一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，筒型基礎頂蓋中部設置有環梁，環梁頂部設置有多個沿環向均布的型鋼柱，筒型基礎中心的正上方設置有節點連接件，節點連接件與每個型鋼柱頂部之間連接有型鋼梁，每個型鋼梁由與節點連接件相接的端部到與型鋼柱相接的端部向下傾斜，型鋼柱上沿其高度方向等間距地設置有至少一道水平的環向支撐，環向支撐分別連接于兩兩型鋼柱之間。本發明通過型鋼梁與型鋼柱有效地將上部結構傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎處近似轉化為拉力和壓力，以發揮筒型基礎最大的承載力；且型鋼梁較混凝土過渡段自重較輕，能夠在施工中減少大型機具的使用，施工周期短，降低海上風電場建設成本。
【專利說明】一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種港口、海洋、水利和橋梁工程的基礎結構領域，具體的說，是涉及一種在筒型基礎上部采用新型傳力結構體系，以優化筒型基礎受力的基礎結構。
【背景技術】
[0002]目前，在海洋工程領域如海上風力發電工程中，基礎結構通常有樁基礎、重力式基礎、導管架式基礎、負壓基礎和浮式平臺等形式，這些基礎結構通常需要大型機具進行運輸和安裝，造成施工費用較高，施工周期較長。相比傳統基礎結構而言，筒型基礎由于其造價低廉、施工便捷、使用安全可靠、可回收復用等特點被廣泛應用于海洋工程中。
[0003]但是，海上風力發電基礎結構所處環境十分復雜，所受荷載除了上部結構傳遞下來的風機塔架等結構重量的豎向力外，還有風荷載傳遞到基礎結構的水平力和彎矩，以及波浪、海流、海冰荷載等。
[0004]因此，如何設計合理的基礎形式和傳力結構體系，將上部荷載安全有效地傳遞到筒型基礎，并最大可能的發揮筒型基礎的承載力是筒型基礎設計中的一個關鍵環節。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的是現有技術中存在的上述問題，提供一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，通過型鋼梁與型鋼柱有效地將上部結構傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎處近似轉化為拉力和壓力，以發揮筒型基礎最大的承載力；且型鋼梁較混凝土過渡段自重較輕，能夠在施工中減少大型機具的使用，施工周期短，降低海上風電場建設成本。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現:
[0007]一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，包括筒型基礎，其特征在于，所述筒型基礎頂蓋中部設置有環梁，所述環梁頂部設置有多個沿環向均布的型鋼柱，所述筒型基礎中心的正上方設置有節點連接件，所述節點連接件與每個所述型鋼柱頂部之間連接有型鋼梁，每個所述型鋼梁由與所述節點連接件相接的端部到與所述型鋼柱相接的端部向下傾斜，所述型鋼柱上沿其高度方向等間距地設置有至少一道水平的環向支撐，環向支撐分別連接于兩兩所述型鋼柱之間。
[0008]所述筒型基礎為鋼筋混凝土結構、鋼結構、鋼-鋼筋混凝土組合結構其中的一種。
[0009]所述筒型基礎的外徑為20?40m，高度為8?15m。
[0010]所述筒型基礎內部設置有多個艙室。
[0011]所述環梁外徑為15?30m。
[0012]所述型鋼柱的數量為8?20根。
[0013]所述型鋼柱與所述型鋼梁的截面相同。
[0014]所述型鋼梁為變截面梁，其截面高度由與所述節點連接件連接的端部到與所述型鋼柱連接的端部呈連續變化的逐漸降低。
[0015]每個所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。[0016]所述環向支撐沿所述型鋼柱高度方向等間距地設置有I?4道。
[0017]本發明的有益效果是:
[0018]本發明通過型鋼梁與型鋼柱形成近似拱的受力特點，有效地將上部結構傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎處近似轉化為拉力和壓力，以發揮筒型基礎最大的承載力，有利于增加基礎結構體系抗傾覆力矩，提高運輸過程中的穩定性；型鋼梁相交部分采用節點連接件剛接，共同傳遞上部荷載，增加結構整體剛度；變截面的型鋼梁由于其剛度變化，還能使節點處承受的荷載更加均勻的擴散到筒型基礎；環向支撐增大了多個型鋼柱所組成整體的剛度，并提高了型鋼柱的承載力，從而保證型鋼柱和型鋼梁構成的傳力體系的安全有效。綜上，本發明結構形式簡單，受力體系清晰，節省材料，降低造價。
[0019]本發明在施工中可實現“浮運-下沉-調平”成套技術，基礎結構與塔筒及風機在海上整體安裝，在施工過程中能夠減少大型機具的使用，所需設備簡單，海上安裝時間僅需數小時，相對于傳統基礎結構建設周期短、效率高、安全環保，可使海上風電的建設速度大大提高，建造周期顯著縮短，極大地降低海上風電場的建設成本，使海上風電更加具備標準化、模塊化開發的條件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明所提供的過渡式筒型基礎結構的主視圖；
[0021]圖2是本發明所提供的過渡式筒型基礎結構的剖面圖；
[0022]圖3是本發明所提供的過渡式筒型基礎結構的俯視圖。
[0023]圖中:1、筒型基礎；2、環梁；3、型鋼柱；4、環向支撐；5、型鋼梁；6、節點連接件。
【具體實施方式】
[0024]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0025]如圖1至圖3所示，本實施例公開了一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，包括筒型基礎1、環梁2、型鋼柱3、型鋼梁5、環向支撐4和節點連接件6。
[0026]筒型基礎I是頂部封閉、底部敞口的一種圓筒狀鋼結構基礎，外徑為30m，筒高8m，壁厚30mm，頂蓋厚50mm，其內部通過設置分艙板分成多個艙室。筒型基礎I的直徑通常為20-40m，髙度通常為8-15m ;材質可以是鋼筋混凝土、鋼、鋼-鋼筋混凝土復合材料；內部可進行分艙處理，也可以不進行分艙處理。
