一种先张预应力钢管UHPC构件单元及混合塔架风电结构

本技术涉及机械制造和陆上以及海上风力发电，具体而言，涉及一种先张预应力钢管uhpc构件单元及混合塔架风电结构。

背景技术：

1、目前，我国拥有丰富的风能资源储量，风能资源开发利用潜力巨大。随着我国对可再生能源需求的不断增加，风能发电已经逐渐成为国内能源发展规划中的重要一环。风机发展新动向包括：容量为王的单机大型化趋势、风机智能化和可持续性发展趋势、漂浮式海上风电规模将显著增长。风电单机容量的增加依赖于单机的大型化及发电效率的提升，而风机高度对发电效率有显著影响。风机高度的提升又对塔架结构受力、施工便利性及工程经济性等提出了更高的要求。

2、为提升超高风机塔架构件的结构安全与运输便利性，采用高性能材料形成高强轻量化结构，降低各可吊装预制单元尺寸与质量，实现公路运输与低成本吊装是未来超高风电塔架的发展方向，目前针对超高风机塔架，已出现中空夹层钢管混凝土塔筒、预应力钢-混凝土混合塔架、预应力钢管混凝土格构式塔架、预制钢混塔架以及uhpc风电混合塔筒等结构形式。

3、目前风机主流的塔架型式包括：钢塔筒、分片钢塔筒、钢-nc混合塔筒和uhpc风电混合塔筒。随着塔架高度的增长，钢塔筒直径逐渐增大，暴露出结构振动、易腐蚀、维护成本高等问题，而且钢塔筒的运输与吊装也存在诸多局限性，如对于高度低于110m的风机，钢塔筒吊装大多采用履带吊与汽车吊相结合的形式；如果风机塔筒高度高于110m，塔筒采用钢-混凝土混合塔筒。首先，该结构在对于制造精度要求高，模具以及工装投入大；其次，大直径预制混凝土或钢混塔筒的交通运输并不方便，现场吊装难度也大幅增加；再者，针对于140m及以上的所采用的uhpc混合高塔筒，必须采用1000吨级别以上的履带吊进行吊装，还要面临施工周期长、总体成本受材料价格波动影响大、设备使用费用高昂等问题。

4、综上所述，存在如下至少一个技术问题：

5、常规节点在后期还要进行的后张预应力施工；

6、结构振动、易腐蚀、维护成本高；

7、制造精度要求高，模具以及工装投入大。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目的在于提供一种先张预应力钢管uhpc构件单元及混合塔架风电结构，以解决现有技术中常规节点在后期还要进行的后张预应力施工；结构振动、易腐蚀、维护成本高；制造精度要求高，模具以及工装投入大中至少一个技术问题。

2、为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种先张预应力钢管uhpc构件单元，包括：

3、主柱，所述主柱分为上端的主柱和下端的主柱，所述主柱内部灌有uhpc；

4、大口径全连接灌浆uhpc套筒，所述大口径全连接灌浆uhpc套筒设置在下端的主柱中，所述大口径全连接灌浆uhpc套筒与锚固钢筋配合；

5、锚固钢筋，所述锚固钢筋一段设置在上端的主柱上，另一段穿设在大口径全连接灌浆uhpc套筒中；

6、预应力钢绞线，所述预应力钢绞线设置在下端的主柱中；

7、其中，锚固钢筋插设在大口径全连接灌浆uhpc套筒配合加强劲外法兰连接上端的立柱和下端的立柱。

8、优选的，当格构式塔架的主柱尺寸较小时，所述主柱采用实心钢管uhpc柱。

9、优选的，当格构式塔架的主柱尺寸较大时，所述主柱采用中空夹层钢管uhpc柱。

10、优选的，所述坐浆套筒内设有uhpc包覆层，通过uhpc包覆锚固钢筋。

11、优选的，所述预应力钢绞线包括若干根，若干根预应力钢绞线呈环形均匀排布在下端的主柱中。

12、优选的，所述锚固钢筋包括若干根，所述若干根锚固钢筋呈环形排布在上端的主柱上。

13、优选的，所述大口径全连接灌浆uhpc套筒包括若干根，若干根大口径全连接灌浆uhpc套筒呈环形均匀排布在下端的主柱中，所述大口径全连接灌浆uhpc套筒的位置与锚固钢筋一一对应。

