【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风电塔筒工程，特别是涉及一种水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备装置及方法。
技术介绍
1、随着全球风能产业的快速发展，尤其是在海上风电和陆上大型风电项目的快速扩张，对风电塔的高度和承载能力提出了更高的要求。传统的钢结构风电塔由于材料成本、运输限制和高塔需求的结构难度等问题，逐渐显现出一定的局限性。混凝土风电塔相对钢塔筒具备许多独特优势，成本低、运输施工方便高效、更高的稳定性和耐久性等。但随着风电塔筒高度化大型化发展，普通混凝土塔筒也出现一系列问题，如混凝土用量大、自重大、易疲劳破坏，承载力不足等。
2、为了解决上述问题，“张丽丽.中空夹层钢管混凝土组合风电塔筒风振性能研究[d].兰州理工大学，2022.000920.”中提出一种新型塔筒结构，具体公开了一种中空夹层钢管混凝土塔筒，该组合构件由于内、外钢管与夹层混凝土的协调互补作用，使其具有更高的抗弯刚度和更好的稳定性，然而此种结构制作过程繁琐，工艺要求高，效果并不理想。“庞昆.uhpc增强风力发电塔钢-混转接段静力与疲劳性能研究[d].重庆交通大学,2024.”提出将uhpc外包于塔筒外侧，可提升塔筒静力与疲劳性能，但此方法只适用于局部加固，并不适合大规模应用。“张学森,吴香国,李丹,等.额定风速下装配式uhpc风电塔筒静力与疲劳性能[j]可再生能源,2022,40(08):1066-1072.”提出采用uhpc制备风电塔筒，uhpc内部掺入钢纤维，可极大程度提升塔筒承载力与疲劳性能，然而传统uhpc塔筒环片内纤维随机乱向分布，并非所有方向纤维都
3、根据风电塔筒受力特点，由于预应力钢筋作用，塔筒整体处于受压状态，因此将钢纤维调整为水平二维分布，所有钢纤维都垂直于压缩载荷随机分布，水平二维定向分布的钢纤维垂直于受压荷载方向，可提供更高的抗裂性和韧性，从而有效抑制裂纹的萌生和扩展，提升纤维增强效率，可显著提升塔筒的力学性能。
4、目前关于纤维定向方法主要有磁场定向、流动诱导定向、3d打印设备定向等方法，以往研究中，基于电磁原理，成功制备了单向定向钢纤维水泥基复合材料、二维分布的钢纤维增强水泥基复合材料以及全场对准钢纤维增强水泥基复合材料，可最大程度地提高纤维的增强效率，显著提升钢纤维水泥基复合材料的力学性能。然而这些方法多处于试验研究阶段，其定向设备并不适用于实际工业生产，亟需专利技术一种适用实际生产的水平二维定向钢纤维增强uhpc风电塔筒环片制备装置及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备装置以解决
技术介绍
中所提出的问题。本专利技术所制得的水平二维定向钢纤维增强uhpc风电塔筒环片，其内部钢纤维都垂直于压缩载荷随机分布，可提供更高的抗裂性和韧性，从而有效抑制裂纹的萌生和扩展，提升纤维增强效率，可最大程度限制塔筒变形，显著提升塔筒承载能力。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备装置，包括环形模具、环形滑轨、电动滑块、线圈和直流电源；
4、所述环形模具，包括外环和内环；
5、所述环形滑轨，包括外侧滑轨和内侧滑轨，所述外侧滑轨设置于外环的外侧，所述内侧滑轨设置于内环的内侧；
6、所述电动滑块，包括外侧滑块和内侧滑块，所述外侧滑块滑动安装于外侧滑轨上，所述内侧滑块滑动安装于内侧滑轨上；
7、所述线圈，包括外侧线圈和内侧线圈，所述外侧线圈和内侧线圈分别设置于外侧滑块和内侧滑块上；
8、所述直流电源，与线圈电性连接。
9、优选地，所述环形模具、环形滑轨、电动滑块采用非磁性材料制成，所述环形模具、环形滑轨和线圈的连接处设置有螺纹孔，通过螺栓实固定连接。
10、优选地，所述电动滑块的转速调节范围为：5～20s/圈；外侧滑块和内侧滑块在旋转时，与其对应的外侧线圈和内侧线圈同步进行旋转。
11、优选地，所述外侧线圈和内侧线圈规格匝数相同，其中，线圈匝数取值范围为100～500，线圈高度为0.5～1.5m，线圈宽度为0.5～1.5m；所述外侧线圈和内侧线圈位置前后对应，线圈线由绝缘镀层导电线缠绕而成，所述绝缘镀层导电线直径为0.5～2.2mm的铜导线，其表面涂有绝缘层。
12、优选地，所述直流电源用于调节电压电流大小，直流电源有a、b、c三个调节旋钮，分别对电压、电流、磁场作用时间进行调节。线圈接通直流电源后产生均匀磁场；根据uhpc拌合物流动度、粘滞阻力的不同，调控磁场强度与作用时间，对纤维方向进行调控，具体包括如下内容：
13、基于毕奥-萨伐尔定律计算通电螺线管内部的磁感应强度，具体计算公式为：
14、b＝μ0ni
15、式中，b表示磁感应强度，μ0表示真空磁导率，n表示通电螺线管外绕线圈的匝数，i表示通电螺线管闭合回路的电流；
16、通过控制电压电流大小进而控制磁场强度；
17、施加匀强磁场后，磁场提供驱动力使钢纤维转动，转动过程中与基体之间产生黏滞阻力，钢纤维受到的磁场驱动力克服混凝土的黏滞阻力使钢纤维转动到设计方向，所述磁场驱动力及黏滞阻力的计算公式如下：
