一种全装配式中空夹层钢管混凝土组合塔筒及节点的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域。

背景技术：

风电能源是一种无污染、可再生的清洁能源。风电场发电量高、风机运行稳定、制造技术成熟，近年来被广泛投入使用。

随着风电能源需求量的日益增加，大功率、高塔筒的风电机越来越成为主流。传统的风电机多采用纯钢塔筒，为满足稳定性、强度和疲劳要求，塔筒直径和壁厚一般较大，造成材料的浪费，且施工困难。所以有必要对塔筒形式进行优化和创新。

技术实现要素：

本发明提出一种全装配式中空夹层钢管混凝土组合塔筒及节点：该体系包括中空夹层钢管混凝土筒身、横向节点，纵向节点及相应构造。中空夹层钢管混凝土筒身由外层钢管、内层钢管和混凝土组成，沿环向分成2～8片，通过横向节点连接，横向节点有两种构造形式；中空夹层钢管混凝土筒身沿高度分段组装，各段通过纵向节点连接，纵向节点有两种构造形式。该体系充分发挥了组合结构的优势，受力形式合理，节点连接可靠。所有构件均可提前预制，现场装配，运输方便，提高了施工效率，节约材料用量，具有广阔的工程应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种全装配式中空夹层钢管混凝土组合塔筒及节点，该体系包括中空夹层钢管混凝土筒身、横向节点、纵向节点、外层钢管、内层钢管、混凝土、矩形连接板、螺栓、法兰板、l形连接板、栓钉、角钢、t形钢、端板、竖板、预留槽、螺帽卡槽和凸形接头。

中空夹层钢管混凝土筒身由外层钢管、内层钢管和混凝土组成，外层钢管和内层钢管的截面从下往上均逐渐变小。为保证稳定性，在外层钢管内侧和内层钢管外侧，先按一定间距焊接栓钉、角钢、t形钢或三者的组合，再浇筑混凝土。混凝土可使用普通混凝土或轻骨料混凝土。

中空夹层钢管混凝土筒身沿环向分成2～8片，相邻各片通过横向节点拼装连接。中空夹层钢管混凝土筒身沿高度方向分段组装，各段之间通过纵向节点连接。

横向节点可选用h-i和h-ii两种构造形式。h-i型由耳板、螺栓和端板组成，在中空夹层钢管混凝土筒身相邻两分片的端部焊接端板，在内侧沿竖向间隔一定距离焊接耳板，相邻耳板用螺栓连接。h-ii型由螺栓、端板和预留槽构成，在中空夹层钢管混凝土筒身相邻两分片的端部焊接端板并预留螺栓孔，在内侧沿竖向间隔一定距离设置预留槽，再通过螺栓连接。

纵向节点可选用v-i和v-ii两种构造形式。v-i型由螺栓、法兰板、l形连接板、端板和竖板构成，在相邻上下段的外层钢管处焊接法兰板，内侧钢管处焊接端板，上下段的端部各设置一块l形连接板，其短肢的侧边、底边和顶边分别与外层钢管、端板和法兰板焊接并预留螺栓孔，在端板另一侧与l形连接板对应位置设置竖板，装配时法兰板和l形连接板都用螺栓连接。v-ii型由螺栓、螺帽卡槽和凸形接头构成，将相邻上下段的端部做成一对凸形接头，外层钢管内壁上预留螺帽卡槽，相邻凸形接头用螺栓连接。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)所有构件均可在工厂提前预制，在现场直接装配完成，施工方便、生产效率高。

(2)塔筒采用分片和分段拼装，便于运输和场地堆放。

(3)塔筒采用中空夹层钢管混凝土，相比传统的纯钢塔筒有明显优势：截面刚度大、稳定性好、所需材料用量更低；可选择使用轻骨料混凝土，具有重量轻的优点，可节省预制构件运输和吊装费用。

(4)采用创新的连接节点形式，传力合理，连接可靠，施工简单，便于大规模应用和推广。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的中空夹层钢管混凝土筒身截面示意图；

