一种弹性过渡段筒型基础结构及其施工方法技术

本发明专利技术属于海洋工程的基础结构技术领域，公开了一种弹性过渡段筒型基础结构及其施工方法，包括带有分舱结构的钢筒结构，钢筒结构顶部连接有钢顶板，钢顶板上设置有混凝土板，混凝土板上分布有梁板体系，中环梁上坐落有混凝土过渡段，混凝土过渡段上部嵌装连接有钢制塔筒，钢制塔筒上部和下部连接处均通过弹性缓冲装置与混凝土过渡段和内环梁接触；其施工方法包括陆上预制、岸边吊装、水上拖航、负压下沉、负压加固等步骤。本发明专利技术具有筒型基础的优点，适用范围广、运输安装方便、可回收利用、承载力高，施工期、运行期可以通过上下两部分的弹性缓冲装置将上部荷载传递到过渡段以及梁板体系上。

A tube foundation structure of elastic transition section and its construction method

The invention belongs to the technical field of foundation structure of marine engineering, and discloses a tubular foundation structure of elastic transition section and its construction method, including a steel tubular structure with a subdivision structure, the top of the steel tubular structure is connected with a steel roof, the steel roof is provided with a concrete slab, the concrete slab is distributed with a beam slab system, the middle ring beam is located with a concrete transition section, and the upper part of the concrete transition section The steel tower is embedded and connected, and the upper and lower connections of the steel tower are contacted with the concrete transition section and the inner ring beam through the elastic buffer device; the construction method includes the steps of land prefabrication, shore lifting, water towing, negative pressure sinking, negative pressure reinforcement, etc. The invention has the advantages of cylinder foundation, wide application range, convenient transportation and installation, recyclable utilization, high bearing capacity, and the upper load can be transferred to the transition section and beam slab system through the elastic buffer device of the upper and lower parts in the construction period and operation period.

