一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构的制作方法

[0001]
本发明属于高耸钢结构技术领域，具体涉及一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构。


背景技术：

[0002]
随着高耸钢结构和风力发电塔的发展，针对高耸钢结构尤其是风力发电塔等在风荷载和机械运行作用下疲劳效应显著的问题，采用构架式钢结构塔架用于提升其下部材料利用率及整体刚度，但钢结构疲劳问题成为结构材料充分利用的限制条件。为提高材料的利用率，预应力构架式塔结构可使钢管柱在正常使用工况下始终处于受压状态，除极端天气下的工况外，钢管柱内不出现拉应力，可抑制微观及宏观裂纹的发展，防止发生疲劳破坏，延长钢管柱疲劳寿命。目前，一般采用体内预应力方法使钢管柱在正常使用工况下始终处于受压状态，但是体内预应力要求将拉索或锚索穿在钢管柱内部，施工安装繁琐。


技术实现要素：

[0003]
为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构，将预应力锚索安装在钢管柱外部，安装简便，便于维护。
[0004]
本发明提供的一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构，包括若干节钢管柱、横杆及斜杆，各节钢管柱从下至上通过法兰及螺栓连接为塔柱，所述横杆水平固定于相邻塔柱上，所述斜杆交叉固定于相邻塔柱上，每节所述钢管柱的顶端及底端分别设置有上端法兰板及下端法兰板，每节所述钢管柱的外部均设置有预应力锚索，每节所述钢管柱外部的预应力锚索的上锚点穿过该节钢管柱的上端法兰板及相邻上一节钢管柱的下端法兰板并通过锚头固定于该相邻上一节钢管柱的下端法兰板上方，每节所述钢管柱外部的预应力锚索的下锚点穿过该节钢管柱的下端法兰板及相邻下一节钢管柱的上端法兰板并通过锚头固定于该相邻下一节钢管柱的上端法兰板下方。
[0005]
进一步地，最上节所述钢管柱的顶端固定有铸钢件，所述铸钢件的底端设置有铸钢件法兰板，最上节所述钢管柱外部的预应力锚索的上锚点穿过该节钢管柱的上端法兰板及铸钢件法兰板并通过锚头固定于该铸钢件法兰板上方，最上节所述钢管柱外部的预应力锚索的下锚点穿过该节钢管柱的下端法兰板及相邻下一节钢管柱的上端法兰板并通过锚头固定于该相邻下一节钢管柱的上端法兰板下方。
[0006]
进一步地，最下节所述钢管柱的底端固定有混凝土基础，所述混凝土基础底部设置有底部锚板，最下节所述钢管柱外部的预应力锚索的上锚点穿过该节钢管柱的上端法兰板及相邻上一节钢管柱的下端法兰板并通过锚头固定于该相邻上一节钢管柱的下端法兰板上方，最下节所述钢管柱外部的预应力锚索的下锚点穿过该节钢管柱的下端法兰板及混凝土基础底部的底部锚板并通过锚头固定于底部锚板上。
[0007]
进一步地，最下节所述钢管柱的下端法兰板与底部锚板之间采用预应力锚栓固定，所述预应力锚栓的上锚点穿过最下节钢管柱的下端法兰板并通过锚头固定于该下端法
兰板上方，所述预应力锚索的下锚点穿过混凝土基础及混凝土基础底部的底部锚板并通过锚头固定于该底部锚板下方。
[0008]
进一步地，相邻两个所述钢管柱外部的预应力锚索间隔分布。
[0009]
进一步地，每节所述钢管柱外部的预应力锚索设置若干根。
[0010]
