用于上部结构的带肋基础件以及用于生产该基础件的方法.pdf

本发明涉及用于竖立上部结构的加固混凝土基础件系统，该上部结构传递各个点例如风力涡轮机处的高轴向载荷、剪切力和/或弯矩。作为本发明的主题的基础件由具有多边形或圆形占用区的“现场”浇注的上加固混凝土板形成，并且该基础件在底部处通过径向布置的具有矩形或梯形横截面的加固混凝土肋加强。方法用于提供所述肋，所述肋由混凝土“现场”制成或可替代地通过预制元件制成，从而始终与上板共同工作。这种新的基础件通过显著提高完成期限而显著减少了形成用于这种类型的上部结构的传统基础件的成本。

1.  一种用于上部结构的带肋基础件，其特征在于，所述带肋基础件 由上加固混凝土板(1)形成，所述上加固混凝土板(1)具有多边形的 或圆形的占用区并且在底部处通过源于中央芯(7)的具有矩形横截面 的径向的加固混凝土肋(2)加强。

2.  根据前一项权利要求所述的用于上部结构的带肋基础件，其中， 所述加固混凝土肋(2)具有梯形横截面，并且所述加固混凝土肋(2) 的与所述板(1)接触的上部更宽以便利用挖掘路堤作为永久性模架， 从而增大混凝土横截面抗力。

3.  根据权利要求1或2所述的用于上部结构的带肋基础件，其中， 所述加固混凝土肋(2)具有恒定的或可变的边缘，或者为阶梯式的边 缘(5)或者为具有恒定斜度的边缘，离开所述板(1)的中心越远则 所述斜度越小。

4.  根据前述权利要求中的任一项所述的用于上部结构的带肋基础 件，还包括在所述加强肋(2)下方的一系列桩。

5.  根据前述权利要求中的任一项所述的用于上部结构的带肋基础 件，还包括在所述加强肋下方的由砾石构成的柱以改善地层。

6.  根据前述权利要求中的任一项所述的用于上部结构的带肋基础 件，其中，所述加强肋(2)是完全预制的，所述加强肋(2)设置有用 于与“现场”建造的所述板(1)连接的突出的加固件。

7.  根据前述权利要求中的任一项所述的用于上部结构的带肋基础 件，其中，所述加强肋(2)通过半预制的元件制成，所述半预制的元 件例如为双壁部件。

8.  根据前述权利要求中的任一项所述的用于上部结构的带肋基础 件，其中，所述上混凝土板(1)包括覆盖所述肋(2)的所述中央芯(7) 的第一部分。

9.  根据权利要求8所述的用于上部结构的带肋基础件，其中，所述 上混凝土板(1)还包括周缘的环形第二部分(6)，所述周缘的环形第 二部分(6)与所述第一部分分离并且连接所述肋(2)的外端。

10.  根据前述权利要求中的任一项所述的用于上部结构的带肋基础 件，其中，所述中央芯(7)具有中空的圆筒形形状。

11.  一种生产用于上部结构的基础件的方法，其特征在于，所述方 法包括下述步骤：
-挖掘地层以形成具有与根据权利要求1至10中的任一项所述基 础件互补的形状的腔体；
-在所挖掘的腔体中建造加固件，所述加固件覆盖所述加固肋(2) 的和所述板(1)的开口；
-将混凝土浇注到在所述地层中所挖掘的所述腔体中，并且所述加 固件已经布置在所述腔体中。

12.  根据权利要求11所述的生产用于上部构件的基础件的方法，其 中，在所述腔体中布置有多个由砾石构成的柱或多个桩，使得所述多个 由砾石构成的柱或多个桩布置在所述基础件的所述加强肋下方。

