一种用于风电机组钢混塔筒的组合结构转接构造

1.本实用新型涉及风力发电技术领域。


背景技术：

2.发展风电能源是国家能源战略转型的重要途径之一。近年来，风电资源得到了快速的开发利用。为了获得更大风速、提高发电量，大功率、高塔筒的风电机组成为发展趋势。为了节省材料造价、提高塔筒受力性能，上部为钢塔筒、下部为混凝土塔筒的混合塔筒应运而生。
3.混合塔筒具有稳定性好、承载力高、抗疲劳性能好等优点，但混凝土塔筒与钢塔筒之间的转接装置对于混合塔筒的受力性能至关重要。传统的钢筋混凝土转接环中钢筋数量多、布置复杂，加工制作难度大，钢筋混凝土结构体积大，吊装困难。与传统混凝土转接环相比，新型钢
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混凝土组合转接环的材料总造价降低 2.25万(12.5％)，总重量降低20.8吨(27.9％)，同时，新型钢
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混凝土组合转接环钢筋用量小、节省人力、加工速度快、免模板；省去传统混凝土转接环中的两块钢垫板和长螺杆；现场安装只需要对转接环和混塔顶部进行一次灌浆调平，安装速度快，推广应用优势明显。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种用于风电机组钢混塔筒的组合结构转接构造，该构造由外侧圆台形钢管、内侧圆台形钢管、竖向内隔板、混凝土、垫板、波纹管、栓钉、环向受压钢筋、环向受拉钢筋、径向钢筋、锻造法兰、预应力筋、钢管混凝土垫层、锚具以及螺栓组成。
5.外侧圆台形钢管上端焊接锻造法兰，锻造法兰与上部钢筒通过螺栓连接。外侧圆台形钢管内侧表面与内侧圆台形钢管外侧表面布置栓钉，外侧圆台形钢管与内侧圆台形钢管之间沿环向均匀布置竖向内隔板，内隔板上下侧留有矩形孔以便环向受压钢筋和环向受拉钢筋穿过，外侧圆台形钢管比内侧圆台形钢管高 500～800mm，便于法兰连接。竖向内隔板的中部留有圆形孔便于混凝土浇筑，圆形孔直径为隔板宽度的1/3～1/2。外侧圆台形钢管与内侧圆台形钢管之间灌注混凝土，并采用波纹管预留预应力孔道。内侧圆台形钢管对应预应力筋穿过位置采用短钢管进行加劲，短钢管的壁厚为1～2mm，直径与波纹管直径相同，长度为厚度的5～6倍。
6.转换构造下部与混凝土塔筒顶面之间设置钢管混凝土垫层，钢管混凝土垫层可在工厂预制，实现圆形截面到任意截面的转化。
7.该构造解决了传统转接环钢筋数量多、布置复杂，加工制作难度大，钢筋混凝土结构体积大，吊装困难等缺点，可实现工厂预制、现场组装的全装配式施工，充分发挥混凝土的抗压性能以及钢管对混凝土的约束性能，力学性能优越，采用组合结构性能，减少材料的用量以及结构体积，运输方便，施工周期短，综合效益高，具有广阔的工程应用前景。
8.本实用新型的技术方案如下：
9.一种用于风电机组钢混塔筒的组合结构转接构造，该构造包括外侧圆台形钢管、
内侧圆台形钢管、竖向内隔板、混凝土、垫板、波纹管、栓钉、环向受压钢筋、环向受拉钢筋、径向钢筋、锻造法兰、预应力筋、钢管混凝土垫层、短钢管、锚具以及螺栓。
10.该构造主要用于连接钢塔筒和混凝土塔筒。外侧圆台形钢管上端焊接锻造法兰，与上部钢塔筒之间通过螺栓连接。外侧圆台形钢管内表面与内侧圆台形钢管外表面布置栓钉，栓钉采用梅花形布置，该构造主要承受竖向压应力，横向应力相对较小，因此横向间距为竖向间距的1.5～2倍。
11.外侧圆台形钢管与内侧圆台形钢管之间沿环向均匀布置竖向内隔板，内隔板的上下侧均留有矩形孔，以便环向受压钢筋和环向受拉钢筋穿过，外侧圆台形钢管与内侧圆台形钢管之间填充混凝土。外侧圆台形钢管比内侧圆台形钢管高出 500～800mm，为上部法兰连接预留空间。混凝土浇筑高度以及竖向内隔板的高度均与内侧圆台形钢管高度一致。
12.转接构造通过钢管混凝土垫层与混凝土塔筒安装对位，由混凝土塔筒基础至构造内部混凝土顶部张拉预应力筋，张拉预应力筋时需在混凝土顶面放置垫板放置局部受压破坏。预应力穿过内侧圆台形钢管时采用短钢管进行加劲。体内预应力筋使混凝土塔筒及转接构造均处于全截面受压状态，增加了混凝土塔筒的整体性能，同时将预应力筋放置在内部能够有效减缓预应力筋的锈蚀。
13.本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：
14.(1)钢塔筒与混凝土塔筒之间通过转接构造采用螺栓和预应力筋连接，相比于传统混凝土转接环，省去了钢垫板和长螺杆，且新型转接构造钢筋用量小，节省人力、加工速度快，节省模板。
15.(2)该构造中的外侧圆台形钢管与内侧圆台形钢管之间设置栓钉和竖向内隔板，充分发挥钢板与混凝土之间的组合作用，内部混凝土主要承受压应力，预应力与钢板对混凝土产生约束应力，具有承载力高、稳定性好、节省材料、造价低等优点。
16.(3)该构造采用工厂预制、现场拼装的施工方式，现场安装只需要对转接环和混塔顶部进行一次灌浆调平，安装速度快，且采用钢混组合结构形式，减少构造重量，便于运输和吊装。
17.(4)转接构造通过钢管混凝土垫层与下部混凝土塔筒安装对位，实现圆形截面向任意截面的转化。
附图说明
18.图1为本实用新型的整体示意图；
19.图2为本实用新型的组合结构转接构造顶面示意图；
20.图3为本实用新型的组合结构转接构造底面示意图；
21.图4为本实用新型的组合结构转接构造1
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1剖面示意图；
