一種中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，包括現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)、一組鋼管混凝土塔段，鋼管混凝土塔段之間通過水平法蘭盤連接成豎直塔筒，同時塔筒底部固定在現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，鋼管混凝土塔段包括內(nèi)鋼管、外鋼管和澆筑在內(nèi)鋼管外鋼管之間夾層的混凝土層，內(nèi)鋼管的外壁一周設(shè)有第一加勁肋，外鋼管的內(nèi)壁一周設(shè)有第二加勁肋；與現(xiàn)有的鋼制塔架相比，本發(fā)明采用中空夾層且管壁帶肋的復(fù)式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，在內(nèi)外鋼管與混凝土接觸的管壁側(cè)設(shè)置加勁肋，增強(qiáng)了鋼管與混凝土的界面粘結(jié)力，提高了塔架的承載力和延性，可以避免或延緩薄壁鋼管過早地發(fā)生局部屈曲破壞。
【專利說明】—種中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具體涉及一種風(fēng)電塔架。
【背景技術(shù)】
[0002]塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的主要支承裝置，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，塔架經(jīng)歷了單管拉線式、桁架拉線式、桁架式塔架和常見的錐筒式塔架等形式，現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常采用鋼制錐筒式塔架。風(fēng)力機(jī)機(jī)組單機(jī)容量不斷增加，相應(yīng)的塔架也朝著高聳化發(fā)展，尤其是對于高度達(dá)到100米以上的塔架，鋼結(jié)構(gòu)塔架鋼板厚度的增加對于卷制鋼板的加工工藝及焊接工藝、運(yùn)輸、安裝及維護(hù)方面都出現(xiàn)了一些不可克服的問題，大大增加了機(jī)組的成本；而且隨著塔架高度的增加，產(chǎn)生的空氣動力學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題更加突出，對塔架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性都提出了新的要求。
[0003]中空夾層復(fù)式鋼管混凝土構(gòu)件作為復(fù)式鋼管混凝土構(gòu)件中的一種新型式，在大跨、高聳等現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)中有著廣闊地應(yīng)用前景，除了具有普通復(fù)式鋼管混凝土構(gòu)件承載力高、耐火性能好、塑性性能和韌性性能好等特點外，因其特殊的截面形式，具有截面開展、抗彎剛度大、自重輕、抗震性能好、防火性能優(yōu)越等優(yōu)點。有文獻(xiàn)表明，其在大彎矩情況下，能使材料的力學(xué)性能更好地發(fā)揮，在外管尺寸相同情況下，中空夾層混凝土構(gòu)件的承載力與相同樣式實心鋼管混凝土構(gòu)件的承載力基本相當(dāng)，且力學(xué)性能類似。
[0004]雖然，中空夾層復(fù)式鋼管混凝土構(gòu)件與鋼制構(gòu)件或混凝土構(gòu)件相比，其材料性能和力學(xué)性能均有所提高，但是當(dāng)鋼管壁較薄時，在壓力的作用下其管壁較易產(chǎn)生局部屈曲，這樣就降低了構(gòu)件的承載力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能有效地控制局部屈曲的發(fā)展、提高構(gòu)件的承載力和增大構(gòu)件延性的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電
