一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，筒型基礎(chǔ)頂蓋沿其外緣設(shè)置有向上延伸的反檐，筒型基礎(chǔ)頂蓋中部設(shè)置有環(huán)梁，環(huán)梁頂部設(shè)置有多個(gè)沿環(huán)向均布的型鋼柱，筒型基礎(chǔ)中心的正上方設(shè)置有節(jié)點(diǎn)連接件，節(jié)點(diǎn)連接件與每個(gè)型鋼柱頂部之間連接有型鋼梁，每個(gè)型鋼梁由與節(jié)點(diǎn)連接件相接的端部到與所述型鋼柱相接的端部向下傾斜。本發(fā)明通過型鋼梁與型鋼柱有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力；通過反檐與環(huán)梁之間的加勁肋形成分艙，從而能夠?qū)ν残突A(chǔ)施加壓載，提高筒型基礎(chǔ)承受水平荷載和彎矩的能力。
【專利說明】—種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種港口、海洋、水利和橋梁工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種在筒型基礎(chǔ)上部采用新型傳力結(jié)構(gòu)體系，以優(yōu)化筒型基礎(chǔ)受力的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在海洋工程領(lǐng)域如海上風(fēng)力發(fā)電工程中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常有樁基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、負(fù)壓基礎(chǔ)和浮式平臺(tái)等形式，這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常需要大型機(jī)具進(jìn)行運(yùn)輸和安裝，造成施工費(fèi)用較高，施工周期較長。相比傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言，筒型基礎(chǔ)由于其造價(jià)低廉、施工便捷、使用安全可靠、可回收復(fù)用等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于海洋工程中。
[0003]但是，海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境十分復(fù)雜，所受荷載除了上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的風(fēng)機(jī)塔架等結(jié)構(gòu)重量的豎向力外，還有風(fēng)荷載傳遞到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的水平力和彎矩，以及波浪、海流、海冰荷載等。
[0004]因此，如何設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)形式和傳力結(jié)構(gòu)體系，將上部荷載安全有效地傳遞到筒型基礎(chǔ)，并最大可能的發(fā)揮筒型基礎(chǔ)的承載力是筒型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過型鋼梁與型鋼柱有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力；通過反檐與環(huán)梁之間的加勁肋形成分艙，從而能夠?qū)ν残突A(chǔ)施加壓載，提高筒型基礎(chǔ)承受水平荷載和彎矩的能力。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括筒型基礎(chǔ)，所述筒型基礎(chǔ)頂蓋沿其外緣設(shè)置有向上延伸的反檐，所述筒型基礎(chǔ)頂蓋中部設(shè)置有環(huán)梁，所述環(huán)梁頂部設(shè)置有多個(gè)沿環(huán)向均布的型鋼柱，所述筒型基礎(chǔ)中心的正上方設(shè)置有節(jié)點(diǎn)連接件，所述節(jié)點(diǎn)連接件與每個(gè)所述型鋼柱頂部之間連接有型鋼梁，每個(gè)所述型鋼梁由與所述節(jié)點(diǎn)連接件相接的端部到與所述型鋼柱相接的端部向下傾斜。
[0008]所述筒型基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)其中的一種。
[0009]所述筒型基礎(chǔ)的外徑為20?40m，高度為8?15m。
[0010]所述筒型基礎(chǔ)內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)艙室。
[0011]所述環(huán)梁外徑為所述筒型基礎(chǔ)外徑的二分之一至四分之三。
[0012]所述反檐與所述環(huán)梁之間設(shè)置有多道徑向均布的加勁肋。
[0013]所述型鋼柱的數(shù)量為8?20根。
[0014]所述型鋼柱與所述型鋼梁的截面相同。
[0015]所述型鋼梁為變截面梁，其截面高度由與所述節(jié)點(diǎn)連接件連接的端部到與所述型鋼柱連接的端部呈連續(xù)變化的逐漸降低。
