风机预应力锚栓张拉施工技术探讨

风机预应力锚栓张拉施工技术探讨

程书奎 国林君 齐新陇

山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛， 266100

Discussion on how to stretch the prestressed anchor bolt

Chengshukui Guolinjun Qixinlong

摘要：本文以德州某风场为基础，就风机预应力锚栓张拉施工准备、实施、验收三个阶段需要注意关键点进行了详细的分析，并对如何作业进行了较为详细的阐释，为以后预应力锚栓张拉施工提供参考。

关键词：风机；预应力；锚栓；张拉

Abstract: Based on a certain wind field in Dezhou, this paper makes a detailed analysis of the key points that need to be paid attention to in three stages: preparation, implementation and acceptance of the fan's prestressed anchor and bolt tension construction, and explains in detail how to operate, so as to provide reference for the future prestressed anchor and bolt tension construction.

Key words: wind power generation;prestressed;anchor bolt;stretch

1 引言

近些年，随着我国环境保护战略的实施，风电迎来了迅猛的发展，风力发电量占全国发电量的比重也日趋增高，截至2019年末，占比5.4%，同2010年增加4.3个百分点。高塔筒作为风电行业提升低风速地区发电量的有效手段逐渐成为发展趋势，这也对由塔筒和基础构成的风机的支撑体系的安全系数要求越来越高，因此预应力锚栓代替基础环成为塔筒与风机基础的主要连接方式。

与其他基础形式相比，预应力锚栓组合件式在安全性、耐久性、经济型及施工灵活性等方面均有较大的优势。预应力锚栓组合件式基础是通过对锚栓施加预应力，来增强风机基础与上部塔筒的连接稳定性。在预应力的作用下，连接区域钢筋混凝土处于应力水平较高、应力幅度较低的比较有利的受力状态，其抗疲劳荷载作用性能因为预应力的存在也好很多。由此可知，对锚栓施加预应力的过程（也就是锚栓张拉过程）的准确性就显得尤为重要。

本文以德州某项目为基础，对风机锚栓张拉过程需要注意的事项进行了详细的阐述，可供相关人员参考和探讨。

1. 项目概况

该项目地处德州陵城区境内，总装机容量100MW，共安装40台某厂家轮毂高140米的柔塔永磁直驱风力发电机组，基础与塔筒的连接方式均为预应力锚栓式。预应力锚栓为192根/台，型号为M48×3990，详细参数见表1。根据锚栓厂家的技术交底要求，采用液压拉伸紧固法紧固。

表1 德州某项目锚栓参数表

表2 德州某项目用螺栓拉伸器参数表

2. 锚栓张拉施工技术

3.1锚栓张拉前注意事项

锚栓张拉准备阶段的主要任务为确定张拉阶段需使用的各项技术参数，是锚栓张拉整个工序的基础。本文将准备阶段分两个小工序进行阐述，即张拉次数的确认和张拉油压值的确定。

3.1.1 张拉次数的确定

根据锚栓厂家的交底可知，锚栓张拉有两种施工形式，即两次张拉和多次张拉，而决定锚栓张拉次数的关键因素便是选用张拉设备的活塞行程。若选用的拉伸器的活塞行程（即拉伸器的安全红线，可查设备参数表得知）小于锚栓第一次张拉伸长量（若分两次张拉，第一次张拉力通常为超张拉力的70%），则必须分多次张拉。

例如：某风力发电机组基础锚栓第一次张拉伸长量为10mm，若选用拉伸器的安全行程大于10mm时可采用二次张拉，拉伸器安全行程小于10mm时应采用多次拉伸。

此工序中的第一拉伸伸长量可在施工前准备阶段通过理论计算得出结果，避免施工中出现因此产生的安全隐患。以下为德州项目的选择过程。

首先需计算项目锚栓的理论伸长量，锚栓张拉过程处于锚栓弹性变形阶段，可由材料力学公式计算得知，即：

∆l----锚栓的伸长量,mm

F ----第一次对锚栓施的预应力，由表1可知为530kN

L -----锚栓的长度, 由表1可知为3900mm

E----- 锚栓的弹性模量, 由表1可知为210GPa

A-----锚栓的横截面积, 由表1可知锚栓直径为48mm

代入公式计算得，

德州项目采用的拉伸器为德劲MSD48.2.122型，其有效行程12mm>5.45mm，且查表2可知选用的拉伸器可施加的最大拉伸力为1478kN，大于100%超张拉力757kN。计算对比可知，项目选用拉伸器的有效行程大于锚栓第一次张拉伸长量，故应选择两次张拉。

3.1.2 张拉油压值的确定

锚栓紧固采用的方法为液压拉伸紧固法，液压泵油压值的选择直接影响锚栓拉伸的结果，这一工序显得尤为重要。一般来说，油压值的选择通常根据拉伸器说明书油压值转换表来确定，但这个转换具有一定的误差，因为拉伸器说明书是某型号所有设备均值的反映，不具备一一对应性。因此油压值的选择应以拉伸器的检测报告中试验数据为依据，这种选择方法可以最大程度减小设备误差，提高锚栓预应力施加的准确性。

