CN113914700B - 一种用于风电机组混凝土转接段的加固结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风电机组混凝土转接段的加固结构及施工方法。加固结构包括内外钢板、自锁锚栓群、对拉锚栓群、新增外包层、钢筋网片。所述内外钢板上预留锚栓孔且焊有栓钉，分别布置于混凝土塔筒顶部内侧及混凝土转接段与混凝土塔筒顶部外侧，所述对拉锚栓群及所述自锁锚栓群分别将内外钢板与原混凝土结构相连接，所述新增外包层由胶凝材料填充而成，位于外钢板与混凝土转接段及混凝土塔筒顶部之间，粘结内外钢板、混凝土转接段、混凝土塔筒顶部、自锁锚栓群、对拉锚栓群、钢筋网片及栓钉，所述钢筋网片置于新增外包层之中，并部分植入混凝土转接段与混凝土塔筒顶部。本发明能有效修复并加固已损伤的混凝土转接段，显著提高结构的整体性及承载力，且施工简单，使遭遇极端外荷载作用的风电机组能快速恢复正常运作。

Description

一种用于风电机组混凝土转接段的加固结构及施工方法

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及风电机组混合结构塔筒中用于混凝土转接段的加固结构及施工方法。

背景技术

近年来风力发电技术蓬勃发展，为了在广阔的低风速区获得更大的经济效益，采用大功率风电机组与超高轮毂高度已成为风电行业的发展趋势，这也对风电塔筒的强度和稳定性提出了更高的要求。相比于钢材，混凝土造价极低，混凝土的引入可有效降低塔筒用钢量，能在有效控制成本的基础上满足风电机组支撑结构日益增长的承载能力需求。目前在高轮毂及大功率的情况下使用较多的一种塔筒形式是钢-混凝土混合结构塔筒。钢-混凝土混合结构塔筒下部采用预应力混凝土塔筒，上部采用钢塔筒，两者之间通常通过中部的混凝土转接段相连。钢-混凝土混合结构塔筒兼具预应力混凝土塔筒及钢塔筒的优势，其刚度大、承载能力高且造价较低，非常适用于建造高轮毂、大功率的风电机组塔筒。

转接段作为连接预应力混凝土塔筒段和钢塔筒的过渡结构，是整个风电机组支撑结构的关键部位，其形式复杂、受力较大，在承受极端外荷载作用时易产生裂缝甚至出现破坏，这在实际工程中已有少数案例发生。转接段开裂或破坏后，需要及时进行损伤修补及结构加固，否则可能导致混凝土的进一步压溃甚至引起支撑结构的整体崩塌。此外，当因更换机组等原因造成塔筒承载能力需求提高时，也需对转接段进行补强加固。因此，需要研发出承载性能高、施工简单且成本较低的转接段加固结构及施工方法。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有工程问题，提供了用于风电机组混凝土转接段的加固结构及施工方法，通过对极端外荷载作用下遭到破坏的混凝土转接段进行裂缝修补及结构加固，增强转接段承载能力。

为达到以上目的，本发明提供了一种用于风电机组混凝土转接段的加固结构，应用于混凝土塔筒顶部及混凝土转接段，其特征在于，该结构包括外钢板、内钢板、自锁锚栓群、对拉锚栓群、新增外包层、钢筋网片；所述外钢板包裹于所述混凝土转接段及所述混凝土塔筒顶部外侧并留有一定空隙，所述内钢板布置于所述混凝土塔筒顶部内侧；所述自锁锚栓群植入所述混凝土转接段中，并锚固于所述外钢板外侧；所述对拉锚栓群植入并穿过所述混凝土塔筒顶部，并锚固于所述外钢板及内钢板之上；所述钢筋网片布置于所述外钢板与所述混凝土转接段、所述混凝土塔筒顶部之间的空隙之中，并部分植入所述混凝土转接段与所述混凝土塔筒顶部之中；所述新增外包层填充于所述外钢板与所述混凝土转接段、所述混凝土塔筒顶部之间的空隙之中，并包裹所述自锁锚栓群、对拉锚栓群及钢筋网片。

