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已施工的风机基础锚栓检验方案

摘要：锚栓组合件是预拉力锚栓式风机基础的主要构件，现风力发电机组单

台容量较大、塔架较高、重量大、重心高、叶轮直径大并在风载及风机叶轮运转

作用工况比较复杂。设计计算基础尤为关键，而风力发电机组的基础形式分为柱

基础、重力扩展基础、梁板基础、板式基础等，连接形式有锚栓式基础、基础环

式等。

关键词：锚栓组件；风机基础锚栓；张拉力；预紧力；保证载荷

引言：风机基础锚栓与钢筋混凝土结合后起固定风机塔架作用，是承载整台

风机的安全运行的关键。在风机正产运行或其它外力做用下会对基础锚栓产生极

大的交变载荷。风力发电机组的载荷相对比较复杂，塔架底段下法兰面要与预应

力锚栓式风机基础上锚板紧密贴合，以免受力不均关系到整台风机的安全，控制

锚栓预紧力特别重要，在承受塔架、机舱、叶片的重量和其他载荷的做用下，基

础锚栓作为风电机组基础的核心部件之一，对核心部件从原材料的选材到生产工

艺都有特殊要求，生产中要严格质量管控。因基础锚栓长期工处于比较复杂的外

荷载和疲劳荷载作用下，故其一直工作于交替应力状态，且锚栓大部分埋置于基

础下方。如基础锚栓存在问题，会直接影响风机正常运转及受用寿命。针对某项

目风机基础已浇灌完成的锚栓的质量检验与分析。

一、项目概要

河北省某风电项目在施工时，对已达到养护期的预应力锚栓式风机基础进行

吊装，根据主机厂设计，锚栓为10.9及规格为M39x3500mm。锚栓预拉力为

370KN。张拉分2次，第一次施加255KN，第二次直接施加到370KN。对45号机

位进行底段塔筒吊装时，发现已经张拉的锚栓有8根锚栓发生延迟断裂。

根据锚栓生产商的发货记录及相关资料，同时向现场施工的个单位了解现场

安装操作记录、设备操作流程情况，确定45号机位基础断裂8根锚栓在热浸锌

工艺前进行了酸洗处理，该批锚栓中工有4.3吨（145颗），分别安装到首批45

号、48号、50号机位。剩余25台锚栓采用的工艺为喷砂后直接热镀锌，无酸洗

工艺。其中5套锚栓尚未安装，23套锚栓中已安装且基础已浇灌完成。

从现场8根锚栓断口可以判定断裂形式一样，为分析断裂原因，对其中任意

两颗断裂锚栓进行分析，图1、图2为断裂锚栓的断口宏观形貌，从图中可看到

三个断裂区域为放射区域、裂纹快速扩展区域和剪切断裂区域。

图1锚栓宏观端口图2锚栓宏观端口

从宏观断口分析，锚栓断裂处没有观察到疲劳断裂现象，由断裂处形貌观察

发现启裂后迅速扩展，放射区域占据了断口的主要部分，断裂处脆性较大。

为使后续20套已施工基础顺利安装，拟定该20台已施工基础锚栓的验证方

案如下文所述。

二、20套已安装锚栓验证

锚栓张拉检测法是对锚栓质量最为直接、有效的检验方法。对剩余已施工的

20套锚栓，每台按100%比例进行预拉力检测。锚栓张拉检测法的关键要素包括

张拉检验力、保证载荷时间及张拉方法。

2.1张拉检验力

根据美国材料标准ASTMF519-2010(电镀/涂覆工艺机械氢脆评定和应用环境

的试验方法)，提出一种试验方法持续载荷试验法，该方法是将带有缺口的

试样加载到其屈服强度的75%左右，并在该载荷下保持200小时，试样不得失效。

该项目采用的锚栓为10.9及M39，75%的螺栓屈服强度约为650KN，考虑15%的预

紧力损失，锚栓张拉力为750KN，约为设计方提供的设计紧固力（370KN）的

2.03倍。

按照《钢结构设计规范》GB50017-2003标准，刚强度螺栓预紧力值

P=0.9*0.9*0.9*fu*Ae/1.2其中fu是最小抗拉强度，Ae是螺栓有效面积。考虑

到锚栓张拉过程中的预紧力损失15%，需要对锚栓进行超张拉。该项目采用的锚

栓为10.9及M39，0.9*0.9*0.9*fu*Ae/1.2约为610KN，考虑15%的预应力损失，

锚栓张拉力为700KN，约为主机厂提供的设计紧固力（370KN）的1.89倍。

可见，采取上述两种方法计算得到锚栓张拉力较为接近，建议采用《钢结构

设计规范》计算得到的10.9及M39锚栓预拉力610KN

（0.9*0.9*0.9*fu*Ae/1.2），并考虑锚栓张拉过程中的预应力损失15%，即

700KN作为张拉力检验力，以达到张拉检验锚栓的目的。