一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構的製作方法
2023-08-13 09:45:26
專利名稱：一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，適用於海上風力發電 行業，特別是大管徑的單樁風機基礎中。
背景技術：
單樁基礎通常由單根大直徑鋼管構成，下部深入土中，提供承載力；中部浸於水中 承受波浪、海流、潮汐等長期循環作用；上部通過連接段與風機塔筒相連。作為結構最為簡 單的一種海上風電基礎型式，單立柱單樁基礎是歐洲海上風電場的主導基礎結構型式。隨 著國內製樁工藝、沉樁能力的提高，單樁基礎也將成為我國近海風電場建設中的主要結構 型式。
海上風電結構主要承受風、浪、流等水平荷載作用，在設計中需要重點考慮基樁水 平承載性能，對於大直徑單樁基礎而言，由於其「較柔」(剛度相對較小)，對於動荷載的響 應相對較大，容易在風、浪、流等動力荷載的長期作用下產生疲勞損傷甚至失效；且樁身水 平位移不易控制。發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述技術問題，而提出一種帶穩定翼的海上風 力發電機單樁基礎結構，旨在改善風機基礎的水平承載性能，提高基樁水平承載力，降低樁 身的位移和彎矩。
本發明所採用的技術方案是一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，具 有沉樁施工於海床上的鋼管式的基樁，其特徵在於在海床泥面以下近地表的高程處、所述 基樁的樁身上加裝一組穩定翼，穩定翼以基樁為中心呈放射狀布置，長度方向與基樁軸向 平行，寬度方向與基樁軸向垂直。
所述穩定翼共有4個，以90°夾角布置。
所述穩定翼與基樁之間焊有支撐構件。
所述穩定翼近似矩形，其下翼緣制有10 20°的減阻角Q1，上翼緣制有10 20°的減緩應力集中的坡角θ2。
所述穩定翼的厚度等於或略大於基樁的壁厚；穩定翼的寬度不小於基樁樁徑的 1/2、不大於基樁樁徑；穩定翼的長度不小於基樁樁徑的1倍、不大於基樁樁徑的3倍。
所述穩定翼的上翼緣距離海床地表的間距h與泥面衝刷深度相匹配。
本發明的有益效果是本發明在風機基礎的基樁上加裝了一組穩定翼，且穩定翼 位於海床泥面以下，具有以下優點1)穩定翼可增強基樁近地表段樁身剛度；幻穩定翼可 充分發揮近地表淺層樁前土的抗力，增強基樁水平承載性能，顯著降低樁身位移及彎矩; 3)達到與無穩定翼普通基樁同等的水平承載性能時，本發明中基樁的樁長或樁徑可得以 減小，鋼材用量顯著降低；樁長或樁徑減小後，又可顯著降低材料成本及沉樁成本；4)沉樁 後穩定翼位於海床泥面以下，不會對上部結構的安裝、海床的必要拋石處理等產生影響；5)穩定翼位於基樁的上部(非末端)，因此對打樁的影響較小。
圖1是本發明實施例的立面布置圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是本實施例中穩定翼的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例的單樁風機基礎具有鋼管式的基樁1。與傳統的風機基礎結 構不同，本例在海床泥面以下近地表的高程處、基樁1樁身上焊接有4個鋼板材質(型號為 Q345C)的穩定翼2。所述的4個穩定翼2以基樁1為中心呈放射狀布置，長度方向與基樁 軸向平行，寬度方向與基樁軸向垂直，相鄰兩穩定翼間的夾角為90°。
如圖2所示，為保證穩定翼2和基樁1之間的連接強度，在此二者之間還焊接有支 撐構件6。穩定翼的具體結構如圖3所示，其形狀近似矩形，考慮打樁阻力及應力集中，可將 上、下翼緣進行坡度化處理沉樁後期，穩定翼開始入泥後，阻力將增加，鑑於此，將穩定翼 的下翼緣1-1坡度化處理，將下翼緣1-1加工成帶減阻角θρΙΟ。( Q1S 20° ；穩定翼的 上翼緣1-2與基樁連接處易發生應力集中，鑑於此，將上翼緣1-2進行坡度化處理，將上翼 緣1-2加工成帶減緩應力集中的坡角θ2，10° ( θ2<20°。圖3中，附圖標記1-3表示 穩定翼內緣，與基樁相連；附圖標記1-4表示穩定翼外緣。
如圖1所示，穩定翼上翼緣原則上與海床地表齊平(h = 0，h為穩定翼的上翼緣距 離海床地表的間距)，實際應用中考慮到泥面衝刷或地表土特性較差等因素影響，取h與所 考慮衝刷深度等值，且宜通過數值模擬優化計算結果適當調整。