根据一个优选的实施方式，所述外钢板、内钢板上均预留锚孔，所述外钢板内侧设有均匀布置的栓钉。

根据一个优选的实施方式，所述新增外包层由胶凝材料组成。

本发明还提供了一种用于风电机组混凝土转接段加固结构的施工方法，加固结构包括前任一项所述，施工方法包括：制作所述外钢板及内钢板，于钢板上钻锚孔并焊接栓钉；对混凝土塔筒顶部及混凝土转接段的已有破损进行修复处理(如果原有混凝土结构已有破损)；安装所述外钢板及内钢板；填充新增外包层。

根据一个优选的实施方式，如果混凝土塔筒顶部及混凝土转接段已有破损，对其破损进行修复的步骤包括：凿除破损部分混凝土，植入部分钢筋网片，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。

根据一个优选的实施方式，安装所述外钢板及内钢板的步骤包括：在混凝土塔筒顶部及混凝土转接段上钻孔，将所述内钢板包裹于混凝土塔筒顶部内壁，并于两者之间灌注加固粘接材料；将所述外钢板包裹于混凝土转接段及混凝土塔筒顶部外侧并留有一定空隙；将所述自锁锚栓群植入所述混凝土转接段中，将所述对拉锚栓群植入并穿过所述混凝土塔筒顶部；对自锁锚栓群及对拉锚栓群施加预紧力并锚固于外钢板及内钢板之上。

根据一个优选的实施方式，填充新增外包层的步骤包括：将所述钢筋网片安装于所述外钢板与所述混凝土转接段、所述混凝土塔筒顶部之间的空隙之中；于所述空隙之中整体灌注填充胶凝材料，包裹所述自锁锚栓群、对拉锚栓群、钢筋网片及栓钉，并与外钢板、混凝土转接段及混凝土塔筒顶部粘接，完成所述新增外包层的浇筑，并形成整体加固结构。

前述本发明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，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明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发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：

(1)本发明能有效加固混凝土转接环。传统的混凝土转接环在遭受极端外荷载作用时，可能会产生裂缝甚至发生破坏，继续使用可能会导致整个风电机组的倒塌。本发明采用植入钢筋网片并灌注修复材料的方案，有效修补了原有混凝土结构的裂缝及损伤，并采用外包钢板及嵌入锚栓的方式，支撑并加固原有混凝土结构，可有效防止结构的二次破坏。此外，加固后转接段外表面无裂缝产生，有效提高了结构耐久性。

(2)本发明能有效提高转接段的承载性能。本加固方案基于组合结构技术，改变了传力路径，将荷载主要传导给外包钢板及新增外包填充层，减少了原有混凝土结构所承担的荷载，并且充分利用了混凝土优良的抗压性能及钢材优良的抗拉性能。无论原有混凝土结构是否发生了破损，均可显著提升结构的整体受力性能。此外，本发明综合使用嵌入锚栓、设置栓钉、灌注粘接材料等方式，使新旧结构层紧密连接，有效增强了结构整体性，提高了结构综合承载力。

(3)本发明所采用的加固结构，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，无论原有混凝土转接段是否已破坏，均可直接进行加固，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

图1是使用本发明加固结构后的立体结构示意图；

图2是使用本发明加固结构后的平面剖视图；

图3是使用本发明加固结构前的平面剖视图；

其中，1-外钢板，11-外钢板锚孔，12-栓钉，2-内钢板，21-内钢板锚孔，3-自锁锚栓群，4-对拉锚栓群，5-新增外包层，6-钢筋网片，7-混凝土转接段，71-预应力孔道，8-混凝土塔筒顶部，水平缝9。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，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发明技术实施时惯用的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系等，则本发明涉及的结构、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。

实施例1：

参考图1至图3所示，本发明公开了一种用于风电机组混凝土转接段的加固结构及施工方法。

本发明应用于混凝土转接段7及混凝土塔筒顶部8的加固，该结构采用组合结构加固，在本实施例中，所使用的构件包括外钢板1、内钢板2、自锁锚栓群3、对拉锚栓群4、新增外包层5、钢筋网片6。

本实施例中，混凝土转接段7及混凝土塔筒截面形状均为圆形，所述外钢板1、内钢板2亦卷制为圆环形，其上均预留锚孔11，外钢板1内侧设有均匀布置的栓钉。外钢板1包裹于混凝土转接段7及混凝土塔筒顶部外侧8并留有一定空隙，内钢板2布置于混凝土塔筒顶部8内侧。内钢板2高度可根据加固范围自定，外钢板1底部与内钢板2底部保持同一高度。

