预制装配式梁板基础、组装方法及设计方法与流程

本发明涉及风电设备，具体涉及一种预制装配式梁板基础、组装方法及设计方法。

背景技术：

1、我国陆上风电是风电新增装机的核心主体，占年度新增装机总量的90%以上。陆上风电塔筒主要分为钢制塔筒与钢混塔筒两种结构形式，其中钢混塔筒凭借其结构刚度大、材料成本可控及适应高塔架需求等优势，行业渗透率已达40%左右且呈持续攀升趋势，已成为陆上风电塔筒领域的主流发展方向。

2、当前，陆上风机钢混塔筒基础普遍采用现浇施工工艺。然而，该工艺存在以下技术弊端：常规现浇基础混凝土方量约为1000m3，需配套100至120车次商品混凝土运输，对风场道路运输条件要求较高；同时，大体积混凝土的现场浇筑与养护受环境温度、湿度及施工连续性等条件制约，基础易出现施工冷缝、温度裂缝及内部空腔等质量缺陷，影响风机基础长期运行的安全性与耐久性；此外，现浇工艺在低温环境下施工困难，难以满足冬季施工要求。上述问题制约了风电场的高效、高质量建设。

3、相较于现浇基础，预制装配式基础的构件可在工厂完成标准化预制生产，产品质量可控，施工现场仅需进行拼装作业，能够大幅提升施工效率，并有效规避现浇工艺面临的上述技术难题。然而，目前国内外针对适配钢混塔筒的预制装配式基础，其结构方案及技术体系尚缺乏系统性研究，存在明显的技术空白，亟需提出一种结构合理、施工便捷且适配钢混塔筒的预制装配式基础方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种预制装配式梁板基础、组装方法及设计方法，以解决现有钢混塔筒基础采用现浇施工工艺所导致的施工质量难以控制、施工效率低及难以冬季施工的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种预制装配式梁板基础，包括上环体预制构件、下环体预制构件、第一锚栓组件、第二锚栓组件及多片基础预制构件；所述下环体预制构件设置于基础垫层之上，多片所述基础预制构件沿环向依次拼装于所述下环体预制构件的顶部，所述上环体预制构件设置于多片所述基础预制构件的顶部；所述基础预制构件靠近所述下环体预制构件一侧的下端设有台阶状缺口，所述台阶状缺口的水平配合面与所述下环体预制构件的上表面配合，所述台阶状缺口的竖向配合面与所述下环体预制构件的外周面配合；所述上环体预制构件的下表面与所述基础预制构件的上表面配合；相邻两片所述基础预制构件之间、所述下环体预制构件与所述基础预制构件之间以及所述上环体预制构件与所述基础预制构件之间形成的拼装缝中填充有填充材料；所述第一锚栓组件穿设于所述上环体预制构件与所述基础预制构件之间；所述第二锚栓组件穿设于所述下环体预制构件与所述基础预制构件之间。

4、一种实施例中，还包括环向预应力组件，所述环向预应力组件沿环向环绕多片所述基础预制构件设置。

5、一种实施例中，还包括塔筒预应力组件，所述下环体预制构件、所述基础预制构件及所述上环体预制构件中分别预留有供所述塔筒预应力组件穿设的安装孔；所述塔筒预应力组件自上而下依次穿设所述上环体预制构件、所述基础预制构件及所述下环体预制构件，经张拉后对所述上环体预制构件与所述下环体预制构件施加竖向收缩紧束力，使所述上环体预制构件与所述下环体预制构件产生相对收紧趋势，以将位于所述上环体预制构件与所述下环体预制构件之间的所述基础预制构件夹持紧固，约束各预制构件之间的竖向相对位移。

6、一种实施例中，所述上环体预制构件的下表面沿环向设有凸起部，所述基础预制构件的上表面设有与所述凸起部相适配的凹槽。

7、一种实施例中，所述基础预制构件包括台柱、底板和肋梁；所述台柱沿竖向设置，其水平投影呈扇形，多个所述基础预制构件沿环向拼装成环时，各所述台柱的扇形水平投影依次拼合形成完整圆环，所述扇形的圆心角与环向分片数相对应；所述台柱的顶面与所述上环体预制构件的下表面配合，所述台柱的底端设有用于与所述下环体预制构件凹凸定位配合的所述倒l型缺口；所述底板沿水平方向设置于所述台柱的底端外侧，所述底板的底面与基础垫层配合；所述肋梁呈直角三角形板状，其一直角边与所述台柱的外侧面连接、另一直角边与所述底板的上表面连接，所述肋梁、所述台柱及所述底板三者一体浇筑成型并围合形成三角形加劲结构。

8、一种实施例中，所述上环体预制构件和所述下环体预制构件均由若干沿环向均分的弧形预制块沿环向依次拼接、围合形成完整环体，相邻所述弧形预制块之间通过预埋连接钉钢板组件焊接连接；所述预埋连接钉钢板组件包括钢板及设于所述钢板一侧的若干连接钉，所述连接钉锚固于对应所述弧形预制块的混凝土内，所述钢板的板面外露于所述弧形预制块的所述环向接缝端面，相邻两所述弧形预制块的所述钢板在所述环向接缝端面处焊接固定。