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[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，包括現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)、一組鋼管混凝土塔段，所述鋼管混凝土塔段之間通過水平法蘭盤連接成豎直塔筒，同時塔筒底部固定在所述現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，所述鋼管混凝土塔段包括內(nèi)鋼管、外鋼管和澆筑在內(nèi)鋼管外鋼管之間夾層的混凝土層，所述內(nèi)鋼管的外壁一周均勻設(shè)有縱向的第一加勁肋，所述外鋼管的內(nèi)壁一周均勻設(shè)有縱向的第二加勁肋；在內(nèi)外鋼管的管壁設(shè)置加勁肋，增強(qiáng)鋼管與混凝土層界面的粘結(jié)性能，使塔架具有剛度大、承載力高、穩(wěn)定性好、抗風(fēng)抗震抗疲勞性能好、塔架受力合理分布和施工運(yùn)輸方便等優(yōu)勢。
[0007]進(jìn)一步，為了防止內(nèi)外管壁其他部分產(chǎn)生屈曲，所述第一加勁肋和第二加勁肋的橫截面為矩形，所述第一加勁肋的橫截面寬度不大于所述內(nèi)鋼管的厚度，所述第二加勁肋的橫截面寬度不大于所述外鋼管的厚度。
[0008]優(yōu)選的，所述第一加勁肋和第二加勁肋的數(shù)量分別為4-12個；加勁肋的數(shù)量越多，承載力越高，但同時也增加了焊接工作量以及鋼材的用量，因此，在保證所需承載力的基礎(chǔ)上簡化焊接次數(shù)及節(jié)約鋼材用量，加勁肋的數(shù)量沿圓周均勻設(shè)置12個；在實際施工中，內(nèi)外鋼管為正方形或正六邊形截面時可沿每邊均勻設(shè)置廣3個。
[0009]優(yōu)選的，所述鋼管混凝土塔段的數(shù)量為3飛段；隨著風(fēng)電機(jī)組功率的增加，根據(jù)風(fēng)場條件，塔架通常達(dá)到數(shù)十米，甚至100米以上，將塔筒分段制造，便于生產(chǎn)和運(yùn)輸安裝，同時考慮塔筒的強(qiáng)度、整體剛度以及塔筒的穩(wěn)定性，在實際設(shè)計中，通常優(yōu)選塔段的數(shù)量為3~5段。
[0010]優(yōu)選的，所述內(nèi)鋼管和外鋼管的厚度均為l(T40mm，內(nèi)外鋼管的厚度對塔筒的局部屈曲以及承載力有一定的影響，鋼管厚度太小容易發(fā)生局部屈曲，鋼管厚度太大對卷制工藝和設(shè)備又有過高的要求，因此本發(fā)明優(yōu)選內(nèi)鋼管和外鋼管的厚度為l(T40mm。
[0011]優(yōu)選的，所述內(nèi)鋼管的橫截面為圓形、正方形或正六邊形，縱剖面為錐形或矩形。
[0012]優(yōu)選的，所述外鋼管的橫截面為圓形，縱剖面為錐形。
[0013]由材料力學(xué)知識可知，在截面面積相等的情況下，正多邊形的截面慣性矩隨著邊數(shù)(大于等于4)的增加影響不大，矩形最大，圓形最小，兩者相差約5%;并且截面的彎曲應(yīng)力還與荷載的方向有關(guān)，在不定向荷載作用下，圓形截面抵抗彎矩的能力最佳，同時，相對于方、矩形截面，圓形截面更不易發(fā)生局部屈曲，而正多邊形截面管壁平整有利于結(jié)點連接?？紤]到塔架在外側(cè)受到不定向的風(fēng)荷載作用以及圓形鋼管風(fēng)阻系數(shù)較小，兼顧外形的美觀簡潔，施工的快捷方便，材料的節(jié)約等多方面的因素，外鋼管的橫截面優(yōu)先選用圓形，內(nèi)鋼管的橫截面優(yōu)先選用圓形、正方形或正六邊形。
[0014]塔架作為風(fēng)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)，它所受到的力很復(fù)雜，既有葉片和機(jī)艙傳遞的水平軸向力，又有扭矩、離心力和陀螺力等，塔架底部受到的彎矩最大，為了使各個截面的彎曲應(yīng)力相同，整個塔筒獲得等強(qiáng)度受力的效果，在初選塔筒的結(jié)構(gòu)尺寸時，可將其直徑或壁厚及直徑同時由底向上逐漸減小，形成一定的錐度，可以最大程度的減少筒壁材料用量，達(dá)到較好的結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟(jì)效益。
[0015]進(jìn)一步，所述內(nèi)鋼管和外鋼管的橫截面形心重合；內(nèi)外鋼管截面形心重合可使結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的荷載作用下保持較好的穩(wěn)定性和抗扭特性，不易發(fā)生彎扭屈曲。
