[发明专利]一种先张法分片预制装配式预应力混凝土塔架结构

说明书

本发明提供了一种先张法分片预制装配式预应力混凝土塔架结构，其圆环形混凝土塔筒段由四片1/4圆弧形预制混凝土塔筒分片环向连接构成，相邻混凝土塔筒分片之间通过水平预应力弯螺栓连接成整环，所述圆弧形预制混凝土塔筒分片中的竖向钢筋采用混凝土浇筑前的先张法预应力筋；相邻节段混凝土塔筒段之间通过环向均匀布置的竖向预应力螺栓连接；顶段混凝土塔筒段通过环向均匀布置的竖向预应力螺栓与钢塔筒连接。本发明满足风电机组高空化、大型化的要求，同时可避免采用预应力钢绞线和灌浆连接方式，具有安装便捷、连接牢固、可回收重复利用且可批量流程化施工建造的特点。

技术领域

本发明属于低风速区风电机组高塔筒技术领域，具体涉及一种上部是常规钢制塔筒，下部是先张法分片预制装配式预应力混凝土塔筒。

背景技术

目前，我国传统风电机组支撑结构绝大多数采用钢制圆锥形塔筒，但随着我国风力发电行业的快速发展，风电机组单机容量越来越大，为了有效利用低风速区的风能资源，风电机组逐步向大型化高空化发展，与之匹配的轮毂高度和刚度要求不断增加。当轮毂高度超过100m时，由于常规公路运输尺寸的限制，钢塔筒底部直径通常不能超过4.3m，因此只能通过增加钢塔筒壁厚来提高结构的抗弯能力，导致材料和机加工成本会显著增加。随着轮毂高度的增加，钢制塔筒的整体柔性变大，导致塔顶位移过大，疲劳损伤问题凸显，严重影响风机正常运行；另外，全钢柔塔一阶自振频率低于叶轮的额定转速频率，即对于柔性塔架来说从叶轮起转到叶轮达到额定转速期间，会在某个转速点上与叶轮出现共振，虽可通过调整机组的控制策略使风机快速跳过这一转速，但会损失3%~5%左右的发电量。

钢混塔架下部采用混凝土塔筒、上部采用钢制塔筒，通过预应力钢绞线系统将钢塔筒、混凝土塔筒与风机基础相连，使混凝土塔筒结构整体处于预压状态以抵抗风电机组的弯矩作用，能满足大型风电机组轮毂高度和刚度的要求，避免柔塔的频率穿越问题，在高塔筒风电技术领域得到了一定的关注和推广应用。但现有钢混塔架方案均采用后张法，即在混凝土塔筒安装完成后通过体内或体外钢绞线对混凝土塔筒施加预紧力，随着塔筒高度的增加，预应力钢绞线系统的成本和张拉维护工序复杂、预应力损失严重以及灌浆连接养护施工难度大、周期长等因素均会制约现有钢混塔架方案在高塔筒领域的发展。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种先张法分片预制装配式预应力混凝土塔架结构，满足风电机组高空化、大型化的要求，同时可避免采用预应力钢绞线和灌浆连接方式，具有安装便捷、连接牢固、可回收重复利用且可批量流程化施工建造的特点。为此，本发明采用以下技术方案：

一种先张法分片预制装配式预应力混凝土塔架结构，所述塔架结构包括上部钢制塔筒和下部预应力混凝土塔筒，所述预应力混凝土塔筒由多节圆环形混凝土塔筒段竖向连接构成；其特征在于：

所述圆环形混凝土塔筒段由四片1/4圆弧形预制混凝土塔筒分片环向连接构成，相邻混凝土塔筒分片之间通过水平预应力弯螺栓连接成整环，所述圆弧形预制混凝土塔筒分片中的竖向钢筋采用混凝土浇筑前的先张法预应力筋；相邻节段混凝土塔筒段之间通过环向均匀布置的竖向预应力螺栓连接；顶段混凝土塔筒段通过环向均匀布置的竖向预应力螺栓与钢塔筒连接。

进一步地，所述混凝土塔筒分片通过先张法预制，混凝土强度等级在C50~C70之间，每段高15m~20m，在浇筑前先张拉预应力筋至控制应力，将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模板上，浇筑完混凝土待其强度保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，借助混凝土与预应力筋的粘结效应，在预应力筋弹性回缩阶段就对混凝土构件施加预应力；四片混凝土塔筒分片拼接成整环后由下至上逐段吊装，并通过竖向预应力螺栓连接成整体。