[0027]筒型基礎I頂蓋中部設置有環梁2，環梁2起到連接筒型基礎I頂蓋和型鋼柱3的作用，使型鋼梁5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I上，優化受力形式。環梁2底部與筒型基礎I頂蓋剛接，具體可采用焊接、栓接等方式。環梁2所構成圓環的圓心與筒型基礎I頂蓋的圓心一致，所構成圓環的外徑通常取在15-30m范圍內。環梁2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25mm。環梁2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。
[0028]環梁2上設置有12個沿環向均布的型鋼柱3，型鋼柱3與環梁2頂面剛接在一起，可選用焊接、栓接等方式。多個型鋼柱3共同連接在環梁2上，可以增強型鋼柱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，設置環梁2可以在實際施工中實現將型鋼柱3與筒型基礎I連接成整體的目標。型鋼柱3高度為20m，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20mm。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梁2的截面尺寸。根據筒型基礎I尺寸的不同，型鋼柱3可在環梁2上布置8到20根。
[0029]12個型鋼梁5將12個型鋼柱3在頂部連接在一起，并且在筒型基礎I中心的正上方相交，相交部位由節點連接件6連接。型鋼梁5的一端與節點連接件6剛接，另一端與型鋼柱3頂部剛接，型鋼梁5與型鋼柱3拼接部位處截面形狀和尺寸相同。型鋼梁5由與節點連接件6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5和節點連接件6整體近似構造出拱的受力特點，共同傳遞上部荷載，以增加基礎結構體系的整體剛度。
[0030]型鋼梁5采用變截面H型鋼，與節點連接件6連接處梁高為2m，與型鋼柱3連接處梁高為1.2m, 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20mm。型鋼梁5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5傳遞的部分彎矩轉化為軸向力，使型鋼柱3和型鋼梁5整體更好地構造出拱的受力特點，從而更充分的利用型鋼梁5結構的承載力，并將上部結構的豎向位移控制在一個合理范圍內，同時避免了材料浪費。型鋼梁5的截面形式可以為等截面或者變截面，其中，變截面型鋼梁5的截面高度由與節點連接件6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變化的。通過變截面的型鋼梁5剛度變化可以使作用在節點連接件6處的荷載更加均勻的擴散到筒型基礎I。
[0031]節點連接件6為空心圓筒，筒高2m，壁厚35mm，其外壁與12個傳力的型鋼梁5端部剛接。節點連接件6可采用空心圓筒、型鋼梁拼接而成，位于筒型基礎I中心上方一定高度，其上部可以通過法蘭盤與上部結構進行連接，并將上部結構傳遞下來的荷載向下傳遞。
[0032]沿型鋼柱3從筒型基礎I頂蓋算起(筒型基礎I頂蓋不設)每隔6m布置一道水平設置的環向支撐4，共布置兩道。環向支撐4將型鋼柱3沿環向兩兩剛接在一起，環向支撐4增大了多個型鋼柱3所組成整體的剛度并提高了型鋼柱3的承載力，從而保證了型鋼柱3和型鋼梁5所構成傳力體系的安全有效。環向支撐4采用與型鋼柱3尺寸相同的H型鋼，在H型鋼翼緣之間設置鋼板。環向支撐4通常可選用H型鋼、槽鋼、箱型鋼等，沿型鋼柱3的高度方向等間距地設置有至少1-4道。
[0033]本發明的基礎結構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，借助自重及負壓實現貫入安裝，安裝完成后與上部風機進行拼裝。使用中或使用完畢后還可借助與貫入時反向的氣壓將所述基礎頂升進行回收利用。
[0034]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，包括筒型基礎，其特征在于，所述筒型基礎頂蓋中部設置有環梁，所述環梁頂部設置有多個沿環向均布的型鋼柱，所述筒型基礎中心的正上方設置有節點連接件，所述節點連接件與每個所述型鋼柱頂部之間連接有型鋼梁，每個所述型鋼梁由與所述節點連接件相接的端部到與所述型鋼柱相接的端部向下傾斜，所述型鋼柱上沿其高度方向等間距地設置有至少一道水平的環向支撐，環向支撐分別連接于兩兩所述型鋼柱之間。
2.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，所述筒型基礎為鋼筋混凝土結構、鋼結構、鋼-鋼筋混凝土組合結構其中的一種。
3.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，所述筒型基礎的外徑為20?40m，高度為8?15m。
4.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，所述筒型基礎內部設置有多個艙室。
5.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，所述環梁外徑為15?30m。
6.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，所述型鋼柱的數量為8?20根。
7.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，所述型鋼柱與所述型鋼梁的截面相同。
8.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，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點連接件連接的端部到與所述型鋼柱連接的端部呈連續變化的逐漸降低。
9.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，每個所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。
10.根據權利要求1所述的一種應用于海洋工程的過渡式筒型基礎結構，其特征在于，所述環向支撐沿所述型鋼柱高度方向等間距地設置有I?4道。
【文檔編號】E02D27/52GK103981895SQ201410182897
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】丁紅巖, 張浦陽, 練繼建, 熊康平, 石建超 申請人:天津大學