[发明专利]一种预应力混凝土-钢组合风力发电塔架连接装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电塔架，具体为一种风力发电塔架混凝土塔段与钢塔段连接装置。 

背景技术

风能是一种清洁能源，资源储备量大，也是目前国内外重点开发的新能源型式之一。我国风力资源分布广泛，在西北部、中部以及东部沿海地区都有很好的风力资源，风力发电的发展前景相当广阔。现阶段，为了解决传统钢制塔筒的运输问题、成本问题、耐久性和使用年限的问题，运用混凝土和钢两种材料组成混凝土和钢组合结构塔筒成为一种新的选择。这种组合塔筒中，混凝土塔段与钢结构塔段的连接是保证其结构体系安全性的关键所在。现有的风力发电塔架结构体系中一般使用传统的钢制过渡段的钢法兰与混凝土塔段连接，上部钢塔段再与钢制过渡段连接，形成组合塔架结构体系。并在混凝土中引入预应力，预应力钢绞线或预应力锚栓锚固在法兰盘上。

传统的法兰连接方式由于法兰盘自身刚度的限制，当预应力施加位置间距较大时，法兰盘下部混凝土在环向布置的两个相邻预应力孔洞之间混凝土的竖向应力分布不均匀，甚至会出现拉应力，存在塔顶混凝土局部开裂的可能性。连接段为组合结构风力发电塔架的重要构件，其使用的安全性会影响塔架的整体使用寿命。

实用新型《一种混凝土—钢结构复合风电塔架》（授权公告号：CN202031370U）提出一种钢结构与混凝土结构的连接方式，在钢制法兰上焊接钢筋与混凝土连接，并通过高强螺栓与上部钢结构连接。该连接方式为与混凝土的刚性连接。一方面，由于塔筒弯矩极大，仅仅依靠焊接钢筋往往无法满足抵弯强度的需要；另一方面，此种刚性连接在混凝土连接处会产生较大的拉应力，使得混凝土开裂，影响使用性能。此方案中钢制法兰与混凝土的连接部位还会产生较大的应力集中现象，容易产生局部受压难以满足要求的问题。混凝土塔段的混凝土裂缝宽度难以控制到规范要求的范围。

实用新型《一种混凝土风电塔架》（授权公告号：CN202031371U）提出一种钢结构与混凝土结构的连接方式，在钢制法兰焊接钢筋与混凝土连接，通过高强螺栓与上部钢结构连接。该连接方式也存在以上同样的问题。

实用新型《用于连接混凝土塔筒和钢塔筒的装置》（授权公告号：CN202673588U）提出一种钢结构与混凝土结构的连接方式，在钢制法兰焊接张拉端，并同时焊接加劲肋。该连接方式是针对体外预应力张拉方式。 

发明内容

本发明的目的在于，针对现有组合结构风力发电塔架中连接钢段与混凝土段的连接方法存在混凝土存在拉应力、压应力分布不均匀以及混凝土塔筒段钢筋混凝土裂缝宽度难以控制和难以满足设计规范对裂缝宽度的要求等方面的不足，提供一种预应力混凝土-钢组合风力发电塔架连接装置，减轻混凝土塔顶压应力分布的不均匀程度，减小钢制法兰下表面混凝土的拉应力大小，避免混凝土塔顶局部受压状况，同时通过引入预应力使得混凝土塔段处于竖向受压应力状态，有效控制混凝土塔段的裂缝宽度，或者避免混凝土塔段开裂，进而提高组合塔架结构的结构安全性、耐久性和抗疲劳特性。

本发明的技术方案为，一种预应力混凝土-钢组合风力发电塔架连接装置，包括上、下两段中心轴线重合且半径一致的连接钢筒，上段连接钢筒的顶端通过连接机构与上部钢制塔段连接；上段连接钢筒与下段连接钢筒之间安装张拉锚固法兰，下段连接钢筒的底面安装下连接法兰，张拉锚固法兰的中轴线、下段连接钢筒的中轴线及下连接法兰的中轴线在一条直线上，且下段连接钢筒的顶端筒壁位于张拉锚固法兰外侧环面与侧内环面之间，所述下段连接钢筒的底端筒壁位于下连接法兰外侧环面与侧内环面之间；该连接装置还设有预应力施加构件，所述张拉锚固法兰与下连接法兰分别均匀设有供预应力施加构件穿过的法兰孔，且张拉锚固法兰的法兰孔与下连接法兰的法兰孔数量一致且二者的法兰孔上下一一对应；所述预应力施加构件顺次穿过张拉锚固法兰的法兰孔、下连接法兰的法兰孔而穿入下部混凝土塔段，且预应力施加构件在张拉后其顶端锚固在下段连接钢筒的顶面；所述张拉锚固法兰、下连接法兰之间浇筑混凝土，形成预应力混凝土结构，并在预应力混凝土结构中设有供预应力施加构件穿过的预应力孔道。