用于上部结构的带肋基础件以及用于生产该基础件的方法
发明目的
本发明涉及用于竖立上部结构的加固混凝土基础件系统，该上部结 构传递各个点处的高轴向载荷、剪切力和/或弯矩，例如为风力涡轮机。
本发明的基础件物体通过具有多边形的或圆形的占用区的“现场” 浇注的上部加固混凝土板形成，并且该上部加固混凝土板在底部处通过 径向布置的具有矩形或梯形横截面的加固混凝土肋加强。该方法设想所 述肋在“现场”由混凝土制成，或可替代地，通过始终与上板一体地工 作的预制元件制成。
这种新的基础件旨在通过显著提高完成期限来显著降低建造用于 这种上部结构的常规基础件的成本。
发明背景
如今最频繁地用于诸如风力涡轮机之类的上部结构的基础件的 类型是如下的基础板，即，该基础板具有不同的占用区构型：占用区 构型可以是方形、圆形、六边形、八边形等。出于使混凝土的使用最 优化的目的，板的边缘可以为恒定的或可变的。
申请人知道存在试图使钢铁和混凝土的量最小化的其他基础件 系统，比如在下述公开物中的基础件系统：
例如，已知欧洲专利申请EP1074663，其公开了具有绕中心支承 件对称地布置的三个稳定构件的基础件的示例，其中，该基础件的缺点 在于与地层相接触的表面非常少，由此施加于地层上以及安置点上的应 力增加。
专利申请PCT WO2004/101898描述了一种基于预制的三角形截面 的圆形基础件。此解决方案需要完全地腾空挖掘的腔体，从而导致倒置 的T形的混凝土截面，该倒置的T形的混凝土截面由于受压的混凝土 头部(concrete head)的宽度很小而不包含任何结构性优点。这意味着 当计算弯曲度时，中性轴将降低并且将存在较小的机械臂，从而对加固 的需求增大而截面的延性显著下降。
最后，西班牙专利申请ES-2347742描述了连同下部平面环形板的 锥形基础件。这是实现起来非常复杂的解决方案，并且关于其结构性能， 存在有的严重问题。
用于这些上部结构的基础件的类型是众所周知的并且容易计算 和设计的技术方案，并且对该基础件的简化进一步简化了模架和结 构。然而，这样的基础件的缺点在于太大，因此钢铁和混凝土的使用 以及被移除的土地的量非常大，所有的这些都显著地增加了结构的经 济成本。上部结构越大，基础件的成本对结构的成本影响就越大；例 如，就风力涡轮机而言，轴高度从80m至120m的增加(增加了50％) 产生300％的基础件成本增量。这个问题由于建造具有120m的轴高 度的越来越高性能风力涡轮机的趋势而是非常现实的，其产生生产基 础件的成本增量，从而使其成为对于所有这些生产加固混凝土基础件 的常规系统而言的弱竞争者。
发明内容
为了克服现有技术的上述问题，本发明提出了下述解决方案，该 解决方案由“现场”浇注的具有多边形或圆形的占用区的上加固混凝 土板形成，并且在底部处通过自中央芯起径向布置的具有矩形或梯形 横截面的加固混凝土肋而加强。用于肋的混凝土直接浇注在先前挖掘 的地层上，而板搁在还未被移除的地层上作为永久模架。
包括上板以及在底部处使板加强的肋的解决方案指的是两种元 件相对于建造基础件的地面表面的布置，其中，首先布置板并且加强 肋将布置在板的下方。
这种基础件的优点在于：
-所使用的混凝土的量远小于上述常规解决方案中使用的混凝 土的量。
-随着随后的至垃圾场的搬运的减少，挖掘成本减少。
-减小并且简化了模架。
-由于压缩被板吸收，因此获得了不匹配的T形耐久性截面效 率。
加强肋可以用混凝土“现场”制成或者可以预制，从而始终与上 板一体地工作，并且加强肋可以具有恒定的或可变的边缘，可以为或 者具有阶梯式的边缘或者具有恒定斜度的边缘，其中，离开板的中央 芯越远，加强肋的截面越小。
