一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置的制作方法

本发明涉及海洋工程结构设计的技术领域，尤其是指一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置。

背景技术：

海上风电作为未来风能利用发展的趋势越发明显，越来越多的海上风电项目相继在世界各国建立。在这当中，大直径单桩基础因其结构简单、建造成本低、施工安装快捷等优势在所有基础形式中占比最高。

但在冬季海冰出现时，随着海流和海风的作用，移动冰会不断的撞击桩基础。冰的压缩强度一般为弯曲强度的4倍，即移动冰垂直作用于桩体上发生挤压破碎的载荷约4倍于移动冰作用于倾斜表面发生弯曲破碎的载荷。此外根据iec规范要求，若移动冰的冰厚和冰速满足一定条件时，还会发生频率自锁现象引起更大的疲劳载荷，大大增加桩基础及塔筒等支撑结构的成本。

一般的抗冰解决方案是在桩基础的外圈、在静水面高度处安装一个锥体，形成倾斜表面使得冰与桩体接触时形成弯曲破碎，见图1所示。这会带来一个问题，由于椎体的存在使得桩体在静水面高度处形成一个很大的外延直径，在不结冰期间，椎体长期承受波浪载荷，对桩体同样也会承受很大的疲劳载荷。

因此，如何既解决或降低冰激作用，又避免造成抗冰结构带来更大的波浪载荷是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种结构简单可靠的海洋工程桩基础的抗冰消波装置，当移动冰移向桩基础时，抗冰挡板可在移动冰的推动下自适应地形成一个与竖直方向成一定角度的斜面(可根据实际设计效果调整角度)，使移动冰发生弯曲破碎不对桩基础产生大冰激载荷。此外，这种巧妙的结构可避免形成很大的结构直径，导致波浪载荷增加。同时，该抗冰消波装置还可以在不结冰的时候，通过自身动能消耗波浪能量，以及通过抗冰挡板(可充当消波板使用)降低桩基础上承受的波浪载荷。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，包括悬臂杆、铰接环和抗冰挡板，其中，所述悬臂杆有多个固定在桩基础的外周面上，并沿着桩基础的周向间隔排布围成一圈，所述铰接环安装在悬臂杆的自由端处，并与抗冰挡板相铰接，在海域结冰的时候，所述抗冰挡板能够在移动冰的推动下绕着铰接环自适应地形成一个斜面，使移动冰发生弯曲破碎，而在海域不结冰的时候，所述抗冰挡板能够充当消波板使用，以降低桩基础上的波浪载荷。

进一步，所述抗冰挡板上开有消波孔，用于降低波浪载荷。

进一步，所述铰接环配置有限位功能，用于控制抗冰挡板在规定范围内运动。

进一步，所述铰接环铰接在抗冰挡板的中心位置处。

进一步，所述悬臂杆的长度由桩基础所在海域潮位h决定，其取值范围为[h/1.732,h]。

进一步，所述抗冰挡板的长度由桩基础所在海域潮位h决定，其取值范围为[2.309h,2.282h]。

进一步，所述悬臂杆和抗冰挡板均为防腐件。

进一步，所述铰接环为防水防腐件。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明装置的结构组成简单，仅由三个部件组成，利于在海洋复杂环境中的可靠运行。

2、本发明装置既实现了在海域结冰的时候可以抗冰，在海域不结冰的时候又可以消波，一举两得，具体情况是：抗冰挡板可在移动冰的推动下自适应地形成一个与竖直方向成一定角度的斜面(可根据实际设计效果调整角度)，使移动冰发生弯曲破碎不对桩基础产生大冰激载荷，在不结冰的时候，本发明装置可以通过自身动能消耗波浪能量，以及通过抗冰挡板(可充当消波板使用)降低桩基础上承受的波浪载荷，此外，这种巧妙的结构可避免形成很大的结构直径，导致波浪载荷增加。而传统的抗冰消波装置在海域不结冰的时候没有起到任何作用，反而带来附加的波浪载荷。

