CN113389424A - 一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，所述支撑结构顶端设置有待固定钢塔，所述钢塔顶端装设有风电机组，所述支撑结构包括：底层支撑单元，所述底层支撑单元为矩形架体结构；中层支撑单元，所述中层支撑单元设置于所述底层支撑单元上端，且所述中层支撑单元由若干标准结构单元重叠构成；顶层支撑单元，所述顶层支撑单元设置于中层支撑单元的顶端；若干预应力钢绞线，各预应力钢绞线分别贯穿纵向设置于底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的孔体，完成底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的纵向连接固定。通过本发明支撑结构，有效地避免了传统格构式塔架中存在的节点螺栓及斜撑受力不利的问题。

Description

一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构。

背景技术

开发新型可再生能源已成为世界各国发展的重大战略需求。风力发电是一种清洁高效、可再生的新型能源，可以很好地解决能源消耗问题，近年来发展较快，各国的风电并网量都在不断扩大，机组单机容量越来越大，支撑结构建设高度越来越高，使得风电塔的总重量不断增加，从而要求支撑结构具有更好的承载能力。

相比于传统塔筒单根构件受弯模式，格构式塔架角部构件受轴向力的受力模式充分发挥了混凝土或钢管混凝土结构在高耸结构中承载力高、抗侧刚度大的优势，且格构柱位于截面角部，离中和轴较远，材料强度利用率高，起到了节省材料并提高刚度的作用。但传统格构式塔架节点使用节点板-螺栓连接，整个塔架有上百个螺栓，对于长期处于疲劳往复荷载下的风电塔架而言，其疲劳松弛问题及其突出，容易造成螺栓松动，继而造成塔架倒塌，而且过多的螺栓也极大地增加了安装的难度和工程量，不利于快速装配。此外，格构式塔架中的斜撑两端均由螺栓与主杆连接，受力处于不利状态，易发生破坏。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，有效地避免了传统格构式塔架中存在的节点螺栓及斜撑受力不利的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，所述支撑结构顶端设置有待固定钢塔，所述钢塔顶端装设有风电机组，所述支撑结构包括：底层支撑单元，所述底层支撑单元为矩形架体结构；中层支撑单元，所述中层支撑单元设置于所述底层支撑单元上端，且所述中层支撑单元由若干标准结构单元重叠构成；顶层支撑单元，所述顶层支撑单元设置于中层支撑单元的顶端；若干预应力钢绞线，各预应力钢绞线分别贯穿纵向设置于底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的孔体，完成底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的纵向连接固定。

根据一个优选的实施方式，所述底层支撑单元包括：预制底层角柱框架，所述预制底层角柱框架分别设置于矩形结构的四个顶角处；预制底层中柱框架，所述预制底层中柱框架设置于两相邻预制底层角柱框架之间。

根据一个优选的实施方式，所述预制底层中柱框架包括纵向设置的底层中柱以及两横向设置的底层中柱横梁，两根底层中柱横梁分别设置所述底层中柱两侧；所述预制底层角柱框架包括纵向设置的底层角柱以及两横向设置的底层角柱横梁，两根底层角柱横梁分别与所述底层角柱相连；所述底层中柱与底层角柱的轴心设有用于通过预应力钢绞线的通孔。

根据一个优选的实施方式，所述底层中柱横梁与底层角柱横梁的端部设有相互匹配的缺口部，且所述底层中柱横梁与底层角柱横梁经涂覆于两横梁缺口部的环氧树脂相互相连。

根据一个优选的实施方式，所述标准结构单元包括：预制中层角柱框架，所述预制中层角柱框架分别设置于矩形结构的四个顶角处；预制中层中柱框架，所述中层中柱框架设置于两相邻预制底层角柱框架之间。

根据一个优选的实施方式，所述预制中层中柱框架包括纵向设置的中层中柱以及两横向设置的中层中柱横梁，两根中层中柱横梁分别设置所述中层中柱两侧；所述预制中层角柱框架包括纵向设置的中层角柱以及两横向设置的中层角柱横梁，两根中层角柱横梁分别与所述中层角柱相连；所述中层中柱与中层角柱的轴心设有用于通过预应力钢绞线的通孔。

根据一个优选的实施方式，所述中层中柱横梁与中层角柱横梁的端部设有相互匹配的缺口部，且所述中层中柱横梁与中层角柱横梁经涂覆于两横梁缺口部的环氧树脂相互相连。

根据一个优选的实施方式，所述顶层支撑单元由预制转接段框架构成；所述预制转接段框架包括转接段横梁、转接段纵向柱和连接板，各转接段纵向柱经转接段横梁相互连接构成矩形框体，所述连接板设置于矩形框体内侧，并经转接段横梁分别与各转接段纵向柱固定连接。

