[发明专利]一种中空夹层管壁带肋复式钢管混凝土风电塔架

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，具体涉及一种风电塔架。

背景技术

塔架是风力发电机组中的主要支承装置，随着风力发电机组的发展，塔架经历了单管拉线式、桁架拉线式、桁架式塔架和常见的锥筒式塔架等形式，现代大型风力发电机组通常采用钢制锥筒式塔架。风力机机组单机容量不断增加，相应的塔架也朝着高耸化发展，尤其是对于高度达到100米以上的塔架，钢结构塔架钢板厚度的增加对于卷制钢板的加工工艺及焊接工艺、运输、安装及维护方面都出现了一些不可克服的问题，大大增加了机组的成本；而且随着塔架高度的增加，产生的空气动力学和结构动力学问题更加突出，对塔架的强度、刚度和稳定性都提出了新的要求。

中空夹层复式钢管混凝土构件作为复式钢管混凝土构件中的一种新型式，在大跨、高耸等现代工程结构中有着广阔地应用前景，除了具有普通复式钢管混凝土构件承载力高、耐火性能好、塑性性能和韧性性能好等特点外，因其特殊的截面形式，具有截面开展、抗弯刚度大、自重轻、抗震性能好、防火性能优越等优点。有文献表明，其在大弯矩情况下，能使材料的力学性能更好地发挥，在外管尺寸相同情况下，中空夹层混凝土构件的承载力与相同样式实心钢管混凝土构件的承载力基本相当，且力学性能类似。

虽然，中空夹层复式钢管混凝土构件与钢制构件或混凝土构件相比，其材料性能和力学性能均有所提高，但是当钢管壁较薄时，在压力的作用下其管壁较易产生局部屈曲，这样就降低了构件的承载力。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能有效地控制局部屈曲的发展、提高构件的承载力和增大构件延性的中空夹层管壁带肋复式钢管混凝土风电塔架。

技术方案：本发明提供了一种中空夹层管壁带肋复式钢管混凝土风电塔架，包括现浇钢筋混凝土基础、一组钢管混凝土塔段，所述钢管混凝土塔段之间通过水平法兰盘连接成竖直塔筒，同时塔筒底部固定在所述现浇钢筋混凝土基础上，所述钢管混凝土塔段包括内钢管、外钢管和浇筑在内钢管外钢管之间夹层的混凝土层，所述内钢管的外壁一周均匀设有纵向的第一加劲肋，所述外钢管的内壁一周均匀设有纵向的第二加劲肋；在内外钢管的管壁设置加劲肋，增强钢管与混凝土层界面的粘结性能，使塔架具有刚度大、承载力高、稳定性好、抗风抗震抗疲劳性能好、塔架受力合理分布和施工运输方便等优势。

进一步，为了防止内外管壁其他部分产生屈曲，所述第一加劲肋和第二加劲肋的横截面为矩形，所述第一加劲肋的横截面宽度不大于所述内钢管的厚度，所述第二加劲肋的横截面宽度不大于所述外钢管的厚度。

优选的，所述第一加劲肋和第二加劲肋的数量分别为4~12个；加劲肋的数量越多，承载力越高，但同时也增加了焊接工作量以及钢材的用量，因此，在保证所需承载力的基础上简化焊接次数及节约钢材用量，加劲肋的数量沿圆周均匀设置4~12个；在实际施工中，内外钢管为正方形或正六边形截面时可沿每边均匀设置1~3个。

优选的，所述钢管混凝土塔段的数量为3~5段；随着风电机组功率的增加，根据风场条件，塔架通常达到数十米，甚至100米以上，将塔筒分段制造，便于生产和运输安装，同时考虑塔筒的强度、整体刚度以及塔筒的稳定性，在实际设计中，通常优选塔段的数量为3~5段。

优选的，所述内钢管和外钢管的厚度均为10~40mm，内外钢管的厚度对塔筒的局部屈曲以及承载力有一定的影响，钢管厚度太小容易发生局部屈曲，钢管厚度太大对卷制工艺和设备又有过高的要求，因此本发明优选内钢管和外钢管的厚度为10~40mm。

优选的，所述内钢管的横截面为圆形、正方形或正六边形，纵剖面为锥形或矩形。

优选的，所述外钢管的横截面为圆形，纵剖面为锥形。

由材料力学知识可知，在截面面积相等的情况下，正多边形的截面惯性矩随着边数（大于等于4）的增加影响不大，矩形最大，圆形最小，两者相差约5%；并且截面的弯曲应力还与荷载的方向有关，在不定向荷载作用下，圆形截面抵抗弯矩的能力最佳，同时，相对于方、矩形截面，圆形截面更不易发生局部屈曲，而正多边形截面管壁平整有利于结点连接。考虑到塔架在外侧受到不定向的风荷载作用以及圆形钢管风阻系数较小，兼顾外形的美观简洁，施工的快捷方便，材料的节约等多方面的因素，外钢管的横截面优先选用圆形，内钢管的横截面优先选用圆形、正方形或正六边形。