[0016]每個(gè)所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本發(fā)明通過型鋼梁與型鋼柱形成近似拱的受力特點(diǎn)，有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力，有利于增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系抗傾覆力矩，提高運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性；型鋼梁相交部分采用節(jié)點(diǎn)連接件剛接，共同傳遞上部荷載，增加結(jié)構(gòu)整體剛度；變截面的型鋼梁由于其剛度變化，還能使節(jié)點(diǎn)處承受的荷載更加均勻的擴(kuò)散到筒型基礎(chǔ)；通過反檐與環(huán)梁之間設(shè)置加勁肋形成分艙，既增強(qiáng)了環(huán)梁與筒型基礎(chǔ)間的連接，增強(qiáng)了整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性，又可以對(duì)筒型基礎(chǔ)施加壓載，提高筒型基礎(chǔ)承受水平荷載和彎矩的能力。綜上，本發(fā)明結(jié)構(gòu)形式簡單，受力體系清晰，節(jié)省材料，降低造價(jià)。
[0019]本發(fā)明在施工中可實(shí)現(xiàn)“浮運(yùn)-下沉-調(diào)平”成套技術(shù)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與塔筒及風(fēng)機(jī)在海上整體安裝，在施工過程中能夠減少大型機(jī)具的使用，所需設(shè)備簡單，海上安裝時(shí)間僅需數(shù)小時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)周期短、效率高、安全環(huán)保，可使海上風(fēng)電的建設(shè)速度大大提高，建造周期顯著縮短，極大地降低海上風(fēng)電場的建設(shè)成本，使海上風(fēng)電更加具備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化開發(fā)的條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所提供的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0021]圖2是本發(fā)明所提供的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0022]圖3是本發(fā)明所提供的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0023]圖中:1、節(jié)點(diǎn)連接件；2、型鋼梁；3、型鋼柱；4、環(huán)梁；5、加勁肋；6、反檐；7、筒型基礎(chǔ)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0025]如圖1至圖3所示，本實(shí)施例公開了 一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括大尺寸的筒型基礎(chǔ)7、反檐6、環(huán)梁4、型鋼柱3、型鋼梁2和節(jié)點(diǎn)連接件I。
[0026]筒型基礎(chǔ)7是頂部封閉、底部敞口的一種圓筒狀鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，外徑為30m，筒高10m，壁厚30mm，頂蓋厚50mm，其內(nèi)部通過設(shè)置分艙板分成多個(gè)艙室。筒型基礎(chǔ)7的直徑通常為20-40m，髙度通常為8-15m ;材質(zhì)可以是鋼筋混凝土、鋼、鋼-鋼筋混凝土復(fù)合材料；內(nèi)部可進(jìn)行分艙處理，也可以不進(jìn)行分艙處理。
[0027]筒型基礎(chǔ)7頂蓋沿其外緣設(shè)置有向上延伸的反檐6。反檐6采用與筒型基礎(chǔ)7筒壁等厚的鋼板制成環(huán)形，其底邊與筒型基礎(chǔ)7頂蓋焊接固定，高出筒型基礎(chǔ)7頂蓋lm。
[0028]筒型基礎(chǔ)7頂蓋中部設(shè)置有環(huán)梁4，環(huán)梁4起到連接筒型基礎(chǔ)7頂蓋和型鋼柱3的作用，使型鋼梁2和型鋼柱3傳遞下來的上部荷載更加均勻地作用在筒型基礎(chǔ)上7，優(yōu)化受力形式。環(huán)梁4所構(gòu)成圓環(huán)的圓心與筒型基礎(chǔ)7頂蓋的圓心一致，其外徑為筒型基礎(chǔ)7外徑的二分之一至四分之三。環(huán)梁4底部與筒型基礎(chǔ)7頂蓋剛接，具體可采用焊接、栓接等方式。環(huán)梁4采用H型鋼截面，腹板厚度50mm，翼緣厚度35mm，上下翼緣間外貼鋼板，鋼板厚25_。環(huán)梁4通常可選用鋼材或鋼筋混凝土，鋼制的截面形式可選H型鋼、箱梁、或槽鋼等。[0029]反檐6與環(huán)梁4之間設(shè)置有12道徑向均布的加勁肋5。每道加勁肋5的厚度為25mm,其兩端分別與反檐6和環(huán)梁4焊接在一起。加勁肋5將筒型基礎(chǔ)7頂蓋上部反檐6與環(huán)梁4之間的空間分隔成多個(gè)艙室，通過在這些艙室處施加壓載，增大了整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的有利荷載，提高了整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的水平承載力以及抵抗水平彎矩的能力。
[0030]環(huán)梁4上設(shè)置有12個(gè)沿環(huán)向均布的型鋼柱3，型鋼柱3與環(huán)梁4頂面剛接在一起，可選用焊接、栓接等方式。多個(gè)型鋼柱3共同連接在環(huán)梁4上，可以增強(qiáng)型鋼柱3之間的整體作用，增加型鋼柱3整體剛度，使其能夠更好地傳力；同時(shí)環(huán)梁4在實(shí)際施工中實(shí)現(xiàn)將型鋼柱3與筒型基礎(chǔ)7連接成整體的目標(biāo)。型鋼柱3截面形式選H型鋼，腹板厚度為50mm，翼緣厚度為35mm，上下翼緣間外貼鋼板，鋼板厚25mm。型鋼柱3通常可以為H型鋼、槽鋼、箱型、圓樁或其他形式的鋼樁，其截面尺寸小于等于環(huán)梁4的截面尺寸。根據(jù)筒型基礎(chǔ)7尺寸的不同，型鋼柱3可在環(huán)梁4上布置8到20根。
