一种新型海上风电全钢筒型基础结构的制作方法

本发明属于海洋工程技术领域，具体涉及一种新型海上风电全钢筒型基础结构。

背景技术：

海上风电复合筒型基础是一种通过抽出筒内水和气形成的内外压差使筒体插入海床的海上风机基础结构，由预应力弧形钢筋混凝土结构和宽浅型钢筒体组成，具有自重大、入土浅的特点。复合筒型基础下部宽浅型钢筒体插入海床土体，提供承载力，钢筒体直径一般为30～36m；上部预应力弧形钢筋混凝土结构部分浸入水中承受海流、波浪、海生物生长等长期海洋环境作用，弧形钢筋混凝土结构的直径一般为5m～24m；预应力弧形钢筋混凝土结构顶部通过高强螺栓与风机塔筒相连。

复合筒型基础的施工包括陆上建造、风机吊装调试、整机运输、一步式安装四个主要工序。筒型基础在基地工厂完成陆上建造；检验合格并具备下水条件后，采用龙门吊将筒型基础吊入港池中，接着将筒型基础绑扎在运输安装船上；船筒绑扎完成后在码头前进行风机吊装以及整机调试；通过运输安装船将复合筒型基础和风电机组(整机)运输至风电场安装位置；最后筒型基础在整机自重以及负压的作用下插入海床中，完成整机一步式安装。

海上风电常用的桩基础陆上制造简单，但海上施工工序较多，需要在海上依次进行沉桩、附属构件安装和风机吊装。而复合筒型基础可以进行海上整机一步式安装，基础建造、风机吊装与整机调试等均在陆上完成。相对于桩基础而言，复合筒型基础及一步式安装技术可降低单台风机基础建造成本以及缩短建设周期，具有安全、高效、经济、环保等优势。

但受限于预应力混凝土本身的结构特性，复合筒型基础陆上施工工序多，包括钢筋绑扎、分层浇筑混凝土和养护，预应力筋张拉，高强螺杆张拉，上部混凝土结构与下部钢筒体对接等，陆上建造周期较长；由于预应力弧形钢筋混凝土结构和宽浅型钢筒体结构分开制造，分别制造完成后才进行对接施工，因此完成一台基础制造需要两块生产场地，占用生产基地面积大；此外，复合筒型基础还有具有结构重量大、混凝土抗裂性能差等缺点。上述问题严重制约了复合筒型基础及一步式安装技术的快速规模化应用。

因此，为了解决目前海上风电复合筒型基础存在的陆上建造周期长、占用生产基础面积大、基础结构自重大及混凝土抗裂性差等问题，本发明提出一种新型海上风电全钢筒型基础结构，可加速推进一步式安装基础的规模化应用，进一步缩短海上风电场建设周期和降低建设成本。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种新型海上风电全钢筒型基础结构。本发明的新型由全钢结构焊接而成，不需要进行钢筋绑扎、混凝土养护、预应力筋张拉等工序，大幅度缩短了陆上建造工期；且基础结构重量相对较小，减少基础起吊施工难度；同时，在筒体顶板下表面设置的肋板主梁既可以加强筒体顶板，使其可承受下沉过程中的内外压差，又可以将撑杆中的力平稳安全地传递至分舱板上，最终传递至周围土体中。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一种新型海上风电全钢筒型基础结构，包括固定连接的主筒体与筒体结构，所述筒体结构包括固定连接的外筒壁、分舱板、内舱板与筒体顶板；所述筒体顶板的上表面连接有与主筒体固定连接的撑杆，且所述撑杆的底部与外筒壁之间的距离不小于2m；所述筒体顶板的下表面连接有与外筒壁、分舱板、内舱板和筒体顶板固接在一起的肋板结构，所述肋板结构包括固定连接的肋板主梁和肋板次梁。

作为本发明的一种优选技术方案，所述撑杆与分舱板一一对应，所述肋板主梁包括肋板长主梁和肋板短主梁；所述肋板长主梁的端部与分舱板固定连接，并与撑杆的外侧延长线相交；所述肋板短主梁的一端与分舱板固定连接并与撑杆的内侧延长线相交，另一端与肋板长主梁垂直并固定连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述肋板长主梁、分舱板与筒体顶板三者结合处的肋板短主梁，以分舱板为对称轴分别布置于其左右两侧。

作为本发明的一种优选技术方案，所述撑杆间隔均匀地布置在所述主筒体四周，相应地所述分舱板均匀地布置在所述内舱板四周。

作为本发明的一种优选技术方案，所述肋板长主梁之间合围形成封闭的正多边形结构。

作为本发明的一种优选技术方案，所述肋板次梁以筒体结构的轴心线为中心周向发散，呈放射网格状布置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述撑杆顶部与主筒体的连接处顶点高程低于极端低潮位1～2m。

作为本发明的一种优选技术方案，所述撑杆底部与筒体顶板的连接处设置有加强板，所述加强板最外侧的点与外筒壁之间的距离不小于2m。

作为本发明的一种优选技术方案，所述筒体结构由六块分舱板和内舱板分隔形成七个舱，七个舱呈蜂窝状。通过对筒体结构分舱，可以提高基础浮运稳定性，并利于下沉安装时调平。

作为本发明的一种优选技术方案，所述主筒体、撑杆和筒体结构均为钢板卷制而成的钢筒，且主筒体的直径范围为5.5～7.0m。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)位于海水中的弧形钢筋混凝土结构的直径一般为5m～24m，而全钢筒型基础结构的主筒体直径一般为5.5m～7.0m，结构阻水面积明显减小，可减少服役期间基础结构所受的波流荷载。

