風電塔施工方案與監測措施

導語：風電塔施工方案與監測措施一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：分階變徑預制體外預應力混凝土施工需在鋼絞線張拉之前完成，且每個筒段都在其重力與摩擦力的作用下保持結構穩定。而鋼絞線張拉流程給建筑結構穩定性帶來的影響目前還無法量化，因此文章詳細研究了預制體外預應力混凝土電塔的具體施工方法與監測方法。

關鍵詞：體外預應力；風力發電塔；施工監測

預制體外預應力混凝土風電塔同時涵蓋了預制混凝土塔與體外預應力技術。其結構是在分階變徑預制預應力混凝土筒段與頂端筒段共同作用下形成的。同時，各個筒段從豎向相應的高度進行分節，其內部則均勻安放了鋼絞線，施工時給鋼絞線施加預應力，以此對混凝土段達到均勻施壓的效果，從而使得所有接觸面被壓緊。

1工程概況

研究者選用的風電塔組機的額定功率可達3MW，高度達到117m左右，同時風電塔底部104m左右是混凝土塔筒，而頂端13m左右則是鋼塔筒。塔機鋼筒主要是借助混凝土轉接部位中的高強螺栓來和塔筒相接。塔筒主要包含預制段與基礎現澆段，其中預制段可分成2個過渡段與3個直筒段，每段均高3m左右。直筒段共有三種型號的截面，包含Φ8000×350、Φ4500×400和Φ6600×350，各種型號截面高度是27.72m、24.64m與30.80m。過渡段則是由錐筒組成的，各過渡段中均包含兩個預制段，且過渡段高度均是6.16m。除此之外，還要給每個預制段內外側配備非預應力筋，以起到保護效果，厚度應控制在5cm左右?；炷镣矁冗€需均勻纏繞16股鋼絞線，其自下而上數第2個過渡段處應保留1.2°的角度。施工時給所有鋼絞線施加3200kN的力，以此達到各部位受力均勻的效果。

2施工過程分析

分層殼單元的理論基礎來源于復合材料力學，該技術是通過將殼單元進行分層，根據每層所處位置設計不等的厚度、材料性質與積分點數，從厚度角度給各積分點計算相應的應力、應變大小，將結果用于剪力墻結構模擬問題內。由于混凝土塔筒配筋、受力等問題類似于剪力墻，因此本項目同樣可以使用這一方法進行研究，只需借助ABAQUS即可實現。塔筒自內而外共計擁有三層，即內側保護、混凝土核心以及外側保護，其交接處內外還包含兩大鋼筋層。借助非線性分析能夠得知，若是項目選擇塑性損傷本構，那么混凝土材料的受拉應變力將小于受拉峰值應變力，同時受壓應力也在抗壓強度70%以內，由此說明混凝土并沒有形成塑性，本構類似線彈性?；诖搜芯?，決定選用線彈性本構，具體參數選擇嚴格按照行業內規范，各參數設計值如表1所示。塔門是塔身的基礎部件之一，加密網格，依據Medialaxis算法劃分塔門周邊場所，另外的區域按照結構化網絡進行劃分。其單元類型屬于4節點曲殼單元S4R，擁有超過13000個單元數。設計兩大分析步完成了對混凝土塔筒未進行張拉部位的實驗，其中第一步是如何添加重力荷載，第二步則是如何添加風荷載?？紤]到時間上的要求，又設計了三個分析步來驗證該項目能否在維系自身結構穩定的同時只通過一次張拉就把鋼絞線張拉至設計值，分別是添加重力荷載、添加預緊力以及添加風荷載。根據相關標準可以估算出風荷載大小，并依照設計需求給予塔筒殼表層一定壓力。若是周圍環境10m高空處風壓大小是0.2kN/m2，表明目前施工現場有8級大風。由于張拉工作并不會給鋼絞線造成明顯的預應力波動，對整體影響不大，因此本模型無須配備鋼絞線，可直接給頂端添加壓力。在結構頂部選取合適的參考點，跟頂端殼形成邊緣耦合約束的關聯，同時在鋼絞線錨點處找到合適的點位，將其和中心點位連接起來。隨后只需給鋼絞線錨點增加壓力，并給整個結構增加壓力?？紤]到鋼絞線自下而上數第2個過渡段處存在1.2°的轉折，由此可以得出鋼絞線給第2過渡段頂部帶來的壓力值大小。分析計算結果可以得出，當施工現場處于8級風環境中，塔筒依舊能夠與所有截面保持緊密連接狀態，其中Φ4500×400段底端是受風力影響最明顯的部位，在風的影響下其豎向壓力明顯變小，說明了即便沒有鋼筒、機頭，塔筒也可以通過重力保持結構穩固。當開始對鋼絞線張拉時，所有截面所承受的壓應力都在不同程度減小。若是張拉任意一根鋼絞線的過程中受到來自周圍八級大風的影響，即便Φ4500×400截面底端的壓力已經變小到0.165MPa，其結構依舊穩固。若是選擇一次性完成整個張拉工作，那么將導致Φ4500×400頂部各段出現裂隙甚至是脫開。從連續體角度分析，此時形成的拉應力上限將為0.2MPa，但由于該處所承受的風載較小，應力變動幾乎不會給整體帶來影響。所以決定把每個鋼絞線一次張拉完畢，但需注意要間隔張拉，以免受到偏心預拉力與周圍風力的影響導致出現裂隙或脫開的問題。綜上，本項目最終決定張拉方案如下所示：先完成一根鋼絞線的張拉工作，待其完成后張拉與其中心對稱的那一根，隨后對兩者相連的垂直平分線中的兩個鋼絞線依次張拉。按照這一方法重復三次直至完成共16根鋼絞線的張拉工作。由于每次張拉帶來的混凝土壓縮將引起前一次張拉實現的預應力被削弱，因此在進行張拉工作時要按照順序適當超張拉，即第一個鋼絞線張拉力應為3332kN，依次遞減至最后一根為3200kN。16根鋼絞線的張拉工作共計分成4批完成，先對這16根鋼絞線依次編號，編號順序是從門洞處左側開始順時針進行編號。為了能夠模擬出整個張拉工作，共設計了17個分析步驟，其中第1個分析步是針對如何給鋼絞線添加重力荷載，其他16個則是嚴格按照標準逐步添加預緊力。同時，本次模擬實驗壓力值大小均為3200kN，這樣設計的目的是為了將誤差控制在3%以內，以此確保模擬結果貼近于實際。

