一种采用螺栓U环连接的风电混塔预制塔筒及其施工方法与流程

一种采用螺栓u环连接的风电混塔预制塔筒及其施工方法
技术领域
1.本发明涉及风电混塔预制塔筒技术领域，尤其是一种采用螺栓u环连接的风电混塔预制塔筒及其施工方法。


背景技术：

2.随着风电行业的发展，风力资源被不断开发利用，在这样的形式下对风电混塔的需求量日益见长。传统的塔筒采用现浇式，但是这样会产生施工时间长，冬季施工质量不易保证等问题，而采用预制混凝土塔筒有缩短工期，解决冬季施工困难的特点。
3.传统的预制构件连接紧固装置多采用螺栓连接的方式，这种连接方式通常会产生对孔困难常常需要进行二次开孔，刚度不足等情况。同时，承载能力不易保证。


技术实现要素：

4.本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种采用螺栓u环连接的风电混塔预制塔筒及其施工方法，通过使用抗拉型u型螺栓连接装置，增加了连接面的刚度，提高套筒抗拔能力，从竖向受力的角度看u型螺栓也作为剪力件，提升板段间的抗剪能力；使用低屈服强度高塑性套筒填充套筒缝隙，提高螺栓连接刚度并削弱了应力集中，降低对孔难度，减小了精度不稳定的混凝土预制构件与螺栓之间的相对滑移，实现塔筒分片之间高强度且高精度的拼装。
5.本发明目的实现由以下技术方案完成：一种采用螺栓u环连接的风电混塔预制塔筒，其特征在于：该风电混塔预制塔筒由塔筒弧形段分片和塔筒平直段分片拼装构成，其中所述塔筒弧形段分片和所述塔筒平直段分片分别具有连接面，所述塔筒弧形段分片的连接面与所述塔筒平直段分片的连接面相适配，在两者的所述连接面设置有u型螺栓连接装置，所述u型螺栓连接装置将所述连接面连接固定，使所述塔筒弧形段分片和所述塔筒平直段分片构成整体。
6.所述u型螺栓连接装置包括无螺纹套筒、垫板、低屈服强度高塑性套筒、高强螺栓以及u型套筒，其中所述无螺纹套筒预埋在所述塔筒弧形段分片内，所述u型套筒预埋在所述塔筒平直段分片内且与所述无螺纹套筒构成位置对应，所述高强螺栓拧入所述无螺纹套筒和所述u型套筒固定连接，所述低屈服强度高塑性套筒位于所述无螺纹套筒和所述高强螺栓之间，所述垫板位于所述高强螺栓的螺帽与所述塔筒弧形段分片的连接面表面之间。
7.所述垫板上开设有所述低屈服强度高塑性套筒可穿过的孔洞，且该孔洞的孔径小于所述高强螺栓的螺帽；所述无螺纹套筒的外径大于所述垫板上的所述孔洞，内径大于所述低屈服强度高塑性套筒的外径，长度与所述塔筒弧形段分片厚度相等；所述低屈服强度高塑性套筒的内径大于所述u型套筒的外径。
8.所述u型套筒包括弯曲段和平直段，所述弯曲段的两端分别连接有所述平直段，所述弯曲段埋设在所述塔筒平直段分片内且所述平直段的局部伸出于所述塔筒平直段分片的连接面的表面。
9.所述弯曲段为实心u型钢，所述平直段为具有内螺纹的套筒。
10.所述低屈服强度高塑性套筒的外径小于所述无螺纹套筒的内径，长度长于所述无螺纹套筒。
11.所述无螺纹套筒焊接在所述塔筒弧形段分片的纵向钢筋上。
12.在所述塔筒弧形段分片内设置有与u型套筒相对应的两个所述无螺纹套筒，所述无螺纹套筒的轴线与所述塔筒弧形段分片的轴线相垂直，且两个所述无螺纹套筒相平行。
13.根据上述的采用螺栓u环连接的风电混塔预制塔筒的拼装方法，其特征在于：所述拼装方法包括以下步骤：在塔筒弧形段分片内预埋无螺纹套筒，在塔筒平直段分片内预埋u型套筒并使所述u型套筒的平直段局部伸出于其连接面表面；吊装所述塔筒弧形段分片至设计位置，再将所述塔筒平直段分片吊装至对应位置，将所述u型套筒的伸出部分对准并插入所述无螺纹套筒，使所述塔筒弧形段分片和所述塔筒平直段分片对齐并构成初步定位；将低屈服强度高塑性套筒插入所述无螺纹套筒中，盖上垫板，拧入高强螺栓使所述低屈服强度高塑性套筒逐步压入所述无螺纹套筒，待所述待低屈服强度高塑性套筒全部压入所述无螺纹套筒后，向所述高强螺栓施加预紧力，完成拼装连接。
14.所述无螺纹套筒与所述塔筒弧形段分片的钢筋焊接，所述u型套筒与所述塔筒平直段分片的钢筋焊接；焊接完成后进行构件浇筑。
15.本发明的优点是：预埋u型的螺杆设计提高了连接刚度，构件整体性增强；大套筒对小螺杆的设计降低了对孔难度；低屈服强度高塑性套筒受力变形填充缝隙，减小了精度不稳定的混凝土预制构件与螺栓之间的相对滑移；结构简单合理，安拆方便，适于推广。
附图说明
16.图1为本发明的使用状态示意图；图2为本发明中u环抗拉式连接件的正视图；图3为本发明中u环抗拉式连接件的结构示意图；图4为本发明的使用流程图。
