一种海上风电五连筒导管架结构

1.本发明涉及海上风电技术，特别涉及一种海上风电五连筒导管架结构。


背景技术：

2.20世纪70年代石油危机以后，开始了风能利用的新时代，世界上很多国家开始制定计划，考虑开发海上风电场。海上风机不仅要承受巨大的风荷载，还要承受波浪、海流等复杂的环境荷载。针对不同的海上风电场，水深及海底地质条件有所不同，因此需要考虑不同型式的海上风机基础。目前应用较多的有重力式基础，单桩基础及吸力筒导管架基础。海上风电宽浅式筒型基础的出现，为海上风机基础的设计提供了新的方向，该基础可有效抵抗海上风机受到的较大横向荷载，且其结构简单、成本较低、施工便捷快速。
3.近年来，随着海上风电向深远海和大容量发展，混凝土过渡段的筒型基础不再适用，一方面深水中混凝土过渡段高度需要增加，大直径的弧形混凝土过渡段将形成较大阻水面积，不仅导致基础所受波浪荷载大，而且使得基础自重过大无法进行拖航运输。另一方面宽浅型筒型基础的安装过程中，首先利用自重下沉一定深度，继而抽取负压继续下沉；在压差沉放阶段，常由于各种原因导致筒内外压差和筒内各舱室间压差过大，使得筒壁及分舱板发生屈曲破坏，继而沉放失败。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种海上风电五连筒导管架结构，该结构将筒型基础与导管架基础相结合，一方面利用钢管混凝土导管架代替筒型基础混凝土过渡段，使得基础阻水面积减小，继而达到减少波浪荷载的目的；另外可有效减少用钢量，提高自振频率。另一方面将单筒变为多筒，通过中间筒的连接，使多筒连成为一个整体，不仅增大筒顶盖面积，可为基础浮运提供较大浮力，便于实现一步式安装；而且中间筒与外筒筒裙均为拱形结构，可利用拱结构受力优势，大幅提高筒型基础的抗屈曲能力。
5.本发明所采用的技术方案是：一种海上风电五连筒导管架结构，所述五连筒导管架结构包括：
6.花瓣形筒型基础，所述花瓣形筒型基础为底部敞开、四周及顶部封闭的吸力筒结构；所述花瓣形筒型基础包括中间筒和多个外筒，所述多个外筒沿所述中间筒的圆周间隔布置，并且，每个所述外筒均与所述中间筒连接；
7.导管架结构，所述导管架结构包括竖向支撑，所述竖向支撑包括多个弦杆，所述弦杆与所述外筒一一对应，并且，每个所述弦杆的底部均与该弦杆对应的所述外筒连接；以及，
8.顶部过渡段，所述顶部过渡段连接在所述竖向支撑的顶部。
9.进一步地，所述五连筒导管架结构还包括筒顶加强肋板，所述筒顶加强肋板设置在所述导管架结构的底部，并且，所述筒顶加强肋板与所述花瓣形筒型基础的顶面连接。
10.进一步地，所述外筒由外筒顶盖和外筒拱形裙板组成；所述中间筒由中间筒顶盖
和多个中间筒拱形裙板组成，相邻两个所述外筒之间设置一个所述中间筒拱形裙板，并且，所述中间筒拱形裙板的两侧分别与两个所述外筒的外筒拱形裙板连接。
11.进一步地，所述导管架结构还包括：
12.多层横向水平支撑，所述多层横向水平支撑沿所述竖向支撑的竖向间隔布置，将所述竖向支撑分隔层若干层，并且，每层所述横向水平支撑均与所述竖向支撑连接；以及
13.交叉斜腹杆，每层竖向支撑内、相邻两个所述弦杆之间均设置所述交叉斜腹杆。
14.进一步地，所述顶部过渡段包括：
15.法兰，用于与所述海上风机的塔筒连接；
16.上部平台和下部平台，所述上部平台和所述下部平台连接在所述法兰的外部，并分别位于所述法兰的上部和下部；以及
17.多个中间竖向支撑肋板组，所述中间竖向支撑肋板组与所述弦杆一一对应，每个所述中间竖向支撑肋板组的顶面与所述上部平台连接、底面与所述下部平台连接，每个所述中间竖向支撑肋板组的内侧与所述法兰连接、与所述内侧相对的外侧与该中间竖向支撑肋板组对应的所述弦杆连接。
18.进一步地，所述筒顶加强肋板包括多个加强肋板本体，所述加强肋板本体与所述外筒一一对应，每个所述加强肋板本体均设置在该加强肋板本体对应的外筒上；所述加强肋板本体包括：
19.以该加强肋板本体所在外筒上的弦杆为中心呈辐射状布置的多个箱型梁，每个所述箱型梁的内侧均与所述弦杆连接，并且，每个所述箱型梁的底面均与所述外筒连接；以及
20.竖向肋板组，相邻两个所述箱型梁之间设置一个所述竖向肋板组，每个所述竖向肋板组包括多个相互平行且间隔布置的竖向肋板，所述竖向肋板的两侧分别与相邻两个所述箱型梁连接，所述竖向肋板的底面与所述外筒连接。