根据一个优选的实施方式，所述转接段纵向柱的轴心还设有用于通过预应力钢绞线的通孔。

根据一个优选的实施方式，所述顶层支撑单元的高度低于所述标准结构单元的高度。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：

(1)本发明能有效增强塔架整体的安全性。传统格构式塔架节点使用节点板-螺栓连接，对于长期处于疲劳往复荷载下的风电塔架而言，过多的螺栓会使得疲劳松弛问题及其突出，疲劳荷载下螺栓容易松动，继而造成塔架倒塌。此外，格构式塔架中的斜撑两端均由螺栓与主杆连接，其受力处于不利状态，易发生破坏。本发明采用框架式结构形式，取消传统格构式塔架的斜撑与节点螺栓连接，增加转接段纵向柱数量，直接由转接段纵向柱传力，传力路径简洁明了，有效地避免了传统格构式塔架中存在的节点螺栓疲劳及斜撑受力不利的问题。

(2)本发明采用预制构件使用预应力钢绞线张拉的全干式连接方式，极大地提高了现场装配效率。传统格构式塔架构件虽也为工厂预制，但过多的节点螺栓连接增加了现场安装的难度及工作量，不利于快速装配。本发明采用预应力钢绞线张拉的形式将各预制构件连接，除张拉预应力钢绞线外和涂抹环氧树脂外，现场不需要进行任何多余的安装工作，装配效率大大提高。

(3)本发明避免了节点的螺栓连接，降低了加工精度的要求。常用格构式塔架的干式连接通常需要严格控制主杆、斜撑及节点板的螺孔精确度，否则现场将难以进行螺栓的安装。本发明取消了所有的螺栓连接，仅需预应力钢绞线的张拉及涂抹环氧树脂便可连接各预制构件，极大地降低了对构件加工精度的要求。

(4)本发明制作方便，现场安装简单，适合工业化生产与制造。不同于风电机组的其他支撑结构形式，本发明的所有构件都没有涉及较为复杂的加工工艺及安装工艺，构件预制完成后现场直接进行吊装，便于批量生产、制造及安装，从而有效地降低了生产成本与施工时间，具有良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构的立体结构图；

图2是本发明实施例中单层标准结构单元的立体结构图；

图3是本发明实施例中预制中层中柱框架的立体结构图；

图4是本发明实施例中预制中层角柱框架的立体结构图

图5为本发明实施例中预制转接段框架的立体结构图；

图6是本发明实施例中底层支撑单元的立体结构图；

其中，1-预制中层中柱框架，11-中层中柱横梁，111-中层中柱横梁半圆柱体部分，12-中层纵向中柱，121-中层纵向预应力孔道，2-预制中层角柱框架，21-中层角柱横梁，211-中层角柱横梁半圆柱体部分，22-中层角柱，3-预制底层中柱框架，31-底层中柱横梁，32-底层中柱，4-预制底层角柱框架，41-底层角柱横梁，42-底层角柱，5-预制转接段框架，51-转接段横梁，52-转接段纵向柱，53-连接板，521-转接段纵向预应力孔道，6-交错接缝，61-中部接缝，62-边缘接缝，63-环氧树脂，64-橡胶制品，7-纵向连接节点，8-预应力钢绞线，9-上部钢塔，10-风电机组。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1至图6所示，本实施例公开了本发明提供了一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构。所述支撑结构顶端设置有待固定钢塔9，所述钢塔9顶端装设有风电机组10。

优选地，所述支撑结构包括：底层支撑单元、中层支撑单元、顶层支撑单元和若干预应力钢绞线8。

其中，所述底层支撑单元为矩形架体结构；所述中层支撑单元设置于所述底层支撑单元上端，且所述中层支撑单元由若干标准结构单元重叠构成；所述顶层支撑单元设置于中层支撑单元的顶端；各预应力钢绞线分别贯穿纵向设置于底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的孔体，完成底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的纵向连接固定。

在本实施例中，支撑结构共有八层，包含了六层标准结构单元、一层底层支撑单元及一层顶层支撑单元。其中，顶层支撑单元由预制转接段框架5构成。每层标准结构单元包括四个预制中层中柱框架1及四个预制中层角柱框架2，底层支撑单元包括四个预制底层中柱框架3及四个预制底层角柱框架4，整体截面形式为正方形。

