风电机组预应力锚栓基础局部承压分析

风电机组预应力锚栓基础局部承压分析

耿树旭

（中国十七冶集团有限公司安徽马鞍山243000）

摘要：国家社会经济的不断进步与发展，极大地促进了风电机组建设的飞跃，研究其预应力锚栓基础局部承压问题，对于提升其整体建造水平具有极为关键的意义。本文首先概述了相关内容，分析了预应力锚栓基础的力学分析，并研究了预应力锚栓基础的结构计算，望对相关工作的开展有所裨益。

关键词：风电机组；预应力；锚栓基础；局部承压

1前言

随着风电机组建设条件条件的不断变化，对预应力锚栓基础局部承压提出了新的要求，因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与实践。基于此，本文从概述相关内容着手本课题的研究。

2概述

用于固定机组的混凝土结构是风电机组基础，它不仅要对机组的最大倾覆载荷进行抵抗，而且要承受塔筒及机组的重量，在各种载荷下确保机组的安全运行。作为风电场建设重要组成部分的风电机组基础，不仅关系风场的投资，还影响着风场的安全可靠运行。传统的风电机组基础是埋入一段塔筒（基础环）在承台式基础中，机组安装时，将基础环法兰和塔筒法兰连接。

改为预应力锚栓基础是典型的米字梁基础，通过载荷计算和受力分析将基础结构优化，使得整个基础的钢筋用量和混凝土用量减少了30%的，为业主节约了投资成本。

将混凝土浇筑和锚栓固定在一起并不是这种基础形式，它是由下锚板、上锚板、PVC护管、锚栓等组成，用PVC护管在下锚板和上锚板之间将混凝土与锚栓隔离，而且要密封，水不能进入到护管内在浇筑过程中，对锚栓以免造成腐蚀。当锚栓承受拉力时，会均匀受力在锚栓的下锚板以上部分，整个锚栓成为弹性体，没有刚性部分和弹性部分的界面，从而应力集中的现象可以避免，增强风机运行的安全可靠性。

3预应力锚栓基础的力学分析

对于采用传统基础环连接方式的风机基础，基础环埋入混凝土中的部分是一个刚性结构，而露出部分以及整个塔筒又是一个柔性体，在基础环和混凝土基础最上面的交线，就形成了一个应力集中部位，如果基础环在这个部位材料有缺陷或承受的应力过大，就很容易在这个部位造成疲劳破坏。在实际运行的风电场中，有部分风电场的风机基础已经出现了基础环两侧混凝土出现疲劳破环，基础环与两侧混凝土直接出现肉眼可见的脱开缝隙，在风机运行时基础环有明显的晃动，直接影响风机设备的安全。

预应力锚栓的出现，则完全避免了风机基础出现以上问题的可能。预应力锚栓替代了基础环，而风机基础的形式仍为普通的基础形式。预应力锚栓基础形式并不是将锚栓和混凝土浇筑在一起，它是由上锚板、下锚板、锚栓、PVC护管等组成，在上锚板和下锚板之间用PVC护管将锚栓与混凝土隔离，而且要密封，浇筑过程中水不能进入到护管内，以免对锚栓造成腐蚀。当锚栓受到拉力时，锚栓的下锚板以上部分会均匀受力，整个锚栓是一个弹性体，没有弹性部分和刚性部分的界面，从而避免了应力集中。由于对锚栓施加预应力，混凝土基础始终处于受压状态，因此采用预应力锚栓的风机基础就不会出现基础环两侧混凝土出现应力集中而产生破坏的情况。

4预应力锚栓基础的结构计算

以某风电场单机容量2.0MW的预应力锚栓基础为例，对预应力锚栓基础进行结构设计。

4.1设计参数

混凝土材料的计算参数：混凝土强度等级为C40，混凝土抗冻等级为F150，裂缝控制等级为三级；钢筋为HRB400三级钢。

基础混凝土保护层厚度为：基础底面钢筋保护层80mm，顶面及侧面保护层厚度均为50mm。

预应力锚栓采用8.8级M42高强螺栓，分两圈沿圆周均匀布置，每圈布置80根，一共160根。单根锚栓预张力为502KN。

基础采用天然地基，基础持力层强风化或中风化砂岩，承载力特征值≥220Kpa。

工程所在地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。

4.2预应力锚栓作用力计算

由于风机荷载中弯矩值较大，对于锚栓及风机基础来说所受荷载为偏心荷载，由故上部风机传递至每个锚栓上的作用力是不同的，我们需要计算出所有锚栓中作用力最大的一个，用来验算锚栓的预张力是否满足要求。

