一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，四個(gè)筒型基礎(chǔ)的中心點(diǎn)連線構(gòu)成一個(gè)四邊形；每個(gè)筒型基礎(chǔ)頂部設(shè)置有一個(gè)樁體，每個(gè)樁體的中心線與其所對(duì)應(yīng)筒型基礎(chǔ)的中心線在同一直線上；四個(gè)筒型基礎(chǔ)中央位置的上方設(shè)置有節(jié)點(diǎn)連接件，節(jié)點(diǎn)連接件與每個(gè)樁體頂部外側(cè)之間連接有型鋼梁，每個(gè)型鋼梁由與節(jié)點(diǎn)連接件相接的端部到與樁體相接的端部向下傾斜；樁體根部之間連接有樁間支撐，筒型基礎(chǔ)之間連接有整體鋼板。本發(fā)明通過型鋼梁與樁體有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力，節(jié)省材料，并且在施工中可實(shí)現(xiàn)“浮運(yùn)-下沉-調(diào)平”成套技術(shù)，施工周期短，降低海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本。
【專利說明】一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種港口、海洋、水利和橋梁工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種多筒組合以優(yōu)化筒型基礎(chǔ)受力的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在海洋工程領(lǐng)域如海上風(fēng)力發(fā)電工程中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常有樁基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、負(fù)壓基礎(chǔ)和浮式平臺(tái)等形式，這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常需要大型機(jī)具進(jìn)行運(yùn)輸和安裝，造成施工費(fèi)用較高，施工周期較長(zhǎng)。相比傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言，筒型基礎(chǔ)由于其造價(jià)低廉、施工便捷、使用安全可靠、可回收復(fù)用等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于海洋工程中。
[0003]但是，海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境十分復(fù)雜，所受荷載除了上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的風(fēng)機(jī)塔架等結(jié)構(gòu)重量的豎向力外，還有風(fēng)荷載傳遞到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的水平力和彎矩，以及波浪、海流、海冰荷載等。大彎矩荷載一般導(dǎo)致需要筒型基礎(chǔ)直徑較大，而大直徑單筒基礎(chǔ)的施工限制條件較多，如其運(yùn)輸和安裝過程需要大型機(jī)具等。
[0004]因此，如何設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)形式和傳力體系，將上部荷載安全有效地傳遞到筒型基礎(chǔ)，并最大可能的發(fā)揮筒型基礎(chǔ)的承載力，克服大直徑單筒基礎(chǔ)的施工限制是筒型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，通過型鋼梁與樁體有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力，節(jié)省材料，并且在施工中可實(shí)現(xiàn)“浮運(yùn)-下沉-調(diào)平”成套技術(shù)，施工周期短，降低海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，包括四個(gè)筒型基礎(chǔ)，四個(gè)所述筒型基礎(chǔ)的中心點(diǎn)連線構(gòu)成一個(gè)四邊形；每個(gè)所述筒型基礎(chǔ)頂部設(shè)置有一個(gè)樁體，每個(gè)所述樁體的中心線與其所對(duì)應(yīng)所述筒型基礎(chǔ)的中心線在同一直線上；四個(gè)所述筒型基礎(chǔ)中央位置的上方設(shè)置有節(jié)點(diǎn)連接件，所述節(jié)點(diǎn)連接件與每個(gè)所述樁體頂部外側(cè)之間連接有型鋼梁，每個(gè)所述型鋼梁由與所述節(jié)點(diǎn)連接件相接的端部到與所述樁體相接的端部向下傾斜；所述樁體根部之間由樁間支撐相互連接，所述筒型基礎(chǔ)之間連接有整體鋼板。
[0008]所述筒型基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)其中的一種。
