环形预应力装置、系统及施工方法与流程

本技术涉及风力发电，特别涉及一种环形预应力装置、系统及施工方法。

背景技术：

1、风电塔筒长期承受交变风荷载与振动作用，筒身易出现竖向、斜向裂缝，结构承载力下降，工程上常采用体外环向预应力方式对塔筒进行加固补强。

2、现有技术中，塔筒体外预应力加固通常将预应力件布置于塔筒外壁，并使预应力件与塔筒外壁直接贴合，通过拉紧预应力件对塔筒施加环向压应力。然而，该种方式需在预应力件的张拉端设置复杂的锚固系统，锚固结构繁复，施工工序多、周期长，且高空作业环境下操作难度进一步增加。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种环形预应力装置、系统及施工方法，无需复杂的张拉设备和专用锚固系统，使得锚固结构简化，施工工序减少，有效降低了操作难度和施工风险，提升了加固施工的效率和安全性。

2、第一方面，本发明提供了一种环形预应力装置，包括：

3、预应力件，用于环绕待加固段的外壁面设置；

4、锚固结构，用于连接所述预应力件的两端；所述锚固结构包括：

5、至少两个间隔设置的锚固件，至少一个所述锚固件与所述预应力件的一端连接，至少另一个所述锚固件与所述预应力件的另一端连接；

6、预紧组件，连接于所述预应力件两端所连接的两个所述锚固件，用于调节所述两个锚固件之间的间距以张紧所述预应力件。

7、有益效果：此环形预应力装置，由于设置了间隔布置的锚固件以及连接于两个锚固件之间的预紧组件，通过预紧组件调节两个锚固件的间距即可张紧预应力件，能够将传统的主动张拉方式转化为收紧式被动张拉，无需复杂的张拉设备和专用锚固系统，使得锚固结构简化，施工工序减少。在高空受限作业环境下，仅需常规工具即可完成预应力施加，有效降低了操作难度和施工风险，提升了加固施工的效率和安全性。

8、并且，通过调节两个锚固件的间距来施加预应力，预应力大小可通过预紧组件的调节量精准控制，能够根据不同加固需求灵活调整预拉力值，保证预应力施加的均匀性和准确性。同时，预应力件环绕待加固段外壁设置，张紧后可沿周向对待加固段施加连续均匀的环向压应力，有效抵消待加固段运行中产生的环向拉应力，从根源抑制裂缝的萌生和扩展，提升待加固段的抗裂承载力和结构延性。

9、此外，锚固结构与预应力件集成化设计，整体装置体积小、重量轻，安装占用空间少，不仅适用于圆形截面结构的环向加固，也可灵活适配方形、矩形等多种截面形式的待加固构件，适用范围广泛。同时，装置构造简单、部件少，便于工厂预制和现场装配，有效降低了材料成本和施工成本，具有良好的工程应用价值和经济效益。

10、在一种可选的实施方式中，所述锚固件包括相连接的锁紧部和调节部，所述锁紧部用于锚固所述预应力件的端部，所述调节部用于连接所述预紧组件。

11、有益效果：锚固件采用锁紧部与调节部分区设置的结构，由于锁紧部用于锚固预应力件端部，调节部用于连接预紧组件，两部分功能明确，能够使锚固和预紧两大功能相对独立，互不干扰，有效避免了单一结构同时承担多种功能导致的应力集中问题，提升了锚固件的整体可靠性和使用寿命。

12、在一种可选的实施方式中，所述锁紧部内开设有锁紧槽，所述锁紧槽沿所述预应力件的延伸方向贯穿所述锁紧部，所述预应力件的端部自所述锁紧槽的一端穿入并锚固于所述锁紧槽内。

13、有益效果：锁紧槽为预应力件的端部提供了容纳空间和锚固位置。由于锁紧槽沿预应力件的延伸方向贯穿锁紧部，预应力件在锁紧槽内的受力路径与预应力件的延伸方向一致，保证了预应力件在锚固段内受力路径平直，避免因弯折而产生的应力集中或附加弯矩，从而保证预应力的有效传递。同时，贯穿式的锁紧槽结构使得预应力件的端部可以从锁紧槽的一端穿入，在锁紧槽的内部完成锚固，结构紧凑且锚固可靠。

14、在一种可选的实施方式中，沿所述预应力件的受力方向，所述锁紧槽的槽宽逐渐收缩；

15、所述锚固件还包括多个锁紧件，多个所述锁紧件可拆卸地设于所述锁紧槽内，用于夹持所述预应力件的端部；

16、当多个所述锁紧件装入所述锁紧槽内时，所述预应力件的端部夹设于多个所述锁紧件之间，且所述锁紧件的外壁面与所述锁紧槽的内壁面抵接。

17、有益效果：锁紧槽的槽宽沿预应力件的受力方向逐渐收缩，使得锁紧槽内部形成一个锥形空间。该锥形空间为锁紧件提供了楔紧配合的基础。锁紧件直接接触并夹持预应力件，其可拆卸性便于装配和更换。多个锁紧件的设置使得夹持力在预应力件端部的周向上均匀分布，避免了单侧夹持可能导致的应力集中或夹持不稳。

18、在一种可选的实施方式中，所述锁紧件与所述预应力件之间设有粘接层。

19、有益效果：通过在锁紧件与预应力件的接触界面之间设置粘接层，能够在锁紧件与预应力件之间产生粘接力，该粘接力与锁紧件对预应力件的机械夹持力协同作用，共同抵抗预应力件在张拉过程中的滑移趋势，从而进一步增强锚固的可靠性。

