钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节的制作方法

1.本发明涉及钢混结构风电塔筒，特别涉及一种钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节。


背景技术：

2.风力发电作为一种清洁能源技术逐渐向内陆区域发展，由于内陆区域风速较低，同时风力发电机组功率日益增大，使得风轮直径不断加大，塔筒高度也不断增高，目前国内路上风力发电机组的塔筒高度可达120~160m。风电塔筒如若全部采用刚度较低的钢塔筒，塔筒筒体易产生共振从而导致破坏。钢混（钢-混凝土）结构的风电塔筒已得到广泛应用，该结构是在筒体下部采用混凝土塔筒，筒体上部采用钢塔筒，钢混结构能有效提高塔筒刚度，并避免塔筒产生共振。混凝土塔筒一般采用分节、分片预制，即塔筒沿高度方向分为若干筒节，筒节沿周向分成若干环片，环片在工厂预制好后运输至现场进行拼装，拼装完成后整节吊装，吊装完成后采用钢绞线对混凝土塔筒施加预应力，使其形成一个整体。
3.一般来说，混凝土塔筒的最高段筒节作为过渡段筒节，该筒节的顶部需直接连接钢塔筒底部的法兰，因此其受力情况较为复杂。中国专利202010399351.x公开了一种分片预制装配式组合塔筒连接节点及其安装方法，该专利虽解决了筒节超重和超宽运输问题，但是存在如下几个问题：1.连接节点（作为过渡段筒节）内设置近百根预应力钢筋和数十根预应力埋件，预应力钢筋相当于预埋锚栓，预应力埋件相当于钢绞线预埋管，而且该连接节点还包括上下法兰等其他部件，使得制造过程复杂、制造时间长，同时还必须依靠专用工装来定位锚栓和上下法兰。
4.2.混凝土浇筑时需进行振捣密实，易造成预埋锚栓移位，同时筒节分片拼装也会造成预埋锚栓的实际位置与设计产生较大误差，而钢塔筒底部法兰通过精密制造得到，其螺栓孔位置误差很小，因此在实际工程中极易发生钢塔筒底部法兰无法顺利与预埋锚栓配合，需将钢塔筒返厂对法兰上的螺栓孔进行扩大，延误工期并增加成本。
5.3.基于疲劳性能考虑，这些预埋锚栓均为1~2m的长锚栓，相应的材料成本较高。同时，在风机运行过程中，如因疲劳等原因引起某些预埋锚栓损坏，无法进行单独在线更换，只能将风机和钢塔筒全部拆卸下来，并在更换连接节点后再将钢塔筒和风机吊装上去，极大增加了维修时间和维修成本。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节，通过内外层设置的混凝土环片和钢环片复合结构，混凝土环片上设置钢绞线孔道，钢环片上设置螺孔，能解决混凝土结构和钢结构连接时精度不匹配的问题，并能降低制造成本和运维成本。
7.本发明是这样实现的：
一种钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节，包括环片和环片连接板，两个相同的环片拼接围合而成中空圆台状，环片包括混凝土环片和钢环片，钢环片贴合在混凝土环片外侧面上，混凝土环片底面和钢环片底面齐平，钢环片高度大于混凝土环片高度；所述混凝土环片的侧壁内沿周向设置若干钢绞线孔道，每个钢绞线孔道平行于圆台母线方向设置并贯穿混凝土环片的侧壁；所述钢环片的顶部设置法兰，法兰上设置若干第一螺孔，法兰在两个钢环片拼接处设置法兰连接板，法兰连接板上设置第二螺孔；所述钢环片的内壁上沿水平方向固设若干圈加劲肋，轴向最高处的加劲肋设置在混凝土环片的顶面上，轴向最低处的加劲肋设置在混凝土环片的底面上，其余加劲肋嵌入在混凝土环片侧壁上；所述钢环片的外壁在靠近竖向拼接缝处设置若干第三螺孔；所述环片连接板的长度与钢环片的高度相适应，环片连接板上设置竖向两排第四螺孔并分别对应于第三螺孔。
8.所述混凝土环片在竖向拼接面处设置键槽，键槽沿拼接面延伸，键槽顶部和混凝土环片顶面之间设置灌浆槽。
9.所述键槽内沿竖向排列设置若干u形钢筋，u形钢筋伸出竖向拼接面的高度小于键槽的深度。
