本實用新型涉及一種混合塔筒的連接結構，具體地涉及一種用于連接混凝土塔筒和鋼制塔筒的混合塔筒的連接結構。

背景技術：

近年來，隨著陸上風電的發(fā)展，可供開發(fā)的風能資源豐富區(qū)、較豐富區(qū)越來越少，風電場的建設已經逐步向風能資源可利用區(qū)及風能資源貧乏區(qū)發(fā)展。為了增加發(fā)電量，提高風電場的投資收益，在可利用區(qū)及貧乏區(qū)，風機需要更高的輪轂高度。由于傳統的鋼制塔筒在輪轂高度超過100m之后，塔筒頂部變形會越來越大，以至于難以滿足風力發(fā)電機的運行要求，混凝土塔筒應運而生。混凝土塔筒的最大優(yōu)勢就是能夠提供比鋼制塔筒更小的頂部變形。

混凝土塔筒在實際工程應用中，分為全混凝土塔筒和鋼-混凝土混合塔筒。其中鋼-混凝土混合塔筒是使用預應力鋼筋混凝土結構作為下部塔筒，上部塔筒依然采用鋼制塔筒。由于塔筒最頂部與風力發(fā)電機連接必須使用鋼制的法蘭螺栓連接，因此無論是全混凝土塔筒還是鋼-混凝土混合塔筒，均會遇到兩種材料(混凝土和鋼)的轉換連接問題。

CN205618307U公開了一種混凝土塔筒和鋼制塔筒之間的連接結構，其中預應力鋼絲繩錨固端會被后澆筑的混凝土淹沒，不便于檢修維護。預埋螺栓和緊固螺母數量很多，安裝麻煩、工序繁瑣、價格昂貴。位于塔筒外側的螺栓無法施加預緊力，并且后期無法維護，或者施工及后期維護成本高，需要特殊的登高機械設備。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、無需繁瑣計算、較經濟的混合塔筒的連接結構。為了實現上述目的，本實用新型的主要設計構思在于將混凝土塔筒的預應力索與固定鋼制塔筒下法蘭的地腳螺栓單獨設計、分開布置。預應力索和地腳螺栓兩者僅需要滿足各自功能需要的技術要求，各自施加相應的預應力和預緊力。

根據本實用新型的示例性實施方式的第一方面，一種混合塔筒的連接結構，用于連接混凝土塔筒和鋼制塔筒，其中，所述混合塔筒的連接結構包括：多個地腳螺栓，所述多個地腳螺栓預埋在所述混凝土塔筒的壁厚方向上的外圈并用于連接設置在所述混凝土塔筒的頂部的墊板法蘭和所述鋼制塔筒；以及多個預應力索，所述多個預應力索設置在所述混凝土塔筒的壁厚方向上的內圈并錨固于所述墊板法蘭的頂面，且錨固端向外露出。