在使用完全预制的加强肋的情况下，所述肋将设置有用于与“现 场”建造的板连接的突出的加固件。加强肋还可以例如通过半预制的 元件——如双壁部件——制成，其中，当浇注混凝土以形成基础件时， 该半预制的元件保持嵌入。
本发明的基础件物体通过“现场”浇注的具有圆形或多边形的占 用区的上加固混凝土板形成，并且该上加固混凝土板在底部处通过径 向布置的具有矩形或梯形横截面的加固混凝土肋加强。当加固混凝土 肋具有梯形横截面时，肋在其与板接触的上部中将是更宽的，以便利 用挖掘路堤作为永久性模架，从而增大了混凝土截面抗力。
所述基础件通过在未被移除的地层上直接“现场”浇注混凝土而 获得并且用作永久性的模架。板和肋所必需的所有加固件在浇注混凝 土之前放置就位。
由于压缩被上板吸收并且张力被容置在加强肋内侧的底部中的 加固件分解，因此产生具有高结构效率的T形耐久性截面。
为了在不危及基础件的承载质量的情况下进一步优化混凝土的 使用以及被挖掘的土地量，可以在肋的挖掘中形成台阶，因此改变肋 的边缘，该边缘离开板的中心越远则越小。
所述肋可以用混凝土“现场”制成，或所述肋可以是完全地或部 分地预制，从而始终与上板一体地工作。
在具有极小承载能力的地层中，可以在加强肋的下方制成桩，因 而基脚的结构设计适于表面基础件和深基础件两者。
地层通过位于加强肋下方的由砾石构成的柱而被改善。
此外，上板不一定必须通过从加强肋的内端至加强肋的外端完全 覆盖加强肋的单个部分形成，相反，所述上板可以通过若干部分形成， 其中，第一部分覆盖加强肋的中央芯。在本文中，应当理解的是，术 语“部分”指的是中央板的与所述板的其他可能部分物理地分离的部 分。另一方面，中央芯为不同加强肋的内端相互结合的位置，并且中 央芯因此被考虑是所述加强肋的组成部分。
因此，本发明的上板的最简单构型与上板的仅覆盖加强肋的内端 ——即，仅覆盖中央芯——的单个部分一致。然而，在本发明的另一 优选实施方式中，中央板通过下述两部分形成：覆盖中央芯的第一部 分，以及周缘的环形第二部分，该周缘的环形第二部分与第一部分分 离并且连接肋的外端。由于板的连接所述肋的外端的第二部分使组件 加强，因此在保持良好的基础件性能的同时，所使用的混凝土的量减 少。
在本发明的另一优选实施方式中，中央芯还具有中空的圆筒形形 状，因此节省了更多的混凝土并且使基础件的重量更轻。
附图说明
为了完成正在进行的描述并且为了有助于更好地理解本发明的 特征，对本说明书附加一组附图，在附图中，通过说明性的和非限制 性的特征对以下进行描述：
图1示出了整个系统的立体图。
图2示出了具有肋的基础件的立体图，其中，该肋具有阶梯式的 可变截面。
图3示出了沿一个肋截取的纵向截面图。
图4示出了横截面图。
图5示出了具有梯形截面的肋的基础件的立体图。
图6示出了本发明的基础件的T形耐久性截面物体以及用于计算 弯曲度的应力应变图。
图7示出了倒置的T型耐久性截面以及对应的用于计算弯曲度 的应力应变图。
图8示出了根据本发明的改进的基础件的俯视立体图，其中，上 板仅覆盖中央芯。
图9示出了根据本发明的另一改进的基础件的俯视立体图，其 中，上板包括覆盖中央芯的第一部分以及连接肋的外端的第二部分。
图10示出了根据本发明的另一改进的基础件的仰视立体图，其 中，中央芯由于具有中空的圆筒形状而重量更轻。
具体实施方式
图1示出了由用于风力涡轮机的结构中的基础件(3)和轴(4) 形成的整个系统的立体图。