具体的，所述预制中层中柱框架1和预制中层角柱框架2直接在工厂预制而成。

本实施例中，所述预制中层中柱框架1包括纵向设置的中层中柱12以及两横向设置的中层中柱横梁11，两根中层中柱横梁11分别设置所述中层中柱12两侧，且两中层中柱横梁11的夹角为180°。所述预制中层角柱框架2包括纵向设置的中层角柱22以及两横向设置的中层角柱横梁21，两根中层角柱横梁21分别与所述中层角柱22相连，且两中层角柱横梁21的夹角为90°。所述中层中柱12与中层角柱22的轴心预留沿截面贯通的纵向预应力孔道121，用于贯穿所述预应力钢绞线8。

中层中柱横梁11与中层角柱横梁21的端部设有相互匹配的缺口部，且所述中层中柱横梁11与中层角柱横梁21经涂覆于两横梁缺口部的环氧树脂63相互相连。

现场安装时，所述预制中层中柱框架1与所述预制中层角柱框架2在水平方向上通过横梁端部的中层中柱横梁半圆柱体部分111和中层角柱横梁半圆柱体部分211形成的交错接缝6依次相连。两横梁端部的中层中柱横梁半圆柱体部分111和中层角柱横梁半圆柱体部分211也即是对应两横梁的缺口部。

所述交错接缝6为两个中层中柱横梁11与中层角柱横梁21端部的中层中柱横梁半圆柱体部分111和中层角柱横梁半圆柱体部分211部分相拼接成圆柱体的交错形成，包含端部的中层中柱横梁半圆柱体部分111和中层角柱横梁半圆柱体部分211中轴面之间的中部接缝61及中层中柱横梁半圆柱体部分111和中层角柱横梁半圆柱体部分211端面的边缘接缝62。

具体的，于所述中部接缝61处涂抹环氧树脂63粘接各横梁，使所述预制中层中柱框架1与所述预制中层角柱框架2连接形成标准结构单元，或使所述预制底层中柱框架3与所述预制底层角柱框架4连接形成上述底层支撑单元。若底层支撑单元和中层支撑单元的横梁交错接头处存在加工精度误差无法直接相连，可于边缘接缝62处设置橡胶制品64进行填充。

在本实施例中，所述预制转接段框架5由十六根转接段横梁51，八根转接段纵向柱52和一个连接板53组成，其中八根横梁用于连接各纵向柱52，另外八根横梁用于支撑所述连接板53，所述转接段纵向柱52中亦设有纵向预应力孔道521用于贯穿预应力钢绞线8，上述构件在工厂整浇预制形成所述预制转接段框架5。特别的，在本实施例中，为减轻预制转接段框架5的重量，其转接段纵向柱52的高度设置为标准结构单元的高度的一半。

进一步的，在本实施例中，为弥补上述预制转接段框架5减少的高度，底层支撑单元的底层中柱32及底层角柱42高度设置为其余标准结构单元高度的1.5倍。除高度不一样外，底层支撑单元结构形式及生产方式与其余标准结构单元相同，由预制底层中柱框架3及预制底层角柱框架4构成，其连接形式亦采用交错接缝6的形式相连。

同理，预制底层中柱框架3包括纵向设置的底层中柱32以及两横向设置的底层中柱横梁31，两根底层中柱横梁31分别设置所述底层中柱32两侧，且两底层中柱横梁31的夹角为180°。所述预制底层角柱框架4包括纵向设置的底层角柱42以及两横向设置的底层角柱横梁41，两根底层角柱横梁41分别与所述底层角柱42相连，且两底层角柱横梁41的夹角为90°。所述底层中柱32与底层角柱42的轴心设有用于通过预应力钢绞线8的通孔。

所述底层中柱横梁31与底层角柱横梁41的端部设有相互匹配的缺口部，且所述底层中柱横梁31与底层角柱横梁41经涂覆于两横梁缺口部的环氧树脂63相互相连。

水平方向上各结构单元连接完成后，将各结构单元沿高度依次吊装，并将所述预制转接段框架5放置于所有标准结构单元的顶部。所述预应力钢绞线8放置于贯通的纵向预应力孔道内121，并于预制转接段框架5的转接段纵向柱52顶部进行张拉并锚固，使所述各结构单元和预制转接段框架5连接形成整体框架。若纵向连接节点7存在加工精度误差无法直接相连时，可采用现场打磨或适当涂抹环氧树脂的方式调整水平度。

