海上架体结构及组装方法与流程

本发明涉及海上建筑技术领域，特别是涉及一种海上架体结构及组装方法。

背景技术：

从2015年起可再生能源新增装机首次超过新增化石能源装机，且可再生能源装机超过了所有化石能源发电装机总和，全球电力系统发生结构性转变。风电、光伏等新能源已成为全球新增电力装机的绝对主力。风能作为一种可再生的清洁能源，在其它可再生能源尚未成熟的情况下，风能成为缓解全球环境问题及能源危机的首要选择。相比陆上风电，海上风电风力资源更稳定，风速更高，年发电量更大，并且对人类生产，生活的环境影响较小，具备大规模发展海上风电的条件。沿海区域部分区域的岩面较浅，对于大容量风机来说，要满足承载力的要求，必须考虑钢管桩进入岩面以下一定的深度，但传统的海上施工难度大，经验不足。

技术实现要素：

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种可降低施工难度的海上架体结构及组装方法。

其技术方案如下：

一种海上架体结构，包括平台架体、导管体及管桩，所述管桩为至少三根，所述管桩的一端与所述平台架体连接，所述管桩的另一端用于插入海底，所述导管体上设有多个限位孔，所述管桩与所述限位孔对应设置，所述管桩滑动穿设所述限位孔。

上述海上架体结构，在管桩插入海底的过程中，导管体可对管桩起到导向及限位的作用，使管桩插入海底的操作更方便，提高管桩的安装精度，提升施工效率，管桩与导管体的配合能提高整体结构的稳定性，增大结构的刚度，且在管桩安装完成后，由于导管体可沿管桩滑动，可调整导管体的位置，使导管体部分位于海平面上，此时导管体可作为海上的工作平台，方便在海面上将平台架体与管桩连接，因此上述海上架体结构可降低施工难度。

在其中一个实施例中，上述海上架体结构还包括辅助板，所述辅助板设于所述管桩之间，所述导管体包括管套及连接件，所述管套的内孔为所述限位孔，所述管套的数量与所述管桩的数量对应设置，不同的所述管套通过所述连接件连接，所述辅助板与所述连接件连接。

在其中一个实施例中，相邻的两个所述管套之间均设有所述连接件，所述连接件包括水平连杆、第一斜连杆及第二斜连杆，所述第一斜连杆与所述第二斜连杆交叉连接设置，所述水平连杆、所述第一斜连杆及所述第二斜连杆的两端分别与相邻的两个所述管套连接，所述辅助板与所述水平连杆可拆卸连接。

在其中一个实施例中，所述辅助板为两个，两个所述辅助板分别对应所述管套的两端设置，所述辅助板沿水平方向设置。

在其中一个实施例中，所述辅助板为带预应力钢筋的混凝土板。

在其中一个实施例中，所述平台架体包括安装台及支撑架，所述支撑架的一端与所述管桩连接，所述支撑架的另一端与所述安装台连接。

在其中一个实施例中，所述支撑架包括多根主腿，所述主腿的数量与所述管桩的数量对应设置，所述主腿与所述管桩插接。

在其中一个实施例中，所述主腿与所述管桩之间填充有灌浆材料。

在其中一个实施例中，相邻的两个所述主腿之间设有第三斜连杆及第四斜连杆，所述第三斜连杆与所述第四斜连杆交叉连接设置，所述第三斜连杆、所述第四斜连杆的两端分别与相邻的两个所述主腿连接。

一种组装方法，采用如上述任一项所述的海上架体结构，包括以下步骤：

将所述导管体放入海中；

所述管桩穿过限位孔并插入海底；

移动所述导管体，使所述导管体沿所述管桩的长度方向上升，直至部分所述导管体高于海平面；

将所述导管体与所述管桩连接；

将所述平台架体与所述管桩连接。

上述组装方法，将导管体放入海中，可对管桩的安装进行导向及限位，降低了管桩的安装难度，随后可移动导管体，使部分导管体高于海平面，再将导管体与管桩连接，此时导管体可作为海上的工作平台，用于嵌岩及使平台架体与管桩连接，因此上述海上架体结构可降低施工难度。

附图说明

图1为本发明实施例所述的海上架体结构的侧视图；

图2为图1所述的导管体的侧视图；

图3为图1所述的辅助件、管桩及水平连杆的装配示意图；

图4为图1中a处的局部放大示意图；

图5为本发明实施例所述的组装方法的流程示意图。

附图标记说明：

100、平台架体，110、安装台，120、支撑架，121、主腿，122、第三斜连杆，123、第四斜连杆，200、导管体，210、管套，220、连接件，221、水平连杆，222、第一斜连杆，223、第二斜连杆，300、管桩，400、辅助板，410、开口，420、三角件，500、灌浆材料，10、海底，20、风机塔筒。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1及图2所示，一实施例公开了一种海上架体结构，包括平台架体100、导管体200及管桩300，管桩300为至少三根，管桩300的一端与平台架体100连接，管桩300的另一端用于插入海底10，导管体200上设有多个限位孔，管桩300与限位孔对应设置，管桩300滑动穿设限位孔。

