憑借多階段式預應力的模塊式風力塔的制作方法
【專利摘要】本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔由多個模塊通過內部的預應力筋腱被預加應力而層疊組裝成風力塔，上述模塊包括：多個層疊模塊，內部貫穿有預應力筋腱；多個拉伸模塊，具有其內部貫穿有預應力筋腱并且把預應力筋腱加以拉伸安置的拉伸引入部。
【專利說明】憑借多階段式預應力的模塊式風力塔
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種憑借預應力(Prestress)的模塊式風力塔，更詳細地說，本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔在層疊組裝了模塊的風力塔的多個地點施加預應力而防止應力集中，在模塊的中空部施加預應力并予以安置而能夠輕易地進行重新施加預應力等維護管理。
【背景技術】
[0002]一般來說，風力塔作為風力發電機的主要結構物而支撐風輪葉片與機艙，主要由鋼管制成。尤其是，大型鋼管的風力發電塔經過許多焊接過程后通過復雜的制作工藝制成。亦即，在制作大型鋼管的風力塔時由于受到自重等因素的影響而使得施工性顯著地下降。何況，由于基于該大型鋼管的風力塔的趨勢是安裝在海上而面臨著腐蝕之類的耐久性問題。
[0003]另一方面，隨著該大型風力塔的發電機容量增加而使得葉片長度變長，支撐該葉片與機艙的塔的規模也日益增大。隨著風力塔的增大，也要按照其增大量而設計成能夠承受其垂直荷重、橫荷重及彎矩等荷重。
[0004]以現有鋼管為例，在施工該大型風力塔時隨著截面增加而提高自重，所提高的自重則造成施工難度及非經濟性等問題。
[0005]為此，專利注冊第713692號等文獻揭示了在工廠制作出內部受到約束的中空混凝土充填單元后在現場層疊該單元并且以對預應力筋腱預加應力的方法施工橋墩的技術，現在則進行著把該技術應用到風力塔的研究。
[0006]如前所述地層疊單元并且在層疊的單元的最上端部分對預應力筋腱進行預加應力后加以固定，但該方法的實效性會隨著塔的高度增加而降低。亦即，在最上端部分對預應力筋腱施加預應力時會在最上端與下端固定部發生較大的應力集中而導致局部破壞。
[0007]而且，當施工后隨著預應力損失而需要重新施加預應力時，如前所述地只在最上端對預應力筋腱施加預應力的話，就會因為和發電機組(Turbine)之類的上部結構物發生干涉而不易重新施加預應力。
[0008]先前技術文獻
[0009]專利文獻
[0010](專利文獻0001)專利注冊第713692號
【發明內容】

[0011]解決的技術問題
[0012]為了解決上述現有技術的問題，本發明的目的是提供一種風力塔，通過模塊施工大型風力塔時按照多個階段施加預應力以防止應力集中，施工后容易進行重新施加預應力之類的作業，從而大幅提高了維護管理的便利性。
[0013]解決問題的技術方案[0014]為了達到上述目的，本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔由多個模塊通過內部的預應力筋腱被預加應力而層疊組裝成風力塔，上述模塊包括:多個層疊模塊，內部貫穿有預應力筋腱；多個拉伸模塊，具有其內部貫穿有預應力筋腱并且把預應力筋腱加以拉伸安置的拉伸引入部。
[0015]而且，上述模塊包括構成本體的混凝土部、位于上述混凝土部內部的中空部、在上述混凝土部讓預應力筋腱貫穿的多個預應力孔；形成于上述拉伸模塊的拉伸引入部包括在上述中空部的內周緣與上述預應力孔連通地形成的安置孔；與上述安置孔連通并且在上述中空部的內周緣突出地形成的安置端。
[0016]另一方面，在上述拉伸模塊中位于最上端的最上端模塊，預應力筋腱只貫穿安置孔并且在被施加了預應力的狀態下被安置在上述安置端。
[0017]而且，上述最上端模塊在上端部朝上端突出地形成多個連接棒而與上部結構物緊固。
[0018]另一方面，上述模塊在上述混凝土部的外周緣或上述中空部的內周緣由約束管構成外管部或內管部。