[0009]所述筒型基礎(chǔ)的外徑為10?15m，高度為6?8m。
[0010]所述筒型基礎(chǔ)內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)艙室。
[0011]相鄰兩個(gè)所述筒型基礎(chǔ)之間的凈距離為I?3倍的所述筒型基礎(chǔ)外徑。
[0012]所述樁體的高度為15?25m,外徑為I?3m。
[0013]所述型鋼梁為變截面梁，其截面高度由與所述節(jié)點(diǎn)連接件連接的端部到與所述樁體連接的端部呈連續(xù)變化的逐漸降低。[0014]每個(gè)所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。
[0015]所述樁間支撐設(shè)置有四個(gè)，分別設(shè)置于兩兩相鄰的所述樁體之間。
[0016]所述整體鋼板頂面與所述筒型基礎(chǔ)的頂面齊平，所述整體鋼板的直線邊緣與所述筒型基礎(chǔ)外壁邊緣相切。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本發(fā)明的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系在四個(gè)筒型基礎(chǔ)之間采用型鋼梁和樁體過渡，并將四個(gè)筒型基礎(chǔ)連成整體，有利于增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系抗傾覆力矩，提高運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性；型鋼梁相交部分采用節(jié)點(diǎn)連接件剛接，共同傳遞上部荷載，增加結(jié)構(gòu)整體剛度。
[0019]本發(fā)明的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系通過型鋼梁與樁體形成近似拱的受力特點(diǎn)，有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，受力體系清晰，節(jié)省材料，降低造價(jià)。另外，變截面的型鋼梁由于其剛度變化，還能使節(jié)點(diǎn)處承受的荷載更加均勻的擴(kuò)散到筒型基礎(chǔ)。
[0020]本發(fā)明的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系設(shè)置樁間支撐和筒間的整體鋼板，使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的下部結(jié)構(gòu)整體性更強(qiáng)，增大了傳力體系的整體剛度，結(jié)構(gòu)受力效果更好。樁間支撐和整體鋼板撐既加強(qiáng)了四個(gè)樁體以及樁體和型鋼梁整體的剛度，使樁體和型鋼梁能夠在保證自身剛度前提下有效地將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到筒型基礎(chǔ)上，而且加強(qiáng)了四個(gè)筒型基礎(chǔ)的整體性，能有效地改善施工過程中筒型基礎(chǔ)間的相互錯(cuò)動(dòng)等情況，有利于提高施工質(zhì)量，同時(shí)優(yōu)化了四個(gè)筒型基礎(chǔ)的受力，避免四個(gè)筒型基礎(chǔ)間的內(nèi)力差異過大，從而減小基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系整體的不均勻沉降，保證其能正常發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。
[0021]本發(fā)明的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系與單筒筒型基礎(chǔ)相比直徑較小，在施工中可實(shí)現(xiàn)“浮運(yùn)-下沉-調(diào)平”成套技術(shù)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與塔筒及風(fēng)機(jī)在海上整體安裝，在施工過程中能夠減少大型機(jī)具的使用，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，海上安裝時(shí)間僅需數(shù)小時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)周期短、效率高、安全環(huán)保，可使海上風(fēng)電的建設(shè)速度大大提高，建造周期顯著縮短，極大地降低海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本，使海上風(fēng)電更加具備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化開發(fā)的條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明所提供的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的主視圖；
