管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構及其方法
【技術領域】
[0001]本發明提供了一種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構及其方法，屬于海上風電機組基礎結構領域。
【背景技術】
[0002]灌漿套管連接屬于兩個直徑不同圓管的搭接連接，是在管壁之間形成的環型腔內灌注水泥漿等灌漿材料，通過管壁與灌漿體之間的粘結和鋼管表明不平整產生機械咬合來傳遞軸向壓力。灌漿套管連接具有整體性好、施工方便和造價低等優點，首先在海洋采油平臺結構中得到廣泛應用。近年來，灌漿套管連接逐步在海上風電機組基礎結構中得到應用。對比海洋采油平臺基礎和海上風電機組基礎可以發現:I)海上風電機組基礎粧基直徑和徑厚比較大。根據歐洲2007年前統計結果，海上風電工程中使用的鋼管粧徑厚比最大到100;海洋采油平臺基礎中采用的鋼管粧的徑厚比不超過40。2)海上風電機組基礎灌漿連接長度較小。海洋平臺灌漿連接要求連接長度不小于鋼管粧直徑的6倍;海上風電灌漿連接長度多在1.5?2.5倍鋼管粧直徑。3)與海洋采油平臺灌漿連接相比，海上風電機組基礎灌漿連接的受力更為復雜。海上風電灌漿連接除了承受上部結構和設備的豎向重力荷載、海浪的循環動力荷載和海水腐蝕作用，還要承受較大的風機動力荷載。在風機動力荷載作用下，灌漿連接部位主要承受彎矩作用。
[0003]在彎矩作用下，鋼管粧與套管在灌漿連接段通過側向擠壓力來傳遞彎矩作用，同時彎矩引起的鋼管粧和連接套管的豎向應力對于海上風電機組而言，往往大于單純的豎向荷載產生應力值。以往試驗表明，如果彎矩產生的豎向應力不超過豎向荷載產生的應力值，彎矩存在對軸向承載力的降低不超過18%。彎矩作用下圓形分布的桿件截面將變為橢圓形，從而導致彎矩方向前后兩側鋼材表面與灌漿體之間出現不同程度的分離；同時，在垂直于彎矩作用方向下段受壓一側在壓應力作用下產生徑向位移，導致灌漿體上段局部范圍內結構面與灌漿體脫開，已有試驗和實測結果表明脫開距離可達6mm;灌漿體內部在彎矩作用方向和垂直于彎矩作用方向受壓側會產生較大的彎曲應力，從而導致徑向裂縫出現。裂縫會導致連接部位剛度的降低，橢圓變形進一步加大，靜載作用下和疲勞荷載作用下的連接抗彎承載能力降低，也會間接降低連接抗壓承載能力。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對以上不足之處，提供了一種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構及其方法。
[0005]本發明解決技術問題所采用的方案是一種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，包括豎直的鋼管粧與鋼套管，所述鋼管粧與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管粧與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔，所述環型腔內填充有用于將鋼管粧與鋼套管粘結為一體的灌漿體，所述鋼管粧與鋼套管在位于嵌套端的管口處的管壁上均焊接有加強環。
[0006]進一步的，所述鋼套管同軸套設于鋼管粧的外部，所述鋼管粧的外壁與鋼套管的內壁之間形成環型腔，所述加強環分別焊接在鋼管粧的管口內壁上與鋼套管的管口外壁上。
[0007]進一步的，所述鋼管粧的加強環與鋼套管的加強環均位于環型腔側的管口上。
[0008]進一步的，所述鋼管粧的加強環的壁厚與鋼管粧的壁厚相同，所述鋼套管的加強環的壁厚與鋼套管的壁厚相同。
[0009]進一步的，所述加強環的長度為鋼管粧與鋼套管的連接長度的25%。
[0010]進一步的，所述環型腔中設有焊接于鋼管粧的外壁與鋼套管的內壁上的抗剪鍵。
[0011]進一步的，所述抗剪鍵位于環型腔的中間位置，所述抗剪鍵的焊接范圍為鋼管粧與鋼套管的連接長度的50%。
[0012]進一步的，所述環型腔的灌漿口處設有灌漿防漏裝置。
[0013]進一步的，所述鋼套管的內壁設有臨時支托。
[0014]進一步的，所述灌楽體的材料為尚強水泥砂楽。
[0015]—種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構的連接方法，包括以下步驟:
(1)先在鋼管粧與鋼套管之間嵌套端的管口處的管壁上焊接加強環，并在鋼管粧與鋼套管之間嵌套端的相鄰管壁上焊接抗剪鍵；
(2)將鋼套管與鋼管粧相互同軸嵌套，并在鋼管粧與鋼套管的相鄰管壁之間的環型腔內灌注高強水泥砂漿，并用灌漿防漏裝置進行封口，完成連接。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:本發明與傳統灌漿連接相比，鋼管粧與鋼套管的管口剛度得到加強，避免或者延緩了水平載荷作用下灌漿體徑向裂縫出現，防止灌漿體與鋼管粧、鋼套管的管壁脫離，提高連接的抗彎承載力與抗壓承載力，特別適用于單粧基礎與過渡段的連接。
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖對本發明專利進一步說明。
[0018]圖1為該發明的結構示意圖；
圖中:
1-鋼管粧;2-鋼套管;3-環型腔;4-灌漿體;5-加強環;6-抗剪鍵;7-灌漿防漏裝置;8-臨時支托。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0020]如圖1所示，一種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，包括豎直的鋼管粧I與鋼套管2，所述鋼管粧與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管粧與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔3，所述環型腔內填充有用于將鋼管粧與鋼套管粘結為一體的灌漿體4，所述鋼管粧與鋼套管在位于嵌套端的管口處的管壁上均焊接有加強環5。
