導(dǎo)語：風(fēng)電塔施工方案與監(jiān)測措施一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：分階變徑預(yù)制體外預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定。而鋼絞線張拉流程給建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來的影響目前還無法量化，因此文章詳細(xì)研究了預(yù)制體外預(yù)應(yīng)力混凝土電塔的具體施工方法與監(jiān)測方法。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力；風(fēng)力發(fā)電塔；施工監(jiān)測

預(yù)制體外預(yù)應(yīng)力混凝土風(fēng)電塔同時涵蓋了預(yù)制混凝土塔與體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)。其結(jié)構(gòu)是在分階變徑預(yù)制預(yù)應(yīng)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(yīng)的高度進(jìn)行分節(jié)，其內(nèi)部則均勻安放了鋼絞線，施工時給鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，以此對混凝土段達(dá)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(fēng)電塔組機(jī)的額定功率可達(dá)3MW，高度達(dá)到117m左右，同時風(fēng)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(jī)鋼筒主要是借助混凝土轉(zhuǎn)接部位中的高強(qiáng)螺栓來和塔筒相接。塔筒主要包含預(yù)制段與基礎(chǔ)現(xiàn)澆段，其中預(yù)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(yù)制段，且過渡段高度均是6.16m。除此之外，還要給每個預(yù)制段內(nèi)外側(cè)配備非預(yù)應(yīng)力筋，以起到保護(hù)效果，厚度應(yīng)控制在5cm左右。混凝土筒內(nèi)還需均勻纏繞16股鋼絞線，其自下而上數(shù)第2個過渡段處應(yīng)保留1.2°的角度。施工時給所有鋼絞線施加3200kN的力，以此達(dá)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(chǔ)來源于復(fù)合材料力學(xué)，該技術(shù)是通過將殼單元進(jìn)行分層，根據(jù)每層所處位置設(shè)計(jì)不等的厚度、材料性質(zhì)與積分點(diǎn)數(shù)，從厚度角度給各積分點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變大小，將結(jié)果用于剪力墻結(jié)構(gòu)模擬問題內(nèi)。由于混凝土塔筒配筋、受力等問題類似于剪力墻，因此本項(xiàng)目同樣可以使用這一方法進(jìn)行研究，只需借助ABAQUS即可實(shí)現(xiàn)。塔筒自內(nèi)而外共計(jì)擁有三層，即內(nèi)側(cè)保護(hù)、混凝土核心以及外側(cè)保護(hù)，其交接處內(nèi)外還包含兩大鋼筋層。借助非線性分析能夠得知，若是項(xiàng)目選擇塑性損傷本構(gòu)，那么混凝土材料的受拉應(yīng)變力將小于受拉峰值應(yīng)變力，同時受壓應(yīng)力也在抗壓強(qiáng)度70%以內(nèi)，由此說明混凝土并沒有形成塑性，本構(gòu)類似線彈性?；诖搜芯浚瑳Q定選用線彈性本構(gòu)，具體參數(shù)選擇嚴(yán)格按照行業(yè)內(nèi)規(guī)范，各參數(shù)設(shè)計(jì)值如表1所示。塔門是塔身的基礎(chǔ)部件之一，加密網(wǎng)格，依據(jù)Medialaxis算法劃分塔門周邊場所，另外的區(qū)域按照結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分。其單元類型屬于4節(jié)點(diǎn)曲殼單元S4R，擁有超過13000個單元數(shù)。設(shè)計(jì)兩大分析步完成了對混凝土塔筒未進(jìn)行張拉部位的實(shí)驗(yàn)，其中第一步是如何添加重力荷載，第二步則是如何添加風(fēng)荷載。考慮到時間上的要求，又設(shè)計(jì)了三個分析步來驗(yàn)證該項(xiàng)目能否在維系自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時只通過一次張拉就把鋼絞線張拉至設(shè)計(jì)值，分別是添加重力荷載、添加預(yù)緊力以及添加風(fēng)荷載。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以估算出風(fēng)荷載大小，并依照設(shè)計(jì)需求給予塔筒殼表層一定壓力。若是周圍環(huán)境10m高空處風(fēng)壓大小是0.2kN/m2，表明目前施工現(xiàn)場有8級大風(fēng)。由于張拉工作并不會給鋼絞線造成明顯的預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)頂部選取合適的參考點(diǎn)，跟頂端殼形成邊緣耦合約束的關(guān)聯(lián)，同時在鋼絞線錨點(diǎn)處找到合適的點(diǎn)位，將其和中心點(diǎn)位連接起來。隨后只需給鋼絞線錨點(diǎn)增加壓力，并給整個結(jié)構(gòu)增加壓力。考慮到鋼絞線自下而上數(shù)第2個過渡段處存在1.2°的轉(zhuǎn)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(jì)算結(jié)果可以得出，當(dāng)施工現(xiàn)場處于8級風(fēng)環(huán)境中，塔筒依舊能夠與所有截面保持緊密連接狀態(tài)，其中Φ4500×400段底端是受風(fēng)力影響最明顯的部位，在風(fēng)的影響下其豎向壓力明顯變小，說明了即便沒有鋼筒、機(jī)頭，塔筒也可以通過重力保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。當(dāng)開始對鋼絞線張拉時，所有截面所承受的壓應(yīng)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(fēng)的影響，即便Φ4500×400截面底端的壓力已經(jīng)變小到0.165MPa，其結(jié)構(gòu)依舊穩(wěn)固。若是選擇一次性完成整個張拉工作，那么將導(dǎo)致Φ4500×400頂部各段出現(xiàn)裂隙甚至是脫開。從連續(xù)體角度分析，此時形成的拉應(yīng)力上限將為0.2MPa，但由于該處所承受的風(fēng)載較小，應(yīng)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(yù)拉力與周圍風(fēng)力的影響導(dǎo)致出現(xiàn)裂隙或脫開的問題。綜上，本項(xiàng)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(fù)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(shí)現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力被削弱，因此在進(jìn)行張拉工作時要按照順序適當(dāng)超張拉，即第一個鋼絞線張拉力應(yīng)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(jì)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(cè)開始順時針進(jìn)行編號。為了能夠模擬出整個張拉工作，共設(shè)計(jì)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(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)逐步添加預(yù)緊力。同時，本次模擬實(shí)驗(yàn)壓力值大小均為3200kN，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了將誤差控制在3%以內(nèi)，以此確保模擬結(jié)果貼近于實(shí)際。

