一种采用型钢环梁连接的风电混塔预制塔筒及其施工方法
技术领域
本发明涉及风电混塔预制塔筒
技术领域
，尤其是一种采用型钢环梁连接的风电混塔预制塔筒及其施工方法。背景技术
随着风电项目开发进程加速，为满足低风速地区及丘陵、林区的抗湍流、大切变的机组的要求，塔架轮毂高度呈现出向100m以上的发展趋势。下半部分采用混凝土塔筒，上半部分采用钢塔筒的混合式塔架，解决了传统钢塔筒高度过大后结构刚度不够，造价过高，运输困难等问题，以其优越的综合性能满足了大型风电机组高空化要求，应用前景广阔。
传统现浇混凝土塔筒存在施工复杂、养护周期长、模板拆卸繁琐、混凝土施工质量难以保证等问题，难以满足大型风力发电机组批量化、流程化的施工建造要求，如今预制装配式混凝土塔筒集约化预制生产，混凝土板片远距离运输，现场快速拼接，与传统现浇塔筒相比施工周期以及工程量等方面均具有显著优势，预制装配式混凝土塔筒是低风速地区风电领域混塔发展的最优选择。
目前，风电塔筒混凝土节段间纵向连接普遍采用穿筋坐浆的方法，此类方法往往存在高空穿孔对位难度大；灌浆区域较小，灌浆料在狭小区域内流动性差，难以灌浆密实，给塔筒留下隐患，还需要设置临时支撑模板，费时费事；方圆形塔筒上下节段纵向连接做不到错缝搭接，方圆形塔筒的整体性比错缝搭接的圆形预制装配式塔筒更差；穿筋坐浆连接上下节段时抗剪能力也较为薄弱。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种采用型钢环梁连接的风电混塔预制塔筒及其施工方法，通过型钢环梁连接结构将风电混塔预制塔筒的上、下塔筒节段进行高效拼接，在保证施工效率的同时有效提高施工质量。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种采用型钢环梁连接的风电混塔预制塔筒，其特征在于：包括风电混塔预制塔筒，所述风电混塔预制塔筒由若干塔筒节段沿高度方向拼装构成，相邻的所述塔筒节段之间设置有型钢环梁连接结构，所述型钢环梁连接结构包括设置在上塔筒节段底部的上预埋型钢钢板以及设置在下塔筒节段顶部的下预埋型钢钢板，所述上预埋型钢钢板与所述下预埋型钢钢板之间通过螺栓连接并形成灌浆腔室，所述灌浆腔室内灌注有填充体。
所述上塔筒节段的底部沿其厚度方向间隔设置有两块所述上预埋型钢钢板，所述下塔筒节段的顶部沿其厚度方向间隔设置有两块所述下预埋型钢钢板；两块所述上预埋型钢钢板与所述两块下预埋型钢钢板相错设置。
自塔筒节段外侧至内侧方向依次拼合上塔筒外侧预埋型钢钢板、下塔筒外侧预埋型钢钢板、上塔筒内侧预埋型钢钢板、下塔筒内侧预埋型钢钢板。
所述下塔筒外侧预埋型钢钢板、所述上塔筒内侧预埋型钢钢板以及所述下塔筒内侧预埋型钢钢板开设有供螺栓穿过的孔道；所述上塔筒外侧预埋型钢钢板开设有与所述螺栓固定的螺纹孔。
所述无螺纹孔的孔径比所述螺栓的螺栓杆直径大0.2d-0.5d。
所述上预埋型钢钢板和/或所述下预埋型钢钢板上设置有与所述灌浆腔室相连通的灌浆孔及出浆孔。
所述上预埋型钢钢板与所述下塔筒节段之间设置有橡胶封条；所述下预埋型钢钢板与所述上塔筒节段之间设置有所述橡胶封条。
所述螺栓的螺杆位于所述灌浆腔室内部的表面为粗糙毛面。
