本發(fā)明涉及一種風(fēng)電塔架，尤其涉及一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架及其施工方法。

背景技術(shù)：

由于體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒的體外預(yù)應(yīng)力束布置在混凝土塔筒的筒壁內(nèi)側(cè)，因此當(dāng)體外預(yù)應(yīng)力束在混凝土與鋼筒交接的預(yù)應(yīng)力力錨固區(qū)必然存在一個(gè)由體外預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的相對(duì)于混凝土塔筒截面的偏心扭轉(zhuǎn)矩，此偏心彎矩引起預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁沿混凝土塔筒周邊向筒壁內(nèi)側(cè)發(fā)生截面扭轉(zhuǎn)。此扭轉(zhuǎn)變形導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁下部附近混凝土塔筒壁外側(cè)出現(xiàn)很大的環(huán)形分布的拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土塔筒沿豎向開(kāi)裂。為了克服混凝土塔筒的環(huán)向拉應(yīng)力需要在此部位設(shè)置環(huán)形預(yù)應(yīng)力，此環(huán)形預(yù)應(yīng)力施工困難，施工質(zhì)量難以保證，為工程安全埋下隱患。

其次，在預(yù)應(yīng)力作用下，錨固區(qū)混凝土塔筒截面整體向塔筒截面內(nèi)部的扭轉(zhuǎn)變形導(dǎo)致錨固區(qū)下部塔筒截面內(nèi)應(yīng)力分布極不均勻，混凝土塔筒壁內(nèi)側(cè)應(yīng)力遠(yuǎn)大于混凝土塔筒壁外側(cè)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土塔筒截面在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的疲勞荷載作用下，疲勞壽命大幅度下降，為了滿足疲勞要求就需要大幅度增加截面厚度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架及其施工方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁下方普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面應(yīng)力分布不均勻易造成普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒沿豎向開(kāi)裂的技術(shù)問(wèn)題；并解決體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架的材料成本、運(yùn)輸成本以及工程現(xiàn)場(chǎng)的吊裝成本高的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架，包括普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒和緊貼其內(nèi)壁面設(shè)置的體外預(yù)應(yīng)力束，其特征在于：所述普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒的上端面上設(shè)預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁，所述預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁的上端面上設(shè)鋼塔筒；所述預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁和普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒之間設(shè)有抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座；所述預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁與鋼塔筒之間通過(guò)固定在鋼塔筒底部的法蘭連接；所述體外預(yù)應(yīng)力束自下而上穿過(guò)預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁和法蘭后用錨具固定。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座是平板式橡膠支座或球鉸型鋼支座。

進(jìn)一步地，所述平板式橡膠支座與預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁和普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒之間通過(guò)預(yù)埋件連接或直接通過(guò)預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的預(yù)壓力壓緊靠摩擦力粘結(jié)在一起。

進(jìn)一步地，所述球鉸型鋼支座與預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁和普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒之間通過(guò)預(yù)埋件連接，或通過(guò)直接通過(guò)預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的預(yù)壓力壓緊靠摩擦力粘結(jié)在一起。

進(jìn)一步地，所述抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座在普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒上端部環(huán)形截面內(nèi)均勻緊密排布。

進(jìn)一步地，所述預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁是普通鋼筋混凝土環(huán)梁。

進(jìn)一步地，所述預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁是環(huán)狀異形鋼箱梁。

此外，所述環(huán)狀異形鋼箱梁內(nèi)填充鋼箱梁內(nèi)灌混凝土。

更加優(yōu)選地，所述環(huán)狀異形鋼箱梁的縱剖截面為上窄下寬結(jié)構(gòu)，其下端面的寬度不小于普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒上端面的寬度，所述預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁通過(guò)與固定在鋼塔筒底部的法蘭焊接與鋼塔筒固定在一起。

本發(fā)明還包括上述的任意一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、進(jìn)行整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算：根據(jù)初步選定的預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁截面以及初步選定的球鉸型鋼支座建立體外預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼塔筒組合風(fēng)電塔架整體模型，并輸入風(fēng)電塔架荷載工況，進(jìn)行整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算；

步驟2、根據(jù)整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果確定各部位規(guī)格：根據(jù)整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果確定環(huán)狀異形鋼箱梁的截面鋼材的強(qiáng)度要求和鋼箱梁內(nèi)灌混凝土的應(yīng)力要求，根據(jù)整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果確定普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面應(yīng)力換算得到抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座需要傳遞的最大軸力，根據(jù)最大軸力需求選用成品抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座或特別單獨(dú)設(shè)計(jì)抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座；