[0019]而且，上述模塊在上、下層疊的模塊中間配置具備H狀截面的連接器并組裝在模塊之間。
[0020]進一步地說，上述連接器為H狀截面并且在上部面形成上夾槽而下部面則形成下夾槽，在上述上夾槽形成多個上突突起而在上述下夾槽形成多個下突突起，其內部形成貫穿上述上突突起及上述下突突起的灌注道，各模塊的混凝土部在上、下表面各自形成有與上述上突突起及上述下突突起相向的多個安置孔，形成通過上述灌注道充填到上述安置孔的灌漿(grout)并組裝在上、下模塊之間。
[0021]有益效果
[0022]憑借如前所述的構成內容，本發明可以發揮出下列效果。
[0023]第一、以模塊層疊方式組裝風力塔時按照多階段方式施加預應力而得以克服應力集中的結構性缺陷。
[0024]第二、利用形成于模塊的中空部拉伸并安置預應力筋腱，施工后容易重新施加預應力，可以不受風力塔的上部結構物影響地重新施加預應力，可以只針對需要增強的區段重新施加預應力而有利于維護管理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1a及圖1b是作為本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔的一構成要素的模塊的基本例的側剖視圖。
[0026]圖2a到圖2c是本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔的安裝例概略圖。
[0027]圖3是本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔的最上端模塊概略圖。
[0028]圖4a及圖4b是作為本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔的一構成要素的模塊的各實施例的側剖視圖。
[0029]圖5是本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔中上、下模塊之間的接合部緊固裝置概略圖。
[0030]<主要圖形標記的說明>[0031]110:模塊120:預應力筋腱
[0032]130:內管部 140:外管部
【具體實施方式】
[0033]本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔由多個模塊通過內部的預應力筋腱被預加應力而層疊組裝成風力塔，上述模塊包括:多個層疊模塊，內部貫穿有預應力筋腱；多個拉伸模塊，具有其內部貫穿有預應力筋腱并且把預應力筋腱加以拉伸安置的拉伸引入部。
[0034]亦即，本發明把模塊加以層疊構成風力塔并且在多個層疊模塊中間配置多個拉伸模塊，因此不僅在最上端施加預應力，還按照多階段方式施加預應力而得以防止應力集中在特定部位，從而獲得結構性穩定度。[0035]而且，上述模塊包括構成本體的混凝土部并且在上述混凝土部內部形成中空部，上述混凝土部形成有讓預應力筋腱貫穿的多個預應力孔，形成于上述拉伸模塊的拉伸引入部包括在上述混凝土部的內周緣與上述預應力孔連通地形成的安置孔、與上述安置孔連通并且在內周緣突出地形成的安置端較佳。如前所述，本發明在各模塊形成中空，而且拉伸模塊更在內周緣具備拉伸引入部，因此施工后能夠輕易地重新施加預應力。
[0036]而且，在上述拉伸模塊中位于最上端的最上端模塊預應力筋腱只貫穿安置孔并且在被施加了預應力的狀態下被安置在上述安置端，因此可以在最上端模塊不受上部結構物影響地輕易地進行重新施加預應力等作業。
[0037]而且，上述最上端模塊在上端部朝上端突出地形成多個連接棒而與上部結構物緊固，從而能夠與上部結構物也以組裝型構成。
[0038]另一方面，上述模塊可以在上述混凝土部的外周緣或內周緣構成約束管而包括內部混凝土部、在上述混凝土部的外周緣或內周緣構成的外管部或內管部。亦即，本發明的上述模塊可以包括中空型的鋼筋混凝土、中空型的內部約束鋼筋混凝土、中空型的內、外部約束混凝土。