一种涉及上述的采用型钢环梁连接的风电混塔预制塔筒的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：
将需连接的上塔筒节段吊装至下塔筒节段上方，将上塔筒节段底部的上预埋型钢钢板与下塔筒节段顶部的下预埋型钢钢板对齐；
通过螺栓将上预埋型钢钢板与所述下预埋型钢钢板固定连接构成整体；
向所述上预埋型钢钢板与所述下预埋型钢钢板之间的灌浆进行灌浆，从而在上塔筒节段和所述下塔筒节段之间形成型钢环梁连接结构。
本发明的优点是：
1）区别于传统钢筋高空对孔施工难度大的问题，本发明所采用的型钢钢板开口大，对位相对容易，在塔筒下降安装过程顺着钢板角度逐渐卡合对准。操作更为简单，施工更为迅速，降低高空作业难度。
2）相比于传统单根钢筋连接抗侧移能力较弱的问题，型钢组合环梁，刚度大抗侧移能力强，抗剪能力大幅提升。
3）方圆形塔筒纵缝贯通无法做到错缝搭接的问题，利用型钢环梁连接处刚度大，整体性强的优点，可将其可看作转换层分散了上下塔筒节段应力传递，缓解了纵缝贯通带来的整体刚度削弱和应力集中问题。
4）环梁灌浆区域大，内部遮挡少，灌浆料流动更为充分，灌浆质量更好，内部压力灌浆也无需额外支设模板，方便快捷。
5）钢板能提供一定的竖向强度，无需等灌浆料完全达到强度才进行下一个节段的吊装工作，节约了等待时间，提升了竖向塔筒节段的吊装速率，降低了工人、机具的窝工时间。
附图说明
图1为本发明应用的方圆形塔筒结构示意图；
图2为本发明的型钢环梁的连接结构示意图；
图3为本发明的型钢环梁的连接结构剖面图；
图4为本发明中下塔筒的结构示意图。
具体实施方式
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1-13分别表示为：上塔筒节段1、下塔筒节段2、上塔筒外侧预埋型钢钢板3、下塔筒外侧预埋型钢钢板4、上塔筒内侧预埋型钢钢板5、下塔筒内侧预埋型钢钢板6、钢垫板7、螺栓头8、螺栓杆9、橡胶封条10、灌浆孔11、出浆孔12、风电混塔预制塔筒13。
实施例：如图1所示，本实施例中采用型钢环梁连接的风电混塔预制塔筒可为方圆形结构的风电混塔预制塔筒13且其可为变径结构，即底部的轮廓尺寸大于顶部的轮廓尺寸，该风电混塔预制塔筒13的轮廓尺寸自底部至顶部逐渐缩小。
如图2和图3所示，本实施例中的风电混塔预制塔筒13可由若干塔筒节段拼装而成，若干塔筒节段沿高度方向依次拼装固定构成整体。沿风电混塔预制塔筒13的高度方向可分为上塔筒节段1和下塔筒节段2，其中上塔筒节段1指的是相邻两个塔筒节段中位于上方的塔筒节段，而下塔筒节段2则指的是相邻两个塔筒节段中位于下方的塔筒节段。在上塔筒节段1和下塔筒节段2之间设置有型钢环梁连接结构，以将上塔筒节段1和下塔筒节段2连接固定构成整体。
具体而言，如图2和图3所示，在上塔筒节段1的底部沿其周向预埋有上塔筒外侧预埋型钢钢板3和上塔筒内侧预埋型钢钢板5，其中上塔筒外侧预埋型钢钢板3的外侧表面与上塔筒节段1及下塔筒节段2的外侧表面相平齐。在下塔筒节段2的顶部沿其周向预埋有下塔筒外侧预埋型钢钢板4和下塔筒内侧预埋型钢钢板6，其中下塔筒内侧预埋型钢钢板6与上塔筒节段1及下塔筒节段2的内侧表面相平齐。