【技术实现步骤摘要】
一种弹性过渡段筒型基础结构及其施工方法
本专利技术涉及一种海洋工程的基础结构
，具体的说，是涉及一种筒型基础结构及其施工方法。
技术介绍
海上风电筒型基础过渡段作为传力结构，关系到基础结构能否将上部荷载转化为可控的应力并传递到地基中，最大限度的发挥地基承载力。随着水深的增加，基础受到的环境荷载和上部风机传递的荷载增大，因此需要更大的过渡段结构。提出传递荷载更为有效、安全性更高的过渡段结构十分必要。
技术实现思路
本专利技术着力解决的是目前海上筒型基础结构荷载传递不够合理及施工安装复杂的技术问题，提供一种弹性过渡段筒型基础结构及其施工方法，巧妙地将施工期、运营期上部结构的荷载有效传递到直线型过渡段和混凝土顶板上，进而传递到下部的筒型基础。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种弹性过渡段筒型基础结构，包括带有分舱结构的钢筒结构，其特征在于，所述钢筒结构顶部连接有钢顶板，所述钢顶板上部设置有混凝土板，所述混凝土板上部设置有混凝土过渡段，所述混凝土过渡段为圆环截面的直线型薄壁结构，且底部圆环直径大于顶部圆环直径；所述混凝土过渡段的上部设置有一段钢制塔筒，所述钢制塔筒下部穿过所述混凝土过渡段并与所述混凝土板接触；所述混凝土板顶面设置有外环梁、中环梁、第一内环梁、第二内环梁；所述外环梁位于所述混凝土板顶面外侧边缘处；所述中环梁位于所述混凝土板顶面中部，并设置于所述混凝土过渡段下部；所述第一内环梁设置于所述钢制塔筒内侧，所述第二内环梁设置于所述钢制塔筒外侧；所述钢制塔筒底端插入于所述第二内环梁和所述第一内环梁之间；所述混凝土板顶面径向均匀布置有混凝土主梁，所述混凝土主梁由所述第二内环梁延伸至所述外环梁；所述混凝土板顶面在每两根相邻的所述混凝土主梁之间径向均匀布置有混凝土次梁，所述混凝土次梁由所述中环梁延伸至所述外环梁；所述钢制塔筒与所述混凝土过渡段顶部之间通过弹性缓冲装置接触，所述钢制塔筒底部与所述第一内环梁之间、所述钢制塔筒底部与所述第二内环梁之间均通过弹性缓冲装置接触。进一步地，所述钢筒结构的半径为10-25m，高度为5-15m，筒壁厚度为10-50mm。进一步地，所述钢筒结构通过分舱板分隔为多个舱室，多个舱室包括一个中间舱和围在中间舱周边的多个边舱；所述钢筒结构的筒壁和分舱板之间、分舱板和分舱板之间均通过焊接相互连接。进一步地，所述钢顶板周边设置有向上的钢制肋板，所述钢制肋板插入于所述混凝土板和所述外环梁。进一步地，所述钢筒结构与所述混凝土板、所述钢顶板的轮廓一致，所述混凝土板的厚度为0.3-1m。进一步地，所述混凝土过渡段为等厚结构，其壁厚为0.5-1.5m，中间分布有预应力钢绞线。进一步地，所述外环梁的外缘与所述混凝土板外缘齐平，且形状与所述混凝土板的边缘一致；所述外环梁的宽度为0.5-1.5m，高度为0.8-1.8m；所述中环梁位于所述混凝土板顶面中部，形状为圆环形，宽度为0.5-1.5m，高度为0.8-1.8m；所述中环梁的半径为所述钢制塔筒半径的1.5-2.5倍；所述第一内环梁的外径小于所述钢制塔筒内径0.2m-1m，宽度为0.5-2.5m，高度为0.8-1.8m；所述第二内环梁的内径大于所述钢制塔筒的外径0.2m-1m，宽度为0.5-2.5m，高度为0.8-1.8m。进一步地，所述混凝土主梁的宽度为0.5-1.5m，高度为0.8-1.8m；相邻所述混凝土主梁之间的夹角为60度；所述混凝土次梁包括12-18根，每两根相邻的所述混凝土主梁之间布置有2-3根所述混凝土次梁，相邻所述混凝土次梁轴线之间的夹角为20-30度。进一步地，所述弹性缓冲装置12由防水层a、抗氧化层b、弹性金属线圈c、第一橡胶层d、橡胶凸起层e、第二橡胶层f依次组成，厚度为0.2-1m，高度为0.8-1.8m。一种上述弹性过渡段筒型基础结构的施工方法，按照如下步骤进行：(1)陆上预制带有分舱结构的钢筒结构后，将所述钢筒结构与所述钢顶板进行焊接；(2)将所述钢顶板作为所述混凝土板的底面模板，在所述钢顶板上绑扎钢筋，对所述混凝土板、所述外环梁、所述中环梁、所述第一内环梁、所述第二内环梁、所述混凝土主梁、所述混凝土次梁以及所述混凝土过渡段一同进行浇筑施工；(3)将上述浇筑施工完成的整体结构吊入水中，检查气密性，在所述混凝土板上安装所述钢制塔筒，在所述钢制塔筒底部与所述第一内环梁之间、所述钢制塔筒底部与所述第二内环梁之间、所述钢制塔筒与所述混凝土过渡段顶部之间安装弹性缓冲装置，并在所述钢制塔筒上安装机头，根据拖航要求调节所述钢筒结构的吃水；(4)将所述弹性过渡段筒型基础结构和所述机头进行浮运拖航；(5)将所述弹性过渡段筒型基础结构和所述机头浮运拖航至到指定海域后，先进行自重下沉，再进行负压下沉到指定位置；(6)下沉结束后对所述钢筒结构内部的土体进行加固。本专利技术的有益效果是：本专利技术的弹性过渡段筒型基础结构将带有分舱结构钢筒结构与钢顶板和混凝土板连成整体，有利于增加钢筒结构的抗倾覆力矩，提高运输过程中的稳定性；钢筒结构直接与混凝土板相接以及板梁体系的结合，有效传递和均匀分散上部荷载，在筒型基础处近似转化为拉力和压力，以发挥筒型基础最大的承载力，结构受力体系清晰；混凝土过渡段采用现浇工艺，为整体式结构，共同传递上部荷载，增加结构整体刚度，节省材料，降低造价。本专利技术的弹性过渡段筒型基础结构，其钢制塔筒和混凝土过渡段之间、钢制塔筒和两个内环梁之间均有弹性缓冲装置的设置，在有效传递上部弯矩荷载的同时，还可以消散一部分荷载，防止钢制塔筒和混凝土结构之间的硬接触压碎混凝土。本专利技术的弹性过渡段筒型基础结构在施工中可实现“陆上预制-浮运-拖航-下沉-调平”技术，浇筑质量可靠，没有打桩等冲击荷载，施工过程中避免了在海上使用起重设备等大型机械，减少了施工的工序，降低了由于海洋环境快速恶劣变化带来的海上作业难度及风机受损风险，所需设备简单，安全有效，海上安装时间仅需数小时，相对于传统基础结构建设周期短、效率高、质量好、安全性高，大幅降低海上风电施工和风机安装成本。附图说明图1是本专利技术所提供的弹性过渡段筒型基础结构的立体结构示意图；图2是本专利技术所提供的弹性过渡段筒型基础结构的主视图；图3是本专利技术所提供的弹性过渡段筒型基础结构的俯视图；图4是本专利技术所提供的弹性过渡段筒型基础结构中去掉过渡段部分的结构示意图；图5是本专利技术所提供的弹性过渡段筒型基础结构中弹性缓冲结构的剖面图。图中：1、钢筒结构；2、钢顶板；3、混凝土板；4、外环梁；5、中环梁；6、第一内环梁；7、第二内环梁；8、混凝土主梁；9、混凝土次梁；10、混凝土过渡段；11、钢制塔筒。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图1至图3所示，本实施例公开了一种弹性过渡段筒型基础结构，包带有分舱结构的钢筒结构1、钢顶板2、混凝土板3、外环梁4、中环梁5、第一内环梁6、第二内环梁7、混凝土主梁8、混凝土次梁9、混凝土过渡段10、钢制塔筒11。钢筒结构1的半径为10-25m，高度为5-15m，筒壁厚度为10-50mm。钢筒结构1通过分舱板分隔为多个舱室，多个舱室包括一个中间舱和围在中间舱周边的多个边舱。钢筒结构1的筒壁和分舱板之间、分舱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹性过渡段筒型基础结构，包括带有分舱结构的钢筒结构，其特征在于，所述钢筒结构顶部连接有钢顶板，所述钢顶板上部设置有混凝土板，所述混凝土板上部设置有混凝土过渡段，所述混凝土过渡段为圆环截面的直线型薄壁结构，且底部圆环直径大于顶部圆环直径；所述混凝土过渡段的上部设置有一段钢制塔筒，所述钢制塔筒下部穿过所述混凝土过渡段并与所述混凝土板接触；所述混凝土板顶面设置有外环梁、中环梁、第一内环梁、第二内环梁；所述外环梁位于所述混凝土板顶面外侧边缘处；所述中环梁位于所述混凝土板顶面中部，并设置于所述混凝土过渡段下部；所述第一内环梁设置于所述钢制塔筒内侧，所述第二内环梁设置于所述钢制塔筒外侧；所述钢制塔筒底端插入于所述第二内环梁和所述第一内环梁之间；所述混凝土板顶面径向均匀布置有混凝土主梁，所述混凝土主梁由所述第二内环梁延伸至所述外环梁；所述混凝土板顶面在每两根相邻的所述混凝土主梁之间径向均匀布置有混凝土次梁，所述混凝土次梁由所述中环梁延伸至所述外环梁；所述钢制塔筒与所述混凝土过渡段顶部之间通过弹性缓冲装置接触，所述钢制塔筒底部与所述第一内环梁之间、所述钢制塔筒底部与所述第二内环梁之间均通过弹性缓冲装置接触。...