一般来说，拉伸器输出张拉力和油压值正相关，其数据成线性关系。为了提高油压值选择的准备性，本文建议使用EXCEL对张拉力和油压值关系进行整理，形成拟合曲线，列出拟合方程，最后根据方程求出对应油压值。具体流程如下：

首先根据拉伸器检验报告数据，以力值为横坐标，油压值为纵坐标，在EXCEL中形成拟合曲线，如下图：

图1 MSD48.2.122 拉伸器力与油压值拟合结果

由上表可知，R²=1，输出张拉力和油压值为线性关系。得出力与油压值拟合曲线方程为y = 0.1015x + 0.0325，根据拟合方程可求出下张拉施工油压表：

备注：验收张拉力标准值通过查阅锚栓厂家技术交底得知。

3.2 张拉过程关键点控制

3.2.1 张拉时间节点要求

根据风机吊装的流程，主要有以下三个时间节点需要着重关注：

①第一段塔筒脱钩前，锚栓圆周上均布或0°、90°、180°、270°四个方向至少1/8以上锚栓需施加到70%超张拉力；

②风机机舱和风轮吊装前，所有锚栓需要紧固至70%超张拉拉力。注，多次张拉至少需张拉至70%超张拉力；

③机舱或叶轮吊装完成后，即可对锚栓进行二次张拉至100%超张拉力。

3.2.2 张拉顺序要求

就德州项目而言，该项目锚栓分两次张拉。施工时，第一节塔筒吊装后，先用70%的超张拉力对角张拉0°、90°、180°、270°四个点，完成后方可按照顺序对角张拉其他锚栓。由于受塔筒自身形状所限，原则上是先塔筒外后塔筒内的顺序进行张拉。

若采用多次张拉，如使用四次张拉（25%-50%-75%-100%）时，即可先依次用25%-50%-75%的超张拉力对角张拉0°、90°、180°、270°四个点，张拉三次，完成后再按照顺序分三次对角张拉其他锚栓。

3.3 锚栓张拉的验收

锚栓张拉的验收分为欠张拉验收和超张拉验收。前者为了防止对锚栓施加的预应力不足设计要求，若不合格需要使用100%超张拉力对所有锚栓进行补偿张拉；后者是为了检查对锚栓施加的预应力是否超过锚栓的屈服强度，如超过，将会使锚栓永久失效，无法回复，问题将比较严重，需要联系厂家相关技术人员和专家进行进一步分析并处理。

3.3.1 欠张拉验收

一般欠张拉验收采用抽检法进行，抽检率为20%,所有锚栓100%超张拉力施加完成以后即可进行。通常欠张拉验收力由锚栓厂家给出，其值通常在100%超张拉力75%-90%之间，德州项目厂家给出验收力即为658kN，100%超张拉拉力的87%。

验收方法：用拉伸器按照选定欠张拉验收力进行张拉校核，用100N·m扭力扳手复查螺母是否松动，如有松动即为不合格。发现1根锚栓张拉不合格时，应对所有锚栓用100%超张拉力进行补偿张拉。

3.3.2 超张拉验收

通常超张拉验收抽检2个锚栓即可，施工中一般内外圈各抽检一颗，验收拉力通常选择100%超张拉力或略大一点的值进行验收。德州项目厂家给出验收力即为757kN，即为100%超张拉力。

验收方法：用100%超张拉力对锚栓进行张拉，如螺母不松动即证明锚栓超张拉。应继续对拉伸器缓缓加压（张拉力不得超过锚栓屈服强度对应力值），螺母若能转动时退松螺母，拉伸器泄压后重新张拉至100%超张拉力。若加压至锚栓屈服强度对应力时，螺母仍不松动，即说明现场问题十分严重，需要立即反馈至锚栓厂家，做进一步分析处理。另注意，超张拉验收时，螺母松动的区间应在10度左右，若螺母松动角度过大，很可能出现欠张拉。

3. 结语

本文就风力发电机组锚栓张拉使用准备、实施、验收三个环节的施工关键点进行了详细的分析，对张拉施工注意事项进行了明确。在施工过程中可通过对这些关键点的管控，保证对锚栓施加预应力的准确性，从而对风机后期运行安全性、稳定性、耐久性起到积极的作用。

另外，本文介绍的张拉过程管控的方法，不仅仅适用于风力发电机组锚栓张拉，而且对其他采用液压拉伸紧固法紧固的锚栓或高强螺栓施工都有很好的借鉴作用。

4. 参考文献

［1］吴新翔;周俊杰;陈海根;万莉莎;张航;张艳江;吕祥云.风电机组基础环连接与预应力锚栓连接对比研究.《风能产业》编辑部.2018年.94-99

［2］杨中桂;李梦晗;赵绍谚;王海峰.预应力锚栓式风机基础关键技术分析.280-286

【作者简介】

姓名：程书奎 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司 职务：机械起重技术员

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