本发明可以有效增强风电机组支撑结构的安全性、提高其装配效率。

具体的，本发明基于传统格构式塔架基本结构形式，取消了传统格构式塔架的斜撑与节点螺栓连接，改用框架形式增加纵向柱数量，传力直接明了，保留了传统格构式塔架杆件式受力模式的优势，也有效地避免了传统格构式塔架中存在的节点螺栓疲劳松弛、斜撑受力不利的问题。框架中纵向柱及横梁的数量及布置形式会直接影响本发明的承载能力，具体实施时，熟悉此技术的人士可结合承载性能要求及经济指标要求对框架的具体布置做出修改。

此外，本发明所有的构件都没有涉及较为复杂的加工工艺及安装工艺，且节点螺栓的取消使得本发明的安装过程仅需吊装及直接张拉预应力钢绞线便可装配各预制构件形成整体支撑结构，极大地提高了装配效率，便于批量制造及安装，从而有效地降低了生产成本与施工时间，具有良好的经济效益，有利于推广。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，所述支撑结构顶端设置有待固定钢塔(9)，所述钢塔(9)顶端装设有风电机组(10)，其特征在于，

所述支撑结构包括：

底层支撑单元，所述底层支撑单元为矩形架体结构；

中层支撑单元，所述中层支撑单元设置于所述底层支撑单元上端，且所述中层支撑单元由若干标准结构单元重叠构成；

顶层支撑单元，所述顶层支撑单元设置于中层支撑单元的顶端；

若干预应力钢绞线，各预应力钢绞线分别贯穿纵向设置于底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的孔体，完成底层支撑单元、中层支撑单元和顶层支撑单元的纵向连接固定。

2.如权利要求1所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，所述底层支撑单元包括：

预制底层角柱框架(4)，所述预制底层角柱框架(4)分别设置于矩形结构的四个顶角处；

预制底层中柱框架(3)，所述预制底层中柱框架(3)设置于两相邻预制底层角柱框架(4)之间。

3.如权利要求2所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，

所述预制底层中柱框架(3)包括纵向设置的底层中柱(32)以及两横向设置的底层中柱横梁(31)，两根底层中柱横梁(31)分别设置所述底层中柱(32)两侧；

所述预制底层角柱框架(4)包括纵向设置的底层角柱(42)以及两横向设置的底层角柱横梁(41)，两根底层角柱横梁(41)分别与所述底层角柱(42)相连；

所述底层中柱(32)与底层角柱(42)的轴心设有用于通过预应力钢绞线(8)的通孔。

4.如权利要求3所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，所述底层中柱横梁(31)与底层角柱横梁(41)的端部设有相互匹配的缺口部，且所述底层中柱横梁(31)与底层角柱横梁(41)经涂覆于两横梁缺口部的环氧树脂(63)相互相连。

5.如权利要求1所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，所述标准结构单元包括：

预制中层角柱框架(2)，所述预制中层角柱框架(2)分别设置于矩形结构的四个顶角处；

预制中层中柱框架(1)，所述中层中柱框架(1)设置于两相邻预制底层角柱框架(4)之间。

6.如权利要求5所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，

所述预制中层中柱框架(1)包括纵向设置的中层中柱(12)以及两横向设置的中层中柱横梁(11)，两根中层中柱横梁(11)分别设置所述中层中柱(12)两侧；

所述预制中层角柱框架(2)包括纵向设置的中层角柱(22)以及两横向设置的中层角柱横梁(21)，两根中层角柱横梁(21)分别与所述中层角柱(22)相连；

所述中层中柱(12)与中层角柱(22)的轴心设有用于通过预应力钢绞线(8)的通孔。

7.如权利要求6所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，所述中层中柱横梁(11)与中层角柱横梁(21)的端部设有相互匹配的缺口部，且所述中层中柱横梁(11)与中层角柱横梁(21)经涂覆于两横梁缺口部的环氧树脂(63)相互相连。

8.如权利要求1所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，所述顶层支撑单元由预制转接段框架(5)构成；

所述预制转接段框架(5)包括转接段横梁(51)、转接段纵向柱(52)和连接板(53)，

各转接段纵向柱(52)经转接段横梁(51)相互连接构成矩形框体，

所述连接板(53)设置于矩形框体内侧，并经转接段横梁(51)分别与各转接段纵向柱(52)固定连接。

9.如权利要求8所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，所述转接段纵向柱(52)的轴心还设有用于通过预应力钢绞线(8)的通孔。

10.如权利要求1所述的风电机组预应力装配式混凝土框架支撑结构，其特征在于，所述顶层支撑单元的高度低于所述标准结构单元的高度。

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