一种用于风电机组装配式混凝土塔筒水平接缝的加固结构

1.本实用新型属于风力发电技术领域，尤其涉及用于风电机组装配式混凝土塔筒水平接缝的加固结构。


背景技术：

2.近年来风力发电技术蓬勃发展，日益增高的发电量需求也对风电机组支撑结构即塔筒的强度和稳定性提出了更高的要求。在超高轮毂的情况下，目前常用钢-混凝土混合结构塔筒替代纯钢结构塔筒，以解决纯钢结构塔筒在加工、运输及成本等方面的诸多限制。钢-混凝土混合结构塔筒下部采用装配式预应力混凝土结构，上部采用钢结构，在控制成本的前提下极大地增强了支撑结构的抗侧刚度及稳定性。其下部的装配式预应力混凝土塔筒为多节段预制，并于现场进行拼装。现场拼装时，竖向多个节段通过水平接缝灌浆连接，并通过预应力钢绞线施加预压力使各节段之间压紧形成整体塔筒。
3.水平接缝处由于没有钢筋贯通，成为了塔筒结构中最为薄弱的部位，在承受极端外荷载作用时易开裂张开，影响塔筒整体的安全性。当水平接缝开裂时或者因更换机组等原因造成塔筒承载力需求特别是水平接缝抗剪承载力需求变高时，需要对水平接缝进行补强加固，否则可能导致混凝土塔筒的进一步压溃设置引起塔筒的整体崩塌。需要注意的是，由于在以往的设计中，考虑预应力将各节段压紧而不产生拉力，各节段构件的纵向钢筋往往采取构造配筋，无法为构件提供足够的抗弯承载力，因此在此种情况下应允许水平接缝张开从而保护节段构件不受弯曲破坏。另一方面，当水平接缝张开后，结构整体安全性主要受水平接缝的抗剪承载力控制。所以在加固时要尽可能多地提供抗剪承载力，并减少抑制水平接缝张开的约束力。因此，亟需研发出加固性能优越、施工简便且满足上述受力要求的水平接缝加固结构。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，为解决现有工程问题，提供了用于风电机组装配式混凝土塔筒水平接缝的加固结构，通过对承载能力需求变高的水平接缝进行结构加固，增强水平接缝抗剪承载力。
5.为达到以上目的，本实用新型提供了一种用于风电机组装配式混凝土塔筒水平接缝的加固结构，应用于装配式混凝土塔筒的水平接缝附近，该结构包括内包钢板、竖向滑移栓钉、新增填充层，所述内包钢板布置于装配式混凝土塔筒内，所述竖向滑移栓钉一端焊接在内包钢板之上，另一端嵌入上混凝土塔段及下混凝土塔段内部，所述新增填充层填充于所述内包钢板与装配式混凝土塔筒之间，并包裹所述竖向滑移栓钉。
6.根据一个优选的实施方式，所述内包钢板沿装配式混凝土塔筒内侧的预设位置处覆盖水平接缝、上混凝土塔段及下混凝土塔段，并与装配式混凝土塔筒间留有一定空隙。
7.根据一个优选的实施方式，所述竖向滑移栓钉截面设置为矩形，其上表面及下表面套有由低弹性模量材料制作而成的高压缩块。
8.前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；且本实用新型中的各项材料选择及基础工艺选择(各非冲突选择)之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。
9.本实用新型的有益效果：
10.(1)本实用新型能有效加固水平接缝。装配式混凝土塔筒在遭受极端外荷载作用时或更换大功率机组后，水平接缝由于没有钢筋贯通，可能会开裂张开，继续使用可能会由于张开截面承载力特别是抗剪承载力不足而导致整个风电机组的倒塌。本实用新型基于组合结构技术，采用内包钢板、嵌入栓钉及浇筑胶凝材料填充层的方式，支撑并加固原结构，减少原结构承担的荷载，可有效提高塔筒的承载能力特别是抗剪承载力。
11.(2)本实用新型能在显著提高水平接缝抗剪承载力的同时，不提供明显的抑制水平接缝竖向张开的约束力。当水平接缝承受较大外荷载而开裂张开后，塔筒整体安全主要受张开的水平接缝截面的抗剪承载力控制。但在常规的设计中，考虑预应力将塔筒各节段压紧而不产生拉力，各节段构件由于不受拉，其纵向钢筋往往采取构造配筋，无法为构件提供足够的抗弯承载力，因此在此种情况下应允许水平接缝张开从而保护节段构件不受弯曲破坏。本实用新型引入上、下表面设有高压缩块的竖向滑移栓钉，可提供竖向变形量而限制横向变形，从而极大地降低了加固结构提供的抑制水平接缝竖向张开的约束力，且不影响其提供的抗剪承载力。
