种结构形式需要内外层钢管承受拉力，芯部混凝土承受压力。对于风力发电机组而言，内外层钢管为了保证承力和一定的刚度，往往壁厚较厚；芯部混凝土可为素混凝土也可为钢筋混凝土。现场施工顺序为：将整环内层钢管安装，然后绑扎芯部钢筋，然后安装外层钢管，为了保证内外层钢管的稳定性，往往需要搭设内外脚手架或设置拉杆，最后进行芯部的混凝土浇筑。传统钢管混凝土塔架的钢管为整体结构，制造运输和安装复杂，现场施工程序繁杂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种薄壁钢筒混凝土塔架，有效的克服了现有技术的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种薄壁钢筒混凝土塔架，塔架筒体，上述塔架筒体由多个首尾相连的筒壁分片结构组成，每个上述筒壁分片结构均竖直设置，并均为内部中空且上下端敞口的腔体结构，相邻两个上述筒壁分片结构侧端相互连接固定并通过侧端对应设置的通孔连通，每个上述筒壁分片结构的内壁与外壁之间均设有加强筋结构，并浇筑有混凝土，上述塔架筒体内壁上竖向设有多根体外预应力钢绞线。

本发明的有益效果是：结构简单，分片式设计便于组装，整个塔架可现浇施工，也可预制安装，施工周期短，工程成本低，加强筋组件可以使筒壁分片结构刚度加强，便于运输、安装和浇筑，且可代替部分混凝土的配筋，整个装置的结构强度较高，安全性能较好。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，上述塔架筒体为圆角正n边形空心柱体结构，且n≥4。

采用上述进一步方案的有益效果是其外形美观，利于组装。

进一步，上述塔架筒体由n个一一对应圆角处的第一筒壁分片结构以及n个一一对应直边处的第二筒壁分片结构首尾相连组成，上述第一筒壁分片结构为横截面为扇环形的上述筒壁分片结构，上述第二筒壁分片结构为横截面为矩形的上述筒壁分片结构，n个上述第一筒壁分片结构或n个上述第二筒壁分片结构的规格一致，每个上述第一筒壁分片结构的内壁上均竖向设有多根上述体外预应力钢绞线。

采用上述进一步方案的有益效果是设计合理，利于组装拼接，降低了组装的工艺难度，并对圆角处的应力有显著的提高，整个塔架结构强度较高，安全性能较好。

进一步，每个上述第一筒壁分片结构的内壁的上端及下端均对应设有环状的钢绞线连接部，多根上述体外预应力钢绞线间隔安装在对应的两个上述钢绞线连接部之间。

采用上述进一步方案的有益效果是便于安装体外预应力钢绞线。

进一步，上述塔架筒体为圆柱状空心柱体结构，并由多个首尾相连且规格一致的筒壁分片结构组成，每个上述筒壁分片结构的横截面均为扇环形，每个上述筒壁分片结构的内壁上均竖向设有多根上述体外预应力钢绞线。

采用上述进一步方案的有益效果是外形美观，规格一致，利于批量生产组装，缩短了施工周期，降低了组装难度。

进一步，每个上述筒壁分片结构的内壁的上端及下端均对应设有环状的钢绞线连接部，多根上述体外预应力钢绞线间隔安装在对应的两个上述钢绞线连接部之间。

采用上述进一步方案的有益效果是便于安装体外预应力钢绞线。

进一步，上述钢绞线连接部由对应的筒壁分片结构的内壁由外向内凹陷形成。

采用上述进一步方案的有益效果是一体化设计使得钢绞线连接部与筒壁分片结构之间结构强度较高，可提供比较稳定外应力，安全性能更高。

进一步，相邻两个上述筒壁分片结构的连接处焊接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是焊接施工简单，利于快速组装。

进一步，上述加强筋结构由上下间隔设置的多层加强筋组成，每层上述加强筋均由钢板或钢筋折弯形成连续的波浪形，且分别与对应的上述筒壁分片结构的内壁与外壁焊接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是设计合理，便于浇筑混凝土，同时，加强筋可作替换混凝土内的钢筋结构件，保证整个塔架混凝与部分的结构强度较高，从而使得整个塔架承力较好，安全稳定。

进一步，上述混凝土内竖直预埋有多根间隔且均匀设置的体内预应力钢绞线。

采用上述进一步方案的有益效果是通过体内预应力钢绞线进一步提升整个塔架的结构强度和承力性能。

附图说明

图1为本发明的薄壁钢筒混凝土塔架的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中塔架筒体去掉体外预应力钢绞线的结构分解示意图；

图3为图1中塔架筒体去掉体外预应力钢绞线的结构示意图；

图4为图1的俯视结构示意图；

图5为本发明的薄壁钢筒混凝土塔架的另一个实施例的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、筒壁分片结构，3、体外预应力钢绞线，4、钢绞线连接部，5、加强筋，6、体内预应力钢绞线，11、第一筒壁分片结构，12、第二筒壁分片结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例：本实施例的薄壁钢筒混凝土塔架包括塔架筒体，上述塔架筒体由多个首尾相连的筒壁分片结构1组成，每个上述筒壁分片结构1均竖直设置，并均为内部中空且上下端敞口的腔体结构，相邻两个上述筒壁分片结构1侧端相互连接固定并通过侧端对应设置的通孔连通，每个上述筒壁分片结构1的内壁与外壁之间均设有加强筋结构，并浇筑有混凝土(图中未示出)，上述塔架筒体内壁上竖向设有多根体外预应力钢绞线3，浇筑混凝土时，单个筒壁分片结构1中的混凝土通过侧端对应的通孔与相邻的筒壁分片结构1中的混凝土浇筑为一体，使得整体结构强度较高。