3、本发明装置的抗冰挡板上开有消波孔，可进一步有效降低波浪载荷。

4、本发明装置首次提出了海洋工程桩基础结构的消波方案，而以往的消波装置只应用于海岸边、防波堤、水槽或水池中。

附图说明

图1为常规抗冰锥体结构图。

图2为本发明所述抗冰消波装置在高水位时结构图。

图3为本发明所述抗冰消波装置在低水位时结构图。

图4为本发明所述抗冰消波装置俯视图。

图5为抗冰挡板开孔结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1至图5所示，本实施例提供了一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，包括悬臂杆1、铰接环2和抗冰挡板3，其中由于运行在海洋环境中，悬臂杆1、铰接环2和抗冰挡板3均具有防腐性能，特别地，铰接环2作为连接件，还应具有防水性能；悬臂杆1有多个焊接在桩基础6的外周面上，并沿着桩基础6的周向间隔排布围成一圈，悬臂杆1数量一般可为12个，也可适当减少，空出一定的周向空间供不同海洋工程桩基础的其它功能使用，悬臂杆1的长度由桩基础6所在海域潮位h决定，一般可取[h/1.732,h]；铰接环2安装在悬臂杆1的自由端处，并铰接于抗冰挡板3的中心位置，铰接环2配置有限位功能，使得其铰接的抗冰挡板3可在[-30°，30°]范围内自由运动，但不限于此范围，可根据实际设计效果适当加大范围，抗冰挡板3的长度由桩基础6所在海域潮位h决定，一般可取[2.309h,2.282h]，此外，抗冰挡板3上还开有消波孔5，孔既可以均匀分布也可随机分布，用于进一步降低波浪载荷。

当桩基础6所在海域结冰时，若结冰潮位处于高潮位，见图2所示，移动冰4运动到抗冰挡板3上，抗冰挡板3可在移动冰4的推动下，绕着铰接环2自适应地形成一个与竖直方向成30°的斜面(但不限于30°，可根据实际设计效果调整角度)，使移动冰4发生弯曲破碎。

当结冰潮位处于低潮位，见图3所示，移动冰4运动到抗冰挡板3上，抗冰挡板3可在移动冰4的推动下，绕着铰接环2自适应地形成成一个与竖直方向成-30°的斜面(但不限于-30°，可根据实际设计效果调整角度)，使移动冰4发生弯曲破碎不对桩基础6产生大冰激载荷。

当海域不结冰的时候，本发明装置不仅可以通过自身动能消耗波浪能量，还可以通过抗冰挡板3(充当消波板使用，且其上还开有消波孔5)降低桩基础6上承受的波浪载荷。

综上所述，本发明装置既实现了在海域结冰的时候可以抗冰，又实现了在海域不结冰的时候可以消波，一举两得，并且这种巧妙的结构还可以避免形成很大的结构直径，导致波浪载荷增加，具有实际应用价值，值得推广。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：包括悬臂杆、铰接环和抗冰挡板，其中，所述悬臂杆有多个固定在桩基础的外周面上，并沿着桩基础的周向间隔排布围成一圈，所述铰接环安装在悬臂杆的自由端处，并与抗冰挡板相铰接，在海域结冰的时候，所述抗冰挡板能够在移动冰的推动下绕着铰接环自适应地形成一个斜面，使移动冰发生弯曲破碎，而在海域不结冰的时候，所述抗冰挡板能够充当消波板使用，以降低桩基础上的波浪载荷。

2.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：所述抗冰挡板上开有消波孔，用于降低波浪载荷。

3.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：所述铰接环配置有限位功能，用于控制抗冰挡板在规定范围内运动。

4.根据权利要求1或3所述的一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：所述铰接环铰接在抗冰挡板的中心位置处。

5.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：所述悬臂杆的长度由桩基础所在海域潮位h决定，其取值范围为[h/1.732,h]。

6.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：所述抗冰挡板的长度由桩基础所在海域潮位h决定，其取值范围为[2.309h,2.282h]。

7.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：所述悬臂杆和抗冰挡板均为防腐件。

8.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，其特征在于：所述铰接环为防水防腐件。

技术总结
本发明公开了一种海洋工程桩基础的抗冰消波装置，包括悬臂杆、铰接环和抗冰挡板，其中，所述悬臂杆有多个固定在桩基础的外周面上，并沿着桩基础的周向间隔排布围成一圈，所述铰接环安装在悬臂杆的自由端处，并与抗冰挡板相铰接，在海域结冰的时候，所述抗冰挡板能够在移动冰的推动下绕着铰接环自适应地形成一个斜面，使移动冰发生弯曲破碎，而在海域不结冰的时候，所述抗冰挡板能够充当消波板使用，以降低桩基础上的波浪载荷。本发明装置既实现了在海域结冰的时候可以抗冰，又实现了在海域不结冰的时候可以消波，一举两得，并且这种巧妙的结构还可以避免形成很大的结构直径，导致波浪载荷增加，具有实际应用价值，值得推广。

技术研发人员：王超;彭恒;林炅增;李友龙;牛圣凯
受保护的技术使用者：明阳智慧能源集团股份公司
技术研发日：2021.01.27
技术公布日：2021.05.11