一种T型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒

发动机及配件附件的制造及其应用技术一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒技术领域1.本发明涉及风力发电塔筒结构技术领域，具体为一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒。背景技术：2.我国风电传统资源优势区域开发渐趋饱和，风电开发的重心开始向低风速地区转移。为了提升能源利用率和更好地开发风电资源，需要通过加长叶片和增加风机高度来提高低风速地区机组发电量。基于此，更大的叶轮直径和更高的塔筒已成为风电发展的主要趋势，这样带来了机舱与叶片的总重量增加，塔筒的直径、高度和重量增加。传统风机塔筒采用全钢结构，随着风机塔筒高度的增加使得结构变柔，一方面使得结构存在共振和摆动等安全问题，另一方面也使得塔筒造价急剧增加，难以适应市场需求。技术实现要素：3.本发明的目的是提供一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒，该体系全部可在工厂预制加工，在进行现场的拼接，不仅可以节省时间，提高效率，还可以拥有较高的抗疲劳性能，能满足实际的需求，可以大大推进风机塔筒的工业化进程。4.本发明所采用的技术方案是，一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒，所述风机塔筒横截面呈中空的圆角矩形，风机塔筒沿其高度方向包括多个塔段依次连接，且沿其高度方向塔段直径减小。5.本发明的特点还在于：6.其中塔段包括4片带肋钢管混凝土束筒身，4片所述带肋钢管混凝土束筒身相连接，横截面呈中空的圆角矩形；7.其中带肋钢管混凝土束筒身包括弧形钢管混凝土束筒身单元，弧形钢管混凝土束筒身单元两端连接矩形钢管混凝土束筒身单元，塔段中相邻带肋钢管混凝土束筒身通过矩形钢管混凝土束筒身单元相连接；8.其中弧形钢管混凝土束筒身单元和矩形钢管混凝土束筒身单元均由u 型钢板对接构成弧形空腔和矩形空腔，弧形钢管混凝土束筒身单元和矩形钢管混凝土束筒身单元内填充有混凝土；9.其中弧形钢管混凝土束筒身单元、和矩形钢管混凝土束筒身单元内均匀设有多个纵向加劲肋和多个横向加劲肋；10.其中矩形钢管混凝土束筒身单元远离弧形钢管混凝土束筒身单元的一端焊接有连接板，连接板内设有连接板肋板；11.其中带肋钢管混凝土束筒身在环向和纵向的端部也均设有连接板，相邻的带肋钢管混凝土束筒身通过连接板相连，相邻的连接板通过螺栓紧固连接形成t型节点。12.本发明的有益效果是13.本发明的一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒主体结构由钢管混凝土束构成，可以充分发挥钢材和混凝土的性能，具有承载力高，刚度大，稳定性好等优势，能够有效承受风电塔筒受到的复杂荷载，可适用于高塔结构，突破了传统纯钢塔筒的设计高度，同时避免了传统纯钢塔筒涡激振动、摆幅大、疲劳问题突出等缺点；14.钢管空腔内填混凝土不用配钢筋，便于浇灌混凝土，钢管束可直接作为混凝土的支护结构，免去了混凝土的支模、拆模步骤，施工周期短，经济性好。钢管束内部设横向和纵向加劲肋，增强了钢管束与混凝土之间的粘结力，避免两者之间产生滑移，同时加劲肋增强了结构的承载力与稳定性，防止钢管束产生鼓屈；15.塔筒采用分片预制，现场拼装，突破了运输尺寸和吊装重量的限制，方便运输和施工；所有构件均在工厂中完成制作，提高了构件质量，免除了现场湿作业，施工周期短。相邻筒身之间采用螺栓连接，形成t型连接节点，连接形式简单，在施工现场仅需完成高强螺栓的组装即可，安装方便，极大简化了安装步骤，大大加快了安装速度，以此提升了施工效率；16.上下筒身之间的传力明确，无应力集中现象，使得结构中的塑性铰外移；通过设置连接板肋板，连接节点区域的刚度以及抗变形能力得到了大幅的提升。充分利用钢的强度高、弹塑性好以及混凝土抗压强度高的优势，刚度大，承载力高，造价低。附图说明17.图1为本发明的一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒整体示意图；18.图2为本发明一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒的筒身横截面示意图；19.图3为本发明一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒的单片筒身构造示意图；20.图4为图1中区域a的局部放大图即本发明的连接节点示意图；21.图5为图4中a-a截面的结构示意图；22.图6为图4中b-b截面的结构示意图；23.图7为本发明一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒中力学分析所建立的模型计算简图；24.图8为本发明一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒中对平面外加载下的连接节点进行模拟分析图；25.图9为本发明一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒中对平面内加载下的连接节点进行模拟分析图。26.图中，1.带肋钢管混凝土束筒身；2.竖向连接节点；3.环向连接节点；4. 矩形钢管混凝土束筒身单元；5.弧形钢管混凝土束筒身单元；6.混凝土；7. 钢板；8.连接板；9.螺栓；10.