预应力锚栓作用力计算可采用上面的公式，但由于是校核锚栓强度，公式里的荷载标准值均采用设计值（极端工况），Fk取风机荷载竖向力设计值即1.2Fz=3665.8KN，Gk取0KN，Mxk取风机荷载弯矩值1.5Mxy=91177.5KN.m，锚栓数量为160即n=160，yi根据锚栓布置半径计算确定。

4.3预应力锚栓基础的其他结构设计

4.3.1基础形式的选择

在风机基础设计时，采用基础环的风机基础上部圆柱受到基础环的压力、剪力、弯矩及局部抗压，受力很复杂，需考虑几种荷载的共同作用，所以圆柱外部及内部的钢筋配置较多且较复杂；而预应力锚栓基础的上部圆柱只受压，钢筋只需进行构造配置即可。

整板式基础与梁板式相比钢筋用量较小，锚栓间距较大，基础钢筋穿插、绑扎方便。基础模板为上、下两个环形模板，支模、拆模工作量小，且较方便。基础底板坡度较小，混凝土浇注较方便，但混凝土量较大，浇注时间较长。

虽然梁板式基础较整板式基础混凝土方量小，但钢筋绑扎及混凝土模版相对复杂，且对施工质量要求较高。故在实际工程应用时，笔者推荐采用整板式基础。

4.3.2上锚板下部灌浆结构设计

由于预应力锚栓在施加预应力后，锚栓的预拉力是通过上锚板及下锚板传递至风机基础上，而锚栓的后张拉工作是在锚栓的上端进行的，且基础上部直接暴露在外部，所以上锚板下部基础混凝土的抗压强度尤其重要。一般会在上锚板下部开槽灌浆或直接在基础顶面进行灌浆，厚度约80mm。

5质量控制措施

①严格按照质量检查及质量验收制度监控工程实施的全过程，达不到质量标准的工序，必须监督其整改合格后方可进入下一道工序。②按部就班地落实“钢材跟踪单”工作制度，对照质量控制指标检查基础环的施工质量，保证质量全程可控。③焊工应经过培训，合格证书合格后，钢焊前应进行焊接试验，焊接接头应按要求进行取样试验。④明确上至队长、下至班组成员的各级岗位质量职责，建立了班组质量奖惩制度，提高了班组员工的质量意识。

6作业的安全技术措施及环境保护措施

①参建人员必须参加岗前培训和三级安全教育，施工单位要对每一位进场的工人进行身体检查，防止员工带病上岗后引发安全事故。②工程的参建方，在操作前一定要进行全面的安全技术交底，施工中严格按照技术规程操作。③参建人员一律穿戴安全防护服和安全保护用具进场，并且要穿软底防滑鞋。④从事电焊作业的人员一律经过岗前培训，持证上岗。⑤基坑周边应设防护围栏，并挂设警示牌。⑥大风、大雨等恶劣天气时，应停止吊装作业。⑦施工现场严禁吸烟，严禁酒后进入施工现场。⑧吊车停放在坚实平整的地面，支好吊车的所有外伸支腿，使用警示标识，以防止其他人员进入吊装的危险区域。⑨吊装过程中，要确保吊物始终处于平衡稳定状态。吊装人员不能站在吊臂下，禁止将悬吊着的重物从人员上方经过。起吊时要始终保持吊臂在吊物的正上方，确保吊臂不要倾斜或撞击其他物体。⑩现场管理人员有责任确保吊装设备处于良好的工作状态，任何时候都可以安全的操作。吊装作业完毕，清理施工现场，清查人员和工机具，拆除警示标识，撤离施工现场。

7结束语

通过对风电机组预应力锚栓基础局部承压问题的研究，我们可以发现，该项工作理想效果的取得，有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从客观实际出发，充分利用既有优势资源与条件，研究制定最为符合实际的实施方案。

参考文献

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