[发明专利]一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混合导管架

说明书

本发明公开了一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混合导管架，涉及海上风力发电技术领域。该体系由风机、钢塔筒、转接装置，格构式导管架和钢桩构成。所述格构式导管架的角柱与所述钢桩采用法兰连接；所述转接装置布置于导管架顶部；所述钢塔筒与转接装置上部采用法兰连接；所述风机布置在钢塔筒上；所述格构式导管架可采用三角形或四边形，角柱均采用预应力中空夹层钢管混凝土；格构式导管架中的斜杆采用普通钢管，交叉节点灌注混凝土。格构式导管架主要构件采用中空夹层钢管混凝土和普通钢管，钢材和混凝土的用量减少，并对主要支撑杆件施加通长连续预应力，能够改善结构抗拉性能、防止混凝土开裂，是一种全新的海上风电导管架形式。

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域。

背景技术

风电作为一种清洁能源,近年来备受世界瞩目。海上风电相较普通风电而言,具有风速更大,运行更稳,可利用时间更长的显著优势,且海上风电场接近人口稠密、对用电需求量巨大的大中型城市,因此将成为风电行业蓝海,潜力巨大。

导管架式风机基础是目前海上风电结构使用较多的一种基础形式，可适用于大型风机和深海领域。海上风电结构在运行期间基础不仅承受水动力载荷，风机还会受到气动载荷的长期作用，结构内部频繁的交变应力有可能造成节点的疲劳破坏。传统导管架多采用格构式钢管导管架，定位及水平精度要求高，调平困难。现场拼装、灌浆、吊装周期过长，且水下灌浆质量要求高，施工工艺及设计参数控制难度大。

因此，为了有效利用我国丰富的海上风电资源，精简工程实施工序、工艺，提高施工质量，并缩短安装施工时间，减少节点处疲劳破坏，应对传统导管架的结构形式做出改进，研发出性能、成本和质量最优的导管架形式。

发明内容

本发明综合提出了一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混合导管架：上部为钢塔筒，下部为格构式导管架，减小构件尺寸的同时显著降低导管架上的风荷载和波浪荷载。格构式导管架中各杆件主要承受轴向力，充分发挥材料的强度。格构式导管架的角柱采用预应力中空夹层钢管混凝土，增加刚度的同时减少钢材和混凝土的用量，降低各构件的重量，便于运输和吊装，夹层混凝土部分设置先张法预应力筋，沿高度通长整体张拉，增加结构的稳定性和抗拉性能。斜向支撑构件采用交叉节点浇筑混凝土钢管，提升节点处的疲劳性能。结构构造简单、竖向和整体稳定性好，是一种全新的风机导管架形式。结构体系全部采用装配化建造方式，各构件均在工程或现场标准化生产，显著提高施工效率、保证施工质量、降低施工措施费用。

本发明的技术方案如下：

一种预应力中空夹层钢管混凝土格构式混合导管架，该结构包含风机、钢塔筒、转接装置、格构式导管架、钢桩。所述钢桩预先定位、沉桩，上部设置加劲法兰；所述格构式导管架的角柱与钢桩通过螺栓连接；所述格构式导管架顶部与转接装置相连；所述装接装置与钢塔筒相连；所述钢塔筒与风机相连。

所述格构式导管架中角柱采用预应力中空夹层钢管混凝土，夹层混凝土部分布置先张法预应力筋。斜杆采用普通钢管，于交叉节点处灌注混凝土，斜杆端部开洞并与角柱内钢管贯穿式连接，连接处设置开孔环隔板与纵向加劲肋，预应力筋从孔洞中穿过。

所述转接装置为1个锥形组合壳体。转接装置在工厂预制，由外层钢板、内层钢板和混凝土组成，在外层钢板内侧和内层钢板外侧，按一定间距焊接栓钉，再浇筑混凝土。混凝土可使用普通混凝土或轻骨料混凝土。上下通过法兰分别与塔筒和导管架连接。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)导管架与钢桩采用多垫片法兰连接，能够调整沉桩时产生的水平偏差，提高现场施工效率。

(2)所有构件均在工厂提前预制，在现场直接装配完成，显著提高施工效率，保证施工质量、降低施工措施费用。构件之间连接均采用干式连接，施工工艺简便，缩短施工周期、对环境污染少。