20、在一种可选的实施方式中，所述预紧组件包括多个预紧件，沿所述锚固件的高度方向，多个所述预紧件间隔设置。

21、有益效果：多个预紧件的设置使得两个锚固件之间的连接力在高度方向上分布于多个位置，相比于仅设置单个预紧件的方案，能够有效避免预紧力集中作用于锚固件的某一局部区域，从而防止锚固件因局部受力过大而产生变形或损坏。同时，沿锚固件的高度方向间隔设置的多个预紧件，能够将预紧力均匀地传递至锚固件的各高度位置，进而通过锚固件均匀地传递至预应力件，保证了预应力件在宽度方向上受力均匀，避免因受力不均导致的预应力件偏斜或局部应力集中。

22、在一种可选的实施方式中，所述预紧件被配置为螺栓，所述调节部上开设有安装孔；

23、所述螺栓穿设于两个所述锚固件的所述安装孔，以连接两个所述锚固件。

24、有益效果：由于预紧件被配置为螺栓，通过旋拧螺栓或螺母即可精确控制螺栓的预紧力。螺栓穿设于两个锚固件的调节部上的安装孔内，将两个锚固件连接。操作人员只需使用常规工具（如扭矩扳手）旋拧螺母，即可对螺栓施加预紧力，使螺栓沿其轴向产生拉伸形变。该拉伸形变转化为两个锚固件沿螺栓轴向的相对位移，即两个锚固件之间的间距缩小，从而带动预应力件张紧。整个预紧力的施加过程无需专用的张拉设备，操作简便，尤其适用于风电混塔高空作业空间受限的施工环境。

25、在一种可选的实施方式中，所述预紧组件还包括多个垫片，所述垫片设于所述预紧件与所述锚固件之间，用于防止所述预紧件松动。

26、有益效果：垫片设置于预紧件（即螺栓）与锚固件之间的接触界面处，能够在螺栓头或螺母与锚固件的调节部表面之间形成一层中间过渡介质。一方面，垫片能够增大螺栓头或螺母与锚固件之间的接触面积，减小接触压应力，避免在施加预紧力时因局部压力过大而在锚固件表面产生压痕或凹陷，保护了锚固件表面的结构完整性。

27、在一种可选的实施方式中，所述预应力件为柔性的带状结构，所述带状结构以面接触方式贴合于待加固段的外壁面，用于向待加固段的外壁面施加环向压应力。

28、有益效果：柔性材质使得预应力件能够弯曲并紧密贴合于待加固段的弧形或锥形外壁面，适应风电混塔等圆形或锥形截面结构的曲面形状。由于预应力件具有柔性，在张紧过程中，预应力件能够随外壁面的曲率变化而自然弯曲，与待加固段的外壁面保持紧密贴合，避免因刚度不匹配而产生的局部脱离或间隙，保证了环向压应力能够沿周向连续、均匀地传递至待加固段的外壁面。

29、在一种可选的实施方式中，所述预应力件为碳纤维材质。

30、有益效果：碳纤维材质具有轻质高强的特性，其密度约为钢材的五分之一，而抗拉强度则远高于普通钢材。采用碳纤维材质作为预应力件，在相同的预应力施加需求下，碳纤维材质预应力件的自重远小于钢绞线等传统预应力材料，降低了装置的整体重量。由于风电混塔加固属于高空作业，减轻单组装置的重量意味着无需大型起重设备辅助即可完成安装，有效降低了高空作业的施工难度和安全风险。

31、第二方面，本发明还提供了一种环形预应力系统，包括：

32、所述的环形预应力装置，所述环形预应力装置设有多个，多个所述环形预应力装置沿待加固段的高度方向间隔设置。

33、有益效果：此环形预应力系统，多个环形预应力装置沿待加固段的高度方向间隔设置，使得待加固段在高度方向的不同位置分别形成多道独立的环向预应力加固带。各加固带在待加固段的高度方向上间隔分布，沿待加固段的高度方向形成多道环向预压应力分布带，共同对待加固段进行加固补强，提升了加固效果。相比于单圈加固，多圈间隔设置的方式能够在待加固段的高度方向上形成连续的预压应力覆盖，有效抑制沿塔筒高度方向分布的裂缝，恢复并提升塔筒的整体承载能力。

34、第三方面，本发明还提供了一种用于风电塔筒加固的施工方法，应用于所述的环形预应力装置，所述施工方法包括：

35、将所述预应力件环绕于待加固段的外壁面；

36、将所述预应力件的两端分别与至少两个间隔设置的所述锚固件连接；

37、通过所述预紧组件连接与所述预应力件两端相连的两个所述锚固件；

38、调节所述预紧组件，使两个所述锚固件之间的间距减小，以张紧所述预应力件，从而对所述待加固段施加环向预应力。

39、有益效果：此用于风电塔筒加固的施工方法，由于设置了间隔布置的锚固件以及连接于两个锚固件之间的预紧组件，通过预紧组件调节两个锚固件的间距即可张紧预应力件，能够将传统的主动张拉方式转化为收紧式被动张拉，无需复杂的张拉设备和专用锚固系统，使得锚固结构简化，施工工序减少。在高空受限作业环境下，仅需常规工具即可完成预应力施加，有效降低了操作难度和施工风险，提升了加固施工的效率和安全性。