【技术特征摘要】
1.一种弹性过渡段筒型基础结构，包括带有分舱结构的钢筒结构，其特征在于，所述钢筒结构顶部连接有钢顶板，所述钢顶板上部设置有混凝土板，所述混凝土板上部设置有混凝土过渡段，所述混凝土过渡段为圆环截面的直线型薄壁结构，且底部圆环直径大于顶部圆环直径；所述混凝土过渡段的上部设置有一段钢制塔筒，所述钢制塔筒下部穿过所述混凝土过渡段并与所述混凝土板接触；所述混凝土板顶面设置有外环梁、中环梁、第一内环梁、第二内环梁；所述外环梁位于所述混凝土板顶面外侧边缘处；所述中环梁位于所述混凝土板顶面中部，并设置于所述混凝土过渡段下部；所述第一内环梁设置于所述钢制塔筒内侧，所述第二内环梁设置于所述钢制塔筒外侧；所述钢制塔筒底端插入于所述第二内环梁和所述第一内环梁之间；所述混凝土板顶面径向均匀布置有混凝土主梁，所述混凝土主梁由所述第二内环梁延伸至所述外环梁；所述混凝土板顶面在每两根相邻的所述混凝土主梁之间径向均匀布置有混凝土次梁，所述混凝土次梁由所述中环梁延伸至所述外环梁；所述钢制塔筒与所述混凝土过渡段顶部之间通过弹性缓冲装置接触，所述钢制塔筒底部与所述第一内环梁之间、所述钢制塔筒底部与所述第二内环梁之间均通过弹性缓冲装置接触。2.根据权利要求1所述的一种弹性过渡段筒型基础结构，其特征在于，所述钢筒结构的半径为10-25m，高度为5-15m，筒壁厚度为10-50mm。3.根据权利要求1所述的一种弹性过渡段筒型基础结构，其特征在于，所述钢筒结构通过分舱板分隔为多个舱室，多个舱室包括一个中间舱和围在中间舱周边的多个边舱；所述钢筒结构的筒壁和分舱板之间、分舱板和分舱板之间均通过焊接相互连接。4.根据权利要求1所述的一种弹性过渡段筒型基础结构，其特征在于，所述钢顶板周边设置有向上的钢制肋板，所述钢制肋板插入于所述混凝土板和所述外环梁。5.根据权利要求1所述的一种弹性过渡段筒型基础结构，其特征在于，所述钢筒结构与所述混凝土板、所述钢顶板的轮廓一致，所述混凝土板的厚度为0.3-1m。6.根据权利要求1所述的一种弹性过渡段筒型基础结构，其特征在于，所述混凝土过渡段为等厚结构，其壁厚为0.5-1.5m，中间分布有预应力钢绞线。7.根据权利要求1所述的一种弹性过渡段筒型基础结构，其特征在于，所述外环梁的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁红岩，冯尊涛，张浦阳，乐丛欢，郭耀华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12