一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎的製作方法

2023-05-21 17:40:21 1

專利名稱：一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎的製作方法
技術領域：
本發明屬於海上風電、港口、海洋和水利工程中的基礎結構領域，更加具體地說，涉及一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎結構體系。
背景技術：
風機基礎是海上風電建設中的重要組成部分，其結構受力及穩定性影響了整個風機結構的安全性，在造價中也佔有較大比重。目前應用較多的海上風機基礎有重力式基礎、樁基、導管架及筒型基礎。筒型基礎作為一種新型的基礎形式，具有以下顯著優點:適用條件廣；節省用鋼量，節約成本；採用負壓施工，施工速度快，便於海上惡劣天氣間隙施工；可在陸上安裝預製，再拖運到工地，便於安和運輸；筒基直接插入淺層地基內，不用做地基處理，且只需對海床淺部地質條件進行勘察，風電場壽命終止時，可簡單方便的拔出進行二次利用。因此，筒型基礎成為近年來的研究熱點。但已有的鋼筋混凝土筒型基礎結構往往都出現局部應力大，施工複雜等問題，無法達到海洋工程中混凝土結構無裂縫的最優狀態，一旦結構出現裂縫，海水將對結構內部鋼筋產生腐蝕作用，最終導致整個風機結構的破壞。

發明內容
本發明旨在克服現有技術的不足，提出一種新型混凝土筒型基礎結構，該結構能改善結構自身的應力情況，使結構在施工和運行過程中不產生裂縫，增加結構的耐久性和穩定性，且改良結構簡單，施工方便，適用範圍廣。本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現。一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，由筒型基礎、斜支撐和基礎過渡塔筒段組成，筒型基礎為設有密封頂蓋的鋼筋混凝土筒型結構，其頂蓋配有上下兩排呈井字形的預應力鋼筋；斜支撐為混凝土結構 ，其中設置有預應力鋼筋，所述斜支撐設置於筒型基礎的密封頂蓋上，以基礎過渡塔筒段為圓心，呈徑向均勻分布，根據實際情況布置根數(數量)，10 —16根(個)均可；基礎過渡塔筒段為預應力混凝土結構，其中設置有預應力鋼筋，所述基礎過渡塔筒段的外徑和壁厚由上端往下端線性遞增，其上端通過法蘭盤與發電機組塔筒連接固定，其下端與鋼筋混凝土筒型基礎、斜支撐澆為一整體。所述筒型基礎直徑25— 50m，優選30— 50m ;壁厚30— 50cm，優選壁厚40— 50cm ；頂蓋厚度30—60cm,優選50—60cm ;筒壁高度6—15m,優選6—10m。所述斜支撐的長邊(斜支撐與基礎過渡塔筒段的連接邊)4 一 10m，優選4 一 6m;短邊(斜支撐與筒型基礎的連接邊)0.5—5m，優選0.5—Im ;傾斜角(斜支撐的斜邊與水平方向的夾角)為10 — 30°，優選為10 —17°。所述基礎過渡塔筒段頂部外徑4一8m,優選外徑6—8m,壁厚0.4一0.6m ;與筒型基礎的頂蓋連接處外徑10 —12m,壁厚I一2m,優選壁厚I一 1.4m,總聞度15 —40m,優選總聞度 20—30m。所述基礎過渡塔筒段中，預應力鋼筋分兩圈布置，各15 — 25束，優選20— 25束，其頂部固定在法蘭盤上，下段伸到筒型基礎的頂蓋下部，並用錨具錨固，兩束預應力鋼筋中心間距為150mm—300mm,優選250mm—300mm,且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小於50mmo所述斜支撐中，上下平行布置兩束預應力鋼筋，所述兩束預應力鋼筋中心間距為150mm一300mm,優選250mm—300mm,且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小於50mm。所述筒型基礎頂蓋上設置的預應力鋼筋間距0.5—1.2m，優選間距I一 1.2m，分上下兩層布置，每層布置25— 50束，優選每層布置25— 30束，其端部通過錨具將預應力鋼筋錨固在筒壁外圍。本發明提出一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎結構，此結構主要對混凝土過渡段及筒頂蓋與過渡段的連接部位進行體型優化，改善結構應力情況，避免了頂蓋及上部結構的應力集中， 充分利用材料的承載力，改善筒型基礎在施工和運行工況下的應力情況，提高結構的穩定性和耐久性。在相同荷載下減小了結構尺寸和預應力鋼筋用量，進而提高結構的經濟性。此結構形式與其他筒型基礎不同之處:頂蓋及以上部位都採用預應力混凝土材料，減少了用鋼量；頂蓋上加預應力斜支撐比加預應力梁的傳力方式更好，避免了荷載直接豎向傳到頂蓋，導致頂蓋被拉壞；過渡段直徑由上到下增加，可緩解過渡段底部應力集中現象，厚度由上到下增加的形式可避免過渡段底部直徑過大，減小擾流。本發明可在陸地預製，利用結構自身的空腔，分倉充氣，在一定牽引下拖航至施工位置，並使用負壓加載和邊壁高壓充氣或水破土即可沉入地基，大大降低運輸費用和施工成本，且該結構還可回收利用。斜支撐，漸變直徑和漸變壁厚的混凝土過渡段結構的巧妙設計，充分利用混凝土和預應力鋼筋的材料性能，大大減小材料用量，安全經濟。