9、一种实施例中，所述第一锚栓组件沿竖直方向贯穿所述上环体预制构件与所述基础预制构件，以将所述上环体预制构件与所述基础预制构件固定连接；所述第二锚栓组件沿水平方向贯穿所述下环体预制构件与所述基础预制构件，以将所述下环体预制构件与所述基础预制构件固定连接。

10、第二方面，本发明提供了一种预制装配式梁板基础的组装方法，包括：

11、s1、浇筑基础垫层；

12、s2、在所述基础垫层的顶面、且对应所述基础预制构件的预设安装位置铺设铺沙层；

13、s3、将所述下环体预制构件吊装就位；

14、s4、在所述下环体预制构件与各所述基础预制构件之间的拼装缝、以及相邻两片所述基础预制构件之间的拼装缝处施作填充材料，随后沿环向将各所述基础预制构件依次吊装至所述下环体预制构件的顶部，使所述台阶状缺口的水平配合面与所述下环体预制构件的上表面配合、所述台阶状缺口的竖向配合面与所述下环体预制构件的外周面配合；

15、s5、在所述上环体预制构件与各所述基础预制构件之间的拼装缝处施作填充材料，随后将所述上环体预制构件吊装至各所述基础预制构件的顶部，使所述上环体预制构件的下表面与所述基础预制构件的上表面配合；

16、s6、安装所述第一锚栓组件、所述第二锚栓组件和所述环向预应力组件，使所述第一锚栓组件穿设于所述上环体预制构件与所述基础预制构件之间、所述第二锚栓组件穿设于所述下环体预制构件与所述基础预制构件之间；

17、s7、将钢混塔筒安装于所述上环体预制构件之上，对钢混塔筒的塔筒预应力组件进行安装及张拉。

18、一种实施例中，所述上环体预制构件和所述下环体预制构件均由若干沿环向均分的弧形预制块沿环向依次拼接、围合形成完整环体；

19、所述组装方法在所述s3之前还包括：将若干所述弧形预制块沿环向依次拼接，使相邻所述弧形预制块的钢板的端面在环向接缝端面处相互抵接，并将相互抵接的所述钢板焊接固定，以形成所述下环体预制构件；

20、所述组装方法在所述s5之后还包括：将若干所述弧形预制块沿环向依次拼接，使相邻所述弧形预制块的钢板的端面在环向接缝端面处相互抵接，并将相互抵接的所述钢板焊接固定，以形成所述上环体预制构件。

21、第三方面，本发明提供了一种预制装配式梁板基础的设计方法，其包括以下步骤：

22、步骤一，基于初始结构参数，采用气动载荷与结构动力学耦合求解的方式，计算作用于塔筒及预制装配式梁板基础上的设计载荷；

23、步骤二，根据所述设计载荷，分别对塔筒结构及预制装配式梁板基础进行结构设计与性能验算，获得更新后的结构参数及基础刚度；

24、步骤三，基于更新后的结构参数及基础刚度，重新计算设计载荷并进行整机频率复核；

25、步骤四，判断是否同时满足以下收敛条件：

26、整机固有频率位于预设区间；

27、塔筒结构的强度、疲劳及预应力验算满足设计准则；

28、预制装配式梁板基础的整体稳定性、强度、疲劳及连接节点强度满足设计准则；

29、若全部满足，则输出最终的结构设计方案；若任一不满足，则返回步骤三继续迭代，直至全部收敛条件满足。

30、本发明具有如下意想不到的有益效果：

31、1、本发明的上环体预制构件、下环体预制构件、基础预制构件能够在工厂标准化生产，混凝土浇筑、振捣及养护条件可控，从根本上避免了现浇基础的施工冷缝、温度裂缝及内部空腔等质量缺陷。现场仅需完成构件吊装、拼装缝填充及锚栓安装等干式作业，大幅减少现场湿作业量与商品混凝土运输需求，显著缩短了施工周期。并且，基础预制构件底板直接坐落于基础垫层之上，无需底板灌浆，避免了灌浆料在低温环境下凝结硬化困难的问题，有效拓展了可施工窗口期。

32、2、本发明的基础预制构件下端的台阶状缺口通过水平配合面与竖向配合面分别实现竖向定位与径向定位，使构件吊装落位时即自动完成双向定位，无需额外定位工装；上环体预制构件下表面的凸起部与基础预制构件上表面的凹槽适配配合，在拼装时实现环向定位，在受力时通过侧面抵接传递水平剪力，防止相对滑移。

33、3、本发明的环向预应力组件对拼装成环的基础预制构件施加环向预压应力，使各分片紧密贴合、协同受力；第一、第二锚栓组件分别将上环体预制构件、下环体预制构件与基础预制构件固定连接，形成完整传力路径。基础预制构件中台柱、底板与肋梁一体浇筑围合形成三角形加劲结构，充分利用三角形几何不变性，显著提高构件抗弯刚度与抗剪承载力，使分片拼装后的基础整体性能满足钢混塔筒的荷载传递要求。

34、4、本发明的上环体预制构件和下环体预制构件均由若干弧形预制块沿环向拼接、通过预埋连接钉钢板组件焊接形成完整环体，既解决了大直径环体构件整体运输困难的问题，又通过钢板焊接与连接钉锚固实现了环向接缝的可靠连接，使拼装后的环体具有与整浇环体相当的结构性能。