结合图2至图4所示，在外侧预埋型钢钢板3上攻丝开孔形成与螺栓杆9螺纹适配的内螺纹孔，在下塔筒外侧预埋型钢钢板4、上塔筒内侧预埋型钢钢板5、下塔筒内侧预埋型钢钢板6上的对应位置分别开设有供螺栓杆9穿过的光滑圆孔，光滑圆孔的内部即为孔道。当上塔筒节段1和下塔筒节段2的各预埋型钢钢板拼接后，螺栓杆9可自内向外依次穿过各光滑圆孔直至内螺纹孔，并与该内螺纹孔通过螺纹配合固定连接以将各预埋型钢钢板连成整体。
如图3所示，上塔筒外侧预埋型钢钢板3、下塔筒外侧预埋型钢钢板4、上塔筒内侧预埋型钢钢板5、下塔筒内侧预埋型钢钢板6按顺序错位拼接，以保证上塔筒节段1和下塔筒节段2之间的受力及传力均匀。
如图2和图3所示，在在下塔筒外侧预埋型钢钢板4、上塔筒内侧预埋型钢钢板5之间形成有一空腔，该空腔即为灌浆腔室。在上塔筒外侧预埋型钢钢板3以及下塔筒外侧预埋型钢钢板4的上部和下部分别开设有贯通至灌浆腔室的出浆孔12、灌浆孔11，通过灌浆孔11可向灌浆腔室10内灌注填充材料以形成型钢环梁连接结构，出浆孔12用于排出多余的填充材料并起到判断灌浆腔室内部是否已达到完全填充的作用。
为了保证密封效果，如图3所示，在上塔筒外侧预埋型钢钢板3、上塔筒内侧预埋型钢钢板5与下塔筒节段2之间设置有橡胶封条10；同时，在下塔筒外侧预埋型钢钢板4、下塔筒内侧预埋型钢钢板6与上塔筒节段1之间亦设置有橡胶封条10；橡胶封条10在竖向压力作用下发生变形，填充各预埋型钢钢板与塔筒节段之间的空隙，防水防漏浆，有效提供施工质量。
螺栓杆9为一端带螺栓头8，另一端具有与上塔筒外侧预埋型钢钢板3上的内螺纹孔相适配的小段螺纹，中间螺杆表面为粗糙毛面，由塔筒节段内侧插入，依次穿过钢垫板7、下塔筒外侧预埋型钢钢板4、上塔筒内侧预埋型钢钢板5、下塔筒内侧预埋型钢钢板6，在上塔筒外侧预埋型钢钢板3螺纹孔内部锚固拧紧。当完成灌浆后，螺栓杆9的粗糙毛面可进一步增大与填充材料之间的连接性，进一步提高整体性。同时，下塔筒外侧预埋型钢钢板4、上塔筒内侧预埋型钢钢板5、下塔筒内侧预埋型钢钢板6上的光滑圆孔的孔道比螺栓杆9直径大0.2d-0.5d，其中d为螺栓杆9的直径；这样一来，可便于螺栓杆9穿孔并且可使所灌注的填充材料填充各光滑圆孔与螺栓杆9之间的缝隙，提高连接性。
本实施例在施工时，具体包括如下步骤：
1）将需连接的上塔筒节段1吊起放于下塔筒节段2正上方，将上塔筒节段1的上塔筒外侧预埋型钢钢板3边缘对齐下塔筒节段2外侧缘台阶，拼接为一体。该外侧缘台阶作为定位结构设置于下塔筒节段2的外侧缘，其为与上塔筒外侧预埋型钢钢板3相适配的平台，用于对上塔筒外侧预埋型钢钢板3进行定位。
2）螺栓杆9的一端依次穿过钢垫板7、下塔筒外侧预埋型钢钢板4、上塔筒内侧预埋型钢钢板5、下塔筒内侧预埋型钢钢板6，锚固拧紧在上塔筒外侧预埋型钢钢板3上，螺栓杆9的另一端通过螺栓头8锚固。
3）从塔筒节段外侧的灌浆孔11处进行压力灌浆，待出浆孔12出浆，做封孔处理，形成钢混组合的型钢环梁连接结构，将上塔筒节段1和下塔筒节段2连成整体。
本实施例在具体实施时：橡胶封条10可采用高弹性模量，高承载力，耐久性好的橡胶制成，用建筑胶贴于上塔筒节段1和下塔筒节段2外伸钢板的对应位置。
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。