图3为本发明的中空夹层钢管混凝土筒身防失稳构造示意图；

图4为本发明中横向连接h-i型节点示意图；

图5为本发明中横向连接h-ii型节点示意图；

图6为本发明中纵向连接v-i型节点示意图；

图7为本发明中纵向连接v-ii型节点示意图；

图中：1-中空夹层钢管混凝土筒身、2-横向节点、3-纵向节点、4-外层钢管、5-内层钢管、6-混凝土、7-耳板、8-螺栓、9-法兰板、10-l形连接板、11-栓钉、12-角钢、13-t形钢、14-端板、15-竖板、16-预留槽、17-螺帽卡槽、18-凸形接头。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种全装配式中空夹层钢管混凝土组合塔筒及节点，该体系主要由中空夹层钢管混凝土筒身(1)、横向节点(2)、纵向节点(3)组成。中空夹层钢管混凝土筒身(1)沿环向分成2～8片，相邻各片通过横向节点(2)拼装连接；中空夹层钢管混凝土筒身(1)沿高度方向分段组装，各段之间通过纵向节点(3)连接。

如图2所示，中空夹层钢管混凝土筒身(1)由外层钢管(4)、内层钢管(5)和混凝土(6)组成。外层钢管(4)和内层钢管(5)的截面从下往上均逐渐变小。混凝土(6)可使用普通混凝土或轻骨料混凝土。

如图3所示，在外层钢管(4)内侧和内层钢管(5)外侧，先按一定间距焊接栓钉(11)、角钢(12)、t形钢(13)或三者的组合，将内外两层钢管拼好后，再在中间浇筑混凝土(6)。

如图4所示，横向节点(2)的h-i型由耳板(7)、螺栓(8)和端板(14)构成，在中空夹层钢管混凝土筒身(1)相邻两分片的端部焊接端板(14)，在内侧沿竖向间隔一定距离焊接耳板(7)，相邻耳板(7)用螺栓(8)连接。

如图5所示，横向节点(2)的h-ii型由螺栓(8)、端板(14)和预留槽(16)构成，在中空夹层钢管混凝土筒身(1)相邻两分片的端部焊接端板(14)并预留螺栓孔，在内侧沿竖向间隔一定距离设置预留槽(16)，再通过螺栓(8)连接。

如图6所示，纵向节点(3)的v-i型由螺栓(8)、法兰板(9)、l形连接板(10)、端板(14)和竖板(15)构成，在相邻上下段的外层钢管(4)处焊接法兰板(9)，内侧钢管(5)处焊接端板(14)，上下段的端部各设置一块l形连接板(10)，其短肢的侧边、底边和顶边分别与外层钢管(4)、端板(14)和法兰板(9)焊接并预留螺栓孔，在端板(14)另一侧与l形连接板(10)对应位置设置竖板(15)，装配时法兰板(9)和l形连接板(10)都用螺栓(8)连接。

如图7所示，纵向节点(3)的v-ii型由螺栓(8)、螺帽卡槽(17)和凸形接头(18)构成，将相邻上下段的端部做成一对凸形接头(18)，外层钢管(4)内壁上预留螺帽卡槽(17)，相邻凸形接头(18)用螺栓(8)连接。

本发明提供了一种全装配式中空夹层钢管混凝土组合塔筒及节点。该体系充分发挥了组合结构的优势，受力形式合理，节点连接可靠。所有构件均可提前预制，现场装配，运输方便，提高了施工效率，节约材料用量，具有广阔的工程应用前景。

以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似方式替代，这些也应视作本发明的保护范围。

尽管本文较多地使用了：1-中空夹层钢管混凝土筒身、2-横向节点、3-纵向节点、4-外层钢管、5-内层钢管、6-混凝土、7-耳板、8-螺栓、9-法兰板、10-l形连接板、11-栓钉、12-角钢、13-t形钢、14-端板、15-竖板、16-预留槽、17-螺帽卡槽、18-凸形接头等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。