上述海上架体结构，在安装过程中，在管桩300插入海底10的过程中，导管体200可对管桩300起到导向及限位的作用，使管桩300插入海底10的操作更方便，提高管桩300的安装精度，提升施工效率，管桩300与导管体200的配合能提高整体结构的稳定性，增大结构的刚度，且在管桩300安装完成后，由于导管体200可沿管桩300滑动，可调整导管体200的位置，使导管体200部分位于海平面上，此时导管体200可作为海上的工作平台，方便在海面上将平台架体100与管桩300连接，因此上述海上架体结构可降低施工难度。

此外，导管体200可作为管桩300的支撑系统，使管桩300受力效果更好，增加使用疲劳年限，并且该种结构增大了管桩300与导管体200连接的抗弯刚度，减小了侧向变形，抗震性能更好。

可选地，如图3所示，管桩300的数量为四个，且管桩300沿竖直方向设置。上述结构中，管桩300对平台架体100的支撑较为稳定，且管桩300沿竖直方向设置时，可方便管桩300插入海底10。管桩300所处的环境恶劣，特别是直接在海底10泥面以上的位置处，往往会承受最大竖向及水平荷载、风荷载、浪流荷载以及地震作用。采用导管体200与管桩300的组合式结构并且利用导管体200使得各管桩300之间进行连接，呈四边形结构，具有较好的稳定性以及抗疲劳性能。

可选地，管桩300的长度大于管桩300安装处大海的深度。已保证导管体200移动后可部分位于海平面上。

在其他实施例中，管桩300也可近似竖直方向设置。

在其中一个实施例中，如图1及图3所示，上述海上架体结构还包括辅助板400，辅助板400设于管桩300之间，导管体200包括管套210及连接件220，管桩300滑动穿设管套210，管套210的数量与管桩300的数量对应设置，不同的管套210通过连接件220连接。辅助板400与连接件220连接。上述辅助板400可用于操作人员站立或放置设备，方便操作人员进行嵌岩等操作，且管套210对管桩300的导向及限位效果更好，同时连接件可部分承担管桩300受到的载荷。

可选地，辅助板400沿水平或近似水平的方向设置。此时可方便使用。

在其他实施例中，导管体200也可为一设有限位孔的块状结构。此时也可实现对管桩300的导向及限位效果，且导管体200可部分承担管桩300受到的载荷。

在其中一个实施例中，如图1至图3所示，相邻的两个管套210之间均设有连接件220，连接件220包括水平连杆221、第一斜连杆222及第二斜连杆223，第一斜连杆222与第二斜连杆223交叉连接设置，水平连杆221、第一斜连杆222及第二斜连杆223的两端分别与相邻的两个管套210连接，辅助板400与水平连杆221可拆卸连接。上述结构中，相邻的两个管套210通过连接件220的连接后，使导管体200与管桩300装配后的结构承载能力更强，同时由于辅助板400与水平连杆221可拆卸连接，辅助板400在嵌岩或水平架体安装完成后可拆去，提高了对材料的利用率，降低了成本。

此外，此时连接件220为单层桁架式结构，也同时由于导管体200的辅助作用，在同等承载情况下，可设置较小的管桩300的直径，则上述海上架体结构对波浪和流的阻力更小，受到的相应的荷载作用更小，可以有效提升经济性。

可选地，管套210上用于与水平连杆221、第一斜连杆222、第二斜连杆223连接的部分的壁厚大于其余部分的壁厚。此时可防止通过焊接等方式连接对管套210的强度造成影响。

可选地，如图1及图3所示，水平连杆221为四根，且四根水平连杆221设于同一水平面内。此时辅助板400通过与水平连杆221连接，可保持水平设置。

可选地，如图1及图3所示，辅助板400中部可设置开口410。具体地，辅助板400包括四个三角件420，三角件420为直角三角形结构，三角件420的两个直角边分别与相邻的两个水平连杆221连接，四个三角件420的斜边围成开口410。

可选地，上述海上架体结构还包括卡扣连接件，卡扣连接件包括固定件及卡板，卡板中部设有与水平连杆221匹配的容纳凹口，卡板的两端均设有第一配合孔，辅助板400上设有第二配合孔，固定件穿设第一配合孔并与第二配合孔螺纹配合。此时可通过卡扣连接件实现辅助板400与水平连杆221的可拆卸连接。