根據本實用新型的示例性實施方式的第二方面，每個預應力索包括穿過混凝土塔筒的頂部加厚部的區(qū)段和處于混凝土塔筒內壁外面的區(qū)段。

根據本實用新型的示例性實施方式的第三方面，多個地腳螺栓和多個預應力索位于鋼制塔筒內側。

根據本實用新型的示例性實施方式的第四方面，所述混合塔筒的連接結構還包括：外側鋼制加強件，設置在所述混凝土塔筒的外壁。

根據本實用新型的示例性實施方式的第五方面，所述外側鋼制加強件的下端與地腳螺栓預埋在所述混凝土塔筒中的下端處于同一水平面或者更靠下。

根據本實用新型的示例性實施方式的第六方面，所述混合塔筒的連接結構還包括：內側鋼制加強件，設置在所述混凝土塔筒的頂部加厚部的內壁。

根據本實用新型的示例性實施方式的第七方面，埋設在所述混凝土塔筒中的一部分鋼筋位于地腳螺栓和預應力索之間。

根據本實用新型的示例性實施方式的第八方面，所述預應力索的預應力大于地腳螺栓的預緊力。

根據本實用新型的示例性實施方式的第九方面，所述鋼制塔筒的下端形成朝向其徑向內側的L型法蘭，多個地腳螺栓緊固墊板法蘭和L型法蘭。

根據本實用新型的示例性實施方式的第十方面，地腳螺栓僅設置在預應力索外側。

根據本實用新型，預應力索與地腳螺栓兩套結構件單獨布置，可以獨立進行設計計算，各自滿足各自的計算要求，從而能夠實現結構簡單、無需繁瑣計算、較經濟的連接結構。

附圖說明

通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本實用新型的上述和/或其它目的和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中：

圖1是根據本實用新型的實施例的混合塔筒的連接結構的截面圖；

圖2是根據本實用新型的實施例的混合塔筒的連接結構的另一截面圖，其示出了鋼筋；以及

圖3是根據本實用新型的實施例的墊板法蘭的俯視圖。

具體實施方式

現將詳細描述本實用新型的示例性實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標號指示相同的部分。以下將通過參照附圖來說明所述實施例，以便解釋本實用新型。

圖1是根據本實用新型的實施例的混合塔筒的連接結構的截面圖。圖2是根據本實用新型的實施例的混合塔筒的連接結構的另一截面圖，其示出了例如縱向鋼筋10、11等。圖3是根據本實用新型的實施例的墊板法蘭的俯視圖。根據本實施例的混合塔筒的連接結構用于連接風力發(fā)電機的混凝土塔筒8和鋼制塔筒6。該混合塔筒的連接結構包括：多個地腳螺栓1，預埋在混凝土塔筒8的壁厚方向上的外圈，用于連接設置在混凝土塔筒8的頂部的墊板法蘭5和鋼制塔筒6；多個預應力索2，設置在混凝土塔筒8的壁厚方向上的內圈，錨固于墊板法蘭5的頂面，且錨固端向外露出。

在本實施例中，上述預應力索2例如可以采用中強度應力鋼絲繩、消除應力鋼絲繩、鋼絞線等。此外，上述預應力索2也可以替換為應力螺紋鋼筋。此外，在本實施例中，混凝土塔筒根據厚度不同而包括兩部分，即混凝土塔筒8的壁12和混凝土塔筒8的頂部加厚部13。優(yōu)選地，每個預應力索2包括穿過混凝土塔筒8的頂部加厚部13的區(qū)段和處于混凝土塔筒8內壁外面的區(qū)段。即，在本實施例的混合塔筒的連接結構中，預應力混凝土塔筒為體外式，也就是預應力索在塔筒壁內側(外面，而并非在內部)，人在塔筒內部時能夠看到預應力索。這樣的預應力索在塔筒頂面的錨固系統布置在混凝土塔筒的壁厚方向上的內圈。鋼制塔筒通過預埋在混凝土塔筒頂端的地腳螺栓與該混凝土塔筒連接，相應的地腳螺栓布置在混凝土塔筒頂部的壁厚方向上的外圈。

在混凝土塔筒8的頂部設置墊板法蘭5，墊板法蘭5設置在混凝土塔筒8和鋼制塔筒6之間。多個預應力索2通過墊板法蘭5錨固于混凝土塔筒8的頂部。鋼制塔筒6的下端形成朝徑向內側的L型法蘭，多個地腳螺栓1緊固墊板法蘭5和L型法蘭。

在本實施例中，混凝土塔筒的預應力索2的最下端錨固在風機基礎中。在本實施例中風機基礎為鋼筋混凝土空心基礎。在與混凝土塔筒預應力索安裝相應的位置預留了預應力索孔道，混凝土塔筒吊裝完畢后，預應力索經由預應力索孔道穿出，且錨固在基礎中。