具体实施方式
17.以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1
‑
4所示，图中标记1
‑
12分别表示为：塔筒弧形段分片1、塔筒平直段分片2、u型螺栓连接装置3、垫板4、无螺纹套筒5、低屈服强度高塑性套筒6、高强螺栓7、u型套筒8、对接面9、对接面10、实心u型钢11、套筒12。
18.实施例：如图1所示，本实施例中采用螺栓u环连接的风电混塔预制塔筒，其分为塔筒弧形段分片1和塔筒平直段分片2，预制塔筒由四块塔筒弧形段分片1和四块塔筒平直段分片2拼装构成闭合结构；通过将塔筒分片分为弧形段和平直段这两个部分，可有效提高预制塔筒的模块化程度，便于设计及生产。
19.如图1所示，塔筒弧形段分片1和塔筒平直段分片2在两者的对接部位分别设置有
相适配的对接面9和对接面10，其中塔筒弧形段分片1的对接面9自塔筒平直段分片2一侧内凹，塔筒平直段分片2的对接面10自塔筒弧形段分片1一侧内凹，从而使对接面9和对接面10构成相适配的凹凸配合并且使塔筒弧形段分片1和塔筒平直段分片2的内、外两侧表面均平齐。
20.在各塔筒弧形段分片1和塔筒平直段分片2的对接部位处设置有u型螺栓连接装置3，该u型螺栓连接装置3将对接面9和对接面10连接固定，从而将各塔筒弧形段分片1和塔筒平直段分片2拼接构成整体结构。
21.具体而言，如图2和图3所示， u型螺栓连接装置3中包括：垫板4、无螺纹套筒5、低屈服强度高塑性套筒6、高强螺栓7以及u型套筒8。其中，塔筒弧形段分片1预埋无螺纹套筒5；塔筒平直分段2预埋u型钢管套筒8。垫板4为开有可穿过低屈服强度高塑性套筒6的圆孔，且高强螺栓7的螺帽不可穿过此圆孔。无螺纹套筒5的外径大于垫板预留孔洞、内径大于低屈服强度高塑性套筒6的外径、长度与塔筒弧形段分片1厚度相等。低屈服强度高塑性套筒6的钢套筒外径小于无螺纹套筒5内径，内径大于u型套筒8的外径，长度长于无螺纹套筒5，高塑性钢强度为176mpa。高强螺栓7为10.9级及以上等级的高强螺栓。u型套筒8为平直段为具有内螺纹的套筒12，弯曲段为实心u型钢11，实心u型钢11的两端分别设置有套筒12。
22.在本实施例中，u型套筒8的局部埋入塔筒平直段分片2中，埋入部分包括全部实心u型钢11和套筒12的局部，即套筒12的部分外露伸出于对接面10的内侧表面，其外露部分套筒可穿过无螺纹套筒5。
23.结合图1和图2所示，在使用本实施例中的u型螺栓连接装置3进行塔筒弧形段分片1和塔筒平直段分片2的拼装时，包括以下步骤：1）预埋构件：埋置无螺纹套筒5于塔筒弧形段分片1，埋置u型套筒8于塔筒平直段分片2，并与相应段纵向钢筋焊接，浇筑构件。在预埋式，u型套筒8两侧的套筒12外露于对接面10的内侧表面。
24.2）吊装对准：将塔筒弧形段分片1吊装至预制塔筒的设计位置，再将塔筒平直段分片2吊装至塔筒弧形段分片1的一侧，将对接面10与对接面9相对准。之后将u型套筒8外露部的套筒12分别对准并一一穿入塔筒弧形段分片1所埋置的两个无螺纹套筒5之中，并将塔筒弧形段分片1和塔筒平直段分片2板片对齐。
25.3）拧紧螺栓：将低屈服强度高塑性套筒6插入无螺纹套筒5中，盖上垫板4，拧高强螺栓7使低屈服强度高塑性套筒6逐步压入无螺纹套筒5，待低屈服强度高塑性套筒6全部压入无螺纹套筒5后，将给高强螺栓7施加预紧力，完成拼装连接。
26.通过使用抗拉型的u型螺栓连接装置3连接预制塔筒分片，增加了连接面的刚度，提高套筒抗拔能力，从竖向受力的角度看u型螺栓也作为剪力件，提升板段间的抗剪能力。同时，利用低屈服强度高塑性套筒6变形特性填充物螺纹套筒5和高强螺栓7之间的缝隙，提高了螺栓连接刚度并削弱了应力集中的问题，同时降低对孔难度，减小了精度不稳定的混凝土预制构件与螺栓之间的相对滑移。
27.在本实施例中，步骤1）中无螺纹套筒5的轴线均与预制塔筒分片轴线垂直，两个无螺纹套筒5平行布置。步骤3）中施加预紧力使用扭矩扳手或限力扳手控制每个高强螺栓7施加预紧力一致，24小时后通过拧紧力矩即可抽查检测预紧力损失，确保预紧力达到标准。
28.本实施例在具体实施时：无螺纹套筒5及u型套筒8可采用球墨铸铁筒，也可以采用
其他材质的套筒，如不锈钢套筒等。
29.实际施工时，可根据具体需要，对u型套筒8的中部外径和上下两端外径的取值大小进行相应调整。
30.垫板4为刚性垫板；无螺纹套筒5为刚性套筒。
31.虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。