[发明专利]管口加强的海上风电机组基础灌浆套管连接结构及其方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种管口加强的海上风电机组基础灌浆套管连接结构及其方法，属于海上风电机组基础结构领域。

背景技术

灌浆套管连接属于两个直径不同圆管的搭接连接，是在管壁之间形成的环型腔内灌注水泥浆等灌浆材料，通过管壁与灌浆体之间的粘结和钢管表明不平整产生机械咬合来传递轴向压力。灌浆套管连接具有整体性好、施工方便和造价低等优点，首先在海洋采油平台结构中得到广泛应用。近年来，灌浆套管连接逐步在海上风电机组基础结构中得到应用。对比海洋采油平台基础和海上风电机组基础可以发现：1）海上风电机组基础桩基直径和径厚比较大。根据欧洲2007年前统计结果，海上风电工程中使用的钢管桩径厚比最大到100；海洋采油平台基础中采用的钢管桩的径厚比不超过40。2）海上风电机组基础灌浆连接长度较小。海洋平台灌浆连接要求连接长度不小于钢管桩直径的6倍；海上风电灌浆连接长度多在1.5~2.5倍钢管桩直径。3）与海洋采油平台灌浆连接相比，海上风电机组基础灌浆连接的受力更为复杂。海上风电灌浆连接除了承受上部结构和设备的竖向重力荷载、海浪的循环动力荷载和海水腐蚀作用，还要承受较大的风机动力荷载。在风机动力荷载作用下，灌浆连接部位主要承受弯矩作用。

在弯矩作用下，钢管桩与套管在灌浆连接段通过侧向挤压力来传递弯矩作用，同时弯矩引起的钢管桩和连接套管的竖向应力对于海上风电机组而言，往往大于单纯的竖向荷载产生应力值。以往试验表明，如果弯矩产生的竖向应力不超过竖向荷载产生的应力值，弯矩存在对轴向承载力的降低不超过18%。弯矩作用下圆形分布的杆件截面将变为椭圆形，从而导致弯矩方向前后两侧钢材表面与灌浆体之间出现不同程度的分离；同时，在垂直于弯矩作用方向下段受压一侧在压应力作用下产生径向位移，导致灌浆体上段局部范围内结构面与灌浆体脱开，已有试验和实测结果表明脱开距离可达6mm；灌浆体内部在弯矩作用方向和垂直于弯矩作用方向受压侧会产生较大的弯曲应力，从而导致径向裂缝出现。裂缝会导致连接部位刚度的降低，椭圆变形进一步加大，静载作用下和疲劳荷载作用下的连接抗弯承载能力降低，也会间接降低连接抗压承载能力。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种管口加强的海上风电机组基础灌浆套管连接结构及其方法。

本发明解决技术问题所采用的方案是一种管口加强的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，包括竖直的钢管桩与钢套管，所述钢管桩与钢套管相互同轴嵌套，所述钢管桩与钢套管在嵌套端的相邻管壁之间形成环型腔，所述环型腔内填充有用于将钢管桩与钢套管粘结为一体的灌浆体，所述钢管桩与钢套管在位于嵌套端的管口处的管壁上均焊接有加强环。

进一步的，所述钢套管同轴套设于钢管桩的外部，所述钢管桩的外壁与钢套管的内壁之间形成环型腔，所述加强环分别焊接在钢管桩的管口内壁上与钢套管的管口外壁上。

进一步的，所述钢管桩的加强环与钢套管的加强环均位于环型腔侧的管口上。

进一步的，所述钢管桩的加强环的壁厚与钢管桩的壁厚相同，所述钢套管的加强环的壁厚与钢套管的壁厚相同。

进一步的，所述加强环的长度为钢管桩与钢套管的连接长度的25%。

进一步的，所述环型腔中设有焊接于钢管桩的外壁与钢套管的内壁上的抗剪键。

进一步的，所述抗剪键位于环型腔的中间位置，所述抗剪键的焊接范围为钢管桩与钢套管的连接长度的50%。

进一步的，所述环型腔的灌浆口处设有灌浆防漏装置。

进一步的，所述钢套管的内壁设有临时支托。

进一步的，所述灌浆体的材料为高强水泥砂浆。

一种管口加强的海上风电机组基础灌浆套管连接结构的连接方法，包括以下步骤：

（1）先在钢管桩与钢套管之间嵌套端的管口处的管壁上焊接加强环，并在钢管桩与钢套管之间嵌套端的相邻管壁上焊接抗剪键；

（2）将钢套管与钢管桩相互同轴嵌套，并在钢管桩与钢套管的相邻管壁之间的环型腔内灌注高强水泥砂浆，并用灌浆防漏装置进行封口，完成连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明与传统灌浆连接相比，钢管桩与钢套管的管口刚度得到加强，避免或者延缓了水平载荷作用下灌浆体径向裂缝出现，防止灌浆体与钢管桩、钢套管的管壁脱离，提高连接的抗弯承载力与抗压承载力，特别适用于单桩基础与过渡段的连接。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为该发明的结构示意图；

图中：