圖1為本發明帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎剖面示意圖。圖2為本發明帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎俯視示意圖。其中I為筒型基礎；2為基礎過渡塔筒段；3為斜支撐；4為法蘭盤；5為預應力鋼筋；6為發電機組塔筒。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。如附圖1和2所示，一種帶斜支撐的預應力混凝土圓筒型基礎，由筒型基礎1、斜支撐3和基礎過渡塔筒段2組成，筒型基礎I為設有密封頂蓋的鋼筋混凝土筒型結構，其頂蓋配有上下兩排呈井字形的預應力鋼筋；斜支撐3為混凝土結構，根據實際情況布置根數，10-16根均可，其設置於筒型基礎I的密封頂蓋上，以基礎過渡塔筒段2為圓心，呈徑向均勻分布；基礎過渡塔筒段2為預應力混凝土結構由上端往下端線性遞增，其上端通過法蘭盤4與發電機組塔筒6連接固定，其下端與鋼筋混凝土筒型基礎1、斜支撐3澆為一整體。所述筒型基礎直徑25— 50m，優選30— 50m ;壁厚30— 50cm，優選壁厚40— 50cm ；頂蓋厚度30— 60cm，優選50— 60cm ;筒壁高度6 — 15m，優選6 — 10m。所述斜支撐的長邊(斜支撐與基礎過渡塔筒段的連接邊)4一 10m，優選4一6m ;短邊(斜支撐與筒型基礎的連接邊)0.5—5m，優選0.5—Im;傾斜角(斜支撐的斜邊與水平方向的夾角)為10—30°，優選為10 —17。。所述基礎過渡塔筒段頂部外徑4一8m，優選外徑6 — 8m，壁厚0.4 — 0.6m;與筒型基礎的頂蓋連接處外徑10 — 12m，壁厚I一2m，優選壁厚I一1.4m，總高度15 — 40m，優選總高度20— 30m。所述基礎過渡塔筒段中，預應力鋼筋分兩圈布置，各15 — 25束，優選20— 25束，其頂部固定在法蘭盤上，下段伸到筒型基礎的頂蓋下部，並用錨具錨固，兩束預應力鋼筋中心間距為150mm — 300mm，優選250mm — 300mm，且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小於50mm。所述斜支撐中，上下平行布置兩束預應力鋼筋，所述兩束預應力鋼筋中心間距為150mm—300mm,優選250mm—300mm,且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小於50mm。所述筒型基礎頂蓋上設置的預應力鋼筋間距0.5—1.2m，優選間距I一 1.2m，分上下兩層布置，每層布置25— 50束，優選每層布置25— 30束，其端部通過錨具將預應力鋼筋錨固在筒壁外圍。以3麗海上風機的筒型基礎為例，混凝土採用C60，預應力鋼絞線公稱直徑為15.2mm,抗拉強度設計值為1320MPa。鋼筋混凝土筒型基礎直徑30m，壁厚40cm，頂蓋厚度50cm，筒壁高度6m ;過渡塔筒段頂部外徑6m，壁厚0.6m，與筒型基礎的頂蓋連接處外徑10m，壁厚lm，總高度20m ;斜支撐16根，與過渡塔筒段連接，沿圓周方向均勻布置，長邊4m，短邊lm，傾斜角為17° ;過渡段預應力筋分兩圈布置，各25束，單束預應力筋產生的預壓力為240t，預應力筋頂部可固定在法蘭盤上，下段伸到頂蓋下部，並用錨具錨固；斜支撐內上下平行布置兩束預應力筋，每束預應力筋產生137t壓力；頂蓋預應力筋間距lm，分上下兩層布置，每層布置29束，每束預應力筋產生104t壓力，端部通過錨具，將鋼筋錨固在筒壁外圍。以上預應力鋼筋束間，中心間距為250mm — 300mm，距構件邊緣間距不小於50mm。3麗極限荷載作用下，混凝土最大壓應力為21.6MPa，小於混凝土軸心抗壓強度設計值27.5MPa ;最大拉應力為2.17MPa，稍大於混凝土軸心抗拉強度設計值2.04MPa,主要出現在頂蓋與泥面接觸部位，範圍非常小，對結構不構成威脅。此結構的施工過程如下:1)從筒基開始，自下而上，由磨具固定建造鋼筋籠，然後澆築混凝土 ；2)需要張拉預應力的部位應在鋼筋混凝土位置預留預應力筋孔，等混凝土達到充分強度(不低於設計的混凝土強度等級的75%)後，將預應力鋼筋穿入孔道，並利用構件本身作為加力臺座進行張拉，張拉完畢後，用工作錨具將鋼筋錨固在構件的兩端；3)孔道內進行灌漿，防止鋼筋鏽蝕並使預應力鋼筋與混凝土更好的結成一個整體；4)用起吊機將風機機組塔筒分段安裝到筒型基礎上；5)通過專門拖航船隻，將安裝好的 整個風機結構託運到施工目的地。以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，由筒型基礎、斜支撐和基礎過渡塔筒段組成，所述筒型基礎為設有密封頂蓋的鋼筋混凝土筒型結構，其頂蓋配有上下兩排呈井字形的預應力鋼筋；斜支撐為混凝土結構，其中設置有預應力鋼筋，所述斜支撐設置於筒型基礎的密封頂蓋上，以基礎過渡塔筒段為圓心，呈徑向均勻分布；所述基礎過渡塔筒段為預應力混凝土結構，其中設置有預應力鋼筋，所述基礎過渡塔筒段的外徑和壁厚由上端往下端線性遞增；所述基礎過渡塔筒段的上端通過法蘭盤與發電機組塔筒連接固定，所述基礎過渡塔筒段的下端與鋼筋混凝土筒型基礎、斜支撐澆為一整體。
