一种风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段
阅读说明：本技术 一种风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段 (Steel-concrete composite structure switching section of wind generating set ) 是由 谭继可 李守振 周绪红 王宇航 邓然 曹锋 王康 罗伟 李强 周扬 郭松龄 曾 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段,涉及陆上风力发电技术领域。该转接段包括外钢壳、内钢壳、外侧短加劲肋、内侧短加劲肋、抗剪栓钉、环向钢筋、径向拉筋、夹层混凝土,所述转接段上部与钢塔筒底部通过长螺杆进行螺栓连接,所述转接段下部通过灌浆的方式与混凝土塔筒顶部连接,并通过张拉预应力钢绞线压紧连接界面。将本发明应用到钢-混凝土混合塔筒结构中,将有效改善转接段的受力性能,减少材料用量并降低施工成本。(The invention discloses a steel-concrete combined structure switching section of a wind generating set, and relates to the technical field of onshore wind power generation. This switching section includes outer steel casing, interior steel casing, outside short stiffening rib, inboard short stiffening rib, shear bolt nail, hoop reinforcing bar, radial lacing wire, intermediate layer concrete, switching section upper portion and steel tower bobbin base portion carry out bolted connection through the long screw, the switching section lower part is connected through the mode of grout and concrete tower bobbin top to compress tightly the interface through stretch-draw prestressing steel strand wires. The invention is applied to the steel-concrete mixed tower cylinder structure, so that the stress performance of the switching section is effectively improved, the material consumption is reduced, and the construction cost is reduced.)
技术领域
本发明涉及陆上风力发电技术领域。
背景技术
为了降低弃风率和风电运输成本，以提高风电能源的市场竞争力，我国的风电能源开发的重心已从高风速区向低风速区转移，这对风力发电机的装机容量和轮毂高度提出了更高的要求。钢-混凝土混合塔筒是近年发展起来的塔筒形式，克服了钢塔筒刚度小、稳定性问题突出和经济高度低，以及混凝土塔筒自重大、施工周期长的缺点，在低风速区得到了广泛的应用。
在钢-混凝土混合塔筒中，转接段是连接上部钢塔筒和下部混凝土塔筒的重要构件，具有受力复杂的特点，而传统的钢筋混凝土转接段存在制作过程复杂、施工周期长、表面易产生裂缝等缺点。因此，需要研发一种具有良好受力性能且便于施工的混合塔筒转接段。
发明内容
技术问题：本发明提供一种具有良好受力性能且施工便捷的混合塔筒组合式转接段。
技术方案：本发明的风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段，包含外钢壳、内钢壳、外侧短加劲肋、内侧短加劲肋、抗剪栓钉、环向钢筋、径向拉筋、夹层混凝土，所述外钢壳和内钢壳同心放置，所述夹层混凝土位于外钢壳和内钢壳之间的空腔内，所述夹层混凝土内部预留预应力孔道和长螺杆孔道，所述转接段上部与钢塔筒底部通过长螺杆进行螺栓连接，所述转接段下部通过灌浆的方式与混凝土塔筒顶部连接，并通过张拉预应力钢绞线压紧连接界面。
进一步的，本发明的风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段，其特征在于：所述外钢壳由外钢壳竖直段和外钢壳倾斜段组成，所述内钢壳由内钢壳竖直段、内钢壳水平段和内钢壳裙边组成。
进一步的，本发明的风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段，其特征在于：所述内钢壳水平段预留预应力孔洞和长螺杆孔洞，以使得长螺杆和预应力钢绞线得以穿过，所述预应力孔洞所在圆周的直径小于长螺杆孔洞所在圆周的直径，所述抗剪栓钉均匀地布置在外钢壳的内侧和内钢壳的外侧。
进一步的，本发明的风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段，其特征在于：所述外侧短加劲肋沿环向均匀地焊接在外钢壳内侧，所述内侧短加劲肋沿环向均匀地焊接在内钢壳外侧，所述外侧短加劲肋和内侧短加劲肋上分别预留有可为环向钢筋或径向拉筋穿过的外加劲肋孔洞和内加劲肋孔洞，所述外加劲肋孔洞和内加劲肋孔洞的位置在高度方向对应。