[0016]進(jìn)一步，所述混凝土層是由現(xiàn)澆混凝土采用分段澆筑振搗方式形成；混凝土的密實度對鋼管混凝土的力學(xué)性能有顯著影響，由于混凝土層被內(nèi)外鋼管包圍，混凝土澆筑方式對混凝土層的密實度又有很大影響，為了提高混凝土的澆筑質(zhì)量，采用分段澆筑振搗的方式。
[0017]有益效果:1、與現(xiàn)有的鋼制塔架相比，本發(fā)明采用中空夾層且管壁帶肋的復(fù)式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，在內(nèi)外鋼管與混凝土接觸的管壁側(cè)設(shè)置加勁肋，增強(qiáng)了鋼管與混凝土的界面粘結(jié)力，提高了塔架的承載力和延性，可以避免或延緩薄壁鋼管過早地發(fā)生局部屈曲破壞；2、實心的鋼管混凝土中，靠近截面形心位置的混凝土并不能提供太多的抗彎剛度，對承載力貢獻(xiàn)不大，本發(fā)明的塔架由于采用中空夾層技術(shù)，截面形式開展，在自重相同的情況下，大大減小了鋼板的厚度，有利于加工制造，便于運(yùn)輸，并且具有較大的抗彎剛度，在彎矩較大的情況下能更好地發(fā)揮材料的力學(xué)性能，同時提高了其抗震能力。
【專利附圖】

【附圖說明】[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中A-A處相鄰兩段鋼管混凝土塔段連接處的局部放大圖；
圖3為圖2中沿B-B的橫截面示意圖；
圖4為圖3中區(qū)域D的局部放大圖；
圖5為圖1中沿C-C的縱剖面示意圖；
圖6為實施例2的橫截面示意圖；
圖7為實施例2的縱剖面示意圖；
圖8為實施例3的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。
[0020]實施例:
實施例1:一種中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，如圖1所示，包括現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)13、三段鋼管混凝土塔段I ;2 ;3，如圖3所示，每段鋼管混凝土塔段I ;2 ;3包括內(nèi)鋼管4、外鋼管5和澆筑在內(nèi)鋼管4外鋼管5之間夾層的混凝土層6，內(nèi)鋼管4和外鋼管5的厚度為25_，橫截面均為圓形，不易發(fā)生屈曲，有良好穩(wěn)定的承載力，內(nèi)鋼管4與混凝土層6接觸的外壁一周均勻的焊接有八個第一加勁肋7，外鋼管5與混凝土層6接觸的內(nèi)壁一周均勻的焊接有八個第二加勁肋8，加勁肋橫截面均為矩形，沿管壁縱向通長方向豎直設(shè)置，如圖4所示，第一加勁肋7和第二加勁肋8橫截面尺寸分別為寬度！\、T2和長度U、L2,通過數(shù)值計算表明，在風(fēng)力機(jī)塔架中，鋼管的寬厚比都比較大，為了防止屈曲，設(shè)置的加勁肋寬度?\、Τ2通常會大于管壁的厚度，但是加勁肋的寬度?\、Τ2過大又會使管壁其他部位發(fā)生局部屈曲，增加管壁負(fù)擔(dān)，因此，第一加勁肋7和第二加勁肋8的寬度Ι\、Τ2宜分別小于等于內(nèi)鋼管4和外鋼管5的厚度；隨著加勁肋長度LpL2的增加，能有效增強(qiáng)鋼管壁的局部剛度，延緩鋼管壁過早發(fā)生局部屈曲，增強(qiáng)鋼管與混凝土界面的粘結(jié)力，因此第一加勁肋7和第二加勁肋8橫截面的長度U、L2分別取寬度！\、T2的10-30倍。
[0021]如圖2所示，三段鋼管混凝土塔段I ;2 ；3的內(nèi)鋼管4和外鋼管5通過對應(yīng)的內(nèi)法蘭盤9和外法蘭盤10使用螺栓11和螺母12連接成豎直塔筒，塔筒底部固定在現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)13上，整個塔架從底部到頂部內(nèi)徑逐漸減小呈錐形，如圖5所示。
[0022]現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)13中預(yù)埋有法蘭盤，位置最下的鋼管混凝土塔段I的底部通過法蘭與現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)13中預(yù)埋的法蘭盤通過螺栓連接，內(nèi)鋼管4、外鋼管5與現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)13連接就位后，在位置最下的鋼管混凝土塔段I的頂部、內(nèi)外鋼管夾層部分現(xiàn)澆混凝土層6，混凝土層6澆筑至鋼管混凝土塔段I的頂部下f 