預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，由帶有垂直波形的單構(gòu)件體豎向組裝形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述單構(gòu)件體由兩層波形鋼板對稱扣合或者由一層鋼板與一層波形鋼板扣合，兩層鋼板之間形成間隔的柱體空腔，在柱體空腔的內(nèi)壁上沿軸向焊接加強筋，同時在柱體空腔內(nèi)設(shè)置拉桿并填充混凝土。本發(fā)明的優(yōu)點為該塔柱在兩層鋼板形成的柱體空腔內(nèi)填充混凝土，并利用加強筋使混凝土與柱體空腔形成一體，該柱體結(jié)構(gòu)截面減小、鋼材等用量減少、線性美觀、節(jié)約成本，塔體的抗柱狀失穩(wěn)能力提高，且塔頂基本不產(chǎn)生撓曲晃動；同時基座及塔身不使用法蘭，塔身直接作為基礎(chǔ)的一部分插入地下，省去了造價昂貴、施工量大的塔架基礎(chǔ)；另外塔體組裝靈活方便、運輸便捷。
【專利說明】預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種塔柱結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，屬于風(fēng)力發(fā)電及建筑領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的大型塔柱，大多采用鋼板卷制成圓筒形塔柱，為了抵抗高聳結(jié)構(gòu)自上而下的力矩，塔柱直徑較大、鋼板厚度較厚，同時塔柱由內(nèi)外至少兩層鋼板制成，由此導(dǎo)致鋼材用量增加、投資成本提高；其次，制成塔柱的圓筒是整體式的，直徑一般為3米至5米，運輸困難且運輸成本高；另外，塔柱沒有經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理，遇到強風(fēng)時，塔柱頂端在風(fēng)力的作用下容易產(chǎn)生較大的撓曲及晃動；再者，如果大型塔柱采用鋼筋混凝土式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)相當(dāng)笨重，不僅施工澆注難度大，施工周期長，而且不能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因此投建成本和管理成本都相當(dāng)高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能減少鋼材和混凝土使用量、塔頂基本不產(chǎn)生撓曲晃動、基座及塔身不使用法蘭、塔體組裝靈活方便、運輸便捷的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，由帶有垂直波形的單構(gòu)件體豎向組裝形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述單構(gòu)件體由兩層波形鋼板對稱扣合或者由一層鋼板與一層波形鋼板扣合，兩層鋼板之間形成間隔的柱體空腔，在柱體空腔的內(nèi)壁上沿軸向焊接加強筋，同時在柱體空腔內(nèi)設(shè)置拉桿并填充混凝土。
[0005]其中，在所述柱體空腔內(nèi)沿徑向間隔設(shè)置環(huán)狀鋼筋，該環(huán)狀鋼筋與加強筋連接或者與拉桿連接。在所述柱體空腔內(nèi)設(shè)置軸向延伸的螺旋狀鋼筋，該螺旋狀鋼筋與加強筋連接或者與拉桿連接。所述加強筋為波浪形、矩形或線狀結(jié)構(gòu)。
[0006]相鄰塔節(jié)之間設(shè)開有拉桿孔的連接裝置，且兩個相鄰塔節(jié)內(nèi)的拉桿分別穿過連接裝置的拉桿孔進入另一塔節(jié)內(nèi)，同時拉桿通過螺母固緊在連接裝置上。所述連接裝置為鋼混結(jié)構(gòu)。
[0007]在中部或下部位置的塔柱內(nèi)連接至少一節(jié)鋼圓筒。所述鋼圓筒的筒壁與塔柱內(nèi)壁之間留有間隙，并在該間隙內(nèi)填充混凝土并固定鋼筋。所述鋼圓筒由帶有水平波形的波形鋼板或者平鋼板卷制而成。
[0008]所述拉桿為預(yù)應(yīng)力鋼拉桿并帶有護套。