在图1至图5所示的实施方式中，可以观察到由“现场”浇注的 上加固混凝土板(1)形成的基础件，该上加固混凝土板(1)例如具 有多边形的占地区，但其例如可以具有任何其他形状比如圆形，并且 该上加固混凝土板(1)在底部处通过具有矩形横截面的加固肋(2) 加强，该加固肋(2)通过加固混凝土制成并且径向地布置。
图6和7示出了计算示例。在图6的情况下，针对T形截面进 行计算，并且获得33,600KNm的极限阻力矩以及0.16的x/h比。在 图7的情况下，针对倒置的T形截面进行计算，并且获得27,900KNm 的极限力矩以及0.62的x/d比。
因此可以看出，通过相同的加固件和相同量的混凝土，T形截面 (本发明的基础件物体)对于本发明的基础件物体将承受的力的类型 而言在结构上更有效，其中，其提供了高于弯曲强度20％的弯曲强 度。
截面的平衡要求：由加固件所承受的张力的合力等于由混凝土所 承受的压缩量。T形截面具有更宽的压缩头部，这允许中性轴保持高 位，并且与倒置的T形截面的情况相比，机械臂明显更大。
此外，如可以通过指示中性轴的深度相对于截面的边缘的x/h比 来确定的，T形截面中的延性更大，这实现了塑性域中的力的塑性重 新分配。
尽管有所示出的倒置的T形截面具有相同量的加固件和混凝土 的事实，但其延性较小，因此倒置的T形截面将不具有针对力的塑 性重新分配的任何能力，从而表现为脆性。
因此，所提出的T形截面具有双重优点：
-更大的承载能力以及更高的结构效率，即，以相同的加固件和 混凝土的量获得更大的抗力(在所分析示例中高出20％，并且甚至 高于更高的要求水平)。
-更大的延性以及更强的力的塑性重新分配能力，这使其更加适 合于动态要求，比如由地震所产生动态要求。
图8至10示出了下述实施方式，在该实施方式中，混凝土板(1) 未覆盖全部加强肋，而只是覆盖加强肋中的一部分。具体地，图8 示出基础件的示例，该基础件包括上板(1)，该上板(1)由覆盖加 强肋(2)的中央芯(7)的单个部分形成。
图9示出了基础件的另一示例，在该基础件中，上板(1)通过 下述两部分形成：与图8中所示的仅覆盖加强肋(2)的中央芯(7) 的部分相似的第一部分(1)，以及连接所有加强肋(2)的外端的周 缘的环形第二部分(6)。这使得在保持组件刚性的同时减小所使用的 混凝土的总量。
图10示出了基础件的另一示例，该基础件具有与图8中的上板 相似的上板(1)，该上板(1)仅覆盖加强肋(2)的中央芯(7)，并 且其中，该中央芯(7)还具有中空的圆筒形状。与其中的板(1)完 全覆盖肋(2)并且中央芯(7)是实心的本发明其它实施方式相比， 组件的重量以及材料的量双重减少。
最后，对于生产基础件(3)的方法的描述，所提到的基础件通 过在还未移除的地层形上直接“现场”浇注混凝土而获得，从而用作 永久性模架。如图5中所见，当挖掘径向肋是提供所述肋的梯形截面 时，所产生的地层的天然路堤显著地提高其承载能力。
因此，用于生产基础件的方法可以包括下述步骤：
-挖掘地层以形成具有与基础元件互补的形状的腔体。
-在所挖掘的腔体中建造加固件，其中，该加固件覆盖板(1) 的开口以及加固肋(2)。
-将混凝土浇注到地层中的挖掘出的腔体中，并且其中，加固件 已经布置在该腔体中。
为了在不危及基础件的承载质量的情况下进一步优化混凝土的 使用以及被挖掘的土地的量，如图2所示，阶梯部(5)可以通过肋 的挖掘而形成，从而改变肋的边缘，该边缘离开板的中心越远则越小。
所述肋可以由混凝土“现场”制成或可以被完全地或部分地预制 (例如，由比如双壁的半预制元件)，从而始终与上板一体地工作。