12.(3)本实用新型所采用的加固结构，构件制作方便，施工方法简单，无环境及场地要求，适合多种风电场的应用。本加固结构的所有构件都没有涉及较为复杂的加工工艺及施工工艺，无论原结构水平接缝附近是否已发生损坏，均可进行加固，便于批量生产、制造及施工，从而有效地降低了生产成本与施工时间，具有良好的经济效益。
附图说明
13.图1是使用本实用新型加固结构后的立体结构剖视图；
14.图2是使用本实用新型加固结构后的立面剖视图；
15.图3是使用本实用新型加固结构前的立面剖视图；
16.图4是本实用新型的竖向滑移栓钉的立体构造示意图；
17.其中，1-内包钢板，2-竖向滑移栓钉，21-高压缩块，3-新增填充层，4-水平接缝，5-上混凝土塔段，6-下混凝土塔段。
具体实施方式
18.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
19.需要说明的是，为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对
本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.因此，以下对本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为该实用新型技术实施时惯用的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的构件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“布置”、“安装”、“连接”、“植入”等连接定义术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.另外，本实用新型要指出的是，本实用新型中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系等，则本实用新型涉及的结构、连接关系、位置关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
24.实施例1：
25.参考图1至图4所示，本实用新型公开了一种用于风电机组装配式混凝土塔筒水平接缝的加固结构。
26.本实用新型应用于装配式混凝土塔筒水平接缝4附近的加固，该结构采用组合结构技术，在本实施例中，所使用的构件包括内包钢板1、竖向滑移栓钉2、新增填充层3。
27.本实施例中，装配式混凝土塔筒截面形状均为圆环形，所述内包钢板1截面形状亦卷制为圆环形。内包钢板1沿装配式混凝土塔筒内侧覆盖水平接缝4、上混凝土塔段5及下混凝土塔段6，并与装配式混凝土塔筒间留有一定空隙。内包钢板1高度可根据计算所需加固范围自定。
28.本实施例中，所述竖向滑移栓钉2一端焊接在内包钢板1之上，另一端嵌入上混凝土塔段5及下混凝土塔段6内部，内包钢板1通过竖向滑移栓钉2与装配式混凝土塔筒连接。竖向滑移栓钉2截面形式设置为矩形，并在其上表面及下表面设置高压缩块21，高压缩块21由低弹性模量材料制作而成，可选择泡沫塑料、珍珠棉、橡胶等材料。
29.本实施例中，所述新增填充层3填充于所述内包钢板1与装配式混凝土塔筒之间的空隙之中，可使用混凝土、灌浆料或环氧树脂等胶凝材料，并包裹所述竖向滑移栓钉2。
30.具体的，上述加固结构的施工方法主要包括但不限于：制作内包钢板1；安装内包钢板1；浇筑新增填充层3。
31.具体的，制作内包钢板1的步骤包括：将钢板卷制并拼接为圆环形，拼接采用对接焊缝，外径小于装配式混凝土塔筒内径，内包钢板1高度可根据加固范围自定，但至少应完全包裹水平接缝4。使用泡沫塑料、珍珠棉、橡胶等低弹性模量材料制作高压缩块21，高压缩块长度宽度与竖向滑移栓钉2上、下表面尺寸保持一致，厚度根据所需竖向变形量确定。于
