一种单钢板-混凝土组合结构塔筒及施工方法

本发明属于风力发电，具体涉及一种单钢板-混凝土组合结构塔筒及施工方法。

背景技术：

1、风能是推动能源结构转型的重要可再生能源，风力发电是新型电力系统的重要组成部分。塔筒作为风电机组中的重要承载构件，除了支撑风轮和机舱的重力荷载外，还要承受风荷载和风机运行中的动荷载，因此，塔筒对于整机稳定运行起着重要作用。

2、目前，大型风电机组塔架主要为钢塔筒和混凝土塔筒。钢塔筒施工简单，安装速度快，但塔筒刚度小，随着高度增加，施工难度和建造成本也会陡然增加。混凝土塔筒刚度大，稳定性能好，但钢筋网绑扎复杂，现场装配耗时较长，因此，亟需研发推广性能优越的新型塔筒结构形式。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单钢板-混凝土组合结构塔筒及施工方法，采用钢板-混凝土组合结构，具有承载力高、刚度大、稳定性能好等优势，相比钢塔筒，能大幅减小材料用量，显著降低建造成本，外包混凝土能提高塔筒的耐久性；相比混凝土塔筒，能有效减小钢筋绑扎量，降低施工难度，提高施工效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明的第一方面，提供了一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，包括筒身，所述筒身沿轴向由若干个组合筒段分段组装构成，且自低向高各组合筒段的直径减小，相邻组合筒段之间采用榫卯法兰节点进行组装；

4、各所述组合筒段沿环向由若干个单钢板-混凝土组合壳体拼装而成，相邻单钢板-混凝土组合壳体之间通过弯螺栓连接紧固；

5、所述单钢板-混凝土组合壳体由内侧钢板、t形错孔肋板、混凝土外壳、纵向钢筋及环向钢筋组成，所述混凝土外壳设置于内侧钢板外部，所述t形错孔肋板焊接于内侧钢板外壁，并伸入所述混凝土外壳中。

6、在一个实施例中，所述内侧钢板的厚度不小于6mm，高度不大于20mm，所述混凝土外壳的厚度不小于160mm，混凝土为普通混凝土、高强混凝土、rpc或uhpc。

7、在一个实施例中，所述t形错孔肋板沿组合筒段高度方向间隔布置，且沿组合筒段环向方向均匀布置；所述t形错孔肋板由翼缘板和腹板焊接而成，所述腹板垂直焊接于内侧钢板的外壁，且平行于塔筒轴向，所述翼缘板连接在腹板远离内侧钢板的一侧。

8、在一个实施例中，所述腹板设置有预留孔，所述预留孔沿组合筒段高度方向均匀布置，沿组合筒段径向方向错开布置。

9、在一个实施例中，所述纵向钢筋沿组合壳体高度方向通长布置，沿组合壳体环向方向均匀布置；所述环向钢筋为多排钢筋，沿组合壳体高度方向等间距布置，且内排环向钢筋穿过t形错孔肋板的预留孔。

10、在一个实施例中，所述单钢板-混凝土组合壳体左右两侧设置有供环向安装连接相邻壳体的预留螺栓槽，预留螺栓槽设置有螺栓孔，相邻单钢板-混凝土组合壳体之间通过弯螺栓穿过所述螺栓孔连接紧固。

11、在一个实施例中，所述榫卯法兰节点包括设置若干个榫头的上法兰板、设置若干个l形榫槽的下法兰板以及沿组合筒段环向方向均匀布置的高强螺栓，通过高强螺栓连接相邻组合筒段的上法兰板和下法兰板实现组装。

12、在一个实施例中，所述上法兰板和下法兰板的外径与混凝土外壳的外径相同，内径小于内侧钢板的内径，且下法兰板顶部焊接有内径相同的环形顶紧肋板。

13、在一个实施例中，所述榫头焊接于上法兰板底部凹槽开口向外，所述l形榫槽焊接于下法兰板顶部凹槽开口向内，且榫头与l形榫槽沿筒身向方向均匀布置。

14、本发明的第二方面，还提供了第一方面所述单钢板-混凝土组合结构塔筒的施工方法，包括：

15、1)在工厂，将钢板卷弯成内侧钢板，焊接t形错孔肋板于内侧钢板外壁，绑扎纵向钢筋及环向钢筋；

16、2)在工厂或现场，浇筑混凝土外壳，完成单钢板-混凝土组合壳体的加工；

17、3)在现场，通过弯螺栓完成环向连接，重复上述操作，得到若干个组合筒段，相邻组合筒段通过榫卯法兰节点连接组装。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1)施工便捷

20、单钢板-混凝土组合结构塔筒构造形式简单，筒段由若干个单钢板-混凝土组合壳体通过弯螺栓拼装组成，相邻筒段通过榫卯法兰节点进行组装。相比混凝土塔筒，能有效减小钢筋绑扎量，降低施工难度，提高施工效率。所有部件均采用标准化生产，现场干式连接，施工方便，连接可靠。