18、
19、式中，f1表示磁场驱动力，f2表示黏滞阻力，b表示磁感应强度，μ0表示真空磁导率，s表示磁场与导磁材料作用面的面积，η表示黏性水泥净浆的黏滞系数，l表示钢纤维长度；v表示钢纤维运动速度，lx表示距钢纤维形心x距离处钢纤维的长度，d表示钢纤维直径；
20、基于动量矩定理，可钢纤维受到的磁场力分力和黏滞阻力计算其转动速度和位置，具体计算公式为：
21、
22、式中，m表示钢纤维的质量；根据上式计算钢纤维在磁场磁感应强度为b的磁场作用下，克服黏度为η的uhpc拌合物的黏滞阻力，在磁场作用t时刻时的转动角加速度；
23、已知将塔筒环片内钢纤维定向为水平方向所需转动角度最大为90度，以此计算钢纤维在一定磁感应强度下作用转过90度所需时间；根据现场浇筑uhpc拌合物流动度、粘滞阻力的不同，调控磁场强度与作用时间，实现对纤维方向进行调控。
24、进一步保护基于上述装置所实现的水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备方法，包括以下步骤：
25、s1、制备uhpc拌合物，所述uhpc拌合物由胶凝材料，钢纤维，减水剂，水按一定配合比配置而成，其中，所述胶凝材料包括水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉，所述钢纤维直径为0.18～0.23mm，长度为10～50mm，体积掺量为1.5％-2.5％；
26、s2、测试uhpc拌合物粘滞系数，根据uhpc拌合物流动度、粘滞阻力的不同计算所需施加磁场强度与磁场作用时间；
27、s3、将所制得的新鲜拌合物倒入模具中，振捣15-20s，内部振捣均匀，使混凝土表面与试模高度平齐；
28、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.水平二维定向钢纤维UHPC风电塔筒环片制备装置，其特征在于，包括环形模具(1)、环形滑轨(2)、电动滑块(3)、线圈(4)和直流电源(5)；
2.根据权利要求1所述的水平二维定向钢纤维UHPC风电塔筒环片制备装置，其特征在于，所述环形模具(1)、环形滑轨(2)、电动滑块(3)采用非磁性材料制成，所述环形模具(1)、环形滑轨(2)和线圈(4)的连接处设置有螺纹孔，通过螺栓实固定连接。
3.根据权利要求1所述的水平二维定向钢纤维UHPC风电塔筒环片制备装置，其特征在于，所述电动滑块(3)的转速调节范围为：5～20s/圈；外侧滑块(301)和内侧滑块(302)在旋转时，与其对应的外侧线圈(401)和内侧线圈(402)同步进行旋转。
4.根据权利要求1所述的水平二维定向钢纤维UHPC风电塔筒环片制备装置，其特征在于，所述外侧线圈(401)和内侧线圈(402)规格匝数相同，其中，线圈匝数取值范围为100～500，线圈高度为0.5～1.5m，线圈宽度为0.5～1.5m；所述外侧线圈(401)和内侧线圈(402)位置前后对应，线圈线由绝缘镀层导电线缠绕而
5.根据权利要求1所述的水平二维定向钢纤维UHPC风电塔筒环片制备装置，其特征在于，所述直流电源(5)用于调节电压电流大小，其包括有a、b、c三个调节旋钮，分别用于对电压、电流、磁场作用时间进行调节；所述线圈(4)接通直流电源(5)后产生均匀磁场；根据UHPC拌合物流动度、粘滞阻力的不同，通过直流电源(5)调控电磁场强度与作用时间，对纤维方向进行调控。
6.根据权利要求1-5任一所述装置所实现的水平二维定向钢纤维UHPC风电塔筒环片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备装置，其特征在于，包括环形模具(1)、环形滑轨(2)、电动滑块(3)、线圈(4)和直流电源(5)；
2.根据权利要求1所述的水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备装置，其特征在于，所述环形模具(1)、环形滑轨(2)、电动滑块(3)采用非磁性材料制成，所述环形模具(1)、环形滑轨(2)和线圈(4)的连接处设置有螺纹孔，通过螺栓实固定连接。
3.根据权利要求1所述的水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备装置，其特征在于，所述电动滑块(3)的转速调节范围为：5～20s/圈；外侧滑块(301)和内侧滑块(302)在旋转时，与其对应的外侧线圈(401)和内侧线圈(402)同步进行旋转。
4.根据权利要求1所述的水平二维定向钢纤维uhpc风电塔筒环片制备装置，其特征在于，所述外侧线圈(401)和内...
【专利技术属性】
技术研发人员：慕儒，马颖文，卿龙邦，王晓伟，陈向上，赵全明，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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