一种钢管支撑-预应力混凝土的浮式基础结构制造技术

本申请公开了一种钢管支撑

【技术实现步骤摘要】
一种钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构


[0001]本申请涉及一种钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构，适用于海上风力发电


技术介绍

[0002]风电能源是一种可再生的清洁能源，我国深海风电能源的资源储备量位居世界前列，海上风电产业的发展前景广阔。与陆上风电能源相比，海上风电能源具有风机发电量高、单机装机容量更大、风机运行更稳定、风电场的建设无需占用土地等优势，随着海上风电的快速发展，我国近海风电资源开发将逐渐饱和，海上风力发电从潮间带和近海区域走向深海区域是必然趋势。
[0003]随着水深的增加，传统固定式海上风机基础结构已难以满足深海风能开发的要求，且固定式海上风机的自重和工程造价随着水深而大幅度增加，浮式基础结构在深海区域的综合造价远低于深海区域的固定式基础结构，且浮式基础结构机动性好、易拆卸，服役期满可回收再利用。
[0004]半潜式基础结构可以在岸上建造，再拖航至指定地点与预先安装好的系泊系统连接，其海上安装成本低但制作成本高，目前设计的浮式风机基础类型，大多还是纯钢结构形式，成本较高，焊接工作量大，同时疲劳性能差，对未来推广大规模商业化应用是一个极大的挑战。
[0005]为解决以上问题，需研发新型半潜式基础，解决或改善基础成本高、施工繁琐、疲劳性能差等问题，为进一步推广海上风电的发展做技术准备。