步驟3、制作法蘭及預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁：生產(chǎn)鋼塔筒底的法蘭，在工廠或工程現(xiàn)場(chǎng)完成環(huán)狀異形鋼箱梁，并在其內(nèi)部澆筑鋼箱梁內(nèi)灌混凝土，并養(yǎng)護(hù)到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度形成預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁，將法蘭與環(huán)狀異形鋼箱梁其他部分焊接連接成整體；

步驟4、制作普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒：施工現(xiàn)場(chǎng)先吊裝或現(xiàn)澆普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒；

步驟5、進(jìn)行各部位銜接安裝：在普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒頂部截面安裝抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座，在抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座上吊裝環(huán)狀異形鋼箱梁和鋼箱梁內(nèi)灌混凝土組成的預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁，在預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁上方調(diào)裝鋼塔筒；

步驟6、張拉體外預(yù)應(yīng)力束：張拉體外預(yù)應(yīng)力束，形成采用鉸接構(gòu)造連接的體外預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼塔筒組合的風(fēng)電塔架，至此鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架施工完成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明可以有效釋放預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁在預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生的向塔筒內(nèi)側(cè)的扭轉(zhuǎn)變形力，使下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒只承受預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁傳遞來(lái)的豎向壓力荷載，消除下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒在錨固區(qū)偏心預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生豎向裂紋的可能性，消除體外預(yù)應(yīng)力混凝土風(fēng)電塔架的安全隱患；

本發(fā)明不需要在普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面使用環(huán)形體外預(yù)應(yīng)力束，大幅度較小施工實(shí)施難度，簡(jiǎn)化施工過(guò)程，提高工程施工質(zhì)量可靠性，減小塔架施工成本；

本發(fā)明可以大幅度提高普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面的抗疲勞荷載能力；

本發(fā)明可以大幅度縮減普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面厚度，縮減后的體外預(yù)應(yīng)力混凝土具有更輕的重量，進(jìn)而可以有效降低體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架的材料成本、運(yùn)輸成本以及工程現(xiàn)場(chǎng)的吊裝成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架具體實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架具體實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架具體實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-鋼塔筒；2-預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁；3-普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒；4-抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座；5-法蘭；6-體外預(yù)應(yīng)力束；7-普通鋼筋混凝土環(huán)梁；8-環(huán)狀異形鋼箱梁；9-鋼箱梁內(nèi)灌混凝土。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)新特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

在此記載的實(shí)施例為本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方式，用于說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請(qǐng)權(quán)利要求書和說(shuō)明書所公開(kāi)的內(nèi)容采用顯而易見(jiàn)的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對(duì)在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見(jiàn)的替換和修改的技術(shù)方案。

下面提供本發(fā)明的具體實(shí)施例：

實(shí)施例一如圖1所示：

一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架，包括普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒4和緊貼其內(nèi)壁面設(shè)置的體外預(yù)應(yīng)力束6，普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3的上端面上設(shè)預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2，預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2的上端面上設(shè)鋼塔筒1；預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2和普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3之間設(shè)有抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座4，抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座4在普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒（3）上端部環(huán)形截面內(nèi)均勻緊密排布，抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座4是平板式橡膠支座或球鉸型鋼支座，或其他可承壓且可釋放轉(zhuǎn)動(dòng)約束的支座，平板式橡膠支座與預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2和普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3之間通過(guò)預(yù)埋件連接或直接通過(guò)預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的預(yù)壓力壓緊靠摩擦力粘結(jié)在一起。球鉸型鋼支座與預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2和普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3之間通過(guò)預(yù)埋件連接，或通過(guò)直接通過(guò)預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的預(yù)壓力壓緊靠摩擦力粘結(jié)在一起；預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2與鋼塔筒1之間通過(guò)固定在鋼塔筒1底部的法蘭5連接；體外預(yù)應(yīng)力束6自下而上穿過(guò)預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2和法蘭5后用錨具固定。

實(shí)施例二如圖2所示：

實(shí)施例二和實(shí)施例一的不同在于：預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2是環(huán)狀異形鋼箱梁8，環(huán)狀異形鋼箱梁8的縱剖截面為上窄下寬結(jié)構(gòu)，其下端面的寬度不小于普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3上端面的寬度，預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2通過(guò)與固定在鋼塔筒1底部的法蘭5焊接與鋼塔筒1固定在一起。

實(shí)施例三如圖3所示:

實(shí)施例三和實(shí)施例二的不同在于：環(huán)狀異形鋼箱梁8內(nèi)填充鋼箱梁內(nèi)灌混凝土9。

本發(fā)明還包括上述一種鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、進(jìn)行整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算：根據(jù)初步選定的預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2截面以及初步選定的球鉸型鋼支座建立體外預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼塔筒1）組合風(fēng)電塔架整體模型，并輸入風(fēng)電塔架荷載工況，進(jìn)行整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算；