纵向加劲肋；11.连接板肋板；12.横向加劲肋。具体实施方式27.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。28.本发明提供了一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒，如图1所示，环向由4片带肋钢管混凝土束筒身1通过环向连接节点3拼装而成，并沿高度方向分通过竖向连接节点2依次向上组装，形成整体的组合结构风机塔筒；29.如图1所示沿高度方向塔段数量仅为示意，可根据实际工程条件增加或减少塔段数量，而塔筒的直径随高度增加会不断收缩；30.如图2所示，本发明的筒身横截面整体呈中空的圆角矩形，环向由4片带肋钢管混凝土束筒身1通过连接板8和螺栓9拼装而成。带肋钢管混凝土束筒身1外部为钢板7，内部填充混凝土6；每片带肋钢管混凝土束筒身1 由1片弧形钢管混凝土束筒身单元5和2片矩形钢管混凝土束筒身单元4构成；31.如图3所示，带肋钢管混凝土束筒身1的具体构成方式为，弧形钢板两侧分别焊接u型钢板，钢板内侧均设纵向加劲肋10和横向加劲肋12，由此构成1个弧形空腔2个矩形空腔，然后内填混凝土6，形成1片弧形钢管混凝土束筒身单元5和2片矩形钢管混凝土束筒身单元4；矩形钢管混凝土束筒身单元4两侧焊接连接板8并设连接板肋板11连接筒身；32.如图4所示，带肋钢管混凝土束筒身1的端部在环向和纵向均设有连接板8，并有连接板肋板11连接带肋钢管混凝土束筒身1和连接板8，起到加强节点的作用。相邻的带肋钢管混凝土束筒身1通过连接板8使用螺栓9紧固连接，形成t型节点；33.图5和图6中a-a、b-b所示螺栓数量仅为示意，可根据实际工程情况增加或减少。34.以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有若干更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。35.下面对本发明的一种t型连接内置加劲肋钢管混凝土束风机塔筒进行力学分析：36.鉴于本发明的创新性，相应的规范和工程研究鲜有涉及，因此根据本发明的构造特征，选择一种实施例进行力学性能分析，为本发明的工程应用提供进一步参考；37.采用abaqus有限元分析软件进行分析；塔筒属于轴对称结构，整体承受压力、弯矩、剪力及扭矩作用，若对塔筒整体进行建模分析，计算效率较低且成本较高，因此选择矩形钢管混凝土束筒身单元进行模拟分析，荷载可取 fz与mx、fz与my两种组合，其中对于mx、my可简化为作用于墙体顶部的剪力fx、fy；具体模型计算简图如图7所示，所选实施例钢材选用q235，混凝土选用c30，各部件具体尺寸见表1；根据《高耸结构设计标准》 gb50135-2019可知，当对结构塔进行非线性分析时，自立式钢结构塔和自立式混凝土结构塔的整体水平位移角限值分别为1/50与1/100，本次加载按照《建筑抗震设计规范》gb50011-2010，以1/30的层间位移分别对其进行平面内与平面外的位移加载，此次加载位移较大，分析结果较可靠；38.表1各部件具体尺寸[0039][0040]平面外加载：[0041]对平面外加载下的连接节点进行计算，得其屈服荷载为122.94kn，屈服位移为26.42mm，计算出节点试件的初始刚度值仅为4.65kn/mm，说明该节点平面外刚度较小。[0042]通过对平面外加载下的连接节点进行模拟分析，从图8中可以看出，连接段主要在螺栓孔和连接板肋板周围出现显著应力变化，应力最大值达到 413.8mpa，其他部位应力值较小；靠近连接板腹板一侧的高强螺栓螺杆处应力变化较为明显，最大应力值达到943.4mpa，其螺母和另一侧的高强螺栓应力变化较小，主要原因是螺栓杆与螺栓孔处出现应力集中，使得螺栓杆应力增大，但是并未超过螺栓的极限强度。混凝土的最大主应力为4.112mpa，小于其极限抗拉强度4.62mpa，混凝土的最大塑性应变为0.0012，远小于规定的混凝土材料极限应变0.015，同时混凝土的最大受拉损伤应变为0.926，小于规定的极限损伤应变1.0，这表明混凝土部件并未发生开裂破坏。[0043]平面内加载：[0044]对平面内加载下的连接节点进行模拟计算，得其屈服荷载为519.97kn，屈服位移为10.42mm，计算出节点试件的初始刚度值高达49.27kn/mm，说明该节点平面内的刚度较大，能够抵抗较大不利变形；[0045]通过对平面内加载下的连接节点进行模拟计算，从图9中可以看出，节点区受拉一侧的连接板和螺栓孔处应力变化显著，变形较为明显，最大应力值达到470mpa，而节点区受压一侧的连接板肋板出现明显弯曲变形，主要原因是肋板承受拉力及压力共同作用，且这种组合作用在节点区受压侧最大，而连接板翼缘承受弯矩荷载，弯矩最大值出现在节点区受拉侧；节点区受拉一侧的高强螺栓应力较大，螺杆轴向变形显著，最大应力值达到 1000mpa，受压侧应力较小。而混凝土的最大主应力达到2.47mpa，远小于其极限抗拉强度4.62mpa，混凝土的最大塑性应变为0.00047，远小于规定的混凝土材料极限应变0.015，同时混凝土的受拉损伤应变为0.98，小于规定的极限损伤应变1.0，这表明混凝土部件一直未出现开裂破坏现象。[0046]通过以上实例分析可以得出，各部件均能够充分发挥自身的力学性能，参与整个塔筒的受力，以上实例仅为本发明的其中一种技术方案，在实际工程应用中，可根据工程条件对各部件参数进行相应调整，以满足不同工程的要求。









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