本实施例中，外钢板1、内钢板2分别通过自锁锚栓群3及对拉锚栓群4与原混凝土结构连接。所述自锁锚栓群3穿过外钢板1上的锚孔11，植入所述混凝土转接段7中，并锚固于外钢板1外侧；所述对拉锚栓群4穿过外钢板1上的锚孔11及内钢板2上的锚孔21，植入并穿过所述混凝土塔筒顶部8，并锚固于外钢板1及内钢板2之上。

本实施例中，所述钢筋网片6布置于所述外钢板1与原混凝土结构之间的空隙之中，并部分植入原混凝土结构。所述新增外包层填充于所述外钢板1与原混凝土结构之间的空隙之中，可使用混凝土、灌浆料或环氧树脂等胶凝材料，并包裹所述自锁锚栓群3、对拉锚栓群4及钢筋网片6。

本发明实施例还提供了上述加固结构的施工方法，该施工方法主要包括：制作内外钢板；对原有混凝土结构的已有破损进行修复处理(如果原有混凝土结构已有破损)；安装内外钢板；填充新增外包层。

具体的，制作内外钢板的步骤包括：将钢板卷制并焊接为圆环形，外径大于原混凝土结构最大外径，内钢板2高度可根据加固范围自定，外钢板1需包裹住整个混凝土转接段7，且外钢板1底部与内钢板2底部保持同一高度。钢板上均预钻锚孔，且外钢板1上焊接栓钉12，内钢板2根据需要也可加设栓钉。

具体的，如果原有混凝土结构已有破损，对其破损进行修复的步骤包括：修复前，将预应力孔道71中的预应力钢绞线放张至设计拉力的50％，以减小加固区域的截面应力。凿除破损部分混凝土及松散不密实的灌浆料，清除表面碎屑后植入部分钢筋网片或短钢筋，使用高强修补砂浆进行修补。对于已有混凝土裂缝，使用填充密封法开槽修复，开槽后用碳纤维封闭加固表面，再进行压力灌浆密封处理。

具体的，安装内外钢板的步骤包括：在原混凝土结构上钻孔，并在外侧搭建支撑模板并将内外钢板在安装位置定位。将所述内钢板2包裹于混凝土塔筒顶部8内壁，并于两者之间灌注环氧树脂等加固粘接材料。将所述外钢板1包裹于混凝土转接段7及混凝土塔筒顶部8外侧并留有一定空隙。将所述自锁锚栓群3植入所述混凝土转接段7中的锚孔中，将所述对拉锚栓群4植入并穿过所述混凝土塔筒顶部8的锚孔中。对自锁锚栓群3及对拉锚栓群4施加预紧力并锚固于外钢板及内钢板之上。

具体的，填充新增外包层的步骤包括：将所述钢筋网片6安装于所述外钢板1与原混凝土结构之间的空隙之中，且部分植入原混凝土结构。对锚孔11、21及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填充外钢板1与原混凝土结构之间的空隙，形成新增外包层5。需要说明的是，新增外包层不仅可设置在外钢板1与原混凝土结构之间，同样可根据需要设置在内钢板2与原混凝土结构之间。填充材料灌注后包裹并粘接所述自锁锚栓群3、对拉锚栓群4、钢筋网片6及栓钉12，且与外钢板1、混凝土转接段7及混凝土塔筒顶部8粘接，完成所述新增外包层5的浇筑，并形成整体加固结构。填充层养护至一定强度后，将预应力回张拉至设计要求，恢复风电机组的正常使用。

本发明可以有效修复加固已损坏的混凝土转接段且显著提高结构的承载能力。

具体的，本发明采用植入钢筋网片6并灌注修复材料的方案，有效修补了原有混凝土结构的裂缝及损伤，并采用外包钢板1、2及嵌入锚栓3、4的方式，支撑并加固原有混凝土结构，可有效防止结构的二次破坏。

