CN107829444B - 风电机组预应力基础结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组预应力基础结构，涉及风电机组的基础结构领域，解决大型风电机组采用现有的梁板式风电机组基础结构，主梁的配筋率明显增加，不仅增加成本，而且钢筋间距小，不利于施工操作，影响结构混凝土安全性的问题。本发明采用的技术方案是：风电机组预应力基础结构，为梁板式，包括基础底板，基础底板中部为台柱，台柱内设置检修孔，台柱周围均布发散状的主梁，在主梁内设置预应力钢索代替原本的纵筋，基础结构混凝土主要为预应力混凝土，预应力钢索采用后张拉法张拉，通过检修孔，可进入基础进行预应力钢索的检修工作。通过引入预应力混凝土的理念，降低用钢量，节约成本，便于施工，保证浇筑质量，且便于检修。

Description

风电机组预应力基础结构

技术领域

本发明涉及风电机组的基础结构领域，具体是一种风电机组预应力基础结构。

背景技术

目前，在陆上风力发电工程中广泛采用浅埋的重力式扩展基础，即常规板式基础，该基础类型具有施工时基坑开挖较浅、施工工序较少的优点。为提高经济性，常规板式基础的结构型式优化为梁板式基础。由于梁板式基础混凝土应力水平更高，更能够充分发挥混凝土抗压，钢筋抗拉的能力，具有显著经济性质。据统计，同一工程的同一风电机组上部结构，采用梁板式基础比采用常规板式基础节约10％的建设成本，节约约合10～15万元。

随着风电行业的发展，风电机组朝高轮毂、大叶轮方向发展，风电机组及塔架作为上部结构，整体受到的偏心荷载增加较多，导致下部结构风电机组基础受到更大的偏心荷载。为满足基础结构计算要求，风电机组梁板式基础的直径增加，底面跨度和面积均有较大增加。为满足大跨度基础混凝土在极限状态下的裂缝和挠度验算要求，基础混凝土配筋率增加。上述配筋率的增加仅为满足混凝土开裂和挠度控制要求，大幅地增加了工程成本，并且不利于控制施工质量。

如图1和图2所示，大型风电机组采用现有的梁板式风电机组基础结构，基础底板1中部为圆柱状、实心的台柱2，基础底板1外边缘为基础体型结构外轮廓，台柱2内设置连接风电机组塔筒的锚栓笼，台柱2周围均布发散状的主梁5，相邻两个主梁5的外侧由边缘小梁7连接。相邻两个主梁5之间为中空结构，施工时进行回填处理。对于大型风电机组，基础底板1的直径达18～23m，实心的台柱2的直径为5～6m，为满足大跨度基础混凝土在极限状态下的裂缝和挠度验算要求，基础混凝土配筋率增加0.08t/m³～0.14t/m³。为满足主梁5中纵筋9截面受力要求，主梁5中纵筋9选用

钢筋(HRB400)，计算结果表明：图2中，主梁5宽度为1100mm，台柱2的直径为5.4m，主梁5顶部的纵筋9包括：上排14根

钢筋，中排14根

钢筋，下排7根

钢筋；主梁5底部的纵筋9包括：上排7根

钢筋，下排11根

钢筋。主梁5顶部的

钢筋净间距甚至达到44mm。

上述设计存在以下几点不足：第一、主梁钢筋直径较大，并且纵筋净间距较小，根据规范要求，梁上部钢筋净间距不小于1.5d，即48mm；梁下部钢筋间距不小于d，即32mm。可见，主梁纵筋过密，导致钢筋难以绑扎规整、混凝土难以振捣密实，影响绑扎和混凝土浇筑，不利于保证基础结构的施工质量，严重影响结构安全。第二、由于基础结构跨度较大，受弯矩作用较大，基础混凝土配筋率的增加的目的仅在于满足结构裂缝和挠度变形控制要求，由于增加大量“多余”的钢筋，经济上不太划算。第三、结构钢筋不仅过密，而且型号多，不利于保证项目施工工期。

发明内容

本发明提供一种风电机组预应力基础结构，解决大型风电机组采用现有的梁板式风电机组基础结构，为满足混凝土裂缝和挠度验算要求，主梁的配筋率明显增加，不仅增加成本，而且钢筋间距小，不利于施工操作，影响结构混凝土安全性的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：风电机组预应力基础结构，为梁板式，包括基础底板，基础底板中部为圆柱状的台柱，台柱内设置用于连接风电机组塔筒的锚栓笼，台柱内设置检修孔，台柱周围均布发散状的主梁，主梁内部设置构造配筋，相邻两个主梁的外侧由边缘小梁连接，各个主梁的外侧和检修孔之间沿着主梁设置安装孔，安装孔内设置预应力钢索。

进一步的是：所述主梁内的安装孔由金属波纹管形成，金属波纹管内部设置钢绞线作为所述预应力钢索。具体地，所述预应力钢索从台柱的检修孔向主梁外侧倾斜向下布置，预应力钢索位于检修孔的一端为固定端，位于主梁外侧的一端为张拉端。具体地，各个主梁内仅设置一束预应力钢索。

具体地，所述检修孔的直径为1000mm。

本发明的有益效果是：风电机组预应力基础结构，将风电机组基础台柱中心原本的实心混凝土设置检修孔，检修孔也用于安装预应力钢索，，同时在主梁内设置预应力钢索代替原本的纵筋，主梁内区域钢筋为构造配筋，基础结构混凝土主要为预应力混凝土，预应力钢索采用后张拉法张拉，通过台柱上的检修孔，可进入基础进行预应力钢索的检修工作。