在其他实施例中，也可直接利用螺栓穿设水平连杆221并与辅助板400螺纹配合的方式，使水平连杆221与辅助板400可拆卸连接。

在其中一个实施例中，如图1所示，辅助板400为两个，两个辅助板400分别对应管套210的两端设置，辅助板400沿水平方向设置。此时两个辅助板400中，位于下方的辅助板400在将导管体200放入海中时可作为防沉板，方便导管体200稳定的放置在海底10，位于上方的辅助板400可作为嵌岩等操作的平台，使上述海上架体结构的安装更简单。

可选地，两个辅助板400中，位于上方的辅助板400上设有栏杆或警示线，可对操作人员进行警示或防护，防止出现安全问题。

在其中一个实施例中，辅助板400为带预应力钢筋的混凝土板。预应力钢筋让混凝土块可以承担拉应力，此时辅助板400的强度较高，在作为嵌岩用平台或防沉板时安全性较高。

在其他实施例中，辅助板400也可为其他材质的板材。

在其中一个实施例中，如图1所示，平台架体100包括安装台110及支撑架120，支撑架120的一端与管桩300连接，支撑架120的另一端与安装台110连接。安装台110上可安装风机塔筒20，用于海上风力发电。

在其中一个实施例中，如图1所示，支撑架120包括多根主腿121，主腿121的数量与管桩300的数量对应设置，主腿121与管桩300插接。通过主腿121与管桩300的插接，可实现支撑件与管桩300的连接，且安装简单，此时管桩300对支撑架120的限位效果较好。

具体地，主腿121包括相连接的斜杆及直杆，不同主腿121的斜杆均与安装台110连接，直杆与管桩300插接。此时主腿121的整体强度较大，支撑效果好。

在其他实施例中，支撑架120与管桩300也可为焊接。

在其中一个实施例中，如图1及图4所示，主腿121与管桩300之间填充有灌浆材料500。通过灌浆材料500可使主腿121与管桩300形成一个整体，共同承担风机塔筒20传递过来水平力和竖向力的作用。

具体地，管桩300上设有配合孔，配合孔内设有封隔器，主腿121插入配合孔内。此时可通过封隔器，防止灌浆时发生漏浆。

可选地，灌浆材料500可为水泥浆、环氧胶泥及高强灌浆料等。

在其中一个实施例中，如图1所示，相邻的两个主腿121之间设有第三斜连杆122及第四斜连杆123，第三斜连杆122与第四斜连杆123交叉连接设置，第三斜连杆122、第四斜连杆123的两端分别与相邻的两个主腿121连接。此时第三斜连杆122与第四斜连杆123在主腿121之间形成空间桁架体系结构，使支撑架120可承载较大的力，提高整体结构的稳定性。

如图5所示，一实施例公开了一种如上述的海上架体结构的组装方法，包括以下步骤：

s10、将导管体200放入海中；

s20、管桩300穿过限位孔并插入海底10；

s30、移动导管体200，使导管体200沿管桩300的长度方向上升，直至部分导管体200高于海平面；

s40、将导管体200与管桩300连接；

s50、将平台架体100与管桩300连接。

上述组装方法，将导管体200放入海中，可对管桩300的安装进行导向及限位，降低了管桩300的安装难度，随后可移动导管体200，使部分导管体200高于海平面，再将导管体200与管桩300连接，此时导管体200可作为海上的工作平台，用于嵌岩及使平台架体100与管桩300连接，因此上述海上架体结构可降低施工难度。

此外，通过预先放置导管体200，可先对导管体200的放置位置进行定位，当导管体200的放置位置确定后，可保证管桩300插入海底10的位置的精确度。

可选地，导管体200包括管套210及连接件220，管桩300滑动穿设管套210，管套210的数量与管桩300的数量对应设置，不同的管套210通过连接件220连接，上述将导管体200与管桩300连接，具体包括以下步骤：

将管套210与管桩300插接，在管套210与管桩300之间灌浆。

此时由于管套210与管桩300的连接处位于海上，灌浆方便，工程花费时间少。

可选地，平台架体100位于水面以上位置，需要对其采用涂层保护防腐；导管体200大部分位于浪溅区，需要采用重防腐涂层防护以及阴极保护，并设置牺牲阳极；管桩300位于水下区，采用阴极保护或者重度防腐涂料，考虑施工方便，避免水下安装牺牲阳极，可以采用导管体200上的牺牲阳极与管桩300电性连接。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。