进一步地，本实施例的提供的一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构的安装步骤如下：（1）预先在预应力锚栓及最下节钢管柱外部的预应力锚索中下段外套设pvc套筒，并在钢筋笼中按设计位置布置预应力锚栓、最下节钢管柱外部的预应力锚索及底部锚板，且预应力锚栓、最下节钢管柱外部的预应力锚索的下锚点通过螺栓与底部锚板固定；（2）浇筑混凝土基础，待混凝土基础浇筑硬化后将最下节钢管柱通过预应力锚栓安装在混凝土基础上，张拉预应力锚栓锚并将其锚固在最下节钢管柱的下端法兰板上，使预应力锚栓与混凝土基础形成无粘结预应力自平衡体系；（3）从下至上逐节将剩余的钢管柱通过上端法兰板、下端法兰板及螺栓连接为塔柱，并采用螺栓连接相应的横杆及斜杆，且在各节钢管柱外部通过锚头安装预应力锚索；（4）钢塔架安装完毕后，在各节钢管柱的下端法兰板及铸钢件法兰板位置对预应力锚索进行张拉，将各节钢管柱的外部预应力锚索张拉至所需预拉力值并通过锚头锚固在相应法兰板上。
[0011]
本发明提供的一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构，其有益效果为：（1）预应力锚索设置在各节钢管柱外部，在安装过程中对预应力锚索进行张拉至相应设计值并通过锚头锚固在相应法兰板上，使预应力锚索和钢管柱内力平衡，钢管柱处于受压状态，在正常工作条件下的风荷载和机械运行作用下，塔柱受拉一侧钢管柱内所产生的拉力小于在此钢管柱外部所施加的预拉力，使钢管柱始终保持受压状态，可抑制微观及宏观裂纹的发展，延长柱疲劳寿命，即使出现疲劳裂纹也有能力持续工作相当长一段时间；（2）预应力锚索布置于钢管柱外部，施工机械化程度高、操作简单、节省时间；（3）在外荷载作用下，自下而上各节钢管柱的内力情况不同，各节钢管柱在正常使用工况下处于受压状态所需预拉力值也不同，通过体外预应力锚索可以实现分节张拉，以根据各节钢管柱具体情况确定预拉力值，避免过大预拉力影响部分塔柱极限承载能力。
附图说明
[0012]
图1是本发明的整体结构示意图；图2是钢管柱的结构示意图；图3是最上节钢管柱与铸钢件的连接结构示意图；图4是最下节钢管柱与混凝土基础的连接结构示意图；图5是底部锚板的结构示意图。
[0013]
其中：1.钢管柱；2.预应力锚索；3.锚头；4.螺栓；5.预应力锚栓；6.底部锚板； 7.混凝土基础；8.下端法兰板；9.上端法兰板；10.铸钢件；11.铸钢件法兰板；12.横杆；13.斜杆；14.塔柱。
具体实施方式
[0014]
下面参照附图，结合一个实施例，对本发明提供的一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构进行详细的说明。
[0015]
参照图1-5，一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构，包括若干节钢管柱1、横杆12及斜杆13，各节钢管柱1从下至上通过法兰及螺栓4连接为塔柱14，塔柱14设置4根，横杆12水平固定于相邻塔柱14上，斜杆13交叉固定于相邻塔柱14上，各节钢管柱1、横杆12及斜杆13连接为钢塔架。具体的，每节钢管柱1的顶端及底端分别设置有上端法兰板9及下端法兰板8，各节钢管柱1通过上端法兰板9、下端法兰板8及螺栓4连接，横杆12及斜杆13通过螺栓4与各节钢管柱1连接，且螺栓4采用摩擦型高强螺栓。
[0016]