由于预应力钢索具有高张拉低松弛的材料特性，相比普通钢筋(HRB400)，受到同等拉力时，预应力钢索比普通钢筋发生的变形也要小，并且预应力钢索的布置可以是成束成股灵活布置，不受间距影响，可以解决原方案主梁上部的纵筋过密而严重影响钢筋绑扎、混凝土振捣的难题，保证浇筑质量。另外，预应力混凝土对结构变形的控制具有较大优势，预应力钢索在混凝土强度达到设计要求后，逐级张拉至设计值，从主梁两端对混凝土施加预压力，使构件边缘在工作过程中不产生拉应力，从而避免混凝土产生开裂。

风电机组预应力基础结构可以保证基础混凝土结构受力要求，在保证裂缝、挠度要求的前提下，大幅降低梁板式风电机组基础结构的配筋率，降低钢筋成本，解决主梁钢筋过密的问题，使主梁纵筋布置合理，并且施工操作简单，混凝土浇筑容易振捣密实，有助于保证混凝土的施工质量。基础结构非主要受力钢筋型号按构造配筋即可，主要受力筋采用预应力钢索，做到了减少结构钢筋型号目的，有利于保证施工工期。

附图说明

图1是大型风电机组采用现有的梁板式风电机组基础结构的平面布置示意图。

图2中图1中A-A剖面图。

图3是本发明风电机组预应力基础结构的平面布置示意图。

图4是图3中B-B剖面图。

图5是图4中C-C剖面图。图中零部件、部位及编号：基础底板1、台柱2、锚栓笼3、检修孔4、主梁5、构造配筋6、边缘小梁7、预应力钢索8、纵筋9、金属波纹管10。图1～5中的尺寸标注除了已注明单位的，其他的单位均为mm。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图3～5所示，本发明风电机组预应力基础结构，为梁板式，包括基础底板1，基础底板1呈圆形，基础底板1的外边缘即为基础体型结构轮廓线，基础底板1中部为圆柱状的台柱2，台柱2内设置用于连接风电机组首节塔筒的锚栓笼3，台柱2内设置检修孔4，检修孔4的直径以人能进入为宜，例如直径为1米，便于后期工人可进入台柱2的中空结构内进行检修工作。台柱2周围均布发散状的主梁5，相邻两个主梁5的外侧由边缘小梁7连接，相邻两个主梁5之间为三角形的掏空区，预应力基础结构完成后进行回填，各个边缘小梁7相连形成正多边形。

各个主梁5的外侧和台柱2内检修孔4之间沿着主梁5设置安装孔，安装孔内设置预应力钢索8，预应力钢索8位于主梁5外侧的一端为张拉端，预应力钢索8位于检修孔4内的一端为固定端。主梁5内的预应力钢索8根据计算结果设置，预应力钢索8从台柱2内检修孔4向主梁5的外侧倾斜布置，如图4所示。预应力钢索8代替原设计方案中的纵筋9，主梁5内普通钢筋为构造配筋6。安装孔在浇筑主梁5后形成，通过在主梁内设置金属波纹管10形成。

预应力钢索8为预应力钢绞线，钢绞线具有高张拉低松弛的材料特性，能够发挥其高抗拉的特性。具体地，各个主梁5内设置一个安装孔，安装孔内设置预应力钢索8，如图5所示。主梁5内的预应力钢索8按照计算得出的应力包络线设置，保证符合截面受力要求。预应力钢索8可灵活布置，计算所需的截面总面积明显减少，即布置少量的预应力钢索8即可满足结构受力要求，大幅降低钢材用量，节约成本。风电机组预应力基础结构内钢筋间距合理，便于混凝土浇筑，保证混凝土基础的质量。

风电机组预应力基础结构引入了预应力混凝土的理念，降低用钢量，节约成本，便于施工，保证质量，且便于后期检修维护。

Claims (5)

1.风电机组预应力基础结构，为梁板式，包括基础底板(1)，基础底板(1)中部为圆柱状的台柱(2)，其特征在于：台柱(2)内设置用于连接风电机组塔筒的锚栓笼(3)，台柱(2)内设置检修孔(4)，台柱(2)周围均布发散状的主梁(5)，主梁(5)内部设置构造配筋(6)，相邻两个主梁(5)的外侧由边缘小梁(7)连接，各个主梁(5)的外侧和检修孔(4)之间沿着主梁(5)设置安装孔，安装孔内设置预应力钢索(8)。

2.如权利要求1所述的风电机组预应力基础结构，其特征在于：所述主梁(5)内的安装孔由金属波纹管(10)形成，金属波纹管(10)内部设置钢绞线作为所述预应力钢索(8)。

3.如权利要求1所述的风电机组预应力基础结构，其特征在于：所述预应力钢索(8)从台柱(2)的检修孔(4)向主梁(5)外侧倾斜向下布置，预应力钢索(8)位于检修孔(4)的一端为固定端，位于主梁(5)外侧的一端为张拉端。

4.如权利要求1所述的风电机组预应力基础结构，其特征在于：各个主梁(5)内仅设置一束预应力钢索(8)。

5.如权利要求1所述的风电机组预应力基础结构，其特征在于：所述检修孔(4)的直径为1000mm。

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