[0039]如前所述，本發明在構成混凝土部時在對于彎曲強度等因素貢獻較少的內部形成中空部而減少了材料及自重。此時，上述混凝土部由鋼筋混凝土構成較佳。而且，本發明可以利用內管部約束上述中空部，此時上述混凝土部也是由鋼筋混凝土構成較佳。
[0040]而且，本發明通過內管部約束上述中空部或者還在上述混凝土部的外周緣利用外管部予以約束而得以成倍地增加強度及延性。而且，利用FRP材質構成上述內管部或外管部而得以防止混凝土因為鹽分而劣化的現象，進一步獲得結構性穩定度。此時，上述混凝土部由鋼筋混凝土/混凝土構成較妥當。
[0041]亦即，近來由于風力塔的大型化而要求能夠收容更大彎矩與橫位移的風力塔結構，為了承受較大彎矩而采取了內部形成中空以減少自重的截面，該中空所導致的延性能力的下降則由外管部或內管部予以約束而防止脆性破壞。而且，該結構還能防止局部挫屈。
[0042]下部面結合附圖圖1a到圖5與實施例詳細說明本發明的構成。
[0043]本發明憑借多階段式預應力的模塊式風力塔100涉及一種由多個模塊通過內部的預應力筋腱被預加應力而層疊組裝的風力塔。
[0044]本發明中模塊100如圖1a及圖1b所示地由層疊模塊IlOa與拉伸模塊IlOb構成，如圖2a至圖2c所示，層疊上述層疊模塊IlOa時在上述層疊模塊IlOa之間配置上述拉伸模塊IlOb地構成本發明的風力塔100。
[0045]上述層疊模塊IlOa與拉伸模塊IlOb都在內部由多個預應力筋腱貫穿并且由上述拉伸模塊IlOb在各高度把貫穿的預應力筋腱中的一部分加以拉伸并安置。亦即，本發明把模塊110加以層疊構成風力塔并且在多個層疊模塊I IOa中間配置多個拉伸模塊110b，因此不僅在最上端施加預應力，還按照多階段方式施加預應力而得以沒有應力集中地、高效地實現預加應力，從而得以獲得結構性穩定度。
[0046]為此,上述模塊110包括中空部111,在構成本體的混凝土部112上形成允許預應力筋腱120貫穿的多個預應力孔113。上述混凝土部112可以由鋼筋混凝土構成，附圖中省略了配置在內部的鋼筋。而且，上述混凝土部112的形狀可以是六面體、圓筒形等，本發明不限制其形狀。
[0047]上述拉伸模塊IlOb如圖1b所示地還具備拉伸引入部114、115，上述拉伸引入部114、115則由安置孔114及安置端115構成。上述安置孔114在上述混凝土部112的內周緣連通上述預應力孔113地形成。而且，上述安置端115在上述混凝土部112的內周緣突出地形成并且與上述安置孔114連通。亦即，讓上述拉伸模塊IlOb中貫穿預應力孔113的多個預應力筋腱120中的一部分通過上述安置孔114暴露于上述中空部111，把如此暴露的預應力筋腱120加以拉伸并安置于上述安置端115，從而僅對預應力筋腱120中的一部分施加預應力。如前所述地在拉伸模塊IlOb通過中空部111針對一部分預應力筋腱120施加預應力時，施工后在預應力損失之類的現象能夠輕易地重新施加預應力，也可以只針對整體風力塔100中可能出現問題的一部分區段重新施加預應力，從而得以高效率地運用。
[0048]圖2a至圖2c圖示了本發明風力塔100的安裝例，圖2a至圖2c圖示了通過3次預加應力而完成風力塔100的實施例，當然其次數根據拉伸模塊IlOb的數量而不同。如圖2a至圖2c所示，本發明的風力塔100首先在地基10上安裝多個預應力筋腱120，讓預應力筋腱120貫穿上述層疊模塊IlOa —定高度地層疊組裝。之后，在上層的層疊模塊110上部層疊拉伸模塊110b，在此，讓一部分預應力筋腱120貫穿預應力孔113，其余的預應力筋腱120則通過上述安置孔114在上述中空部111施加預應力而安置于上述安置端115。如此就能在層疊的模塊110引入初步預應力。
[0049]之后，只針對貫穿上述拉伸模塊IlOb的預應力筋腱120讓層疊在其上部的層疊模塊I IOa被貫穿地層疊，層疊模塊I IOa層疊組裝到一定高度時在上端層疊拉伸模塊110b，按照前面提到的同一方法對預應力筋腱120中的一部分施加預應力而安置。