3現場實測

3.1測點布置。通過對現場的分析，把應變計安設在受力明顯的塔筒過渡段底端，且還要給現澆基礎中的底端、側壁以及頂端分別安設應變計。同時，Φ8000×350段的頂端是s組，共計擁有4個應變計，均垂直擺放；而第一過渡段底端則屬于t1組，共計擁有7個應變計，其中兩個與筒臂環向加強筋平行擺放，而另外5個則與縱向受力筋平行擺放；最后第二過渡段屬于t2組，同樣擁有7個應變計，應變計擺放與第一過渡段擺放一致。3.2測量過程。在制作預制段時應該把振弦式應變計安置到混凝土內。由于施工需用到鋼模板，信號線不能穿過模板，所以在施工時應提前把信號線置于結構中的預埋管內，待施工完畢拆模后再把信號線從管中取出。施工時應派遣專業人員手拿讀數儀觀察應變計活性，并測試頻率與溫度值，將其作為f0、t0；隨后利用四芯隔離電纜，并準備足夠長的電纜線將其環繞到筒壁內側預埋件中；將預制件運送至施工場所后，吊裝完畢順著爬梯方向把電纜鋪設到底層地坪中；電纜連接采集箱，并構建振弦式應變計監測體系，施工單位除了可以使用該體系進行施工環節的監控，還可以將其用于后續的維護監測工作中。

4實測結果及與分析結果對比

在張拉時，施工人員應實時觀察結構關鍵位置的變動狀況來對整體進行監測，確保整個張拉工作按設計標準有序開展。Φ8000×350段頂端部位的s-2測點應變變化如圖1所示，通過觀察可以發現，剛開始張拉時全截面并沒受到預壓力影響，應變增長幅度波動劇烈，未達到上小下大、底部內側應變大于外側應變的設想。觀察發現所有測試點的變化狀況與有限元分析結論類似，尤其是t2-1-v部位最為貼近，而t2-4-v位置存在一定誤差。分析細節發現，在施工時其頂部在壓力作用下產生了微裂縫，依據微應變值、應變計標距等內容可得出裂縫寬度在0.03mm左右，可見對整體結構的影響微乎其微。同時不管是實驗還是有限元的模擬都表明上側塔筒的應變力主要在-400~+110με范圍下波動，部分現澆部位也出現了微裂縫，但有限元分析結果顯示這一切均在彈性范圍中，由此可見借助有限元分析混凝土材料是否為線彈性本構的方法可行。

5結語

本文借助分層殼單元技術構建了混凝土塔筒分析模型，利用該模型模擬出了塔筒進行張拉工作之前的受力狀況，針對測試結果制定了相應的施工方案。實踐表明使用分層殼單元理論構建出的模型實用性可靠性較高，能夠用來研究預制塔筒在施工時的關鍵之處，希望能夠為類似項目所參考。

參考文獻

[1]姚博強，李貝，呂雪源，等.基于BIM技術的裝配式混凝土風電塔架深化設計[J].施工技術，2019（10）：5-7.

[2]甘國榮，蘇韓，韋耀淋.風電混凝土塔筒體外預應力錨固體系的研究及應用[J].風能，2018（8）：92-96.

[3]劉占省，韓澤斌，張禹，等.基于BIM技術的預制裝配式風電塔架數值模擬[J].建筑技術，2017（11）：113-114.

作者:徐目華 單位:中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司