14、优选的，所述中空夹层钢管uhpc柱中心轴线位置设有内钢管。

15、优选的，位于上端的主柱的一段锚固钢筋与位于下端的主柱的锚固钢筋通过大口径全连接灌浆uhpc套筒相连。

16、一种混合塔架风电结构，包括：先张预应力钢管uhpc构件单元、混合塔架转接结构、钢塔筒和风机。

17、应用本实用新型的技术方案，具有如下技术效果：

18、通过先张预应力钢管uhpc标准化构件单元在工厂化施工时就进行了先张预应力的施加，避免了常规节点在后期还要进行的后张预应力施工，采用带加劲肋外法兰与钢管内部大口径全连接灌浆uhpc套筒组合式接头可提升节点在拉压交替荷载作用下的轴拉承载能力；其次，大口径全连接灌浆uhpc套筒组合式接头施工相对简单，不需要特殊的设备和技术，只需要进行下主柱套筒的uhpc灌浆和上主柱钢筋的插入即可实现上下主柱的连接，降低了施工难度，也是一种较为经济实用的结构连接方式；最后，节点处上下主柱uhpc基体及钢纤维不连续，采用带加劲肋外法兰与大口径全连接灌浆uhpc套筒组合式接头，由于有高强螺栓及普通钢筋的连接，可以有效保证节点连接处的强度、刚度及抗疲劳性能。先张预应力钢管uhpc格构式混合塔架具有稳定性好、承载力高、抗疲劳性能好的技术效果。

技术特征：

1.一种先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于，当格构式塔架的主柱尺寸较小时，所述主柱采用实心钢管uhpc柱。

3.如权利要求1所述的先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于，当格构式塔架的主柱尺寸较大时，所述主柱采用中空夹层钢管uhpc柱。

4.如权利要求1所述的先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于，所述预应力钢绞线包括若干根，若干根预应力钢绞线呈环形均匀排布在下端的主柱中。

5.如权利要求1所述的先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于，所述锚固钢筋包括若干根，所述若干根锚固钢筋呈环形排布在上端的主柱上。

6.如权利要求1所述的先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于，所述大口径全连接灌浆uhpc套筒包括若干根，若干根大口径全连接灌浆uhpc套筒呈环形均匀排布在下端的主柱中，所述大口径全连接灌浆uhpc套筒的位置与锚固钢筋一一对应。

7.如权利要求1所述的先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于，位于上端的主柱的一段锚固钢筋与位于下端的主柱的锚固钢筋通过大口径全连接灌浆uhpc套筒相连。

8.一种混合塔架风电结构，基于权利要求1-7任意一项所述的先张预应力钢管uhpc构件单元，其特征在于包括：先张预应力钢管uhpc构件单元、混合塔架转接结构、钢塔筒和风机。

技术总结
本技术公开了一种先张预应力钢管UHPC构件单元及混合塔架风电结构，主柱，所述主柱分为上端的主柱和下端的主柱，所述主柱内部灌有UHPC；大口径全连接灌浆UHPC套筒，所述大口径全连接灌浆UHPC套筒设置在下端的主柱中，所述大口径全连接灌浆UHPC套筒与锚固钢筋配合；锚固钢筋，所述锚固钢筋一段设置在上端的主柱上，另一段穿设在大口径全连接灌浆UHPC套筒中；预应力钢绞线，所述预应力钢绞线设置在下端的主柱中；其中，锚固钢筋插设在大口径全连接灌浆UHPC套筒配合加强劲外法兰连接上端的立柱和下端的立柱。具有常规节点在后期无需进行的后张预应力施工；不易腐蚀、维护成本低的优点。

技术研发人员：晏班夫,赵丽瑶,李少勇,李威霖,覃宇
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：20240506
技术公布日：2024/12/5