进一步的，本发明的风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段，其特征在于：所述环向钢筋和径向拉筋的长度不小于12D，其中D为钢筋直径，所述环向钢筋的端部没有弯钩，连接相邻的两个外侧短加劲肋或内侧短加劲肋，所述径向拉筋的端部有直角弯钩，连接同一径向方向的外侧短加劲肋和内侧短加劲肋，所述环向钢筋和径向拉筋按照设计要求沿高度方向交错布置，所述径向拉筋弯钩的方向沿高度方向交错相反布置。
进一步的，本发明的风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段，其特征在于：所述环向钢筋的端部没有弯钩，连接相邻的两个外侧短加劲肋或内侧短加劲肋，所述径向拉筋的端部有直角弯钩，连接同一径向方向的外侧短加劲肋和内侧短加劲肋，所述环向钢筋和径向拉筋按照设计要求沿高度方向交错布置，所述径向拉筋弯钩的方向沿高度方向交错相反布置。
有益效果：本发明相对于现有技术具有以下优点：
(1)本发明所公开的组合式转接段相较于传统的钢筋混凝土转接段，具有外形美观、施工方便、施工质量高的优点。本发明中的钢构件可在工厂预制并焊接；短加劲肋上设置有可为拉筋穿过的孔洞，便于拉筋的定位及安装；夹层混凝土中无需配置钢筋，避免了繁琐的钢筋绑扎过程，既保证了施工质量也提高了施工效率。
(2)本发明所公开的组合式转接段的内钢壳和外钢壳通过内、外侧短加劲肋和径向拉筋连接，且内钢壳外侧和外钢壳内侧布置有抗剪栓钉，提高了结构的整体受力性能。一方面，此构造保证了内钢壳和外钢壳之间，以及内外钢壳和夹层混凝土之间有可靠的传力路径，使结构整体参与受力；另一方面，短加劲肋可保证夹层混凝土的连续性。
(3)本发明所公开的组合式转接段充分利用了钢材和混凝土的材料性能，且具有良好的耐久性。通过抗剪栓钉和短加劲肋的作用，使得钢构件和混凝土协同工作，充分利用了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能；夹层混凝土被内、外钢壳所包裹，避免了由于转接段表面产生裂缝而造成的结构耐久性问题。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明的剖面示意图
图3为外钢壳与外侧短加劲肋和抗剪栓钉连接示意图；
图4为内钢壳与内侧短加劲肋和抗剪栓钉连接示意图；
图5为内、外侧短加劲肋与环向钢筋和径向拉筋连接示意图；
图中：1-外钢壳、13-外钢壳竖直段、14-外钢壳倾斜段、2-内钢壳、21-内钢壳竖直段、22-内钢壳水平段、23-内钢壳裙边、24-预应力孔洞、25-长螺杆孔洞、3-外侧短加劲肋、31-外加劲肋孔洞、4-内侧短加劲肋、41-内加劲肋孔洞、5-抗剪栓钉、6-环向钢筋、7-径向拉筋、8-夹层混凝土、81-预应力孔道、82-长螺杆孔道、9-钢塔筒、10-长螺杆、11-混凝土塔筒、12-预应力钢绞线。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步描述。
如图1和图2所示，一种风力发电机组的钢-混凝土组合结构转接段，涉及陆上风力发电技术领域。该转接段包含外钢壳1、内钢壳2、外侧短加劲肋3、内侧短加劲肋4、抗剪栓钉5、环向钢筋6、径向拉筋7、夹层混凝土8，所述外侧短加劲肋3和内侧短加劲肋4的厚度不宜小于12mm，所述外钢壳1和内钢壳2同心放置，所述夹层混凝土8位于外钢壳1和内钢壳2之间的空腔内，所述夹层混凝土8内部预留预应力孔道81和长螺杆孔道82，所述转接段上部与钢塔筒9底部通过长螺杆10进行螺栓连接，所述转接段下部通过灌浆的方式与混凝土塔筒11顶部连接，并通过张拉预应力钢绞线12压紧连接界面。
如图3和图4所示，所述外钢壳1由外钢壳竖直段13和外钢壳倾斜段14组成，所述外钢壳竖直段13和外钢壳倾斜段14的比例范围为[0,1]，具体取值根据实际设计的计算结果确定。所述内钢壳2由内钢壳竖直段21、内钢壳水平段22和内钢壳裙边23组成，设置所述内钢壳裙边23的目的是为了便于灌浆工艺的操作。所述内钢壳裙边23按一定的角度倾斜，以增加内钢壳裙边23根部位置的截面积，提高局部抗力，具体倾斜角度根据实际设计的计算结果确定。所述内钢壳水平段22预留预应力孔洞24和长螺杆孔洞25，以使得长螺杆10和预应力钢绞线12得以穿过，所述预应力孔洞24所在圆周的直径小于长螺杆孔洞22所在圆周的直径，所述抗剪栓钉5均匀地布置在外钢壳1的内侧和内钢壳2的外侧。所述外侧短加劲肋3沿环向均匀地焊接在外钢壳1内侧，所述内侧短加劲肋4沿环向均匀地焊接在内钢壳2外侧，所述外侧短加劲肋3和内侧短加劲肋4上分别预留有可为环向钢筋6或径向拉筋7穿过的外加劲肋孔洞31和内加劲肋孔洞41，所述外加劲肋孔洞31和内加劲肋孔洞41的位置在高度方向对应，且孔洞直径不宜小于环向钢筋6或径向拉筋7的直径与混凝土骨料最大粒径之和。
如图5所示，所述环向钢筋6和径向拉筋7的长度不小于12D，其中D为钢筋直径，所述环向钢筋6的端部没有弯钩，连接相邻的两个外侧短加劲肋3或内侧短加劲肋4，所述径向拉筋7的端部有直角弯钩，连接同一径向方向的外侧短加劲肋3和内侧短加劲肋4，所述环向钢筋6和径向拉筋7按照设计要求沿高度方向交错布置，所述径向拉筋7弯钩的方向沿高度方向交错相反布置。
以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似方式替代，这些也应视作本发明的保护范围。
尽管本文较多地使用了：1-外钢壳、13-外钢壳竖直段、14-外钢壳倾斜段、2-内钢壳、21-内钢壳竖直段、22-内钢壳水平段、23-内钢壳裙边、24-预应力孔洞、25-长螺杆孔洞、3-外侧短加劲肋、31-外加劲肋孔洞、4-内侧短加劲肋、41-内加劲肋孔洞、5-抗剪栓钉、6-环向钢筋、7-径向拉筋、8-夹层混凝土、81-预应力孔道、82-长螺杆孔道、9-钢塔筒、10-长螺杆、11-混凝土塔筒、12-预应力钢绞线等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。
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