21、2)性能提升

22、单钢板-混凝土组合结构塔筒充分发挥组合结构的优势，钢板与混凝土互为约束，具有承载力高、刚度大、稳定性能好等优势。t形错孔肋板提高钢板与混凝土的协同工作能力，也能提高钢板的稳定性。榫卯法兰节点承载能力高，刚度大，能有效降低螺栓应力集中，提高节点疲劳性能。

23、3)经济性好

24、单钢板-混凝土组合结构塔筒充分发挥钢材和混凝土的材料性能，相比钢塔筒，能大幅减小材料用量，显著降低建造成本，塔筒环片分片运输，不受道路通过能力的限制，降低运输成本。分片拼装也便于构件在施工场地的堆放，同时降低对吊装工具的要求，降低工程造价，具有良好的经济效益。

25、总体来说，单钢板-混凝土组合结构塔筒具有承载力高、刚度大、稳定性能好等优势，相比钢塔筒，能大幅减小材料用量，显著降低建造成本；相比混凝土塔筒，能有效减小钢筋绑扎量，提高施工效率。t形错孔肋板加强钢板与混凝土的协同工作能力，也能提高钢板的稳定性。榫卯法兰节点承载能力高，刚度大，能有效降低螺栓应力集中，提高节点疲劳性能。本发明的所有部件均采用标准化生产，现场干式连接，施工方便，连接可靠，具有广阔的工程应用场景。

技术特征：

1.一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，包括筒身(1)，所述筒身(1)沿轴向由若干个组合筒段(2)分段组装构成，且自低向高各组合筒段(2)的直径减小，相邻组合筒段(2)之间采用榫卯法兰节点(4)进行组装；

2.根据权利要求1所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述内侧钢板(6)的厚度不小于6mm，高度不大于20mm，所述混凝土外壳(8)的厚度不小于160mm，混凝土为普通混凝土、高强混凝土、rpc或uhpc。

3.根据权利要求1所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述t形错孔肋板(7)沿组合筒段(2)高度方向间隔布置，且沿组合筒段(2)环向方向均匀布置；所述t形错孔肋板(7)由翼缘板(11)和腹板(12)焊接而成，所述腹板(12)垂直焊接于内侧钢板(6)的外壁，且平行于塔筒轴向，所述翼缘板(11)连接在腹板(12)远离内侧钢板(6)的一侧。

4.根据权利要求3所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述腹板(12)设置有预留孔(13)，所述预留孔(13)沿组合筒段(2)高度方向均匀布置，沿组合筒段(2)径向方向错开布置。

5.根据权利要求4所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述纵向钢筋(9)沿组合壳体高度方向通长布置，沿组合壳体环向方向均匀布置；所述环向钢筋(10)为多排钢筋，沿组合壳体高度方向等间距布置，且内排环向钢筋(10)穿过t形错孔肋板(7)的预留孔(13)。

6.根据权利要求1所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述单钢板-混凝土组合壳体(3)左右两侧设置有供环向安装连接相邻壳体的预留螺栓槽(14)，预留螺栓槽(14)设置有螺栓孔，相邻单钢板-混凝土组合壳体(3)之间通过弯螺栓(5)穿过所述螺栓孔连接紧固。

7.根据权利要求1所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述榫卯法兰节点(4)包括设置若干个榫头(15)的上法兰板(16)、设置若干个l形榫槽(17)的下法兰板(18)以及沿组合筒段(2)环向方向均匀布置的高强螺栓(19)，通过高强螺栓(19)连接相邻组合筒段(2)的上法兰板(16)和下法兰板(18)实现组装。

8.根据权利要求7所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述上法兰板(16)和下法兰板(18)的外径与混凝土外壳(8)的外径相同，内径小于内侧钢板(6)的内径，且下法兰板(18)顶部焊接有内径相同的环形顶紧肋板(20)。

9.根据权利要求8所述一种单钢板-混凝土组合结构塔筒，其特征在于，所述榫头(15)焊接于上法兰板(16)底部凹槽开口向外，所述l形榫槽(17)焊接于下法兰板(18)顶部凹槽开口向内，且榫头(15)与l形榫槽(17)沿筒身(1)向方向均匀布置。

10.一种如权利要求1至9任一项所述单钢板-混凝土组合结构塔筒的施工方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种单钢板‑混凝土组合结构塔筒及施工方法，塔筒包括筒身，筒身沿轴向由若干个组合筒段分段组装构成，且自低向高各组合筒段的直径减小，相邻组合筒段之间采用榫卯法兰节点进行组装；各组合筒段沿环向由若干个单钢板‑混凝土组合壳体拼装而成，相邻单钢板‑混凝土组合壳体之间通过弯螺栓连接紧固。所述榫卯法兰节点包括设置若干榫头的上法兰板、设置若干榫槽的下法兰板和高强螺栓。本发明采用单钢板‑混凝土组合结构，具有承载力高、刚度大、稳定性能好等优势。榫卯法兰节点承载能力高，刚度大，能有效降低螺栓应力集中，提高节点疲劳性能。本发明所有部件均采用标准化生产，现场干式连接，施工方便，连接可靠。技术研发人员：杨勇,李梦婷,张树琛,左开元,刘享阳受保护的技术使用者：西安建筑科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18