3現(xiàn)場實(shí)測

3.1測點(diǎn)布置。通過對現(xiàn)場的分析，把應(yīng)變計(jì)安設(shè)在受力明顯的塔筒過渡段底端，且還要給現(xiàn)澆基礎(chǔ)中的底端、側(cè)壁以及頂端分別安設(shè)應(yīng)變計(jì)。同時，Φ8000×350段的頂端是s組，共計(jì)擁有4個應(yīng)變計(jì)，均垂直擺放；而第一過渡段底端則屬于t1組，共計(jì)擁有7個應(yīng)變計(jì)，其中兩個與筒臂環(huán)向加強(qiáng)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(yīng)變計(jì)，應(yīng)變計(jì)擺放與第一過渡段擺放一致。3.2測量過程。在制作預(yù)制段時應(yīng)該把振弦式應(yīng)變計(jì)安置到混凝土內(nèi)。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(yīng)提前把信號線置于結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋管內(nèi)，待施工完畢拆模后再把信號線從管中取出。施工時應(yīng)派遣專業(yè)人員手拿讀數(shù)儀觀察應(yīng)變計(jì)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(zhǔn)備足夠長的電纜線將其環(huán)繞到筒壁內(nèi)側(cè)預(yù)埋件中；將預(yù)制件運(yùn)送至施工場所后，吊裝完畢順著爬梯方向把電纜鋪設(shè)到底層地坪中；電纜連接采集箱，并構(gòu)建振弦式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測體系，施工單位除了可以使用該體系進(jìn)行施工環(huán)節(jié)的監(jiān)控，還可以將其用于后續(xù)的維護(hù)監(jiān)測工作中。

4實(shí)測結(jié)果及與分析結(jié)果對比

在張拉時，施工人員應(yīng)實(shí)時觀察結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的變動狀況來對整體進(jìn)行監(jiān)測，確保整個張拉工作按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有序開展。Φ8000×350段頂端部位的s-2測點(diǎn)應(yīng)變變化如圖1所示，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，剛開始張拉時全截面并沒受到預(yù)壓力影響，應(yīng)變增長幅度波動劇烈，未達(dá)到上小下大、底部內(nèi)側(cè)應(yīng)變大于外側(cè)應(yīng)變的設(shè)想。觀察發(fā)現(xiàn)所有測試點(diǎn)的變化狀況與有限元分析結(jié)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(xì)節(jié)發(fā)現(xiàn)，在施工時其頂部在壓力作用下產(chǎn)生了微裂縫，依據(jù)微應(yīng)變值、應(yīng)變計(jì)標(biāo)距等內(nèi)容可得出裂縫寬度在0.03mm左右，可見對整體結(jié)構(gòu)的影響微乎其微。同時不管是實(shí)驗(yàn)還是有限元的模擬都表明上側(cè)塔筒的應(yīng)變力主要在-400~+110με范圍下波動，部分現(xiàn)澆部位也出現(xiàn)了微裂縫，但有限元分析結(jié)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(gòu)的方法可行。

5結(jié)語

本文借助分層殼單元技術(shù)構(gòu)建了混凝土塔筒分析模型，利用該模型模擬出了塔筒進(jìn)行張拉工作之前的受力狀況，針對測試結(jié)果制定了相應(yīng)的施工方案。實(shí)踐表明使用分層殼單元理論構(gòu)建出的模型實(shí)用性可靠性較高，能夠用來研究預(yù)制塔筒在施工時的關(guān)鍵之處，希望能夠?yàn)轭愃祈?xiàng)目所參考。

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作者:徐目華 單位:中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司