本实施例中，每节钢管柱1的外部均设置有预应力锚索2，每节钢管柱1外部的预应力锚索2的上锚点穿过该节钢管柱1的上端法兰板9及相邻上一节钢管柱1的下端法兰板8并通过锚头3固定于该相邻上一节钢管柱1的下端法兰板8上方，每节钢管柱1外部的预应力锚索2的下锚点穿过该节钢管柱1的下端法兰板8及相邻下一节钢管柱的上端法兰板9并通过锚头3固定于该相邻下一节钢管柱1的上端法兰板9下方，本实施例将预应力锚索2布置于钢管柱1外部，安装操作简便，且预应力锚索2分节设置，可以实现分节张拉，以根据各节钢管柱1具体情况确定预拉力值。
[0017]
本实施例中，为使塔柱14的顶部与底部固定牢固，最上节钢管柱1与最下节钢管柱1的具体连接方式如下：最上节钢管柱1的顶端固定有铸钢件10，铸钢件10的底端设置有铸钢件法兰板11，最上节钢管柱1外部的预应力锚索2的上锚点穿过该节钢管柱1的上端法兰板9及铸钢件法兰板11并通过锚头3固定于该铸钢件法兰板11上方，最上节钢管柱1外部的预应力锚索2的下锚点穿过该节钢管柱1的下端法兰板8及相邻下一节钢管柱1的上端法兰板9并通过锚头3固定于该相邻下一节钢管柱1的上端法兰板9下方；最下节钢管柱1的底端固定有混凝土基础7，混凝土基础7底部设置有底部锚板6，最下节钢管柱1外部的预应力锚索2的上锚点穿过该节钢管柱1的上端法兰板9及相邻上一节钢管柱1的下端法兰板8并通过锚头3固定于该相邻上一节钢管柱1的下端法兰板8上方，最下节钢管柱1外部的预应力锚索2的下锚点穿过该节钢管柱1的下端法兰板8及底部锚板6并通过锚头3固定于底部锚板6上，且最下节钢管柱1的下端法兰板8与底部锚板6之间采用预应力锚栓5固定，预应力锚栓5的上锚点穿过最下节钢管柱1的下端法兰板8并通过锚头3固定于该下端法兰板8上方，预应力锚栓5的下锚点穿过混凝土基础7及混凝土基础7底部的底部锚板6并通过锚头3固定于该底部锚板6下方，且最下节钢管柱外部的预应力锚索2中下段及预应力锚栓5外套设有pvc套筒，即底部锚板6与最下节钢管柱1的下端法兰板8之间的预应力锚索2以及预应力锚栓5外套设有pvc套筒，使预应力锚栓5、最下节钢管柱外部的预应力锚索2与混凝土基础7之间无粘结，待混凝土基础7浇筑硬化后张拉预应力锚栓5，使预应力锚栓5与混凝土基础7之间形成无粘结预应力自平衡体系。
[0018]
本实施例中，每节钢管柱1外部的预应力锚索2设置8根，且相邻两个钢管柱1外部的预应力锚索2间隔分布，便于分段控制预应力。
[0019]
本实施例的提供的一种构架式体外预应力抗疲劳钢塔架结构的安装步骤如下：（1）预先在预应力锚栓5及最下节钢管柱1外部的预应力锚索2中下段外套设pvc套筒，
并在钢筋笼中按设计位置布置预应力锚栓5、最下节钢管柱1外部的预应力锚索2及底部锚板6，且预应力锚栓5、最下节钢管柱1外部的预应力锚索2的下锚点通过螺栓4与底部锚板6固定；（2）浇筑混凝土基础7，待混凝土基础7浇筑硬化后将最下节钢管柱1通过预应力锚栓5安装在混凝土基础7上，张拉预应力锚栓5并将其锚固在最下节钢管柱1的下端法兰板8上，使预应力锚栓5与混凝土基础7形成无粘结预应力自平衡体系；（3）从下至上逐节将剩余的钢管柱1通过上端法兰板9、下端法兰板8及螺栓4连接为塔柱14，并采用螺栓4连接相应的横杆12及斜杆13，且在各节钢管柱1外部通过锚头3安装预应力锚索2；（4）钢塔架安装完毕后，在各节钢管柱1的下端法兰板8及铸钢件法兰板11位置对预应力锚索2进行张拉，将各节钢管柱1的外部预应力锚索2张拉至所需预拉力值并通过锚头3锚固在相应法兰板上。