一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，三個筒型基礎的中心點連線構成一個三角形；每個筒型基礎頂部設置有一個樁體；三個筒型基礎中央位置的上方設置有節點連接件，節點連接件與每個樁體頂部外側之間連接有型鋼梁，每個型鋼梁由與節點連接件相接的端部到與樁體相接的端部向下傾斜；樁體根部之間由樁間支撐相互連接，相鄰兩個筒型基礎之間連接有筒間支撐。本發明通過型鋼梁與樁體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，節省材料，并且在施工中可實現“浮運-下沉-調平”成套技術，施工周期短，降低海上風電場建設成本。
【專利說明】一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系
【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，是涉及一種多筒組合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。大彎矩荷載一般導致需要筒型基礎直徑較大，而大直徑單筒基礎的施工限制條件較多，如其運輸和安裝過程需要大型機具等。
[0004]因此，如何設計合理的基礎形式和傳力體系，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，克服大直徑單筒基礎的施工限制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，提供一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，通過型鋼梁與樁體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，節省材料，并且在施工中可實現“浮運-下沉-調平”成套技術，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]一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，包括三個筒型基礎，三個所述筒型基礎的中心點連線構成一個三角形；每個所述筒型基礎頂部設置有一個樁體，每個所述樁體的中心線與其所對應所述筒型基礎的中心線在同一直線上；三個所述筒型基礎中央位置的上方設置有節點連接件，所述節點連接件與每個所述樁體頂部外側之間連接有型鋼梁，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樁體相接的端部向下傾斜；所述樁體根部之間由樁間支撐相互連接，相鄰兩個所述筒型基礎之間連接有筒間支撐。
[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10?20m，高度為6?8m。
[0010]所述筒型基礎內部設置有多個艙室。
[0011]每兩個所述筒型基礎之間的凈距離為I?5倍的所述筒型基礎外徑。
[0012]所述樁體的高度為15?25m,外徑為I?3m。
[0013]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樁體連接的端部呈連續變化的逐漸降低。[0014]每個所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。
[0015]所述樁間支撐設置有六根，其中的三根分別設置于兩兩相鄰的所述樁體之間，另外三根分別由每根所述樁體根部延伸至前述三根樁間支撐所圍成三角形的形心處相交于一點。
[0016]每根所述筒間支撐沿長度方向的中心線穿過其兩端所述筒型基礎的軸線。
[0017]本發明的有益效果是:
[0018]本發明的基礎結構體系在三個筒型基礎之間采用型鋼梁和樁體過渡，并將三個筒型基礎連成整體，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。
[0019]本發明的基礎結構體系通過型鋼梁與樁體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，結構形式簡單，受力體系清晰，節省材料，降低造價。另外，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。
[0020]本發明的基礎結構體系設置樁間支撐和筒間支撐，使基礎結構體系的下部結構整體性更強，增大了傳力體系的整體剛度，結構受力效果更好。樁間支撐和筒間支撐既加強了三個樁體以及樁體和型鋼梁整體的剛度，使樁體和型鋼梁能夠在保證自身剛度前提下有效地將上部結構的荷載傳遞到筒型基礎上，而且加強了三個筒型基礎的整體性，能有效地改善施工過程中筒型基礎間的相互錯動等情況，有利于提高施工質量，同時優化了三個筒型基礎的受力，避免三個筒型基礎間的內力差異過大，從而減小基礎結構體系整體的不均勻沉降，保證其能正常發揮自身優勢。
[0021]本發明的基礎結構體系與單筒筒型基礎相比直徑較小，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】
[0022]圖1是本發明所提供的基礎結構體系的主視圖；
[0023]圖2是本發明所提供的基礎結構體系的俯視圖；
[0024]圖3是樁間支撐的俯視圖。
[0025]圖中:1、筒型基礎；2、樁體；3、型鋼梁；4、節點連接件；5、樁間支撐；6、筒間支撐。【具體實施方式】
[0026]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:
[0027]如圖1和圖2所示，本實施例公開了一種三個筒型基礎組合的基礎結構體系，包括三個相同的筒型基礎1、三個相同的樁體2、三個相同的型鋼梁3、節點連接件4、六根樁間支撐5以及三根相同的筒間支撐6。
[0028]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15m，壁厚25mm，頂蓋厚50mm，筒高8m，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10-20m，髙度通常為6-8m ;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。
[0029]三個筒型基礎I在水平面上按照其中心點連線能夠構成一個等邊三角形進行排布，每兩個筒型基礎I之間的凈距離等于筒型基礎I的外徑。三個筒型基礎I的布置要求為其中心不在同一條直線上，即三個筒型基礎I的中心分別位于一個等邊或者不等邊三角形的三個頂點上。每兩個筒型基礎之間的凈距離為I?5倍的筒型基礎外徑，這樣能夠在充分發揮樁體2和型鋼梁3的整體組合優化筒型基礎I受力作用的同時，保證樁體2和型鋼梁3整體的剛度，避免由型鋼梁3自重產生過大的豎向位移，樁體2和型鋼梁3的整體可以更好地發揮拱的受力特性。