2.根據權利要求1所述的一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述筒型基礎直徑25— 50m ;壁厚30— 50cm ;頂蓋厚度30— 60cm ;筒壁高度6 — 15m。
3.根據權利要求2所述的一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述筒型基礎直徑優選30— 50m ;壁厚優選40— 50cm ;頂蓋厚度優選50— 60cm ;筒壁高度優選6— IOm0
4.根據權利要求1所述的一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述筒型基礎頂蓋上設置的預應力鋼筋間距0.5—1.2m,分上下兩層布置，每層布置25— 50束，其端部通過錨具將預應力鋼筋錨固在筒壁外圍。
5.根據權利要求4所述的一 種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述筒型基礎頂蓋上設置的預應力鋼筋間距優選I一1.2m，分上下兩層布置，優選每層布置25—30 束。
6.根據權利要求1所述的一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述斜支撐的長邊4一IOm ;短邊0.5—5m ;傾斜角為10 — 30° ;在所述斜支撐中，上下平行布置兩束預應力鋼筋,所述兩束預應力鋼筋中心間距為150mm — 300mm，且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小於50mm ;所述斜支撐的數量為10 —16。
7.根據權利要求6所述的一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述斜支撐的長邊優選4一6m;短邊優選0.5 — Im;傾斜角優選為10 —17°，所述斜支撐中，上下平行布置兩束預應力鋼筋，所述兩束預應力鋼筋中心間距優選250mm — 300mm。
8.根據權利要求1所述的一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述基礎過渡塔筒段頂部外徑4一8m，壁厚0.4—0.6m ;與筒型基礎的頂蓋連接處外徑10 — 12m，壁厚I一2m，總高度15 — 40m;在所述基礎過渡塔筒段中，預應力鋼筋分兩圈布置，各15—25束，其頂部固定在法蘭盤上，下段伸到筒型基礎的頂蓋下部，並用錨具錨固，兩束預應力鋼筋中心間距為150mm—300mm,且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小於50mm。
9.根據權利要求8所述的一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，其特徵在於，所述基礎過渡塔筒段頂部外徑優選6 — Sm ;與筒型基礎的頂蓋連接處壁厚優選I一1.4m，優選總高度20— 30m ;在所述基礎過渡塔筒段中，預應力鋼筋分兩圈布置，各優選20— 25束，兩束預應力鋼筋中心間距優選250mm—300mm。
全文摘要
本發明公開了一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，由混凝土筒型基礎、混凝土斜支撐、混凝土過渡段、預應力鋼筋組成；混凝土筒型基礎頂蓋與混凝土斜支撐、混凝土過渡段澆築為一整體，混凝土過渡段為從上到下直徑和厚度線性變化的空心圓柱；過渡塔段壁內沿著圓環均勻布置預應力鋼筋；斜支撐放射狀均勻布置在過渡段底部，內設斜向預應力鋼筋；過渡段頂部內埋設法蘭盤，通過法蘭盤與風力機塔筒連接。該結構能改善結構自身的應力情況，使結構在施工和運行過程中不產生裂縫，增加結構的耐久性和穩定性，且改良結構簡單，施工方便，適用範圍廣。
文檔編號E02D27/52GK103243735SQ201310174028
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月11日 優先權日2013年5月11日
發明者練繼建, 劉梅梅, 王海軍 申請人:天津大學