[0021]在本實施例中，所述鋼套管同軸套設于鋼管粧的外部，所述鋼管粧的外壁與鋼套管的內壁之間形成環型腔，所述加強環分別焊接在鋼管粧的管口內壁上與鋼套管的管口外壁上。
[0022]在本實施例中，所述鋼管粧的加強環與鋼套管的加強環均位于環型腔側的管口上。
[0023]在本實施例中，所述鋼管粧的加強環的壁厚與鋼管粧的壁厚相同，所述鋼套管的加強環的壁厚與鋼套管的壁厚相同。
[0024]在本實施例中，所述加強環的長度為鋼管粧與鋼套管的連接長度的25%。
[0025]在本實施例中，所述環型腔中設有焊接于鋼管粧的外壁與鋼套管的內壁上的抗剪鍵6 0
[0026]在本實施例中，所述抗剪鍵位于環型腔的中間位置，所述抗剪鍵的焊接范圍為鋼管粧與鋼套管的連接長度的50%。
[0027]在本實施例中，所述環型腔的灌漿口處設有灌漿防漏裝置7。
[0028]在本實施例中，所述鋼套管的內壁設有臨時支托8。
[0029]在本實施例中，所述灌漿體的材料為高強水泥砂漿。
[0030]—種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構的連接方法，包括以下步驟:
(1)先在鋼管粧與鋼套管之間嵌套端的管口處的管壁上焊接加強環，并在鋼管粧與鋼套管之間嵌套端的相鄰管壁上焊接抗剪鍵；
(2)將鋼套管與鋼管粧相互同軸嵌套，并在鋼管粧與鋼套管的相鄰管壁之間的環型腔內灌注高強水泥砂漿，并用灌漿防漏裝置進行封口，完成連接。
[0031]上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:包括豎直的鋼管粧與鋼套管，所述鋼管粧與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管粧與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔，所述環型腔內填充有用于將鋼管粧與鋼套管粘結為一體的灌漿體，所述鋼管粧與鋼套管在位于嵌套端的管口處的管壁上均焊接有加強環。2.根據權利要求1所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述鋼套管同軸套設于鋼管粧的外部，所述鋼管粧的外壁與鋼套管的內壁之間形成環型腔，所述加強環分別焊接在鋼管粧的管口內壁上與鋼套管的管口外壁上。3.根據權利要求1所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述鋼管粧的加強環與鋼套管的加強環均位于環型腔側的管口上。4.根據權利要求1所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述鋼管粧的加強環的壁厚與鋼管粧的壁厚相同，所述鋼套管的加強環的壁厚與鋼套管的壁厚相同。5.根據權利要求1所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述加強環的長度為鋼管粧與鋼套管的連接長度的25%。6.根據權利要求2所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述環型腔中設有焊接于鋼管粧的外壁與鋼套管的內壁上的抗剪鍵。7.根據權利要求6所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述抗剪鍵位于環型腔的中間位置，所述抗剪鍵的焊接范圍為鋼管粧與鋼套管的連接長度的50%。8.根據權利要求1所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述環型腔的灌漿口處設有灌漿防漏裝置，所述灌漿體的材料為高強水泥砂漿。9.根據權利要求2所述的管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于:所述鋼套管的內壁設有臨時支托。10.一種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構的連接方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)先在鋼管粧與鋼套管之間嵌套端的管口處的管壁上焊接加強環，并在鋼管粧與鋼套管之間嵌套端的相鄰管壁上焊接抗剪鍵； (2)將鋼套管與鋼管粧相互同軸嵌套，并在鋼管粧與鋼套管的相鄰管壁之間的環型腔內灌注高強水泥砂漿，并用灌漿防漏裝置進行封口，完成連接。
【專利摘要】本發明涉及一種管口加強的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，包括豎直的鋼管樁與鋼套管，所述鋼管樁與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管樁與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔，所述環型腔內填充有用于將鋼管樁與鋼套管粘結為一體的灌漿體，所述鋼管樁與鋼套管在位于嵌套端的管口處的管壁上均焊接有加強環。本發明與傳統灌漿連接相比，鋼管樁與鋼套管的管口剛度得到加強，避免或者延緩了水平載荷作用下灌漿體徑向裂縫出現，防止灌漿體與鋼管樁、鋼套管的管壁脫離，提高連接的抗彎承載力，特別適用于單樁基礎與過渡段的連接。
【IPC分類】E02D15/06, E02D27/42, E02D27/52, E02D15/04
【公開號】CN105672321
【申請號】CN201610208881
【發明人】吳兆旗, 魏源, 陳澤豪, 程良燦
【申請人】福州大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月6日