预应力锚栓和基础环对风机安全运行影响对比分析

预应力锚栓和基础环对风机安全运行影响对比分析

发表时间：2019-04-09T09:44:29.917Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：王志慧

[导读] 风电场风机基础常用预应力锚栓和基础环两种形式。锚栓贯穿基础整个高度并通过下锚板将锚栓锚固在基础底板

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摘要：风电场风机基础常用预应力锚栓和基础环两种形式。锚栓贯穿基础整个高度并通过下锚板将锚栓锚固在基础底板，结构连续、无刚度和强度突变；基础混凝土长期处于受压状态，混凝土不产生裂缝，其耐久性得到提高；基础环与基础主体混凝土连接部位存在刚度突变，在长期交变荷载的作用下，基础环附近的混凝土存在疲劳破坏的风险。综上所述，预应力锚栓类基础受力更合理、施工方便等优点，将会得到越来越广泛的应用。

关键词：锚栓；基础环；安全运行

前言：

近几年来，国家加大对新能源产业特别是风电产业的扶持，我国风电装机规模不断扩大。随着大型风电场的陆续建成投产，风电场因风机基础问题造成的事故不断出现，特别是沿海水系发达的风电场运行几年后，多台风机陆续出现报警停机情况，维护人员发现很多基础环与混凝土基础承台接缝喷浆，部分风机基础承台上表面出现开裂现象。

1 典型故障分析

某风电场于2012年建成投产，装机规模为3.8万千瓦。运行3年后，风机基础环接缝泛浆现象，根据现勘察和综合分析，认定基础环与混凝土接缝已经形成，推论基础环与混凝土间已经产生破碎带，基础环下法兰处可能形成空腔，存在严重安全隐患。故障原因分析：基础法兰环与底端基础台是一个钢筋混凝土整体组合结构，受工程结构特点，在基础大体积混凝土浇注过程中度应力、混凝土自收缩、法兰环与混凝土不同材质的温缩差、环形结构等各种因素组合无法避免的使法兰与混凝土间产生微量间隙；风机基础环（法兰筒），由于雨水（有明水时）灌入塔筒内或砼基础缝内，导致部分塔筒内、外出现泛浆现象。泛浆物呈灰状液体，不凝结，该泛浆现象随着时间推移将进一步加剧基础环受力结构恶化，随着泛浆量加大，钢结构基础环与混凝土基础结构间隙将不断扩大，势必对风机基础及风机安全造成严重影响，可能造成风机倾倒的安全生产事故。整改措施：将风机的基础环与混凝土接缝泥浆杂物清理干净，压缩空气吹扫干。在风机基础承台上斜向下打孔至基础环下法兰处，打孔处进行环氧注浆加固。

2 基础环基础优缺点

2.1 基础环类风机基础受力特点

对于采用基础环连接方式的风机基础，基础环实质是一个厚壁钢筒，可以视作一个刚体，其弹性模量与混凝土差别非常大。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。基础环连接主要通过混凝土基础中埋置钢筒，钢筒上部带有上法兰，通过高强度螺栓与塔筒进行连接，下部带有下法兰。钢筒作用于基础混凝土的压力主要靠下法兰传递；上拔力则通过下法兰传递给上方的混凝土并传递给周边的钢筋。节点的强度取决于钢筒埋深、混凝土强度、钢筒周边配筋形式及长度等因素。

2.2 基础环类风机基础优点

基础环与塔筒连法兰接螺栓安装较为简便，即使螺栓拧断，也可以轻易更换；基础环的防腐与塔架的防腐方案一致，因此不存在后期使用过程中基础环的腐蚀问题。

2.3 基础环类风机基础缺点

基础环与基础主体混凝土连接部位存在刚度突变，在长期交变荷载的作用下，基础环附近的混凝土存在疲劳破坏的风险。

基础环类风机基础

3 预应力锚栓基础优缺点

3.1 预应力锚栓类风机基础受力特点

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。

3.2 预应力锚栓类风机基础优点

①锚栓贯穿基础整个高度并通过下锚板将锚栓锚固在基础底板，结构连续、无刚度和强度突变；②基础混凝土长期处于受压状态，混凝土不产生裂缝，其耐久性得到提高；③基础柱墩中竖向钢筋几乎不受力，仅需按构造配置预应力钢筋混凝土中的非预应力钢筋，基础更为经济；④基础内部配筋灵活，不受阻隔，节省钢筋用量。⑤施工方便，工艺简单，缩短建设周期。

3.3 预应力锚栓类风机基础缺点

该基础形式对锚栓的质量要求较高，锚栓的张拉及防腐蚀要进行专项设计。此类风机基础有锚栓断裂和锈蚀的风险。

预应力锚栓基础

结束语：

本文通过预应力锚栓和基础环结构型式、受力特点的分析，预应力锚栓和基础环优缺点的对比，结合因基础环接缝间隙扩大导致风机停机故障在多个沿海风电场出现，得出结论是风机预应力锚栓基础比基础环基础优点多。目前，又出现一种可替换的预应力锚栓基础类型，此类型锚栓基础可以更换损坏的锚栓，此类锚栓更好解决锚栓断裂和锈蚀的风险。本文结论预应力锚栓类基础更能满足风电场长期安

全运行需要。

参考文献

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