[0009]由于兩層鋼板的約束力以及拉桿的預(yù)應(yīng)力，使填充后的混凝土處于X、Y、Z三向受壓的高強度穩(wěn)定狀態(tài)，兩側(cè)的鋼板同時起到縱向鋼筋、橫向套箍及施工模板三個作用，而高強度預(yù)應(yīng)力鋼拉桿及填充的混凝土，又可以限制波形鋼板的波形屈曲及失穩(wěn)，鋼板在形成波紋形狀后本身就具有了極大的截面慣性矩，柱體空腔內(nèi)壁上的加強筋可使填充的混凝土與柱體空腔形成整體，從而有效防止混凝土從鋼板壁上脫落下來，這樣就制成了單件的預(yù)應(yīng)力波形鋼板混凝土構(gòu)件(簡稱單構(gòu)件體)，即豎向排列的預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，由該單構(gòu)件體組裝形成的塔柱結(jié)構(gòu)完成后,塔體的壁部抗拉強度,主要用拉桿承擔(dān),而塔體的抗壓強度和上部的載荷，主要由混凝土承擔(dān)，其次受力的才是波紋鋼板板壁，從而大大減少了鋼板用量，也減少了波紋鋼板的厚度，同時限制了混凝土豎向柱體的失穩(wěn)，減少了混凝土的使用量。
[0010]為保證塔柱結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性，還必須滿足以下要求:
[0011 ] 1、波紋鋼板對混凝土的約束效應(yīng)系數(shù)Ky不能小于0.6:
_馬Zs )’ —AJcd
[0013]2、截面含鋼率P。應(yīng)在0.03?0.08之間:
[0014]P =KJkc
[0015]3、混凝土的厚寬比應(yīng)在0.8?1.6之間。
[0016]上式中:AS—鋼板的截面面積，A。一混凝土的截面面積，fs—鋼板屈服強度值，fcd-混凝土抗壓強度值。
[0017]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點如下:1、鋼板形成波紋形狀后本身具有極大的截面慣性矩，提高了鋼板的抗柱狀失穩(wěn)能力；2、單構(gòu)件體帶有垂直波形(豎向波形)，具有很強的橫向抗剪能力，大大提高了塔身的抗橫向風(fēng)力的能力；3、與現(xiàn)有的塔柱結(jié)構(gòu)相比，為達到相同的抗柱狀失穩(wěn)力和抗橫向風(fēng)力，本發(fā)明在兩層鋼板形成的柱體空腔內(nèi)填充混凝土，并利用加強筋使混凝土與柱體空腔形成一體，該柱體結(jié)構(gòu)截面減小、鋼材等用量減少、線性美觀、節(jié)約成本；4、塔基與塔身之間不使用法蘭連接，節(jié)省了成本；5、塔身直接作為基礎(chǔ)的一部分插入地下，省去了造價昂貴、施工量大的塔架基礎(chǔ)；6、塔柱越高，經(jīng)濟性越好，可與普通單層鋼板卷制而成的圓筒形塔柱組合使用，例如在塔柱上部使用普通塔架，下部使用本發(fā)明的鋼混結(jié)構(gòu)塔柱，復(fù)合結(jié)構(gòu)可靈活處理。7、根據(jù)不同塔柱的高度要求，改變波形板的波形形狀、波高或波距等，從而改變柱體空腔內(nèi)混凝土的截面面積，這樣可以制造超大型塔柱，但鋼材的增加卻很少。8、該塔柱結(jié)構(gòu)采用單件的預(yù)應(yīng)力波形鋼板混凝土構(gòu)件組裝而成，可以多片、多節(jié)拼裝，也可以全部在工廠預(yù)制，或者將波形板片運至現(xiàn)場后拼裝，且該波紋板片可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，利于生產(chǎn)線式生產(chǎn)加工及生產(chǎn)線式防腐處理，降低生產(chǎn)制造成本，同時施工方便簡單、施工周期短，不需繁雜的綁扎鋼筋作業(yè)，節(jié)約了成本。9、波紋板片可層疊式運輸，占用空間小，大大提高了運能及運量，減低了運輸成本，并且解決了長途運輸或偏遠地區(qū)或有超限的路況對超大件物資的運輸限制。10、該塔柱充分利用波形鋼板、拉桿、混凝土及加強筋的優(yōu)點，減少了或大部分消除了塔體的彈性撓曲和晃動，增強了塔架抗傾覆能力。【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明單構(gòu)件體的主視圖；
[0019]圖2為圖1的A-A截面圖；
[0020]圖3a、3b、3c、3d、3e 均為圖1 的 B-B 截面圖；
[0021]圖4為本發(fā)明塔柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為圖4的C節(jié)點放大圖；
[0023]圖6為圖4的D節(jié)點放大圖；
[0024]圖7為圖4的E-E截面圖；
[0025]圖8為圖4的H-H截面圖；
[0026]圖9為圖7的G-G截面圖；
[0027]圖10為圖7的F節(jié)點放大圖；
[0028]圖11為圖8的I節(jié)點放大圖；