21.进一步地，所述筒顶加强肋板还包括t型梁组合，所述t型梁组合设置在所述中间筒上，其中，
22.当所述外筒为单数个时，所述t型梁组合包括以所述中间筒的中心为中心呈辐射状布置的多个t型梁，所述t型梁与所述加强肋板本体一一对应，并且，每个所述t型梁的内端均与其余t型梁的内端相互连接、与所述内端相对的外端均与该t型梁对应的所述加强肋板本体连接，每个所述t型梁的底面均与所述中间筒连接；
23.当所述外筒为双数个时，所述t型梁组合包括在所述中间筒的中心交叉布置的多个t型梁，所述t型梁的两端分别与相对布置的两个所述外筒上的所述加强肋板本体连接，每个所述t型梁的底面均与所述中间筒连接。
24.进一步地，所述箱型梁的高度由内侧向外侧逐渐减小。
25.进一步地，所述弦杆为钢管混凝土。
26.本发明一种海上风电五连筒导管架结构，该结构将筒型基础与导管架基础相结合。主要有益效果如下：
27.第一、利用导管架结构代替传统筒型基础的混凝土过渡段，使得基础阻水面积减小，继而达到减少波浪荷载的目的。
28.第二、采用导管架弦杆内填充混凝土的形式，在减少用钢量的同时，提高自振频率。
29.第三、花瓣形筒型基础结构的中间筒与外筒连成一个整体，避免了采用单筒结构时的裙板尺寸过大而引起的薄板稳定问题，大幅提高裙板的抗屈曲能力。
30.第四、花瓣形筒型基础结构中间筒提高了自浮能力，满足起浮拖航的功能，便于整体浮运。且其天然的分仓结构也有利于筒型基础施工安装时的调平控制，为一步式安装创造条件。
附图说明
31.图1：本发明海上风电五连筒导管架结构立体示意图；
32.图2a：本发明的花瓣形筒型基础俯视示意图；
33.图2b：本发明的花瓣形筒型基础立体示意图；
34.图3：本发明的筒顶加强肋板立体示意图；
35.图4a：本发明的导管架结构立体示意图；
36.图4b：本发明的导管架结构正视示意图；
37.图5：本发明的顶部过渡段立体示意图；
38.附图标注：
39.1——花瓣形筒型基础；11——中间筒；
40.111——中间筒顶盖；112——中间筒拱形裙板；
41.12——外筒；121——外筒顶盖；
42.122——外筒拱形裙板；2——导管架结构；
43.21——弦杆；22——横向水平支撑；
44.23——交叉斜腹杆；3——顶部过渡段；
45.31——法兰；32——上部平台；
46.33——下部平台；34——中间竖向支撑肋板组；
47.4——筒顶加强肋板；41——加强肋板本体；
48.411——箱型梁；412——竖向肋板组；
49.42——t型梁组合。
具体实施方式
50.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
51.本发明一种海上风电五连筒导管架结构，该结构将筒型基础与导管架基础相结合，一方面利用钢管混凝土导管架代替筒型基础混凝土过渡段，另一方面将单筒变为多筒，外筒12通过中间筒11的连接成为一个整体。具体结构如下：
52.如图1至图5所示，一种海上风电五连筒导管架结构，包括花瓣形筒型基础1、筒顶加强肋板4、导管架结构2、顶部过渡段3。
53.如图2a和图2b所示，花瓣形筒型基础1为底部敞开、四周及顶部封闭的吸力筒结构。花瓣形筒型基础1包括中间筒11和多个外筒12，多个外筒12沿中间筒11的圆周间隔布置，并且，每个外筒12均与中间筒11连接。其中，外筒12由外筒顶盖121和外筒拱形裙板122组成；中间筒11由中间筒顶盖111和多个中间筒拱形裙板112组成，相邻两个外筒12之间设
置一个中间筒拱形裙板112，并且，中间筒拱形裙板112的两侧分别与两个外筒12的外筒拱形裙板122连接，使得外筒12和中间筒11连接为一整体。外筒顶盖121和中间筒顶盖111共同组成了花瓣形筒型基础1的筒顶盖，该筒顶盖的整体形状为花瓣形；外筒拱形裙板122和中间筒拱形裙板112组成了花瓣形筒型基础1的四周裙板，该四周裙板为拱形结构。外筒12的中心与中间筒11的中心之间的距离可以改变，如10m～15m；外筒12数量可以有所调整，如3个～6个，不仅仅局限于本实施例所示的4个；中间筒11及外筒12直径可以变化，如中间筒11的直径为18m～25m、外筒12的直径为16m～20m，可以根据实际工程调整中间筒11及外筒12大小；另外，外筒拱形裙板122与中间筒拱形裙板112长度可以不一样，外筒拱形裙板122可长于中间筒拱形裙板112，如外筒拱形裙板122的长度为10m～16m、中间筒拱形裙板112的长度为6m～10m；筒顶盖及四周裙板的壁厚可为20mm～30mm，必要时可在筒顶盖下方分舱板之间布置环肋及径向肋，以增强下部花瓣形筒型基础1的刚度。中间筒11与外筒12的组合可以整体浮运及安装调平，并且裙板均为拱形结构，抗屈曲能力强。
