CN105672320A - 设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设置环槽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，所述钢管桩与钢套管在位于环型腔内的管壁上均开设有若干道环形槽，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。本发明与传统灌浆连接相比，管壁表面平整度可控，可提高连接抗压承载力，满足海上风电机组基础灌浆连接要求；与设置抗剪键的灌浆连接相比，本发明制作简单，无焊接残余应力和热影响区，连接部位应力集中小，连接疲劳性能好。

Description

设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构及其方法
技术领域
本发明提供了一种设置环槽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。然而，2009年在荷兰Egmond海上风电场检测到灌浆连接段出现竖向滑移现象，引起研究者和工程界的高度重视。挪威船级社海上风机设计规范DNV-OS-J101近年来也数易其稿，推荐在钢管壁上焊接抗剪健来提高竖向承载能力。目前我国海上风电场设计也主要是借鉴DNV-OS-J101相关规定。然而，在相对较厚的钢管桩壁上焊接抗剪键，焊接难度大，费用高；同时不可避免的在焊缝周围存在热影响区，降低管壁的性能；抗剪件部位存在严重的应力集中，抗剪件疲劳性能降低；抗剪件附件的灌浆体也会存在严重的应力集中，灌浆体的疲劳性能降低。
灌浆套管连接段在轴向力作用下接触面上的切应力超过粘结力，钢管和灌浆料之间产生相对滑动。钢管表面的不平整，会使管壁和灌浆体之间产生相互挤压，从而产生切向应力。切向应力大小可以用下面公式表示：
其中，R TP为外管半径；t TP为外管厚度；R p为内管半径；t p内管厚度；h为灌浆体厚度；E s为钢管弹模；E g为灌浆体弹性模量；μ为摩擦系数；δ为钢管表面不平整系数，对于普通轧制钢管δ一般取为0.07mm。
采用未对连接部位钢管表面进行任何处理的灌浆连接在海洋采油平台应用多年，状况良好。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较大，最大桩径已达7.8m。2）海上风电机组基础桩基径厚比较大。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。3）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。根据公式(1)，其它条件不变的前提下，钢管桩直径和径厚比的增加，连接部位的切向应力都会严重降低；另外，连接长度减小，钢管壁表面不平整缺陷出现的概率也会减小。另外，随着机械加工技术的进步，钢管表面平整度缺陷也会降低。综上所说，仅靠钢管表面的不平整缺陷产生的机械咬合来抵抗海上风电机组基础灌浆连接的轴向压力存在不足，通过增加钢管表面的不平整系数δ来提高连接的抗压承载力是可行的。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种设置环槽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设置环槽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，所述钢管桩与钢套管在位于环型腔内的管壁上均开设有若干道环形槽，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。
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，所述环形槽在位于环型腔内的钢管桩外壁上与钢套管内壁上。
进一步的，每道环形槽的深度为8mm，两相邻环形槽之间的间距为80mm。
进一步的，所述环形槽的截面形状为弧形。
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。
一种设置环槽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）先浇筑钢管桩与钢套管，其中在钢管桩与钢套管嵌套端的相邻管壁上开设环形槽；
（2）将钢套管与钢管桩相互同轴嵌套，并在两嵌套端的环形槽之间形成的环型腔内灌注高强水泥砂浆，并在灌浆口处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，管壁表面平整度可控，可提高连接抗压承载力，满足海上风电机组基础灌浆连接要求；与设置抗剪键的灌浆连接相比，本发明制作简单，无焊接残余应力和热影响区，连接部位应力集中小，连接疲劳性能好。
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：
1-钢管桩；2-钢套管；3-环型腔；4-环形槽；5-临时支托；6-灌浆防漏装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种设置环槽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1与钢套管2，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3，所述钢管桩与钢套管在位于环型腔内的管壁上均开设有若干道环形槽4，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。
在本实施例中，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，所述环形槽在位于环型腔内的钢管桩外壁上与钢套管内壁上。
在本实施例中，每道环形槽的深度为8mm，两相邻环形槽之间的间距为80mm。
在本实施例中，所述环形槽的截面形状为弧形。
在本实施例中，所述环型腔的灌浆口处设有灌浆防漏装置6。
在本实施例中，所述钢套管的内壁设有临时支托5。
在本实施例中，所述灌浆体的材料为高强水泥砂浆。
一种设置环槽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）先浇筑钢管桩与钢套管，其中在钢管桩与钢套管嵌套端的相邻管壁上开设环形槽；
（2）将钢套管与钢管桩相互同轴嵌套，并在两嵌套端的环形槽之间形成的环型腔内灌注高强水泥砂浆，并在灌浆口处用灌浆防漏装置进行封口，完成连接。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，其特征在于：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，所述钢管桩与钢套管在位于环型腔内的管壁上均开设有若干道环形槽，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。
2.根据权利要求1所述的设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，其特征在于：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，所述环形槽在位于环型腔内的钢管桩外壁上与钢套管内壁上。
3.根据权利要求1所述的设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，其特征在于：每道环形槽的深度为8mm，两相邻环形槽之间的间距为80mm。
4.根据权利要求1所述的设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，其特征在于：所述环形槽的截面形状为弧形。
5.根据权利要求1所述的设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，其特征在于：所述环型腔的灌浆口处设有灌浆防漏装置。
6.根据权利要求2所述的设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，其特征在于：所述钢套管的内壁设有临时支托。
7.根据权利要求1所述的设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构，其特征在于：所述灌浆体的材料为高强水泥砂浆。
8.一种设置环槽的海上风电机组基础灌浆套管连接结构的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先浇筑钢管桩与钢套管，其中在钢管桩与钢套管嵌套端的相邻管壁上开设环形槽；
(2)将钢套管与钢管桩相互同轴嵌套，并在两嵌套端的环形槽之间形成的环型腔内灌注高强水泥砂浆，并在灌浆口处用灌浆防漏装置进行封口，完成连接。
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