[0023]圖2是本發(fā)明所提供的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的俯視圖。
[0024]圖中:1、筒型基礎(chǔ)；2、樁體；3、型鋼梁；4、節(jié)點(diǎn)連接件；5、樁間支撐；6、整體鋼板?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0026]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例公開了一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，包括四個(gè)相同的筒型基礎(chǔ)1、四個(gè)相同的樁體2、四個(gè)相同的型鋼梁3、節(jié)點(diǎn)連接件4、四根相同的樁間支撐5以及一塊整體鋼板6。
[0027]筒型基礎(chǔ)I是頂部封閉、底部敞口的一種圓筒狀鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，外徑為10m，壁厚25mm，頂蓋厚50mm，筒高6m，其內(nèi)部通過設(shè)置分艙板分成多個(gè)艙室。筒型基礎(chǔ)I的直徑通常為10-15m，髙度通常為6-8m ;材質(zhì)可以是鋼筋混凝土、鋼、鋼-鋼筋混凝土復(fù)合材料；內(nèi)部可進(jìn)行分艙處理，也可以不進(jìn)行分艙處理。
[0028]四個(gè)筒型基礎(chǔ)I在水平面上按照其中心點(diǎn)連線能夠構(gòu)成一個(gè)正方形進(jìn)行排布，相鄰兩個(gè)筒型基礎(chǔ)I之間的凈距離為15m。四個(gè)筒型基礎(chǔ)I的布置要求為在水平面上呈菱形或其他不規(guī)則四邊形分布，即其中心分別位于一個(gè)四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)上。相鄰兩個(gè)筒型基礎(chǔ)之間的凈距離為I?3倍的筒型基礎(chǔ)外徑，這樣能夠在充分發(fā)揮樁體2和型鋼梁3的整體組合優(yōu)化筒型基礎(chǔ)I受力作用的同時(shí)，保證樁體2和型鋼梁3的整體剛度，避免由型鋼梁3自重產(chǎn)生過大的豎向位移，樁體2和型鋼梁3的整體可以更好地發(fā)揮拱的受力特性。
[0029]筒型基礎(chǔ)I之間由一塊整體鋼板6相互連接，整體鋼板6的設(shè)置提高了四個(gè)筒型基礎(chǔ)I的整體性，有利于提高實(shí)際施工質(zhì)量，并且有效的優(yōu)化了四個(gè)筒型基礎(chǔ)I的受力，避免四個(gè)筒型基礎(chǔ)I間內(nèi)力差異過大，從而減小了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系整體的不均勻沉降。整體鋼板6的厚度為20_，整體鋼板6頂面與筒型基礎(chǔ)I的頂面齊平，整體鋼板6的直線邊緣與筒型基礎(chǔ)I外壁邊緣相切。實(shí)際工程中將整體鋼板6與筒型基礎(chǔ)I外壁采用焊接方式連接。
[0030]樁體2為圓形空心鋼樁，樁徑2m，壁厚35mm，高為21m。樁體2底面與筒型基礎(chǔ)I頂面剛接，樁體2延長(zhǎng)度方向的中心線與筒型基礎(chǔ)I的中心線(軸線)一致。樁體2可以為圓樁、方樁或其他形式的空心鋼樁，樁體2高度通常為15?25m，外徑通常為I?3m，壁厚通常為25?50mm，具體尺寸可以根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行調(diào)整。
[0031]樁體2根部之間由四根樁間支撐5相互連接，四根樁間支撐5分別設(shè)置于兩兩相鄰的樁體2之間。樁間支撐5不僅提高了四根樁體2的整體剛度以及由樁體2和型鋼梁3所構(gòu)成傳力體系的剛度，有效的保證了傳力體系按設(shè)計(jì)情況傳遞上部荷載，還間接的提高了四個(gè)筒型基礎(chǔ)I的整體性，有利于提高實(shí)際施工質(zhì)量。樁間支撐5采用空心圓鋼管，直徑為1.5m，壁厚為35_。樁間支撐5通常由空心鋼管制成，可以為空心圓鋼管、空心方鋼管或其他形狀的鋼管。
[0032]四個(gè)型鋼梁3在上部將四個(gè)樁體2連接在一起，并在四個(gè)筒型基礎(chǔ)I中央位置的上方相交，相交部位由節(jié)點(diǎn)連接件4連接。四個(gè)筒型基礎(chǔ)I的中央位置即為其中心點(diǎn)連線所構(gòu)成四邊形的形心位置。型鋼梁3的一端與節(jié)點(diǎn)連接件4剛接，另一端與樁體2頂部外表面剛接；型鋼梁3由與節(jié)點(diǎn)連接件4相接的端部到與樁體2相接的端部向下傾斜，傾斜角度為8度。這樣，樁體2、型鋼梁3和節(jié)點(diǎn)連接件4整體近似構(gòu)造出拱的受力特點(diǎn)，共同傳遞上部荷載，以增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的整體剛度。