如果預應力索的最上端直接固定到鋼制塔筒下法蘭，則在計算的時候，為了同時滿足混凝土筒身和塔筒法蘭的受力要求，需要反復調整法蘭寬度、法蘭厚度、混凝土塔筒的直徑和壁厚以及預應力索的數量及規(guī)格型號。由于偏心彎矩的受力特點，不能總是通過增大預應力值來滿足受拉側混凝土及法蘭的受力條件，往往是難以選擇出受拉側和受壓側互相折衷的條件。由此導致計算過程相對繁瑣復雜，且最終的設計結果也并不經濟。而在本實施例中，多個預應力索和多個地腳螺栓為兩套結構件并單獨地布置，預應力索沒有與鋼制塔筒連接，這樣在工程應用中，可以獨立地進行設計計算，僅需要各自滿足各自所需的預應力和預緊力即可。

鋼制塔筒下法蘭為L型法蘭?？赏ㄟ^約100-120根10.9級M52地腳螺栓與混凝土塔筒連接。在極限載荷作用下，鋼制塔筒受壓側法蘭以及與其接觸的墊板法蘭，受到的壓應力應小于所采用鋼板的許用應力。受拉側鋼制塔筒法蘭對地腳螺栓產生的拉力應小于地腳螺栓施加的預緊力(例如，地腳螺栓預緊力大約為500-750KN)，也就是說，鋼制塔筒下法蘭與墊板法蘭不會脫開。

本實用新型的混凝土塔筒為體外式預應力系統，例如采用30-50組鋼絲繩(預應力索)，預應力為1200-1400KN，混凝土強度等級C60-C80。在極端載荷工況作用下，以受壓側混凝土最大壓應力不超過混凝土抗壓強度設計值，受拉側混凝土不出現拉應力或者拉應力很小，不超過混凝土的抗拉強度設計值作為設計計算控制點。

如果在混凝土塔筒與鋼制塔筒的連接結構中設置兩套傳力系統，即預應力索傳力系統和地腳螺栓傳力系統，則空間布置可能會相對局促。同時，一方面在實際工程中不能一直增加混凝土塔筒頂部的壁厚，這樣會擠占塔筒內部的空間，另一方面地腳螺栓需要一定的預埋厚度，以防外部混凝土局部破壞，因此在布置預應力索和地腳螺栓的過程中需要權衡。本實施例中，采取體外式預應力索，這樣會使得預應力索在混凝土塔筒頂部法蘭面的錨固段更偏向于法蘭面的內圈，這便給地腳螺栓提供了一定的預埋空間。在地腳螺栓與預應力索之間應當存在適當的距離，以滿足埋設地腳螺栓以及配置鋼筋的需要。

根據本實施例的混合塔筒的連接結構，由于地腳螺栓與預應力索可相隔一定距離，因此地腳螺栓1和預應力索2之間也可設置鋼筋10、11。

地腳螺栓1通過鋼筋10、11能夠將受到的拉力傳遞給更大范圍的混凝土。在本實施例中，混凝土塔筒壁的縱向鋼筋10、11能夠一直貫通伸入直到墊板法蘭5下方的位置。地腳螺栓1受到的拉力能通過混凝土塔筒壁縱向鋼筋10、11將拉力傳遞給位于下方的混凝土塔筒。

在本實用新型的設計中，將用于連接鋼制塔筒6的地腳螺栓1預埋在混凝土塔筒8頂部并處于預應力索2的外圈。

此外，在本實施方式中，地腳螺栓1僅設置在預應力索2外側。

與鋼制塔筒6底部連接的地腳螺栓1在澆筑混凝土筒節(jié)時安裝固定在塔筒模板內部，并精確調整定位。由于地腳螺栓1會受到上方鋼制塔筒6傳遞來的因偏心彎矩所產生的拉力，因此為保證地腳螺栓1能將載荷傳遞給混凝土塔筒8，同時使混凝土塔筒8不會因為地腳螺栓1拉力造成的破壞而開裂，在所述混凝土塔筒8的外壁設置外側鋼制加強件3，從而增加對塔筒混凝土的環(huán)向約束。這里，外側鋼制加強件3例如為一圈鋼制加強環(huán)3。