施工过程中，可分为预制和现浇两种施工工艺，预制是将整个装置预先拼装完成后在实际安装位置进行固定即可，现浇是将组成整个装置的零部件搬运到实际安装位置后进行现场拼装并浇筑混凝土，因整个塔架统一采用分体式设计，因此，其施工工艺比较简单，拼装难度也较低，可大大缩短整个工程施工的周期。

在一些实施例中，如图1、2、4所示，上述塔架筒体为圆角正n边形空心柱体结构，且n≥4。

上述塔架筒体由n个一一对应圆角处的第一筒壁分片结构11以及n个一一对应直边处的第二筒壁分片结构12首尾相连组成，上述第一筒壁分片结构11为横截面为扇环形的上述筒壁分片结构1，上述第二筒壁分片结构12为横截面为矩形的上述筒壁分片结构1，n个上述第一筒壁分片结构11或n个上述第二筒壁分片结构12的规格一致，每个上述第一筒壁分片结构11的内壁上均竖向设有多根上述体外预应力钢绞线3，该设计使得塔架筒体可根据实际工程需要设计不同的截面形状，如圆角正四边形空心柱体或正八边形空心柱体等，同时，筒壁分片结构1的合理布局使得整个塔架筒体的拼装工艺难度降低，只需两种不同规格的筒壁分片结构1即可，此外，在圆角处的筒壁分片结构1内壁上设置体外预应力钢绞线3，确保了圆角处的外应力较高，从而使得整体结构强度牢固，安全性能大大提高。

优选的，每个上述第一筒壁分片结构11的内壁的上端及下端均对应设有环状的钢绞线连接部4，多根上述体外预应力钢绞线3间隔安装在对应的两个上述钢绞线连接部4之间，通过设计钢绞线连接部4，使得体外预应力钢绞线3的两端可通过螺母固定在对于的钢绞线连接部4上，从而利于体外预应力钢绞线3的布置施工。

在另一些实施例中，如图5所示，上述塔架筒体为圆柱状空心柱体结构，并由多个首尾相连且规格一致的筒壁分片结构1组成，每个上述筒壁分片结构1的横截面均为扇环形，每个上述筒壁分片结构1的内壁上均竖向设有多根上述体外预应力钢绞线3，该设计使得筒壁分片结构1采用统一的规格即可，利于筒壁分片结构1的批量生产，施工难度也大大降低，生产制造成本也有所降低。

优选的，每个上述筒壁分片结构1的内壁的上端及下端均对应设有环状的钢绞线连接部4，多根上述体外预应力钢绞线3间隔安装在对应的两个上述钢绞线连接部4之间，通过设计钢绞线连接部4，使得体外预应力钢绞线3的两端可通过螺母固定在对于的钢绞线连接部4上，从而利于体外预应力钢绞线3的布置施工。

优选的，上述钢绞线连接部4由对应的筒壁分片结构1的内壁由外向内凹陷形成，这就使得钢绞线连接部4与对应的筒壁分片结构1之间结构强度较高，不易断裂损坏，生产制造时，在每个钢绞线连接部4上均设有多个与上述体外预应力钢绞线3一一对应的预留孔，体外预应力钢绞线3的上下端分别穿过对应钢绞线连接部4上的预留孔并通过螺母固定住，安装较为简单。

优选的，相邻两个上述筒壁分片结构1的连接处焊接固定，焊接工艺简单，周期短，利于施工进度的推进，也可采用其他结构连接固定，例如：在拼接处分别设置法兰并通过螺栓连接固定。

优选的，上述加强筋结构由上下间隔设置的多层加强筋5组成，每层上述加强筋5均由钢板或钢筋折弯形成连续的波浪形，且分别与对应的上述筒壁分片结构1的内壁与外壁焊接固定，且当使用钢板折弯形成时，在钢板的每个折弯面上均开有通孔，以便混凝土3能通过通孔相互浇筑成一体。

优选的，如图3所示，上述混凝土内竖直预埋有多根间隔且均匀设置的体内预应力钢绞线6，该设计进一步提升了整个塔架的承力强度，使得塔架整体安全性能更高，结构更稳固

上述筒壁分片结构1上端或下端对应设置的钢绞线连接部7均处于在同一水平高度，保证整体受力稳定，结构稳固。

上述筒壁分片结构1的内壁以及外壁的厚度均为2至10mm，厚度较薄，利于施工，并节省了成本，此外，在每个筒壁分片结构1中，任意位置对应的内壁以及外壁之间的间距都相等。

在实际施工过程中，若对塔架的高度要求较高，可将本技术方案中的塔架筒体在竖直方向上由下向上同轴堆叠并相互连接牢固，值得注意的是，上层塔架筒体的外径应当小于或等于相邻的下层塔架筒体的外径，以符合现代塔架施工的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。