[0050]之后，同樣地只針對貫穿上述拉伸模塊IlOb的預應力筋腱120而讓層疊在其上部的層疊模塊110被貫穿地層疊到設計高度，在上述拉伸模塊IlOb中位于最上端的最上端模塊110C，讓貫穿了層疊在下部的層疊模塊IlOa的預應力筋腱120整體貫穿上述安置孔114而在上述中空部111施加預應力并安置于上述安置端115。如前所述地，在最上端模塊I IOc讓所有的預應力筋腱120在上述中空部111安置于上述安置端115而能夠不受上部結構物影響地進行重新施加預應力等作業。
[0051]較佳地，上述最上端模塊IlOc如圖3所示地在上端部有多個連接棒117朝上端突出地構成并且憑借螺絲結合之類的方式與發電機組(Turbine)支撐架等上部結構物20緊固。亦即，本發明的風力塔100不僅其本身以組裝型構成，與其連接的上部結構物20也以組裝型構成，從而讓其施工進一步地簡易化。如圖3所示，上述連接棒117憑借帶狀鋼筋116堅固地配置在上述最上端模塊IlOb的上端部。
[0052]另一方面，本發明還揭示了圖4a及圖4b所示其它實施例的模塊110。圖4a及圖4b圖示了層疊模塊110a，但拉伸模塊IlOb也能適用同樣的實施例。
[0053]首先，第一個實施例如圖4a所示地在上述混凝土部112的內周緣，亦即在上述中空部111的內面以約束管進一步構成內管部130。上述內管部130約束上述混凝土部112而使得上述混凝土部112處于3軸壓縮荷重下。這樣就能形成混凝土部112的中空部111而減輕自重并能夠輕易地進行施工，還能附帶地防止混凝土部112的中空部111截面的脆性破壞，不僅憑借上述內管部130的插入而增強彎矩剛性，還能減少截面、自重。
[0054]而且，雖然圖4a中沒有圖示，但拉伸模塊IlOb在中空部111拉伸預應力筋腱120而在混凝土部112發生基于預加應力而來的應力導致局部破壞等現象，因此由上述內管部130在內部約束混凝土部112而得以防止該現象。
[0055]而且，圖4a圖示了層疊模塊110只包括內管部130及混凝土部112，此時雖然沒有圖示，但可以在混凝土部112上添加縱向鋼筋及橫向鋼筋而憑借上述內管部130的約束力、縱向鋼筋及橫向鋼筋的增強力而得以形成結構堅固的模塊。
[0056]另一方面，第二實施例如圖4b所示，在上述混凝土部112的內周緣，亦即在上述中空部111內面以約束管構成內管部130，還在上述混凝土部112的外周緣另外構成外管部140。如圖4b所示，混凝土部112在中空部111的內周緣由內管部130予以約束，在混凝土部112的外周緣則由外管部140予以約束，從而得以增強剛性及延性。此時雖然沒有圖示，但同樣地可以在混凝土部112添加縱向鋼筋及橫向鋼筋。如前所述地構成內管部130及外管部140時，可以把內管部130及外管部140本身作為模具使用，因此在現場施工及制作預鑄(pre-cast)件時能輕易地進行。
[0057]另一方面，上述內管部130及外管部140使用鋼制作而確保彎矩剛性較佳，但也可以根據情況而由具備耐蝕性及延性能力的FRP構成以抵抗腐蝕性環境。
[0058]更佳地，在上述FRP添加增強材料而使用CFRP (Carbon)、AFRP (Aramid)、GFRP (Glass)等，從而選擇性地使用符合現場施工條件的材料較為妥當，而且使用上述FRP等材料時還能順便減少自重而能夠輕易地施工。
[0059]另一方面，本發明的風力塔100如前所述地憑借多階段地預加應力而把各模塊之間加以接合，也能另行使用接合結構。首先，圖1a及圖1b所示模塊110a，IlOb雖然沒有圖示，但也可以采取基于環氧樹脂之類的粘結劑、抗剪鍵等實現模塊之間的接合結構。
[0060]而且，圖4a所示模塊110雖然同樣地沒有圖示，但也可以采取基于環氧樹脂之類的粘結劑、抗剪鍵等接合結構，還能在內管部130之間采取螺絲結合、焊接之類的接合結構。
