一種提升海上風(fēng)電單樁過渡段灌漿材料疲勞壽命的裝置的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種提升海上風(fēng)電單樁過渡段灌漿材料疲勞壽命的裝置，適用于海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，特別是需要過渡段灌漿的單樁基礎(chǔ)。

背景技術(shù)：

作為結(jié)構(gòu)簡單、荷載傳遞明確且施工簡便快捷的一種海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，單樁基礎(chǔ)在目前已建成的近海風(fēng)電場(chǎng)中得到廣泛應(yīng)用，歐洲超過三分之二的海上風(fēng)電項(xiàng)目都采用單樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直徑已達(dá)9.5m。

在砂性土和硬粘土地區(qū)，沉樁施工會(huì)造成樁頭累積一定的疲勞損傷，多采用含過渡段的單樁基礎(chǔ)，即上部結(jié)構(gòu)（塔筒、風(fēng)電機(jī)組）與鋼管樁通過過渡段鋼管灌漿連接（見圖1、圖2），上部荷載通過過渡段傳遞至樁基礎(chǔ)。歐洲絕大多數(shù)的單樁基礎(chǔ)都是含過渡段灌漿連接的單樁基礎(chǔ)。

海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)服役環(huán)境惡劣，長期承受各種海洋環(huán)境荷載的交互作用，尤其是風(fēng)機(jī)運(yùn)行荷載的往復(fù)作用，疲勞荷載已成為其主要控制荷載。在長期往復(fù)荷載作用下，鋼管樁頂部附近的灌漿材料容易就出現(xiàn)疲勞碎裂，隨著灌漿材料破壞的進(jìn)一步發(fā)展，過渡段鋼管下移，進(jìn)而影響上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。在歐洲已運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)中，有超過400臺(tái)的單樁基礎(chǔ)出現(xiàn)了上述破壞現(xiàn)象，后續(xù)維修加固成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)上述存在的問題，提供一種提升海上風(fēng)電單樁過渡段灌漿材料疲勞壽命的裝置，改進(jìn)目前廣泛應(yīng)用于海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)的過渡段結(jié)構(gòu)，旨在通過該裝置較大的阻尼吸收部分上部荷載能量，減少傳遞至灌漿材料和樁基礎(chǔ)上的疲勞荷載，提升過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低后期維護(hù)加固的成本；另外，該裝置的設(shè)置也可以降低樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計(jì)所需增加的材料和工藝成本，提高風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種提升海上風(fēng)電單樁過渡段灌漿材料疲勞壽命的裝置，包括沉樁施工于海床上的鋼管式單樁，所述鋼管式單樁的樁頂套設(shè)過渡段結(jié)構(gòu)，所述過渡段結(jié)構(gòu)包括過渡段鋼管、焊接于過渡段鋼管內(nèi)壁上的支撐牛腿以及固定在支撐牛腿下的環(huán)形橡膠墊塊，所述過渡段鋼管套設(shè)在所述鋼管式單樁外側(cè)，所述環(huán)形橡膠墊塊支撐在所述支撐牛腿和所述鋼管式單樁之間。

在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本實(shí)用新型還可以采用或者組合采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案：

所述支撐牛腿為多個(gè)，所述多個(gè)支撐牛腿沿所述過渡段鋼管的內(nèi)壁環(huán)向均勻布置，其端部所形成的環(huán)面內(nèi)徑小于鋼管式單樁的內(nèi)壁直徑。

所述環(huán)形橡膠墊塊的外徑與過渡段鋼管的內(nèi)徑相等，其內(nèi)徑小于鋼管式單樁的內(nèi)徑，所述環(huán)形橡膠墊塊的頂面與支撐牛腿的底面壓緊受力，所述環(huán)形橡膠墊塊的底面與鋼管式單樁的頂面壓緊受力。

所述鋼管式單樁的外表面與所述過渡段鋼管的內(nèi)表面在套接段范圍內(nèi)通過灌漿連接固定，所述鋼管式單樁與過渡段鋼管的套接段之間設(shè)有灌漿連接區(qū)，所述灌漿連接區(qū)的下部設(shè)有灌漿封堵裝置。

所述環(huán)形橡膠墊塊的下表面設(shè)置溢漿槽，所述溢漿槽連通灌漿連接區(qū)與鋼管式單樁內(nèi)部，所述溢漿槽的分布避開支撐牛腿的受力區(qū)域。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）本裝置較大的阻尼吸收了部分上部荷載能量，減少了傳遞至灌漿材料和樁基礎(chǔ)的疲勞荷載，提升了過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低了后期維護(hù)加固的成本；2）本裝置的設(shè)置也可以降低樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計(jì)所需增加的材料和工藝成本，提高風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命；3）本裝置的制作在陸上加工廠中完成，既可保證加工質(zhì)量，又不增加海上的現(xiàn)場(chǎng)工作量；4）本裝置的設(shè)置不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)及安裝上部結(jié)構(gòu)等后續(xù)施工產(chǎn)生影響。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型安裝在海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的立面示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的典型剖面圖。