[0033]型鋼梁3采用變截面H型鋼，與節(jié)點(diǎn)連接件4連接處梁高為2.5m,與樁體2連接處梁高為1.5m, H型鋼腹板厚度50mm，翼緣厚35mm，H型鋼上下翼緣間用鋼板連接，鋼板厚20mm。型鋼梁3可以選用H型鋼、槽鋼、箱型梁等，其由上端到下端的傾斜角度通常為5?20度。該角度范圍可有效地使型鋼梁3傳遞的部分彎矩轉(zhuǎn)化為軸向力，使樁體2和型鋼梁3整體更好地構(gòu)造出拱的受力特點(diǎn)，從而更充分的利用型鋼梁3結(jié)構(gòu)的承載力，并將上部結(jié)構(gòu)的豎向位移控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)，同時(shí)避免了材料浪費(fèi)。型鋼梁3的截面形式可以為等截面或者變截面，其中，變截面型鋼梁3的截面高度由與節(jié)點(diǎn)連接件4連接的端部到與樁體2連接的端部逐漸降低，并且截面高度是連續(xù)變化的。通過變截面的型鋼梁3剛度變化可以使節(jié)點(diǎn)連接件4處的荷載更加均勻的擴(kuò)散到筒型基礎(chǔ)I。
[0034]節(jié)點(diǎn)連接件4可采用空心圓筒、型鋼梁拼接成的十字節(jié)點(diǎn)等形式，位于四個(gè)筒型基礎(chǔ)I中央位置上方一定高度，其上部可以通過法蘭盤與上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，并將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的荷載向下傳遞。
[0035]本發(fā)明的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系可以在陸地上整體拼裝后，通過海上漂浮拖航將其整體拖到施工位置，借助自重及負(fù)壓實(shí)現(xiàn)貫入安裝，安裝完成后與上部風(fēng)機(jī)進(jìn)行拼裝。使用中或使用完畢后還可借助與貫入時(shí)反向的氣壓將所述基礎(chǔ)頂升進(jìn)行回收利用。
[0036]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，包括四個(gè)筒型基礎(chǔ)，其特征在于，四個(gè)所述筒型基礎(chǔ)的中心點(diǎn)連線構(gòu)成一個(gè)四邊形；每個(gè)所述筒型基礎(chǔ)頂部設(shè)置有一個(gè)樁體，每個(gè)所述樁體的中心線與其所對(duì)應(yīng)所述筒型基礎(chǔ)的中心線在同一直線上；四個(gè)所述筒型基礎(chǔ)中央位置的上方設(shè)置有節(jié)點(diǎn)連接件，所述節(jié)點(diǎn)連接件與每個(gè)所述樁體頂部外側(cè)之間連接有型鋼梁，每個(gè)所述型鋼梁由與所述節(jié)點(diǎn)連接件相接的端部到與所述樁體相接的端部向下傾斜；所述樁體根部之間由樁間支撐相互連接，所述筒型基礎(chǔ)之間連接有整體鋼板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述筒型基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)其中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述筒型基礎(chǔ)的外徑為10?15m，高度為6?8m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述筒型基礎(chǔ)內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)艙室。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述筒型基礎(chǔ)之間的凈距離為I?3倍的所述筒型基礎(chǔ)外徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述樁體的高度為15?25m,外徑為I?3m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述型鋼梁為變截面梁，其截面高度由與所述節(jié)點(diǎn)連接件連接的端部到與所述樁體連接的端部呈連續(xù)變化的逐漸降低。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，每個(gè)所述型鋼梁與水平面的夾角為5?20度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述樁間支撐設(shè)置有四個(gè)，分別設(shè)置于兩兩相鄰的所述樁體之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個(gè)筒型基礎(chǔ)組合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述整體鋼板頂面與所述筒型基礎(chǔ)的頂面齊平，所述整體鋼板的直線邊緣與所述筒型基礎(chǔ)外壁邊緣相切。
【文檔編號(hào)】E02D27/42GK103981894SQ201410181475
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】丁紅巖, 張浦陽, 石建超, 熊康平 申請(qǐng)人:天津大學(xué)