54.如图3所示，筒顶加强肋板4设置在导管架结构2的底部，并且，筒顶加强肋板4与花瓣形筒型基础1的筒顶盖连接。筒顶加强肋板4包括多个加强肋板本体41和t型梁组合42。加强肋板本体41与外筒12一一对应，每个加强肋板本体41均设置在该加强肋板本体41对应的外筒12上。加强肋板本体41包括以该加强肋板本体41所在外筒12上的弦杆21为中心呈辐射状布置的多个箱型梁411，以及竖向肋板组412。箱型梁411的内侧均与弦杆21连接，并且，每个箱型梁411的底面均与外筒顶盖121连接；箱型梁411的高度由内侧向外侧逐渐减小，可由3m渐变至0.5m；箱型梁411的宽度可为0.5m～0.8m，数量可为6个～8个。相邻两个箱型梁411之间设置一个竖向肋板组412，每个竖向肋板组412包括多个相互平行且沿外筒12径向等间距布置的竖向肋板，竖向肋板的两侧分别与相邻两个箱型梁411连接，竖向肋板的底面与外筒顶盖121连接；竖向肋板高度均相等，可为0.4m～0.8m，每个竖向肋板组412中可布置4个～8个竖向肋板。t型梁组合42设置在中间筒11上，当外筒12为单数个时，t型梁组合42包括以中间筒11的中心为中心呈辐射状布置的多个t型梁，t型梁与加强肋板本体41一一对应，并且，每个t型梁的内端均与其余t型梁的内端相互连接、与内端相对的外端均与该t型梁对应的加强肋板本体41连接，每个t型梁的底面均与中间筒11连接；当外筒12为双数个时，t型梁组合42包括在中间筒11的中心交叉的多个t型梁，t型梁的两端分别与相对布置的两个外筒12上的加强肋板本体41连接，每个t型梁的底面均与中间筒11连接。布置时，可使加强肋板本体41的其中一个箱型梁411与该加强肋板本体41连接的t型梁位于同一直线上，从而使得t型梁能与箱型梁411连接以更好地传递荷载。t型梁高可为0.5m～1m，宽可为0.5m～0.8m。通过筒顶加强肋板4可有效将上部导管架结构2传递的荷载转移到下部花瓣形筒型基础1。
55.如图4a和图4b所示，导管架结构2包括竖向支撑、多层横向水平支撑22以及多层交叉斜腹杆23。竖向支撑包括多个弦杆21，弦杆21与外筒12一一对应，并且，每个弦杆21的底部均与该弦杆21对应的外筒顶盖121连接，连接位置为外筒顶盖121的中心。多层横向水平支撑22沿竖向支撑的竖向间隔布置，将竖向支撑分隔层若干层，并且，每层横向水平支撑22均与弦杆21连接。每层竖向支撑内、相邻两个弦杆21之间均设置交叉斜腹杆23，交叉斜腹杆23与弦杆21连接。其中，弦杆21的数量可根据外筒12数量进行调整，如3个～6个；弦杆21的高度、直径及壁厚均可针对实际工程进行调整，如弦杆21的高度可根据水深进行改变，高度
可为60m～70m，弦杆21的直径可为2m～3m，弦杆21的壁厚可沿高度渐变，壁厚可为25mm～40mm；另外，弦杆21内部可进行灌浆，将弦管变成预应力钢管混凝土，在减少用钢量的同时，提高自振频率。交叉斜腹杆23及横向水平支撑22的层数、直径及壁厚均可进行调整，层数可为3层～5层、直径可为0.8m～2m、壁厚可为10mm～30mm。
56.如图5所示，顶部过渡段3连接在竖向支撑的顶部，包括法兰31、上部平台32、下部平台33以及多个中间竖向支撑肋板组34。法兰31用于与海上风机的塔筒连接。上部平台32和下部平台33连接在法兰31的外部，并分别位于法兰31的上部和下部。中间竖向支撑肋板组34与弦杆21一一对应，每个中间竖向支撑肋板组34的顶面与上部平台32连接、底面与下部平台33连接，每个中间竖向支撑肋板组34的内侧与法兰31连接、与内侧相对的外侧与该中间竖向支撑肋板组34对应的弦杆21连接；每个中间竖向支撑肋板组34由多个间隔布置的竖向支撑肋板组成，每个中间竖向支撑肋板组34中的竖向支撑肋板数量可改变，如2个～4个(共计8个～16个竖向支撑肋板)。顶部过渡段3可有效将塔筒下部的风机荷载传递到导管架结构2。
57.尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。