步驟2、根據(jù)整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果確定各部位規(guī)格：根據(jù)整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果復(fù)核選定的環(huán)狀異形鋼箱梁8的截面應(yīng)力是否滿足鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，若不滿足則加大環(huán)狀異形鋼箱梁8的截面大小后重新進(jìn)行有限元數(shù)值模擬計(jì)算，或調(diào)整環(huán)狀異形鋼箱梁8截面鋼板厚度后重新進(jìn)行有限元數(shù)值模擬計(jì)算，直到有限元數(shù)值模擬計(jì)算中環(huán)狀異形鋼箱梁8中鋼材截面應(yīng)力滿足鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，根據(jù)整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果復(fù)核選定的環(huán)狀異形鋼箱梁8內(nèi)部的鋼箱梁內(nèi)灌混凝土9的應(yīng)力是否滿足混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，若不滿足則加大環(huán)狀異形鋼箱梁8的截面大小后重新進(jìn)行有限元數(shù)值模擬計(jì)算，或調(diào)整環(huán)狀異形鋼箱梁8截面鋼板厚度后后重新進(jìn)行有限元數(shù)值模擬計(jì)算，直到有限元數(shù)值模擬計(jì)算中環(huán)狀異形鋼箱梁8內(nèi)部的鋼箱梁內(nèi)灌混凝土9的應(yīng)力滿足混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度；根據(jù)整體有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果中下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3截面應(yīng)力換算得到抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座需要傳遞的最大軸力，由此最大傳力需求選用成品抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座4或特別單獨(dú)設(shè)計(jì)抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座4；

步驟3、制作法蘭5及預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2：生產(chǎn)鋼塔筒底的法蘭5，在工廠或工程現(xiàn)場(chǎng)完成環(huán)狀異形鋼箱梁8，并在其內(nèi)部澆筑鋼箱梁內(nèi)灌混凝土9，并養(yǎng)護(hù)到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度形成預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2，將法蘭5與環(huán)狀異形鋼箱梁8其他部分焊接連接成整體；

步驟4、制作普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3：施工現(xiàn)場(chǎng)先吊裝或現(xiàn)澆普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3；

步驟5、進(jìn)行各部位銜接安裝：在普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒3頂部截面安裝抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座4，在抗扭轉(zhuǎn)變形緩沖支座4上吊裝環(huán)狀異形鋼箱梁8和鋼箱梁內(nèi)灌混凝土9組成的預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2，在預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁2上方調(diào)裝鋼塔筒1；

步驟6、張拉體外預(yù)應(yīng)力束6：張拉體外預(yù)應(yīng)力束6，形成采用鉸接構(gòu)造連接的體外預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼塔筒1組合的風(fēng)電塔架，至此鉸接轉(zhuǎn)換式體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架施工完成。

本發(fā)明的目的在于通過(guò)將上部預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁與下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒完全分離，并采用鉸接構(gòu)造將下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒區(qū)、上部預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁、鋼塔筒三者連接成整體。如此構(gòu)造可以有效釋放預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁在預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生的向鋼塔筒內(nèi)側(cè)的扭轉(zhuǎn)變形。變形釋放后，所有由預(yù)應(yīng)力偏心作用產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)矩將完全由預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁承擔(dān)，不再傳遞到預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁下部的普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面內(nèi)，使下部混凝土只承受預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁傳遞來(lái)的豎向壓力荷載，在下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面內(nèi)不再產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力，徹底消除此部位預(yù)應(yīng)力混凝土在錨固區(qū)偏心預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生豎向裂紋的可能性，消除體外預(yù)應(yīng)力混凝土風(fēng)電塔架的安全隱患。

本發(fā)明的目的二在于消除體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒的預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁下方普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面應(yīng)力分布不均勻問(wèn)題。采用鉸接構(gòu)造將預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)環(huán)梁與下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒后，偏心預(yù)應(yīng)力對(duì)下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面形成的彎矩將由錨固區(qū)環(huán)梁承不再傳遞到錨固區(qū)下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面中。分離后的錨固區(qū)下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面只承受由鉸接連接構(gòu)造傳遞來(lái)的軸心壓力作用，使下部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面內(nèi)的應(yīng)力分布均勻性大幅度改善，由此大幅度提高部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面的抗疲勞荷載能力，因此同樣的機(jī)型，同樣的工況下，部普通預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒截面厚度可以大幅度縮減，縮減后的體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒具有更輕的重量，進(jìn)而可以有效降低體外預(yù)應(yīng)力混凝土塔架的材料成本、運(yùn)輸成本以及工程現(xiàn)場(chǎng)的吊裝成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。