[0031]12個(gè)型鋼梁2將12個(gè)型鋼柱3在頂部連接在一起，并且在筒型基礎(chǔ)7中心的正上方相交，相交部位由節(jié)點(diǎn)連接件I連接。型鋼梁2的一端與節(jié)點(diǎn)連接件I剛接，另一端與型鋼柱3頂部剛接，型鋼梁2與型鋼柱3拼接部位處截面形狀和尺寸相同。型鋼梁2由與節(jié)點(diǎn)連接件I相接的端部到與型鋼柱3相接的端部向下傾斜，傾斜角度為8度。這樣，型鋼柱
3、型鋼梁2和節(jié)點(diǎn)連接件I整體近似構(gòu)造出拱的受力特點(diǎn)，共同傳遞上部荷載，以增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的整體剛度。
[0032]型鋼梁2采用變截面H型鋼，與節(jié)點(diǎn)連接件I連接處梁高為2m，與型鋼柱3連接處梁高為lm，H型鋼腹板厚度50mm，翼緣厚35mm，H型鋼上下翼緣間用鋼板連接，鋼板厚25mm。型鋼梁2可以選用H型鋼、槽鋼、箱型梁等，其由上端到下端的傾斜角度通常為5?20度，該角度范圍可有效地使型鋼梁2傳遞的部分彎矩轉(zhuǎn)化為軸向力，使型鋼柱3和型鋼梁2整體更好地構(gòu)造出拱的受力特點(diǎn)，從而更充分的利用型鋼梁2結(jié)構(gòu)的承載力，并將上部結(jié)構(gòu)的豎向位移控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)，同時(shí)避免了材料浪費(fèi)。型鋼梁2的截面形式可以為等截面或者變截面，其中，變截面型鋼梁2的截面高度由與節(jié)點(diǎn)連接件I連接的端部到與型鋼柱3連接的端部逐漸降低，并且截面高度是連續(xù)變化的。通過變截面的型鋼梁2剛度變化可以使作用在節(jié)點(diǎn)連接件I處的荷載更加均勻的擴(kuò)散到筒型基礎(chǔ)7。
[0033]節(jié)點(diǎn)連接件I為空心圓筒，筒高2m，壁厚50mm，其外壁與12個(gè)傳力的型鋼梁2端部剛接。節(jié)點(diǎn)連接件I可采用空心圓筒、型鋼梁拼接而成，位于筒型基礎(chǔ)7中心上方一定高度，其上部可以通過法蘭盤與上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，并將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的荷載向下傳遞。
[0034]本發(fā)明的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以在陸地上整體拼裝后，通過海上漂浮拖航將其整體拖到施工位置，借助自重及負(fù)壓實(shí)現(xiàn)貫入安裝，安裝完成后與上部風(fēng)機(jī)進(jìn)行拼裝。使用中或使用完畢后還可借助與貫入時(shí)反向的氣壓將所述基礎(chǔ)頂升進(jìn)行回收利用。
[0035]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括筒型基礎(chǔ)，其特征在于，所述筒型基礎(chǔ)頂蓋沿其外緣設(shè)置有向上延伸的反檐，所述筒型基礎(chǔ)頂蓋中部設(shè)置有環(huán)梁，所述環(huán)梁頂部設(shè)置有多個(gè)沿環(huán)向均布的型鋼柱，所述筒型基礎(chǔ)中心的正上方設(shè)置有節(jié)點(diǎn)連接件，所述節(jié)點(diǎn)連接件與每個(gè)所述型鋼柱頂部之間連接有型鋼梁，每個(gè)所述型鋼梁由與所述節(jié)點(diǎn)連接件相接的端部到與所述型鋼柱相接的端部向下傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述筒型基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)其中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述筒型基礎(chǔ)的外徑為20?40m，高度為8?15m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述筒型基礎(chǔ)內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)艙室。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)梁外徑為所述筒型基礎(chǔ)外徑的二分之一至四分之三。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反檐與所述環(huán)梁之間設(shè)置有多道徑向均布的加勁肋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述型鋼柱的數(shù)量為8?20根。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述型鋼柱與所述型鋼梁的截面相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述型鋼梁為變截面梁，其截面高度由與所述節(jié)點(diǎn)連接件連接的端部到與所述型鋼柱連接的端部呈連續(xù)變化的逐漸降低。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于海洋風(fēng)電的大尺度筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。
【文檔編號(hào)】E02D27/44GK103981887SQ201410181461
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】丁紅巖, 張浦陽, 練繼建, 石建超, 熊康平 申請(qǐng)人:天津大學(xué)