[0061]而且，圖4b所示模塊110雖然同樣地沒有圖示，但也可以采取基于環氧樹脂之類的粘結劑、抗剪鍵等接合結構，還能在內管部130及外管部140之間采取螺絲結合、焊接之類的接合結構。
[0062]另一方面，本發明在圖5揭示了模塊之間的接合結構的其它實施例，本實施例的接合結構150在各模塊110的上、下模塊的接合部配置具備H狀截面的連接器(connnector) 151而組裝在上、下模塊之間。更具體地說，上述連接器151的截面為H形狀并且在上部面形成上夾槽152而使得層疊在上部的模塊110的下端插入，其下部面形成下夾槽153而使得層疊在下部的模塊110的上端插入。如前所述地讓上、下模塊110插入上述連接器151而得以憑借外側支撐邊154使得各模塊110中接合部部分的外管部140得到支持，憑借內側支撐邊155使得內管部130得到支持。圖5是圖4b所示實施例的模塊例，但不限于此。而且雖然附圖沒有圖示，但上述連接器151應該形成多個貫通孔并且讓預應力筋腱120貫穿。
[0063]進一步地說，上述連接器151在上述上夾槽152形成多個上突突起156，在下夾槽153形成多個下突突起157，其內部則形成有從外側支撐邊154貫穿上突突起156及下突突起157的灌注道158。憑借如此構成而在各模塊110的混凝土部112形成相向于上述上突突起156及下突突起157的緊固孔159，通過上述灌注道158注入灌漿(grout)G而得以在上突突起156及下突突起157插入緊固孔159的狀態下密實地充填灌漿G而堅固地粘結接合部。
[0064]前文以本發明的實施例為例進行了說明，但本發明并不局限于上述內容，在本發明的的技術思想范疇內可以出現各種變形及修改，這對于本領域技術人員來說是非常明顯的。因此本發明的技術范圍不限于說明書所記載的內容而應該根據權利要求書決定。
【權利要求】
1.一種憑借多階段式預應力的模塊式風力塔，多個模塊通過內部的預應力筋腱被預加應力而層疊組裝成風力塔，其特征在于， 上述模塊包括:多個層疊模塊，內部貫穿有預應力筋腱；多個拉伸模塊，具有其內部貫穿有預應力筋腱并且把預應力筋腱加以拉伸安置的拉伸引入部。
2.根據權利要求1所述的憑借多階段式預應力的模塊式風力塔，其特征在于， 上述模塊包括構成本體的混凝土部、位于上述混凝土部內部的中空部、在上述混凝土部讓預應力筋腱貫穿的多個預應力孔； 形成于上述拉伸模塊的拉伸引入部則包括:在上述中空部的內周緣與上述預應力孔連通地形成的安置孔；與上述安置孔連通并且在上述中空部的內周緣突出地形成的安置端。
3.根據權利要求2所述的憑借多階段式預應力的模塊式風力塔，其特征在于， 在上述拉伸模塊中位于最上端的最上端模塊，預應力筋腱只貫穿安置孔并且在被施加了預應力的狀態下被安置在上述安置端。
4.根據權利要求3所述的憑借多階段式預應力的模塊式風力塔，其特征在于， 上述最上端模塊在上端部朝上端突出地形成多個連接棒而與上部結構物緊固。
5.根據權利要求2所述的憑借多階段式預應力的模塊式風力塔，其特征在于， 上述模塊在上述混凝土部的外周緣或上述中空部的內周緣由約束管構成外管部或內管部。
6.根據權利要求5所述的憑借多階段式預應力的模塊式風力塔，其特征在于， 上述模塊在上、下層疊的模塊中間配置具備H狀截面的連接器并組裝在模塊之間。
7.根據權利要求6所述的憑借多階段式預應力的模塊式風力塔，其特征在于， 上述連接器為H狀截面并且在上部面形成上夾槽而下部面則形成下夾槽，在上述上夾槽形成多個上突突起而在上述下夾槽形成多個下突突起，其內部形成貫穿上述上突突起及上述下突突起的灌注道， 各模塊的混凝土部在上、下表面各自形成有與上述上突突起及上述下突突起相向的多個安置孔，形成通過上述灌注道充填到上述安置孔的灌漿并組裝在上、下模塊之間。
【文檔編號】E04H12/16GK103573007SQ201310337020
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月5日 優先權日:2012年8月8日
【發明者】韓宅希, 元德喜, 樸佑善, 尹吉林 申請人:韓國海洋科學技術院