[0029]圖12為本發(fā)明單構(gòu)件體豎向連接圖；
[0030]圖13為本發(fā)明波形鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖14a、14b、14c均為本發(fā)明波形鋼板的波形示意圖；
[0032]圖15為本發(fā)明基礎(chǔ)不意圖。
【具體實施方式】
[0033]如圖13所示，預(yù)先將平鋼板加工成符合標(biāo)準(zhǔn)的帶有多個垂直(豎向)波形的鋼板即波形鋼板2，波形鋼板2的波形有多種，可以是連續(xù)的正弦波形，如圖14a所示；也可以是其它波形，例如半圓拱形、低拱形、方形等，如圖14b、14c所示。所用鋼板材料為Q345或更高級別耐腐蝕高強度熱軋鋼板，鋼板在加工波形后其表面要進行防腐處理。
[0034]將兩層波形鋼板對扣拼裝，或者一層波形鋼板與一層鋼板扣合，兩層鋼板的接觸部分用螺栓51以及螺母52連接，該螺栓51為高強度耐腐蝕熱鍍鋅螺栓，其熱鍍鋅量大于350g/m2,強度等級大于等于8.8級，同時根據(jù)實際需要可用一個或多個螺栓連接，參見圖3a、3b、3c、3d、3e所示。這樣在兩層鋼板之間形成數(shù)個間隔的柱體空腔，柱體空腔的厚度一般超過400mm，也就是兩層波形鋼板波頂至波頂?shù)木嚯x，即波形鋼板波高的兩倍；如果是一層波形鋼板與鋼板的組合，則柱體空腔的厚度為波形鋼板的波高。波紋的波距一般大于600mm。如圖2和圖3a所示，在柱體空腔的兩側(cè)內(nèi)壁上(兩層波形鋼板彼此相對的波頂位置)沿軸向間隔焊接若干矩形狀的加強筋6，該加強筋6也可為波浪形或者與內(nèi)壁成一定角度(例如90度)的線狀結(jié)構(gòu)，使得接下來填充的混凝土通過加強筋與柱體空腔內(nèi)壁凝固成整體，防止混凝土從內(nèi)壁上脫落。為了進一步防止混凝土脫落，還可以在柱體空腔內(nèi)沿徑向間隔設(shè)置環(huán)狀鋼筋7，該環(huán)狀鋼筋7的兩端焊接在加強筋6上，當(dāng)然該環(huán)狀鋼筋7也可以捆綁等方式焊接在接下來放入柱體空腔內(nèi)的拉桿3上，此時的環(huán)狀鋼筋7直徑略小。當(dāng)然，也不局限為環(huán)狀鋼筋7，如果采用軸向延伸的螺旋狀鋼筋焊接在加強筋或拉桿上也能達到類似的效果。雖然在圖3b-3e中沒有畫出加強筋6和環(huán)狀鋼筋7，但在這些圖中都可設(shè)置此類部件。在柱體空腔內(nèi)放入拉桿3，具體為高強度鋼拉桿，拉桿兩端帶有螺紋并配有螺母，以便預(yù)應(yīng)力張拉，拉桿的直徑一般大于40mm,其抗拉強度應(yīng)大于830Mpa,屈服強度應(yīng)大于730Mpa,參照圖12，拉桿3長度不夠時可通過高強拉桿專用連接螺母14連接，以達到塔柱的高度，應(yīng)當(dāng)注意的是，同一柱體空腔內(nèi)的兩根拉桿上的專用連接螺母需錯開一段距離，圖示的距離為L。拉桿上帶有護套15，該護套15為PVC材質(zhì)或金屬材質(zhì)的螺旋狀波紋管，設(shè)置護套15的目的在于防止?jié)仓幕炷聊痰揭欢ǔ潭缺闩c拉桿固緊從而無法張拉拉桿，而套上護套的拉桿在混凝土凝固到相同程度后仍可以在柱體空腔內(nèi)上下張拉活動，待拉桿錨固后再向護套與拉桿的空隙內(nèi)填充混凝土，從而使拉桿、護套與混凝土固緊為一體。如圖7和圖9所示，每個柱體空腔內(nèi)設(shè)置2根拉桿3，張拉后達到相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，承載塔壁的抗拉強度。在空腔柱體中澆筑混凝土 4，具體為具備相應(yīng)特性的微膨脹混凝土，具備實現(xiàn)本發(fā)明的坍落度及強度，混凝土標(biāo)號應(yīng)在C40以上。圖1為拼裝形成的單構(gòu)件體I結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為單構(gòu)件體豎向拼裝的示意圖，上下兩個單構(gòu)件體通過墊板和螺栓連為一體。如圖3d、3e所示，單構(gòu)件體I橫截面為平板狀或弧狀，由單構(gòu)件體拼裝而成的每節(jié)塔柱的截面為圓形或多邊形。如圖7和圖10所示，為了拼裝形成圓筒體塔柱，兩個單構(gòu)件體之間通過彎曲連接襯墊13和螺栓51以及相應(yīng)的螺母52連接。