2米處停止?jié)仓⒄駬v，再將位置最下的鋼管混凝土塔段I與位于中間的鋼管混凝土塔段2的內(nèi)鋼管4和外鋼管5對應(yīng)的法蘭盤使用螺栓和螺母連接，在位于中間的鋼管混凝土塔段2的頂部第二次現(xiàn)場澆筑混凝土層6，同樣澆筑至鋼管混凝土塔段2的頂部下方f 2米處停止?jié)仓⒄駬v，采用同樣的方法連接位于中間的鋼管混凝土塔段2和位置最上的鋼管混凝土塔段3后，從位置最上的鋼管混凝土塔段3頂部第三次澆筑混凝土層6，澆筑至頂部，形成整個中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架；采用分段澆筑振搗的方式能提高混凝土的密實度，從而提聞塔架的承載力。
[0023]實施例2:與實施例1大致相同，所不同的是內(nèi)鋼管4的橫截面為正方形，外鋼管5的橫截面為圓形，如圖6所示，內(nèi)鋼管4的每邊上對稱設(shè)置兩條第一加勁肋7，保證方形鋼管每邊與混凝土的粘結(jié)力，因此內(nèi)鋼管4與混凝土層6的結(jié)合穩(wěn)固緊密，不易發(fā)生局部屈曲，提高塔架的承載力；如圖7所示，外鋼管5的直徑由下至上逐漸減小形成錐度。
[0024]實施例3:如圖8所示，與實施例1大致相同，所不同的是內(nèi)鋼管4的橫截面為正六邊形，正六邊形每邊上設(shè)置一條第一加勁肋7，因此內(nèi)鋼管4 一周平均分為六個方向使第一加勁肋7深入混凝土層6，與混凝土牢牢粘結(jié)，增強(qiáng)粘結(jié)力，同時正六邊形可以減弱內(nèi)鋼管4角部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使截面上的應(yīng)力分布更加均勻，避免形成薄弱區(qū)域，防止內(nèi)鋼管4的局部屈曲,提高塔架的抗震能力。
[0025]如上，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:包括現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)、一組鋼管混凝土塔段，所述鋼管混凝土塔段之間通過水平法蘭盤連接成豎直塔筒，同時塔筒底部固定在所述現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，所述鋼管混凝土塔段包括內(nèi)鋼管、外鋼管和澆筑在內(nèi)鋼管外鋼管之間夾層的混凝土層，所述內(nèi)鋼管的外壁一周均勻設(shè)有縱向的第一加勁肋，所述外鋼管的內(nèi)壁一周均勻設(shè)有縱向的第二加勁肋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述第一加勁肋和第二加勁肋的橫截面為矩形，所述第一加勁肋的橫截面寬度不大于所述內(nèi)鋼管的厚度，所述第二加勁肋的橫截面寬度不大于所述外鋼管的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述第一加勁肋和第二加勁肋的數(shù)量分別為4~12個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述鋼管混凝土塔段的數(shù)量為3~5段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述內(nèi)鋼管和外鋼管的厚度均為10~40mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述內(nèi)鋼管的橫截面為圓形、正方形或正六邊形，縱剖面為錐形或矩形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述外鋼管的橫截面為圓形，縱剖面為錐形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述內(nèi)鋼管和外鋼管 的橫截面形心重合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空夾層管壁帶肋復(fù)式鋼管混凝土風(fēng)電塔架，其特征在于:所述混凝土層是由現(xiàn)澆混凝土采用分段澆筑振搗方式形成。
【文檔編號】E04H12/12GK103573006SQ201310588247
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】蔡新, 顧榮蓉, 潘盼, 朱杰 申請人:河海大學(xué)