[发明专利]一种带斜支撑的预应力混凝土筒型基础

说明书

技术领域

本发明属于海上风电、港口、海洋和水利工程中的基础结构领域，更加具体地说，涉及一种带斜支撑的预应力混凝土筒型基础结构体系。

背景技术

风机基础是海上风电建设中的重要组成部分，其结构受力及稳定性影响了整个风机结构的安全性，在造价中也占有较大比重。目前应用较多的海上风机基础有重力式基础、桩基、导管架及筒型基础。筒型基础作为一种新型的基础形式，具有以下显著优点：适用条件广；节省用钢量，节约成本；采用负压施工，施工速度快，便于海上恶劣天气间隙施工；可在陆上安装预制，再拖运到工地，便于安和运输；筒基直接插入浅层地基内，不用做地基处理，且只需对海床浅部地质条件进行勘察，风电场寿命终止时，可简单方便的拔出进行二次利用。因此，筒型基础成为近年来的研究热点。但已有的钢筋混凝土筒型基础结构往往都出现局部应力大，施工复杂等问题，无法达到海洋工程中混凝土结构无裂缝的最优状态，一旦结构出现裂缝，海水将对结构内部钢筋产生腐蚀作用，最终导致整个风机结构的破坏。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提出一种新型混凝土筒型基础结构，该结构能改善结构自身的应力情况，使结构在施工和运行过程中不产生裂缝，增加结构的耐久性和稳定性，且改良结构简单，施工方便，适用范围广。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种带斜支撑的预应力混凝土筒型基础，由筒型基础、斜支撑和基础过渡塔筒段组成，筒型基础为设有密封顶盖的钢筋混凝土筒型结构，其顶盖配有上下两排呈井字形的预应力钢筋；斜支撑为混凝土结构，其中设置有预应力钢筋，所述斜支撑设置于筒型基础的密封顶盖上，以基础过渡塔筒段为圆心，呈径向均匀分布，根据实际情况布置根数（数量），10—16根（个）均可；基础过渡塔筒段为预应力混凝土结构，其中设置有预应力钢筋，所述基础过渡塔筒段的外径和壁厚由上端往下端线性递增，其上端通过法兰盘与发电机组塔筒连接固定，其下端与钢筋混凝土筒型基础、斜支撑浇为一整体。

所述筒型基础直径25—50m，优选30—50m；壁厚30—50cm，优选壁厚40—50cm；顶盖厚度30—60cm，优选50—60cm；筒壁高度6—15m，优选6—10m。

所述斜支撑的长边（斜支撑与基础过渡塔筒段的连接边）4—10m，优选4—6m；短边（斜支撑与筒型基础的连接边）0.5—5m，优选0.5—1m；倾斜角（斜支撑的斜边与水平方向的夹角）为10—30°，优选为10—17°。

所述基础过渡塔筒段顶部外径4—8m，优选外径6—8m，壁厚0.4—0.6m；与筒型基础的顶盖连接处外径10—12m，壁厚1—2m，优选壁厚1—1.4m，总高度15—40m，优选总高度20—30m。

所述基础过渡塔筒段中，预应力钢筋分两圈布置，各15—25束，优选20—25束，其顶部固定在法兰盘上，下段伸到筒型基础的顶盖下部，并用锚具锚固，两束预应力钢筋中心间距为150mm—300mm，优选250mm—300mm，且预应力钢筋束距该构件边缘间距不小于50mm。

所述斜支撑中，上下平行布置两束预应力钢筋，所述两束预应力钢筋中心间距为150mm—300mm，优选250mm—300mm，且预应力钢筋束距该构件边缘间距不小于50mm。

所述筒型基础顶盖上设置的预应力钢筋间距0.5—1.2m，优选间距1—1.2m，分上下两层布置，每层布置25—50束，优选每层布置25—30束，其端部通过锚具将预应力钢筋锚固在筒壁外围。

本发明提出一种带斜支撑的预应力混凝土筒型基础结构，此结构主要对混凝土过渡段及筒顶盖与过渡段的连接部位进行体型优化，改善结构应力情况，避免了顶盖及上部结构的应力集中，充分利用材料的承载力，改善筒型基础在施工和运行工况下的应力情况，提高结构的稳定性和耐久性。在相同荷载下减小了结构尺寸和预应力钢筋用量，进而提高结构的经济性。此结构形式与其他筒型基础不同之处：顶盖及以上部位都采用预应力混凝土材料，减少了用钢量；顶盖上加预应力斜支撑比加预应力梁的传力方式更好，避免了荷载直接竖向传到顶盖，导致顶盖被拉坏；过渡段直径由上到下增加，可缓解过渡段底部应力集中现象，厚度由上到下增加的形式可避免过渡段底部直径过大，减小扰流。本发明可在陆地预制，利用结构自身的空腔，分仓充气，在一定牵引下拖航至施工位置，并使用负压加载和边壁高压充气或水破土即可沉入地基，大大降低运输费用和施工成本，且该结构还可回收利用。斜支撑，渐变直径和渐变壁厚的混凝土过渡段结构的巧妙设计，充分利用混凝土和预应力钢筋的材料性能，大大减小材料用量，安全经济。