一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构的制作方法

本发明属于风力发电塔架设备领域，涉及一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构。

背景技术：

1、随着风电产业向大兆瓦、超高塔、山地复杂工况方向快速发展，桁架塔成为轮毂高度160m级以上陆上风电主流塔型之一。传统风电桁架塔为四柱式，其凭借自重轻、风阻小、分段运输便捷、现场装配效率高的优势，在风电塔筒领域得到广泛应用。但随着陆上单机容量突破10mw级别，风机运行荷载呈现机舱偏心弯矩大、气动扭矩幅值高、湍流耦合效应强的特征，现有桁架塔结构逐渐暴露出抗扭性能不足、结构刚度有限等问题，难以适配超大兆瓦超高塔的长期安全服役要求。

2、现有桁架塔采用“上部钢塔+转换段+下部四柱桁架”的传力形式，风机整机荷载通过顶部转换段承接，并通过转换段将荷载传递给下方桁架塔承担，其中四根角柱承担轴压与弯矩荷载，角柱内部贯穿的钢绞线承担拉荷载，立面交叉斜腹杆承担外部扭矩。该结构体系存在以下不足：

3、（1）四根主角柱组成正方形框架结构，其四边形结构存在菱形畸变自由度。在风机运行产生的扭转力矩作用下，塔身截面易发生对角滑移与菱形变形，导致塔架整体扭转变形量大、塔顶扭转角超标。

4、（2）目前桁架塔的抗扭承载主要依赖各立面的交叉斜腹杆通过拉压形成力偶抵抗外部扭矩，四柱结构仅设置四组斜腹杆参与抗扭，抗扭受力杆件数量少、结构超静定冗余度低，使得扭转应力高度集中于局部斜腹杆及节点位置，杆件长期处于高幅交变应力状态，极易产生疲劳损伤、松动甚至开裂，严重影响超高桁架塔的服役安全性与使用寿命。

5、（3）传统桁架塔所有上部竖向荷载、弯矩及扭矩均通过转换段集中传递，导致转换段受力复杂、局部应力集中严重。为满足承载需求，转换段关键承力区需采用铸造件，制造成本高昂，且铸造件与普通钢构件通过焊接连接，焊缝区刚度突变、残余应力大，在往复扭转和风振作用下，极易发生疲劳破坏。

6、综上，当前超高风电桁架塔普遍存在结构抗扭机理缺陷、扭转变形大、疲劳风险高、全生命周期刚度稳定性差等技术痛点，行业亟需一种从结构拓扑上根除菱形畸变缺陷、实现高抗扭、高刚度、可自适应调控的新型风电桁架塔结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，包括由下至上依次连接的内核心筒和钢塔筒，所述钢塔筒上端设置叶片；

4、所述内核心筒外侧设置周向分布的角柱，相邻的两个角柱之间设置环带桁架，每个角柱与内核心筒之间设置径向桁架，径向桁架和环带桁架沿着角柱由上至下设置若干层，每相邻的两层径向桁架之间设置伸臂桁架。

5、本发明的进一步改进在于：

6、所述角柱由下至上依次向内倾斜设置。

7、所述径向桁架一端与内核心筒的外侧壁连接，另一端与角柱的侧壁连接；

8、所述伸臂桁架倾斜设置，伸臂桁架一端与角柱连接，另一端与内核心筒连接，且伸臂桁架位于上下相邻的两层径向桁架之间。

9、所述角柱由若干个钢管混凝土段沿高度方向拼接而成。

10、所述内核心筒和钢塔筒的连接处设置转换段，所述角柱的上端均与转换段连接。

11、所述内核心筒的直径小于等于钢塔筒的直径。

12、所述角柱上设置节点板，所述节点板上开设安装槽，所述环带桁架和角柱之间通过节点连接板连接；

13、所述节点连接板一端与安装槽连接，另一端与环带桁架连接。

14、所述节点连接板、安装槽和环带桁架上均开设对应的铆钉孔，所述节点连接板一端嵌入至安装槽内部，另一端嵌入至环带桁架内部，通过在铆钉孔内安装环槽铆钉配合完成节点角柱和环带桁架的装配。