穩定翼厚度(T)可選與基樁壁厚等同或略微加大；
穩定翼寬度(W)以基樁樁徑(D)為參照，取值範圍建議在D/2 < W < D ；
穩定翼長度(L)以基樁樁徑(D)為參照，取值範圍建議在D < W < 3D ；
對於上述四指標(h、L、W、T)的具體取值，宜通過數值模擬優化計算結果作適當調 整，以期達到最理想效果。
本實施例的施工方法如下
穩定翼2與基樁1的選材、選型、加工和裝配工作在沉樁前預先完成，對於穩定翼 自身幾何形狀及相對基樁的位置的確定需配合數值模擬計算或等同的相關計算進行優化 選型最終確定；沉樁施工與無穩定翼的普通基樁相同，無需增加其它輔助設備或措施，只是 要考慮穩定翼入泥後會增加沉樁阻力，因此，在打樁後期，穩定翼開始入泥後，相應的打樁 力應適當提高(穩定翼位於基樁的上部(非末端)，故而對打樁的影響較小)；沉樁施工完 成後穩定翼完全位於泥面以下，因此不會對上部結構的施工或必要情況下海床處的拋石處 理等造成任何影響，圖1中的附圖標記3表示拋石。
上述實施例主要應用於海上風電大直徑鋼管樁(即基樁)單樁基礎中，但並不以 此為限，對於海上風電基礎所涉及的其它小直徑鋼管樁也可運用本發明技術方案進行改良 以提高基樁的水平承載性能。無論是何種型式的海上風機基礎結構，只要該基礎結構「在海 床泥面以下近地表的高程處、在基樁的樁身上加裝了一組穩定翼，穩定翼以基樁為中心呈放射狀布置，長度方向與基樁軸向平行，寬度方向與基樁軸向垂直」，則落在本發明的保護 範圍之內。
權利要求
1.一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，具有沉樁施工於海床上的鋼管式的 基樁(1)，其特徵在於在海床泥面以下近地表的高程處、所述基樁(1)的樁身上加裝一組 穩定翼O)，穩定翼以基樁為中心呈放射狀布置，長度方向與基樁軸向平行，寬度方向與基 樁軸向垂直。
2.根據權利要求1所述的帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，其特徵在於所 述穩定翼( 共有4個，以90°夾角布置。
3.根據權利要求1或2所述的帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，其特徵在於 所述穩定翼(2)與基樁(1)之間焊有支撐構件(6)。
4.根據權利要求1或2所述的帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，其特徵在於 所述穩定翼(2)近似矩形，其下翼緣(1-1)制有10 20°的減阻角θ 」上翼緣(1-2)制 有10 20°的減緩應力集中的坡角θ2。
5.根據權利要求4所述的帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，其特徵在於所 述穩定翼O)的厚度等於或略大於基樁(1)的壁厚；穩定翼的寬度不小於基樁樁徑的1/2、 不大於基樁樁徑；穩定翼的長度不小於基樁樁徑的1倍、不大於基樁樁徑的3倍。
6.根據權利要求4所述的帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，其特徵在於所 述穩定翼O)的上翼緣距離海床地表的間距h與泥面衝刷深度相匹配。
全文摘要
本發明涉及一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構。本發明所要解決的技術問題是提出一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構，旨在改善風機基礎的水平承載性能，提高基樁水平承載力，降低樁身的位移和彎矩。解決該問題的技術方案是在海床泥面以下近地表的高程處、基樁的樁身上加裝一組穩定翼，穩定翼以基樁為中心呈放射狀布置，長度方向與基樁軸向平行，寬度方向與基樁軸向垂直。本發明適用於海上風力發電行業，特別是大管徑的單樁風機基礎中。
文檔編號E02D27/52GK102041813SQ20101062095
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者周永, 李煒, 羅金平, 趙生校, 鄭永明 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院