10.所述键槽的开口面积由键槽开口处向键槽底面逐渐变小。
11.所述混凝土环片的下端内壁上设置圆锥面，圆锥面位于键槽底部下方，所述钢绞线孔道的下端开口设置在圆锥面上。
12.所述若干钢绞线孔道沿周向均匀分布或者分组均匀分布。
13.所述若干加劲肋沿竖向均匀设置。
14.所述加劲肋为环形钢板。
15.所述钢绞线孔道直径是钢绞线直径的1.5~2倍。
16.本发明钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节，首先，在混凝土环片上仅设置了钢绞线孔道，无需预埋锚栓，简化了混凝土环片的制造过程并降低了制造工艺要求。其次，钢环片法兰上设置螺孔，和钢塔筒底部法兰一样，均由工厂精密制造完成，两者在精度上能进行良好适配，从而解决了混凝土结构和钢结构连接时精度不匹配的问题。再者，钢环片和钢塔筒连接用螺栓为可拆卸结构，不仅螺栓长度可大大减小，有助于降低材料成本，而且在风机运行过程中如有个别螺栓损坏，只需更换损坏的螺栓即可，有助于降低运维成本。另外，钢绞线孔道直径设置为钢绞线直径的1.5~2倍，使得过渡段筒节的钢绞线孔道在张拉钢绞线时能和风电塔筒基础上预留钢绞线孔道进行良好的精度适配。
17.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：过渡段筒节结构简洁可靠，有效解决了混凝土结构和钢结构连接时精度不匹配的问题，并降低了材料成本、制造成本和运维成本。
附图说明
18.图1为本发明钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节的立体结构示意图；图2为本发明在钢绞线穿束完成后的俯视示意图；图3为本发明环片的内部立体结构示意图；
图4为本发明环片的轴向剖面结构示意图。
19.图中，1混凝土环片，11钢绞线孔道，12键槽，13灌浆槽，14 u形钢筋，15灌浆孔，16锚垫板，17圆锥面，2钢环片，21法兰，22第一螺孔，23法兰连接板，24加劲肋，25第二螺孔，3环片连接板，31螺栓。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
21.参见图1和图2，一种钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节，包括环片和环片连接板3，两个相同的环片拼接围合而成中空圆台状。环片包括混凝土环片1和钢环片2，钢环片2贴合在混凝土环片1外侧面上，混凝土环片1底面和钢环片2底面齐平，钢环片2高度大于混凝土环片1高度。
22.参见图3和图4，混凝土环片1的侧壁内沿周向设置若干钢绞线孔道11，每个钢绞线孔道11平行于圆台母线方向设置并贯穿混凝土环片1的侧壁，若干钢绞线孔道11沿周向均匀分布或者分组均匀分布。钢绞线孔道11直径是钢绞线直径的1.5~2倍。钢绞线穿束时，钢绞线的上端从钢绞线孔道穿出后并通过锚垫板15锚固在混凝土环片1顶面上，参见图2。混凝土环片1在竖向拼接面处设置键槽12，键槽12沿拼接面延伸，键槽12顶部和混凝土环片1顶面之间设置灌浆槽13，两个混凝土环片1的灌浆槽13在拼接后形成灌浆孔15，灌浆孔15优选为圆形。键槽12内沿竖向排列设置若干u形钢筋14，u形钢筋14伸出竖向拼接面的高度小于键槽12的深度。键槽12的开口面积由键槽12开口处向键槽12底面逐渐变小。
23.混凝土环片1的下端内壁上设置圆锥面17，圆锥面17位于键槽12底部下方，钢绞线孔道11的下端开口设置在圆锥面17上。混凝土环片1的顶面壁厚大于混凝土环片1的底面壁厚，圆锥面17使得混凝土环片1的下端壁厚从顶面壁厚逐渐过渡到底面壁厚。混凝土钢绞线孔道11的下端开口设置在圆锥面17上，即钢绞线孔道11靠近混凝土环片1内侧壁设置。这是由于过渡段筒节需要锚固钢绞线，其壁厚一般较厚，而位于下方的混凝土塔筒筒节壁厚都要小于过渡段筒节壁厚，同时钢绞线必须位于混凝土塔筒筒节内侧，通过圆锥面的结构能将过渡段筒节的壁厚逐渐过渡到混凝土塔筒筒节的壁厚，避免刚度突变，保证良好的受力效果。
