销型抗弯纵向连接节点及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于近海结构的销型抗弯纵向连接节点，特别涉及一种海上风机基础粧-上部塔结构连接段的销型抗弯纵向连接节点，属于结构工程技术领域。
【背景技术】
[0002]如图1所示为海上风机，其中采用的支撑体系由基础粧-上部塔结构组成，两者通过连接段的连接节点相连，传统常用的连接节点为直筒灌浆连接节点5，如图9所示。直筒灌浆连接节点5主要由粧1、塔2、承压板11与浆料12组成。直筒灌浆连接节点5的主要作用是抗弯，抗弯能力的主要贡献来源包括:1.界面接触压力力偶:浆料与钢壁截面间存在法向接触压力P，一对等大反向的接触压力P组成一个界面接触压力力偶，从而抵抗弯矩作用；2.界面切向剪力力偶:浆料与钢壁界面在接触压力作用下存在摩擦力，同时界面间存在粘结力，因此在弯矩作用下可形成界面切向剪力f，两对等大反向的切向剪力f组成两个界面切向剪力力偶，从而抵抗弯矩作用。
[0003]对于弯矩作用下相互挤压的钢-浆料界面，界面间传递法向接触压力P的同时形成切向摩擦力f，大幅提高了界面切向剪力f及界面切向剪力力偶，提高了连接节点抗弯刚度和承载力。
[0004]然而，对于弯矩作用下相互分离的钢-浆料界面，界面间不仅由于没有法向接触压力P而无法形成切向摩擦力f，而且存在法向分离拉力t，破坏界面粘结，大幅降低界面切向剪力f，并且由于界面受拉，导致其更容易开裂，在界面端部首先产生裂缝后，随着弯矩的增大裂缝会不断发展，并且在疲劳作用下，裂缝会进一步发展，导致轴向承载力不断降低，且降低程度不可预知，对海上风机竖向支撑体系而言存在较高风险。此外，在海上风机直筒灌浆连接节点中，为了限制界面裂缝的发展，需要在钢壁上设置剪力键，提高界面抗剪能力，但目前对剪力键的作用没有准确的分析手段和设计方法，并且在疲劳作用下，端部界面仍易开裂，且疲劳裂缝不断发展，疲劳开裂后支撑体系轴向承载力的降低更加难以预知，仍存在较高风险。综上所述，在海上风机竖向支撑体系的连接段，采用直筒灌浆连接节点存在疲劳作用下界面端部易开裂且裂缝不断发展的问题，设置剪力键虽然能改善上述问题，但会导致疲劳开裂后支撑体系轴向承载力的降低更加难以预知，带来较高的风险。因此，海上风机竖向支撑体系目前尚缺少一种适用于连接段的且能够较好的改善疲劳开裂问题的抗弯纵向连接节点，从而制约了海上风电场的建设和发展。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种销型抗弯纵向连接节点，解决现有技术中存在的，在海上风机竖向支撑体系采用直筒灌浆连接节点易在疲劳作用下形成界面端部裂缝，且裂缝的发展对支撑体系竖向承重带来较高风险的技术问题。如图2?6所示为销型抗弯纵向连接节点的详细构造，图7所示为其安装施工步骤示意图，图8所示为其在弯矩作用下的受力示意图。在弯矩作用下，本发明的销型抗弯纵向连接节点通过增加钢-浆料挤压界面的面积，同时在钢-浆料分离界面的销臂18另一侧形成钢-浆料挤压界面并提供法向压力p，能有效减小钢-浆料分离界面的界面拉力t，滞缓界面端部裂缝的形成，控制疲劳裂缝的发展，并提高界面切向抗剪承载能力，从而提高截面抗弯刚度和承载力，改善节点疲劳问题，提高连接节点长期性能和耐久性。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]本发明的一种销型抗弯纵向连接节点，该连接节点包括连接粧和塔，其特征在于，所述粧的顶部包括连接芯、连接臂与连接槽；所述塔的底部包括连接销与承压板，连接销的销根与承压板上对应位置开有灌浆孔和出气孔；所述连接芯与连接臂围成连接槽，所述连接销插入连接槽，通过灌浆孔向连接槽内灌入浆料使连接粧和塔固接在一起。所述连接芯由芯壁、内填混凝土、芯头与环形端板组成。所述连接销由销臂、销根、灌浆孔与出气孔组成。所述连接芯与连接销为圆柱状或圆锥台状。
[0008]本发明的销型抗弯纵向连接节点的施工方法，其特征在于，该方法的步骤包括:
[0009]a.制备粧，包括制备粧顶部的连接芯、连接臂与连接槽；
[0010]b.制备塔，包括制备塔底部的连接销与承压板，在销根与承压板上对应位置开设灌浆孔和出气孔；
[0011]C.粧在现场安装就位后，安装塔，将塔底部的连接销插入粧顶部的连接芯与连接臂⑶围成的连接槽；
[0012]d.向连接槽内灌浆，由浆料固结。
[0013]本发明相对于现有技术具有以下有益效果:
[0014](I)如图8所示，由于增加了钢-浆料挤压界面面积，提高了连接节点能够提供的界面接触压力力偶与界面切向剪力力偶，从而增大了截面抗弯刚度和承载力，因此在相同弯矩作用下，截面变形曲率减小，从而有效减小了钢-浆料分离界面的界面拉应力t。
[0015](2)如图8所示，由于弯矩作用下界面端部销臂18两侧的钢-浆料界面分别为挤压界面与分离界面，销臂18 —侧钢-浆料挤压界面的存在对另一侧分离界面钢-浆料界面裂缝的形成和发展可以起到有效的控制作用，改善连接节点界面端部的开裂问题和疲劳问题，进而提高节点的长期性能和耐久性。
[0016](3)该连接节点保留了传统连接节点采用灌浆连接的特征，保持了连接节点施工便利、取材方便、造价低廉等优点，同时也通过优化的构造形式保证了连接节点良好的结构性能。
【附图说明】
[0017]图1为海洋风机支撑体系中连接节点的示意图。
[0018]图2为本发明采用圆柱形状的销型抗弯纵向连接节点的示意图。
[0019]图3为本发明采用圆柱形状的销型抗弯纵向连接节点粧端部分的连接芯、连接臂、连接槽的示意图。
[0020]图4为本发明采用圆柱形状的销型抗弯纵向连接节点塔端部分的连接销的示意图。
[0021]图5为本发明采用圆锥台形状的销型抗弯纵向连接节点的连接芯、连接臂、连接槽、连接销的示意图。
[0022]图6为本发明采用圆锥台形状的销型抗弯纵向连接节点的示意图。
[0023]图7为本发明施工步骤示意图；其中，
[0024]图7a为本发明施工步骤I对齐；
[0025]图7b为本发明施工步骤2插入；
[0026]图7c为本发明施工步骤3灌浆。
[0027]图8为本发明的销型抗弯纵向连接节点工作原理示意图，M—弯矩；p—界面压力；t一界面拉力一界面剪力。
[0028]图9为传统直筒灌浆连接节点及其工作原理示意图，图9a为直筒灌浆连接构造示意图，图9b直筒灌浆连接弯矩作用下受力示意图，M—弯矩；p—界面压力一界面拉力；f一界面剪力。
[0029]图中:1 一粧；2—塔；3—海平面；4一海底地平面；5—传统的直筒灌浆连接节点；6—发明的销型抗弯纵向连接节点；7—连接芯；8—连接臂；9一连接槽；10—连接销；11 一承压板；12—楽料；13—芯壁；14 —内填混凝土 ；15—芯头；16—环形端板；17—饶筑孔；18—销臂；19一销根；2