竖向滑移栓钉2上、下表面粘贴高压缩块21，并将竖向滑移栓钉2焊接于内包钢板1之上。
32.具体的，安装内包钢板1的步骤包括：在上混凝土塔段5及下混凝土塔段6上凿毛、钻孔并清除浮渣，孔洞深度不小于上混凝土塔段5及下混凝土塔段6壁厚的一半且不小于竖向滑移栓钉2直径的五倍。并在装配式混凝土塔筒内侧搭建支撑模板。将所述竖向滑移栓钉2 涂抹胶粘剂后嵌入上混凝土塔段5及下混凝土塔段6的孔洞中，并向孔中灌注胶粘剂封堵孔洞。将所述内包钢板1固定安装于装配式混凝土塔筒内侧的预设位置处，并与装配式混凝土塔筒之间留有一定空隙。
33.具体的，浇筑新增填充层3的步骤包括：对装配式混凝土塔筒各空隙处进型灌胶封堵处理，而后使用自密实混凝土、自流平高强灌浆料或环氧树脂等胶凝材料灌注内包钢板1与装配式混凝土塔筒之间的空隙，形成新增填充层5。胶凝材料灌注后包裹所述竖向滑移栓钉2，并与内包钢板1、水平接缝4、上混凝土塔段5及下混凝土塔段6粘接，养护至一定强度后拆卸支撑模板，完成所述新增填充层3的浇筑，并形成整体加固结构。
34.如果加固前装配式混凝土塔筒已有损坏，需先对其进行修复，凿除破损部分混凝土，植入钢筋网片，使用高强修补砂浆进行修补，并对已有混凝土裂缝进行压力灌浆闭合处理。
35.本实用新型可以有效加固装配式混凝土塔筒水平接缝并显著提高其抗剪承载力。
36.具体的，该加固结构可在显著提高水平接缝抗剪承载力的同时，不提供明显的抑制水平接缝竖向张开的约束力。装配式混凝土塔筒在水平接缝4开裂张开前与开裂张开后，抗剪机理及抗剪承载力计算模式差异较大。水平接缝4张开后，抗剪承载力由封闭截面的bredt扭转剪力流控制转为由开裂截面的saint venant扭矩控制，抗剪承载力大大降低。所以装配式混凝土塔筒在水平接缝4开裂张开前，结构安全由混凝土受压承载力控制，水平接缝4开裂张开后，结构安全由水平接缝4的抗剪承载力控制，且此时抗剪承载力极不容易达标。若通过增大预应力钢绞线的预压力控制水平接缝4不张开，容易造成混凝土的抗压承载力及疲劳强度的不足。若通过加固结构加强水平接缝4使之不开裂张开，又会使各预制塔段因抗弯承载力不足而破坏，这是因为在常规的设计中，考虑预压力将塔筒各节段压紧而不产生拉力，各节段构件由于不受拉，其纵向钢筋往往采取构造配筋，无法为构件提供足够的抗弯承载力。因此在预压力没能将各节段严格压紧的情况下，加固结构应允许水平接缝4张开从而保护节段构件不受弯曲破坏，又要提供足够的抗剪承载力以防止塔筒发生破坏。本实用新型引入上、下表面设有高压缩块21的竖向滑移栓钉2，高压缩块21由低弹性模量材料制作而成，在水平接缝4有开裂张开趋势时，高压缩块21会随之变形并带动竖向滑移栓钉2随着水平接缝4 的张开而与原结构产生相对滑移，从而提供了竖向变形量。而由于竖向滑移栓钉2水平方向上的两个表面未设置高压缩块21，所以水平方向上的位移和变形都受到了约束。内包钢板1、竖向滑移栓钉2及新增填充层3均能提供水平方向上抗剪扭承载力，从而有效减少了原结构承担的荷载，增强了塔筒的整体性的抗剪扭承载能力，且极大地降低了加固结构提供的抑制水平接缝竖向张开的约束力。
37.此外，本加固结构的所有构件都没有涉及较为复杂的加工工艺及施工工艺，无环境及场地要求，适合多种风电场的应用，便于批量生产、制造及施工，从而有效地降低了生产成本与施工时间，具有良好的经济效益，有利于推广。
38.前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均
为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
39.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。