圖3為圖2的A-A剖視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括沉樁施工于海床上的鋼管式單樁1，鋼管式單樁1的樁頂部位套設(shè)有過渡段結(jié)構(gòu)，過渡段結(jié)構(gòu)包括過渡段鋼管4、焊接于過渡段鋼管4內(nèi)壁的支撐牛腿3和固定在支撐牛腿3下的環(huán)形橡膠墊塊2，所有鋼材材料一致。

過渡段鋼管4套設(shè)在鋼管式單樁1的外側(cè)，支撐牛腿3焊接于過渡段鋼管4的內(nèi)壁上，且位于鋼管式單樁1的上端，環(huán)形橡膠墊塊2支撐于鋼管式單樁1的樁頂與支撐牛腿3之間。

支撐牛腿3為多個(gè)，多個(gè)支撐牛腿3沿過渡段鋼管4的內(nèi)壁環(huán)向均勻布置，并且，多個(gè)支撐牛腿3的端部所形成的環(huán)面的內(nèi)徑，小于鋼管式單樁1的內(nèi)壁直徑，也就是說，多個(gè)支撐牛腿3大小相同，且其端部突出于鋼管式單樁1的內(nèi)壁。本實(shí)施例中支撐牛腿3沿過渡段鋼管4的內(nèi)壁環(huán)向均勻布置6個(gè)，其徑向厚度等于或略小于環(huán)形橡膠墊塊2的徑向厚度，但等于或略大于鋼管式單樁1頂部壁厚與灌漿厚度之和；支撐牛腿3的高度略大于其徑向厚度，具體宜通過有限元受力分析而定，達(dá)到最理想效果。

環(huán)形橡膠墊塊2的頂面與支撐牛腿3的底面壓緊受力，環(huán)形橡膠墊塊2的底面與鋼管式單樁1的頂面壓緊受力。環(huán)形橡膠墊塊3的內(nèi)徑依據(jù)鋼管式單樁1頂部的內(nèi)徑確定，等于或略小于鋼管式單樁1頂部的內(nèi)徑；環(huán)形橡膠墊塊2的徑向厚度依據(jù)鋼管式單樁1頂部壁厚和灌漿厚度確定，等于或略大于鋼管式單樁1頂部壁厚與灌漿厚度之和，環(huán)形橡膠墊塊2的軸向高度依據(jù)期望消能水平和有限元受力分析而定，以達(dá)到最理想效果。

所述鋼管式單樁1的外表面與所述過渡段鋼管4的內(nèi)表面在套接段范圍內(nèi)通過灌漿連接固定，所述鋼管式單樁1與過渡段鋼管4的套接段之間設(shè)有灌漿連接區(qū)5，灌漿連接區(qū)5的頂部與環(huán)形橡膠墊塊2接觸，灌漿連接區(qū)5的下部設(shè)有灌漿封堵裝置6。

環(huán)形橡膠墊塊2的下表面預(yù)制溢漿槽7；溢漿槽7連通灌漿連接區(qū)5與鋼管式單樁1內(nèi)部，所述溢漿槽7的分布避開支撐牛腿3的受力區(qū)域。

本實(shí)施例的具體施工方法如下：鋼管式單樁1、環(huán)形橡膠墊塊2（預(yù)制溢漿槽7）、支撐牛腿3、過渡段鋼管4、灌漿材料5、灌漿封堵裝置6的選材、選型、加工和裝配工作在施工前預(yù)先完成，包括將支撐牛腿3焊接到過渡段鋼管4內(nèi)壁、將2環(huán)形橡膠墊塊固定到3支撐牛腿下部。鋼管式單樁1的沉樁施工與普通鋼管式單樁相同，無需增加其他的輔助設(shè)備或措施。待鋼管式單樁1沉樁完畢后，將預(yù)安裝好環(huán)形橡膠墊塊2和支撐牛腿3的過渡段結(jié)構(gòu)吊裝至鋼管式單樁1上，對(duì)過渡段頂法蘭進(jìn)行調(diào)平，最后進(jìn)行封堵、灌漿。其灌漿工藝與傳統(tǒng)的過渡段單樁基礎(chǔ)灌漿工藝相同，鋼管式單樁1頂部需溢漿（本實(shí)施例通過溢漿槽7溢漿）；后續(xù)上部結(jié)構(gòu)的施工安裝與傳統(tǒng)的過渡段單樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)一致。

上述實(shí)施例主要應(yīng)用于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)單樁基礎(chǔ)中，特別是需要過渡段灌漿的單樁基礎(chǔ)，但并不以此為限，對(duì)于工程結(jié)構(gòu)所涉及的其它樁基礎(chǔ)也可運(yùn)用本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行改良，提升過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低后期維護(hù)加固的成本以及樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計(jì)所需增加的材料和工藝成本，進(jìn)而提高工程結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。無論是何種型式的工程樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，只要該樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)符合“在基樁頂部過渡段處設(shè)置大阻尼材料吸收部分上部荷載能量，減少傳遞至灌漿材料和樁基礎(chǔ)上的疲勞荷載，提升過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計(jì)所需增加的材料和工藝成本”的設(shè)計(jì)原則，則均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。