王茜瑶
江苏海上龙源风力发电有限公司 江苏 南通 226000
摘要：本文对风电机组基础型式进行了简单介绍，着重阐述了预应力锚栓基础及其局部承压问题。提出风电机组预应力锚栓基础局部承压的计算方法，并结合工程案例，对风电机组预应力锚栓基础局部承压计算结果进行探讨与研究，以供参考。
关键词：风电机组；预应力锚栓；局部承压
引言：当前新型能源的开发与利用取得了重大突破，其中风能具有绿色无污染、清洁、安全等特点，因此在新能源领域有着巨大的发展潜力。利用风能进行发电，是当前风能应用的一个重要方向。风能发电涉及到的学科领域非常多，其技术应用的综合性与技术性非常强。在风能发电工程中，风电机组是至关重要的设备，而对于风电机组而言，其基础结构则承受着所有上部结构的荷载，并将荷载传递至地基，使整个风电机组结构保持稳定。相较于普通的建筑工程，风电机组的基础结构所受荷载源自于360°方向，并且其偏心受力情况也相对特殊，因此这就要求风电机组的基础具有较高的质量。可以说风机的整体稳定性在很大成程度上取决于地基设计以及施工质量。其中预应力锚栓在风电机组基础中具有较高的应用价值，为了保障其设计与施工质量，首先就是对基础局部承受的压力进行准确计算。鉴于此，我们有必要围绕风电机组预应力锚栓基础局部承压问题展开探讨与研究。
一、概述
现阶段，我国生产的风电主机中风电机组的基础连接型式主要分为两种，即预应力螺栓连接与基础环连接。后者在工程实践中的应用趋于广泛，在技术层面上拥有相对丰富的经验。然而基础环基础的缺点在于直径大、埋深欠，难以明确受力机理。该结构型式的一个主要问题还在于基础环与顶面混凝土防水密封以及下法兰周边存在应力集中现象。这些问题成为了工程建设中的一个技术瓶颈。而预应力螺栓连接形成的风机基础，拥有比较明确的受力特性以及良好的吸收能力，在短期内即可完成施工，因此具有较高的推广价值。当然，受限于预应力作用，锚固区的混凝土的局部承压问题一直比较突出，这就要求设计人员以及施工人员对此予以高度关注，在工程实践中对构件开裂问题加以严格控制，如果控制不当，情况严重时还有可能导致混凝土局部压碎。鉴于此，在风机服役期内，我们有必要针对预应力螺栓基础的局部受压问题进行探索与研究[1]。
二、局部受压计算方式
基于预应力螺栓连接的风电机组基础，在预应力施加之后，基础局部受压问题比较突出，其中塔筒T形法兰下、高强灌浆下部及下锚板上部局部的混凝土等三个部分的受压较大。鉴于此，结合相关工程规范与标准，选取实际案例对基于预应力螺栓连接的风电机组基础的混凝土局部受压进行计算与分析[2]。
1 工程资料
由塔筒厂家提供的上部结构荷载作用于塔筒底部的T形法兰上，竖向荷载 Fzk，水平向荷载 Frk，弯矩Mrk，扭矩Mzk ；T形法兰外直径D1，内直径D2，厚度t1；高强灌浆外直径D3内直径D4厚度 t2；锚栓数目n，预拉力Pa，锚栓直径d1，锚栓孔直径d2，外圈螺栓分布半径r1，内圈螺栓分布半径r2 ；下锚板外直径D5，内直径D6，厚度t3。
2 计算内容
2.1 局部压应力
当偏心荷载作用于环形结构的情况下，可以按照下式来计算构件的地面压应力：
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根据上式，F表示荷载效应基本组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，Fz=1.2×Fzk ；Pa为预应力锚栓的预拉力；A为环形构件底面面积；Mr为荷载效应基本组合时，作用于基础底面的力矩合力设计值，Mr= 1.5 ×Mrk；W为环形构建的截面抵抗矩；σmax为荷载效应基本组合时，基础底面边缘的最大压应力值；σmin为荷载效应基本组合时，基础底面边缘的最小压应力值[3]。
如果对下锚板上部混凝土压应力进行计算，可以对上式进行简化，即：
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根据上式，Fl为局部受压面上作用的局部压力设计值；fc为混凝土轴心抗压强度设计值；βc为混凝土强度影响系数；β1为混凝土局部受压时的强度提高系数；Al为混凝土局部受压面积；Aln为混凝土局部受压净面积，在混凝土局部受压面积中扣除孔道的面积；Ab为局部受压的计算底面积[4]。
2.3 局部受压承载力计算
如果间接钢筋的型式为方格网式或者螺旋式，那么在对其局部受压承载力进行配置时，应该遵循以下要求：
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3 工程案例分析
A风电场的风机单机容量为3.0MW。基于相关数据的实测分析，获取到上部机构向塔筒底部传递的正常运行荷载以及极端荷载。根据荷载数据以及A风电场的相关资料来设计风机基础。
基于对结构和构造要求的把握，对风机基础型式加以确定，即钢筋混凝土浅埋式基础，其基础高为3.9m。基础底部呈圆柱形，其高为1m，半径10.4m；基础中间为一个圆台，其底面与顶面半径分别为10.4m和3.2m，高1.7m；基础上部为台柱，其半径为3m，高1.25m。基础浇筑的混凝土强度等级为C40，高强灌浆抗压强度为60MPa。
筒下部T形法兰外直径D1=4638mm，内直径D2=3842mm，t1=120mm；高强灌浆外直径 D3=4838mm，内直径D4=3642mm，厚度t2=90mm；锚栓数目n=188，预拉力值Pa=680kN，锚栓直径d1=48mm，锚栓孔直径d2=51mm，外圈螺栓分布半径r1=2215mm，内圈螺栓分布半径r2=2025mm；塔下锚板外直径D5=4650mm，内直径D6=3850mm，厚度t3=60mm。
基于极端荷载工况，对风电机组预应力锚栓基础局部受压情况进行计算，得下表：
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表1
根据表1，得出以下结论：在极端荷载工况下，基础内高强灌浆下主体混凝土压应力值达到最高，在预应力施加到下锚板上部主体混凝土后，其压应力最大值达到最大；极端荷载工况下，基于高强灌浆得主体混凝土持续存在压应力，换言之T 形法兰与高强灌浆混凝土之间以纯压状态形成接触面[5]。
三、结论
本文就风电机组预应力锚栓基础的局部受压问题进行了探讨，选取实际案例进行计算与分析，希望能够从理论层面上为预应力锚栓基础的设计提供一点指导与借鉴意义。
参考文献：
[1]刘嫔,张立英,崔振磊,等. 风电机组预应力锚栓基础局部承压分析[J]. 西北水电,2015(4):99-101.
[2]潘云友. 风电机组预应力锚栓技术常见问题分析与处理[J]. 房地产导刊,2018(8):152.
[3]李育群. 风力发电机组新型预应力锚栓组件安装工艺及质量控制标准[J]. 中国标准化,2017(16):105-106.
[4]李育群. 风力发电机组新型预应力锚栓组件安装工艺及质量控制标准[J]. 中国标准化,2017,0(8X).
[5]王涛. 风力发电机组基础优化及预应力锚栓施工技术[J]. 建筑工程技术与设计,2017(23):853-853.