[0035]如圖15所示，塔體基礎(chǔ)為混凝土擴大基礎(chǔ)，其中基礎(chǔ)混凝土 16深度H大于6米，待混凝土有相應(yīng)強度時，起吊安裝拼裝好的第一節(jié)塔柱，該塔柱底部與預(yù)設(shè)的混凝土基礎(chǔ)相連接。為了提高塔體的截面慣性矩，在第一節(jié)塔柱內(nèi)設(shè)置兩個由帶有橫向波形的波形鋼板卷制而成的鋼圓筒11，該鋼圓筒11的高度大于1000mm，橫向的波形的數(shù)量不小于4個波，塔體內(nèi)壁與鋼圓筒11筒壁之間的間隙達200毫米以上，并在間隙中澆筑混凝土，同時用鋼筋錨固，簡稱鋼混內(nèi)襯12，其放大圖參見圖6。在第一節(jié)塔柱的頂部按尺寸要求澆注鋼混結(jié)構(gòu)的用于連接第一節(jié)塔柱與第二節(jié)塔柱的連接裝置8，簡稱接頭，且接頭上預(yù)設(shè)了一節(jié)、二節(jié)塔柱的拉桿孔9，按第一節(jié)塔柱的施工順序施工第二節(jié)塔柱，兩節(jié)塔柱的對接方式參見圖8和圖11，該接頭同比以往使用的同徑法蘭或不同經(jīng)法蘭，制作方便且降低成本。第一節(jié)塔柱中的拉桿3穿過接頭上的拉桿孔9進入第二節(jié)塔柱，同時第二節(jié)塔柱中的拉桿3穿過接頭上的拉桿孔9進入第一節(jié)塔柱，然后張拉拉桿3并用螺母10錨固，具體結(jié)構(gòu)參見圖5。如圖4所示，按照上述方法從下而上安裝塔體，同時根據(jù)需要在塔體中部也設(shè)置鋼圓筒11。本發(fā)明的塔柱省去了地基法蘭、塔架基礎(chǔ)，而是直接將塔柱埋入地基中至少6米，不僅保證了塔體的穩(wěn)定性，而且施工方便。
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:由帶有垂直波形的單構(gòu)件體(I)豎向組裝形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述單構(gòu)件體由兩層波形鋼板(2)對稱扣合或者由一層鋼板與一層波形鋼板(2)扣合，兩層鋼板之間形成間隔的柱體空腔，在柱體空腔的內(nèi)壁上沿軸向焊接加強筋(6)，同時在柱體空腔內(nèi)設(shè)置拉桿(3)并填充混凝土(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述柱體空腔內(nèi)沿徑向間隔設(shè)置環(huán)狀鋼筋(7)，該環(huán)狀鋼筋(7)與加強筋(6)連接或者與拉桿(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述柱體空腔內(nèi)設(shè)置軸向延伸的螺旋狀鋼筋，該螺旋狀鋼筋與加強筋連接或者與拉桿連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述加強筋(6)為波浪形、矩形或線狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:相鄰塔節(jié)之間設(shè)開有拉桿孔(9)的連接裝置(8)，且兩個相鄰塔節(jié)內(nèi)的拉桿(3)分別穿過連接裝置的拉桿孔(9)進入另一塔節(jié)內(nèi)，同時拉桿通過螺母(10)固緊在連接裝置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述連接裝置(8)為鋼混結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:在中部或下部位置的塔柱內(nèi)連接至少一節(jié)鋼圓筒(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鋼圓筒(11)的筒壁與塔柱內(nèi)壁之間留有間隙，并在該間隙內(nèi)填充混凝土并固定鋼筋。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鋼圓筒由帶有水平波形的波形鋼板或者平鋼板卷制而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的預(yù)應(yīng)力鋼混組合式塔柱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述拉桿為預(yù)應(yīng)力鋼拉桿并帶有護套(15)。
【文檔編號】E04H12/16GK103669974SQ201310582718
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】戰(zhàn)福軍 申請人:南京聯(lián)眾建設(shè)工程技術(shù)有限公司