具体的，本发明基于组合结构技术，改变了传力路径：混凝土转接段7裙边将竖向力传递给外部水平缝以下的新增外包层5；水平缝9以下的新增外包层5和钢板1、2共同承受竖向压力，水平缝9以上的新增外包层5和钢板1、2共同承受竖向拉力，水平缝9上下附近的钢板1、2承受环向拉力；水平缝9以下的新增外包层5和钢板1、2共同承受竖向压力且水平缝9以上的新增外包层5和钢板1、2共同承受竖向拉力。本发明将荷载主要传导给外包钢板1、2及新增外包层5，减少了原有混凝土结构所承担的荷载，并且充分利用了混凝土优良的抗压性能及钢材优良的抗拉性能，提升了结构的整体受力性能。此外，本发明使新旧结构层紧密连接，有效增强了结构整体性，提高了结构综合承载力。

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。

需要说明的是，本实施例中针对原有混凝土结构已有破损的情况进行说明，但不代表本发明限制于已有破损的混凝土转接段，实际上无论原结构是否破坏，均可使用本发明对混凝土转接段进行加固，以提高结构的承载性能。

前述本发明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，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于风电机组混凝土转接段的加固结构，应用于混凝土转接段(7)及混凝土塔筒顶部(8)，其特征在于，该结构包括外钢板(1)、内钢板(2)、自锁锚栓群(3)、对拉锚栓群(4)、新增外包层(5)、钢筋网片(6)；所述外钢板(1)包裹于所述混凝土转接段(7)及所述混凝土塔筒顶部(8)外侧并留有一定空隙，所述内钢板(2)布置于所述混凝土塔筒顶部(8)内侧；所述自锁锚栓群(3)植入所述混凝土转接段(7)中，并锚固于所述外钢板(1)外侧；所述对拉锚栓群(4)植入并穿过所述混凝土塔筒顶部(8)，并锚固于所述外钢板(1)及内钢板(2)之上；所述钢筋网片(6)布置于所述外钢板(1)与所述混凝土转接段(7)、所述混凝土塔筒顶部(8)之间的空隙之中，并部分植入所述混凝土转接段(7)与所述混凝土塔筒顶部(8)之中；所述新增外包层(5)填充于所述外钢板(1)与所述混凝土转接段(7)、所述混凝土塔筒顶部(8)之间的空隙之中，并包裹所述自锁锚栓群(3)、对拉锚栓群(4)及钢筋网片(6)。

2.如权利要求1所述的用于风电机组混凝土转接段的加固结构，其特征在于，所述外钢板(1)、内钢板(2)上均预留锚孔(11)(21)，所述外钢板内侧设有均匀布置的栓钉(12)。

3.如权利要求1所述的用于风电机组混凝土转接段的加固结构，其特征在于，所述新增外包层(5)由胶凝材料组成。

4.一种用于风电机组混凝土转接段加固结构的施工方法，所述加固结构包括根据权利要求1～3所述的任一项结构，其特征在于，所述施工方法包括但不局限于：

制作所述外钢板(1)及内钢板(2)，于钢板上钻锚孔(11)(21)并焊接栓钉(12)；

对混凝土塔筒顶部(8)及混凝土转接段(7)的已有破损进行修复处理；

安装所述外钢板(1)及内钢板(2)；

填充新增外包层(5)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对混凝土转接段(7)及混凝土塔筒顶部(8)的已有破损进行修复的步骤包括：凿除破损部分混凝土，植入部分钢筋网片(6)，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。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，安装所述外钢板(1)及内钢板(2)的步骤包括：在混凝土转接段(7)及混凝土塔筒顶部(8)上钻孔；将所述内钢板(2)包裹于混凝土塔筒顶部(8)内壁，并于两者之间灌注加固粘接材料；将所述外钢板(1)包裹于混凝土转接段(7)及混凝土塔筒顶部(8)外侧并留有一定空隙；将所述自锁锚栓群(3)植入所述混凝土转接段(7)中，将所述对拉锚栓群(4)植入并穿过所述混凝土塔筒顶部(8)；对自锁锚栓群(3)及对拉锚栓群(4)施加预紧力并锚固于外钢板(1)及内钢板(2)之上。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，填充新增外包层(5)的步骤包括：将所述钢筋网片(6)安装于所述外钢板(1)与所述混凝土转接段(7)、所述混凝土塔筒顶部(8)之间的空隙之中；于所述空隙之中整体灌注填充胶凝材料，包裹所述自锁锚栓群(3)、对拉锚栓群(4)、钢筋网片(6)及栓钉(12)，并与外钢板(1)、混凝土转接段(7)及混凝土塔筒顶部(8)粘接，完成所述新增外包层(5)的浇筑，并形成整体加固结构。

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