24.钢环片2的顶部设置法兰21，法兰21上设置若干第一螺孔22，用于与上方的钢塔筒进行螺栓连接。法兰21在两个钢环片2拼接处设置法兰连接板23，法兰连接板23上设置第二螺孔25，第二螺孔25对准两个钢环片2在拼接处的第一螺孔22，第一螺孔22和第二螺孔25通过螺栓和螺母固定连接。
25.钢环片2的内壁上沿水平方向固设若干圈加劲肋24，钢环片2通过加劲肋24与混凝土环片1连接。优选地，加劲肋24为环形钢板并通过双面角焊缝固接在钢环片2内壁上。轴向最高处的加劲肋24设置在混凝土环片1的顶面上，轴向最低处的加劲肋24设置在混凝土环片1的底面上，其余的加劲肋24嵌入在混凝土环片1侧壁上，使得混凝土环片1和钢环片2稳固连接并作为一个整体受力。优选地，若干加劲肋24沿竖向均匀设置。
26.钢环片2的外壁在靠近竖向拼接缝处设置若干第三螺孔，优选地，第三螺孔沿竖向拼接缝均匀设置。参见图1，环片连接板3的长度与钢环片2的高度相适应，环片连接板3上竖向设置两排第四螺孔并分别对应于第三螺孔，第三螺孔和第四螺孔通过螺栓31和螺母固定
连接。
27.优选地，在过渡段筒节的尺寸设置上，过渡段筒节的顶面外直径为3~6m且底面外直径最大值可为7m，混凝土环片的高度为1.0~2.5m，钢环片高度比混凝土环片高度多1.0~2.0m，混凝土环片的顶面壁厚为500~800mm，混凝土环片的底面壁厚为250~350mm。钢绞线孔道的数量为12~36个。灌浆孔的半径为5~10cm，灌浆孔的深度为20~50cm。键槽的开口长度为0.8~2.0m，键槽的开口宽度为300~400mm，键槽的底面长度比开口长度小0.1m，键槽的底面宽度比键槽的开口宽度小100mm，键槽的深度为0.2~0.6m。相邻u形钢筋之间的距离为100~200mm。钢环片的壁厚为15~40mm，加劲肋在径向上的长度为150~400mm，加劲肋的板厚为10~30mm，轴向上相邻加劲肋的间距约为50cm。
28.本实施例中，混凝土环片的高度为2.0m，钢环片高度为3.2m，混凝土环片的顶面厚度为600mm，混凝土环片的底面厚度为300mm。钢绞线孔道数量为16个，并沿周向分组均匀分布，钢绞线孔道的直径为180mm。灌浆孔的直径为5cm，灌浆孔的深度为25cm。键槽的开口长度为1.5m，开口宽度为350mm，底面长度为1.4m，底面宽度为250mm，深度为0.25m。u形钢筋的间距为150mm，u形钢筋伸出竖向拼接面的高度为0.2m。钢环片的壁厚为25mm，螺孔数量为100个。加劲肋在径向上的长度为200mm，加劲肋的板厚为20mm。相邻第三螺孔的间距约为100mm。
29.施工过程中，环片运输至现场后在专用拼装平台上进行拼装，初步拼装完成后从灌浆孔向键槽内浇筑高强灌浆料，并进行振捣密实；然后，将环片连接板的第四螺孔和两个环片上的第三螺孔对准并进行螺栓连接；接着，将过渡段筒节吊装至混凝土塔筒顶部，进行钢绞线穿束和张拉；待所有钢绞线张拉完成后，即可进行钢塔筒吊装，将钢塔筒底部法兰上的锚栓孔对准钢环片法兰上的螺孔，并在法兰拼接处垫上法兰连接板，插入螺栓并按要求施加预应力后，拧紧螺母即可完成。
30.本发明钢混结构风电塔筒用分片预制式过渡段筒节，通过混凝土环片和钢环片的组合结构，很好地解决了混凝土塔筒和钢塔筒连接时的精度匹配问题，同时亦无需在混凝土环片内预埋锚栓，而且在运维过程中只需更换损坏螺栓即可，对降低材料成本、制造成本和运维成本均能做出积极贡献。
31.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，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。