[0030]樁體2為圓形空心鋼樁，樁徑2m，壁厚35mm，高為21m。樁體2底面與筒型基礎I頂面剛接，樁體2沿長度方向的與筒型基礎I的中心線(即軸線)一致。樁體2可以為圓樁、方樁或其他形式的空心鋼樁，樁體2高度通常為15?25m，外徑通常為I?3m，壁厚通常為25?50mm，具體尺寸可以根據實際工程進行調整。
[0031]三個型鋼梁3將三個樁體2連接在一起，并在三個筒型基礎I中央位置的上方相交，相交部位由節點連接件4連接。三個筒型基礎I的中央位置即為其中心點連線所構成三角形的形心位置。型鋼梁3的一端與節點連接件4剛接，另一端與樁體2頂部外表面剛接；型鋼梁3由與節點連接件4相接的端部到與樁體2相接的端部向下傾斜，傾斜角度為8度。這樣，樁體2、型鋼梁3和節點連接件4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。
[0032]型鋼梁3采用變截面H型鋼，與節點連接件4連接處梁高為2m，與樁體2連接處梁高為1.5m，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15mm。型鋼梁3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3傳遞的部分彎矩轉化為軸向力，使樁體2和型鋼梁3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3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3的截面形式可以為等截面或者變截面，其中，變截面型鋼梁3的截面高度由與節點連接件4連接的端部到與樁體2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3剛度變化可以使作用在節點連接件4處的荷載更加均勻的擴散到筒型基礎I。
[0033]節點連接件4可以為圓形節點連接件或其他形式的節點連接件形式，位于三個筒型基礎I中央位置上方一定高度，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。
[0034]如圖3所示，樁體2根部之間由六根樁間支撐5相互連接，樁間支撐5不僅提高了三根樁體2的整體剛度以及由樁體2和型鋼梁3所構成傳力體系的剛度，有效的保證了傳力體系按設計情況傳遞上部荷載，還間接的提高了三個筒型基礎I的整體性，有利于提高實際施工質量。六根樁間支撐5中的三根分別設置于兩兩相鄰的樁體2之間，另外三根分別由每根樁體2根部延伸至樁體2中間相交于一點焊接，該交點位于前述三根樁間支撐5所圍成三角形的形心處。樁間支撐5采用空心圓鋼管，直徑為1.5m，壁厚為35mm。樁間支撐5通常由空心鋼管制成，可以為空心圓鋼管、空心方鋼管或其他形狀的鋼管。[0035]筒型基礎I之間由三根筒間支撐6相互連接，筒間支撐6的設置提高了三個筒型基礎I的整體性，有利于提高實際施工質量，并且有效的優化了三個筒型基礎I的受力，避免三個筒型基礎I間內力差異過大，從而減小了基礎結構體系整體的不均勻沉降。每相鄰兩個筒型基礎I之間連接有一根筒間支撐6，三根筒間支撐6相互不交叉。每根筒間支撐6沿長度方向的中心線穿過其兩端筒型基礎I的軸線，也就是說筒間支撐6分別位于外圍三根樁間支撐5的正下方。筒間支撐6采用H型鋼，高2m，翼緣長1.5m，腹板厚50mm，翼緣厚35mm。筒間支撐6通常由等截面的H型鋼或槽鋼制成，其截面高度范圍為0.5_3m。
[0036]本發明的基礎結構體系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。
[0037]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】
1.一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，包括三個筒型基礎，其特征在于，三個所述筒型基礎的中心點連線構成一個三角形；每個所述筒型基礎頂部設置有一個樁體，每個所述樁體的中心線與其所對應所述筒型基礎的中心線在同一直線上；三個所述筒型基礎中央位置的上方設置有節點連接件，所述節點連接件與每個所述樁體頂部外側之間連接有型鋼梁，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樁體相接的端部向下傾斜；所述樁體根部之間由樁間支撐相互連接，相鄰兩個所述筒型基礎之間連接有筒間支撐。
2.根據權利要求1所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，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所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，其特征在于，所述筒型基礎的外徑為10?20m，高度為6?8m。
4.根據權利要求1所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，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所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，其特征在于，每兩個所述筒型基礎之間的凈距離為I?5倍的所述筒型基礎外徑。
6.根據權利要求1所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，其特征在于，所述樁體的高度為15?25m,外徑為I?3m。
7.根據權利要求1所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，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樁體連接的端部呈連續變化的逐漸降低。
8.根據權利要求1所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，其特征在于，每個所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。
9.根據權利要求1所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系，其特征在于，所述樁間支撐設置有六根，其中的三根分別設置于兩兩相鄰的所述樁體之間，另外三根分別由每根所述樁體根部延伸至前述三根樁間支撐所圍成三角形的形心處相交于一點。
10.根據權利要求1所述的一種帶支撐的三個筒型基礎組合式基礎結構體系,其特征在于，每根所述筒間支撐沿長度方向的中心線穿過其兩端所述筒型基礎的軸線。
【文檔編號】E02D27/52GK103981889SQ201410182898
【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, 熊康平, 張浦陽, 石建超 申請人:天津大學