22.图5为本实用新型的组合结构转接构造2
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2剖面示意图；
23.图6为本实用新型的组合结构转接构造中栓钉布置示意图；
24.图7为本实用新型的组合结构转接构造中钢管混凝土垫层示意图；
25.图8为本实用新型的组合结构转换构造连接钢塔筒和混凝土塔筒的连接示意图。
26.图中：1
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外侧圆台形钢管、2
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内侧圆台形钢管、3
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竖向内隔板、4
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混凝土、5
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垫板、6
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波纹管、7
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栓钉、8
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环向受压钢筋、9
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环向受拉钢筋、10
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锻造法兰、11
‑ꢀ
预应力筋、12
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锚
具、13
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钢塔筒、14
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混凝土塔筒、15
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螺栓、16
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矩形预留孔、17
‑ꢀ
现场灌浆调平、18
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短钢管、19
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竖向内隔板开孔、20
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径向钢筋、21
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螺旋钢筋、22
‑ꢀ
钢管混凝土垫层、23
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外钢管、24
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内钢管、25
‑
内部加劲肋。
具体实施方式
27.以下结合附图，对本实用新型作进一步描述。
28.如图1所示，一种用于风电机组钢混塔筒的组合结构连接构造，该构造用于连接钢塔筒(13)和混凝土塔筒(14)，连接构造上端的锻造法兰(10)与钢塔筒(13)螺栓(15)连接。
29.如图2所示，外侧圆台形钢管(1)上端焊接锻造法兰(10)，外侧圆台形钢管(1)与内侧圆台形钢管(2)之间沿环向均匀布置竖向内隔板(3)，竖向内隔板中部高度开有圆形孔(19)以保证混凝土浇筑质量，竖向内隔板开孔(19)直径为竖向内隔板(3)宽度的1/3～1/2。
30.如图3所示，外侧圆台形钢管(1)与内侧圆台形钢管(2)之间灌注混凝土 (4)，混凝土(4)内部采用波纹管(6)预留预应力筋(11)孔道，预应力穿过内侧圆台形钢管(2)位置处采用短钢管(18)进行加劲。
31.如图4所示，竖向内隔板(4)上下端预留矩形预留孔(16)以便环向受压钢筋(8)和环向受拉钢筋(9)穿过，环向受压钢筋(8)位置处并配有径向钢筋(20)形成钢筋网承受预应力的局部压应力，并通过下部的螺旋钢筋(21)将力均匀的传递至下部混凝土(4)。
32.如图5所示，外侧圆台形钢管(1)内表面与内侧圆台形钢管(2)外表面均布置栓钉。
33.如图6所示，外侧圆台形钢管(1)内表面与内侧圆台形钢管(2)外表面布置的栓钉采用梅花形布置，横向间距为竖向间距的1.5～2倍。混凝土(4)浇筑高度和竖向内隔板(3)高度均与内侧圆台形钢管(2)高度保持一致，外侧圆台形钢管(1)比内侧圆台形钢管(2)高出500～800mm。
34.如图7所示，钢管混凝土垫层(22)的内钢管(24)直径与内侧圆台形钢管 (2)的下部直径对应一致，内部加劲肋(25)与竖向内隔板(3)的位置对应一致，内外侧钢管之间填充混凝土(4)。
35.如图8所示，转接环与混凝土塔筒之间采用现场灌浆调平(17)，当转接构造安装完成后，由混凝土塔筒(14)基础至转接构造内混凝土(4)顶面施加预应力，使混凝土塔筒(14)与转接构造形成整体。