此外，在混凝土塔筒8的內壁也設置了內側鋼制加強件4，從而約束預應力索2的錨固端對混凝土造成的影響，使混凝土不至于在承受例如錨具壓力時而發(fā)生局部破壞。這里，內側鋼制加強件4例如為一圈鋼制加強環(huán)4。

此外，地腳螺栓1以及預應力索2各自按照設計要求分別施加不同的預緊力和預應力。例如，在實際工程應用中，預應力索2的預應力大于地腳螺栓1。通常的，預應力索2的預應力要比地腳螺栓1的預緊力大很多。

此外，外側鋼制加強件3的下端與地腳螺栓1預埋在混凝土塔筒8中的下端處于同一水平面或者更靠下，從而能夠有效地防止地腳螺栓1對混凝土塔筒造成的影響。

而且，地腳螺栓1和預應力索2均位于鋼制塔筒6的內側，因此可以從塔筒內部接近并進行安裝維護，而無需從塔筒外部進行高空危險作業(yè)。

在本實施例中，在混凝土塔筒和鋼制塔筒的連接過程中，作為頂段的混凝土筒節(jié)可以在工裝工位上預制，待與作為最底段的鋼制塔筒連接后，整體吊裝至已安裝的下部混凝土塔筒的頂端。

施工裝配流程如下：首先，支設模板；接著，安裝地腳螺栓籠；接著，綁扎鋼筋；然后安裝預應力索孔道預留管，在稍后的過程中，預應力索貫通預應力索孔道；接著，分別在混凝土塔筒的外壁和內壁安裝外側鋼制加強件和內側鋼制加強件；接著，澆筑混凝土，從而形成混凝土塔筒；接著，在混凝土塔筒的頂面上方的位置處安裝墊板法蘭；接著，吊裝并通過地腳螺栓固定安裝作為底段的鋼制塔筒；然后，從墊板法蘭上方通過在圖中未示出的灌漿孔進行灌漿，從而在墊板法蘭和混凝土塔筒的頂面之間形成灌漿層7；接著，張拉地腳螺栓；接著，組裝在一起的頂段混凝土塔筒和底段鋼制塔筒被整體吊裝至位于下方的已完成的混凝土塔的段頂；最后，張拉預應力索。

此外，在工裝工位上支設模板時，外側鋼制加強件3可以取代部分支設模板，因此模板只架設到外側鋼制加強件3的下口區(qū)域即可。

此外，地腳螺栓錨固籠組裝好之后整體吊裝至模板內，精確調整定位，控制好水平度。由于部分鋼筋可能需要先于地腳螺栓錨固籠綁扎，所以鋼筋綁扎可以與地腳螺栓錨固籠吊裝穿插進行。

此外，在安裝墊板法蘭前應當鑿除已澆筑混凝土面上的松散骨料，并沖洗干凈。墊板法蘭應當精確調整水平度。墊板法蘭可以通過調整螺栓支撐在混凝土塔筒的上表面上方。吊裝底段的鋼制塔筒，將固定螺栓稍稍擰緊。

此外，灌漿操作應一次完成，以灌漿料從加強環(huán)上沿溢漿孔溢出為結束，靜止養(yǎng)護3-7天，待灌漿料的強度達到設計強度開始用拉伸器給地腳螺栓施加預緊力。

此外，將連接了底段的鋼制塔筒的混凝土塔筒整體吊裝至已安裝的混凝土塔筒頂端，固定連接，最后施加混凝土塔筒的預應力。完成之后依次吊裝剩余鋼制塔筒筒節(jié)，直至完成整個風電機組的吊裝。

本實用新型的以上實施例僅僅是示例性的，而本實用新型并不受限于此。本領域技術人員應該理解：在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下，可對這些實施例進行改變，其中，本實用新型的范圍在權利要求及其等同物中限定。