技术实现思路

[0006]本申请公开了一种钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构，与传统纯钢结构浮式基础相比，立柱采用预应力钢筋混凝土，材料成本低、耐久性更好，与纯钢结构相比，结构自重大，有利于浮式基础的稳定性和运动性能；设置垂荡板可增加附加质量系数和势能阻尼系数，从而降低运动响应幅值，改善结构水动力性能；支撑节点域构件分别与嵌入的连接板焊接相连，再将连接板相互焊接，与传统相贯节点相比，应力传递路径更明确，降低节点域应力的复杂性，增加抗疲劳性。结构构造简单，大多数构件可以采用装配化建造方式，可显著提高施工效率、保证施工质量、有效降低建造成本。
[0007]本申请的技术方案如下：
[0008]一种钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构，该结构包括立柱、钢套筒、横撑、斜支撑、垂荡板、加劲板、连接板、加强环、隔板。
[0009]立柱为预应力混凝土结构，在立柱中预留预应力孔道，并在上下端部放置双层带隔板钢套筒，二者浇筑形成整体后，进行预应力张拉，其中钢套筒内混凝土采用UHPC。
[0010]将立柱按照正三角形排列，风电机组塔筒可以安装在任一立柱上；横撑是立柱之间的连接构件，横撑采用钢管混凝土结构，横撑插入钢套筒内侧钢管处，并在两层钢管处分
别焊接；为加强立柱间连接刚度，将斜支撑布置在立柱与横撑平面内，与上钢套筒和下横撑相连，形成K字型连接节点，斜支撑采用空钢管，斜支撑与钢套筒连接方式同横撑，斜支撑端焊接连接板，并与横撑中部的连接板焊接相连，横撑上焊接加强环来提高连接板的面外稳定性，其中，钢套筒、横撑、斜支撑、连接板预先进行开槽或者开洞处理。
[0011]垂荡板为透空率10％，孔洞数量为24的圆形钢板，与下钢套筒焊接相连；加劲板为梯形钢板，在垂荡板与钢套筒按照相同角度间隔布置一周，并与钢套筒和垂荡板分别焊接、连接板与采用钢板。
[0012]本申请相对于现有技术具有以下有益效果：
[0013](1)立柱使用预应力混凝土材料，相比于传统纯钢结构浮式基础，材料成本较低、自重更大，有利于浮式基础的稳定性和运动性能，建设成本更低；
[0014](2)支撑节点域采用构件与连接板焊接，连接板与连接板焊接方式连接，应力传递路径明确，相比相贯节点，降低应力复杂性、抗疲劳性更优；
[0015](3)风机可以布置在任一立柱顶部，灵活性更强；
[0016](4)基础整体为正三角形，结构体型合理；立柱之间布置横撑与斜支撑，加强面内刚度，节点区域布置加强环提高节点的面外稳定性，整体与局部稳定性均很好。
附图说明
[0017]图1为本申请的整体示意图；
[0018]图2为本申请中基础结构示意图；
[0019]图3a为本申请中立柱及截面示意图；
[0020]图3b为图3a的a
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a截面示意图；
[0021]图3c为图3a的b
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b截面示意图；
[0022]图4为本申请中钢套筒与横撑和斜支撑连接示意图；
[0023]图5为本申请中垂荡板示意图；
[0024]图6a为本申请中横撑与斜支撑连接示意图；
[0025]图6b为图6a的a
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a截面示意图。
[0026]图中：1
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立柱、2
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钢套筒、3
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横撑、4
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斜支撑、5
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垂荡板、6
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加劲板、7
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连接板、8
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加强环、9
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隔板、111
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纵向钢筋、112
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横向钢筋、113
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拉结筋。
具体实施方式
[0027]以下结合附图，对本申请作进一步描述。
[0028]图1所示为本申请的一种钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构的整体示意图，该体系包含立柱1、钢套筒2、横撑3、斜支撑4、垂荡板5、加劲板6、连接板7、加强环8、隔板9。风电机组塔可以安装在任一立柱上。横撑3可以为钢管混凝土，斜支撑4可以为中空钢管。
[0029]如图2所示，该基础结构包括三个立柱1，按照正三角形排列，立柱为中空预应力混凝土结构，为便于立柱1的连接构造，在立柱顶、底部安装钢套筒2并与立柱浇筑形成整体，立柱1之间的连接构件为横撑3，横撑与钢套筒2焊接，斜支撑4布置在立柱1与横撑3形成的平面内，横撑3与斜支撑4通过连接板7相连；为加强连接板7面外刚度，在每个节点处的横撑3外部焊接2个加强环8；立柱1底部安装垂荡板5，并与钢套筒2焊接；垂荡板5上布置一周加
劲板6。
[0030]如图3a
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3c所示为立柱1及截面示意图，钢套筒2为双层钢管，内外钢管间焊接隔板9，钢套筒内混凝土采用超高性能混凝土(UHPC)；立柱1中预留出预应力筋孔道，立柱混凝土中配置纵向钢筋111、横向钢筋112、拉结筋113。
[0031]如图4所示，钢套筒2对应位置开洞，将横撑3与斜支撑4插入到钢套筒内侧管处，并将横撑3与钢套筒2的双层钢管分别焊接。
[0032]如图5所示，垂荡板孔洞数量为24的示意图。
[0033]如图6a
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6b所示，横撑3为钢管混凝土，斜支撑4为空钢管；K型节点域中，横撑3钢管开槽，连接板7插入横撑3底部钢管处，与钢管焊接；为提高节点面外刚度，在横撑钢管外侧焊接加强环8，并在连接板7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构，其特征在于：包含立柱(1)、钢套筒(2)、横撑(3)、斜支撑(4)、垂荡板(5)、加劲板(6)、连接板(7)、隔板(9)；所述立柱(1)按照正三角形排列，在立柱(1)上下端部均安装双层钢套筒(2)，与立柱浇筑形成整体；所述钢套筒(2)为双层钢管之间焊接一周隔板(9)的形式；横撑(3)为立柱之间的连接构件，与钢套筒(2)焊接；斜支撑(4)布置在立柱(1)与横撑组成的平面内，一端与钢套筒(2)相连，另一端固定在下侧横撑(3)上，与横撑(3)形成K型节点区域；垂荡板(5)位于立柱(1)下部，焊接在钢套筒(2)底部，在垂荡板上间隔布置一圈加劲板(6)，加劲板(6)与钢套筒(2)和垂荡板(5)焊接相连。2.根据权利要求1所述的钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构，其特征在于：横撑(3)端部插入至钢套筒(2)的内层钢管，并与插入侧钢套筒(2)的双层钢管分别焊接。3.根据权利要求1或2所述的钢管支撑
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预应力混凝土的浮式基础结构，其特征在于：在K型节点区，横撑(3)上套焊加强环(8)，第一连接板通过加强环(8)插入至下方横撑(3)底部，并与横撑(3)的钢管壁、加强环(8)分别焊接，斜支撑(4)钢管端部沿截面开槽口，将第二连接板插...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇航，路瑶，周绪红，杨庆山，白久林，柯珂，罗崯滔，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：