15、所述内核心筒或角柱内部设置轴向分布的若干个预应力钢绞线。

16、所述内核心筒内部下端设置核心筒基础承台，角柱下端设置角柱基础承台。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明公开了一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，内核心筒外侧设置周向分布的角柱，相邻角柱之间设置环带桁架，使得外框筒形成周向闭合的刚性箍，克服了传统四边形桁架塔存在的菱形畸变自由度缺陷，在受扭时不会发生对角滑移与截面翘曲，提升了外框筒自身的局部抗扭刚度，每个角柱与内核心筒之间设置径向桁架，且径向桁架和环带桁架沿角柱由上至下设置若干层，每相邻两层径向桁架之间设置伸臂桁架，使内核心筒与外框筒通过径向桁架和伸臂桁架形成多层空间连接网络，扭转发生时径向桁架和伸臂桁架能够约束内外筒的相对转动并将内外筒的转角差锁固，使扭矩沿径向与周向全域均匀传递、多杆协同耗能，降低了塔架整体扭转角并避免了扭转应力集中于局部杆件及节点处，解决了传统四柱桁架塔因抗扭杆件数量少、结构超静定冗余度低而导致的疲劳损伤和开裂问题，避免菱形畸变缺陷，提升整体抗扭刚度与抗疲劳性能。

19、进一步的，本发明中，角柱由下至上依次向内倾斜设置，减小了塔架顶部的截面尺寸，降低了塔顶区域的迎风面积和风荷载作用力，保证了超大兆瓦风机在超高塔架条件下的结构稳定性。

20、进一步的，本发明中，径向桁架水平连接于内核心筒与角柱之间，以及伸臂桁架倾斜设置于上下相邻两层径向桁架之间且两端分别连接角柱和内核心筒，使得内核心筒与外框筒通过水平径向桁架和斜向伸臂桁架形成多层空间刚性连接网络，当结构承受扭转荷载时，水平径向桁架能够将扭矩沿径向向内核心筒传递，倾斜的伸臂桁架则同时承担竖向剪力与水平扭矩，约束内外筒的相对转动并将转角差锁固，提升整体结构的抗扭刚度并降低塔顶扭转变形量。

21、进一步的，本发明中，角柱由若干个钢管混凝土段沿高度方向拼接而成，使得角柱能够根据塔高灵活调整节段数量。

22、进一步的，本发明中，内核心筒和钢塔筒的连接处设置转换段，且角柱的上端均与转换段连接，使上部钢塔筒传递的竖向压力通过转换段分别传递至内核心筒和外框筒角柱，形成双重并联传力路径，避免了传统结构中全部荷载仅由外框筒经转换段集中传递导致的应力集中问题，同时角柱上端均与转换段连接保证了外框筒各肢的受力均匀性和荷载分配的对称性。

23、进一步的，本发明中，节点连接板、安装槽和环带桁架上均开设对应的铆钉孔，节点连接板一端嵌入安装槽内部、另一端嵌入环带桁架内部，并通过铆钉孔与环槽铆钉配合完成节点装配，节点板与环带桁架之间形成双剪切面受力状态，提升了节点的抗剪承载力和连接刚度。

24、进一步的，本发明中，内核心筒内部设置轴向分布的若干个预应力钢绞线，预应力钢绞线对内核心筒施加竖向预压力，使核心筒在承受风致水平荷载和扭转荷载时能够有效抵抗拉应力并延缓混凝土开裂。

1.一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，包括由下至上依次连接的内核心筒（3）和钢塔筒（8），所述钢塔筒（8）上端设置叶片（10）；

2.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述角柱（2）由下至上依次向内倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述径向桁架（5）一端与内核心筒（3）的外侧壁连接，另一端与角柱（2）的侧壁连接；

4.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述角柱（2）由若干个钢管混凝土段沿高度方向拼接而成。

5.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述内核心筒（3）和钢塔筒（8）的连接处设置转换段（7），所述角柱（2）的上端均与转换段（7）连接。

6.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述内核心筒（3）的直径小于等于钢塔筒（8）的直径。

7.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述角柱（2）上设置节点板（15），所述节点板（15）上开设安装槽，所述环带桁架（6）和角柱（2）之间通过节点连接板（16）连接；

8.根据权利要求7所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述节点连接板（16）、安装槽和环带桁架（6）上均开设对应的铆钉孔，所述节点连接板（16）一端嵌入至安装槽内部，另一端嵌入至环带桁架（6）内部，通过在铆钉孔内安装环槽铆钉（17）配合完成节点角柱（2）和环带桁架（6）的装配。

9.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述内核心筒（3）或角柱（2）内部设置轴向分布的若干个预应力钢绞线（11）。

10.根据权利要求1所述的一种大容量风机空间抗扭桁架塔结构，其特征在于，所述内核心筒（3）内部下端设置核心筒基础承台（102），角柱（2）下端设置角柱基础承台（101）。