(2)该结构筒体顶板底面与海床面齐平，肋板结构体系设置于筒体顶板下，并且撑杆底部离外筒壁较远，该布置可有效地减少局部冲刷程度。

(3)撑杆与分舱板一一对应设置，可将风机荷载与波流荷载作用在主筒体上的力，通过撑杆传递至分舱板和筒体顶板上，最终传递至周围土体中。

(4)肋板长主梁与分舱板的连接点、肋板短主梁与分舱板的连接点，均与钢筒撑杆的内外侧延长线相交，可直接将撑杆中的力平稳安全地传递至分舱板上；并且连接点处承受的压力最大，肋板长主梁与肋板短主梁之间相垂直并固定连接，且分别与分舱板之间呈锐角设置，可大大增加连接点处的承压强度，同时又加强筒体顶板，使其可承受下沉过程中的内外压差；肋板次梁呈放射网格状布置在筒体顶板下表面，可进一步地增强筒体顶板的承压能力，同时还可以减少肋板长主梁与分舱板连接点的应力。

(5)加强板设置在撑杆底部，以减小撑杆与筒体顶板连接处的应力，加强板最外侧的点到外筒壁的距离不应小于2m，以便于将筒体结构与运输安装船绑扎在一起。

附图说明

图1为本发明所涉及的全钢筒型基础结构立面图。

图2为本发明所涉及的筒体结构截面图。

图3为本发明所涉及的全钢筒型基础结构俯视图。

图4为本发明所涉及的肋板主梁与肋板次梁的结构平面布置图。

图5为本发明所涉及的撑杆与筒体顶板相交处的肋板主梁放大图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，所述全钢筒型基础结构包括与风机塔筒连接的主筒体1，主筒体1由钢板卷制而成，所述主筒体1底面高程低于筒体顶板54高程0.5m，主筒体1下部分别与内舱板53和筒体顶板54焊接在一起。所述主筒体1、撑杆2和筒体结构5均为钢板卷制而成的钢筒，且主筒体1的直径范围为5.5～7.0m。基础结构采用全钢结构，陆上施工主要为钢结构焊接，不需要进行钢筋绑扎、混凝土养护、预应力筋张拉等工序，大幅度缩短了陆上建造工期。

如图1所示，主筒体1的底部焊接有筒体结构5，所述筒体结构5包括固定连接的外筒壁51、筒体顶板54与内舱板53，所述筒体结构5包括固定连接的外筒壁51、内舱板53与筒体顶板54；所述筒体顶板54的上表面设置有与主筒体1固定连接的撑杆2，其下表面设置有与撑杆2对应的分舱板52；所述筒体顶板54的下表面焊接有与外筒壁51、分舱板52、内舱板53和筒体顶板54固接在一起的肋板结构4，所述肋板结构4包括肋板主梁41和肋板次梁42；撑杆2、筒体顶板54与分舱板52三者焊接在一起。

如图1所示，所述撑杆2为钢板卷制而成的钢筒，所述撑杆2顶部与主筒体1的连接处顶点高程低于极端低潮位1～2m，极端低潮位为50年内一遇的极端低潮位。风机荷载与波流荷载作用在主筒体1上，通过撑杆2传递至分舱板53和筒体顶板54上，最终传递至周围土体中。基础结构为钢筒结构，重量相对较小，减少基础起吊施工难度；单台基础建造仅需一块生产基地，所占生产基地面积小，可在有限的生产基地面积上提高生产量。

如图3所示，所述撑杆2底部与筒体顶板54的连接处设置有加强板3，以减小撑杆2与筒体顶板54连接处的应力；所述加强板3最外侧的点与外筒壁51之间的距离不小于2m，以便于将筒体结构5与运输安装船绑扎在一起。

如图4所示，所述肋板主梁41包括肋板长主梁401与肋板短主梁402，所述肋板长主梁401的长度大于肋板短主梁402的长度；所述肋板长主梁401的端部与分舱板52固定连接，并与撑杆2的外侧延长线相交；所述肋板短主梁402的一端与分舱板52固定连接并与撑杆2的内侧延长线相交，另一端与肋板长主梁401垂直并固定连接。所述肋板长主梁、分舱板与筒体顶板三者结合处的肋板短主梁，以分舱板为对称轴分别布置于其左右两侧，所述肋板短主梁402的数量为2×6个。所述肋板次梁42以筒体结构的轴心线为中心，周向发散呈放射网格状布置，包括呈放射状布置的肋板和呈正六边形布置的肋板。

如图2和5所示，所述分舱板的数量设置为6个，间隔均匀地布置在所述内舱板53四周；所述撑杆2与6块分舱板52一一对应设置，相应地所述肋板长主梁401之间合围形成封闭的正六边形结构；其中，分舱板52与肋板长主梁401之间的夹角为60°，与肋板短主梁402之间的夹角为30°。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的新型海上风电全钢筒型基础结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。