CN110607802A - 一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装，所述单柱插入在复合筒中，所述复合筒顶端具有固定的顶盖板，所述连接工装包括连接主板、以及固定连接在连接主板下板面的多个加劲腹板，所述连接主板的板面上设有一个与单柱相适配的连接通孔，多个加劲腹板环绕着连接通孔布置、且加劲腹板的上侧边固定连接在连接主板的下板面，所述连接主板套接在单柱上、且连接通孔内壁与单柱焊接，所述加劲腹板朝向连接通孔的内侧边与单柱的柱面贴靠并焊接、下侧边与顶盖板贴靠并焊接。本发明涉及的连接工装，结构简单，安装操作方便，实现单柱和复合筒之间稳固连接，使单柱与复合筒组成一个整体结构，将从单柱传来的大弯矩荷载传递至整个复合筒面。

Description

一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装

技术领域

本发明涉及海上基础建造领域，具体涉及一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装。

背景技术

风能作为最具可开发价值的可再生能源而备受世界瞩目。而海上风电场更因具有风速大、有效发电时间长、不占用陆地、距离负荷中心近等优点，具有很好的可开发前景。我国幅员辽阔，海岸线长，海上风能资源十分丰富。

海上风机必须支撑在海上风机基础上。因海洋环境的复杂性，海上风机基础造价占海上风电场成本的20％以上。怎样降低风机基础造价，减少风机基础海上风机基础施工周期，促进风电场尽早发电、创造效益是开发海上风电的重要课题。单柱基础因其施工方便快捷，经济性好而备受关注。目前全球70％以上的风机基础均采用单柱基础。

单柱基础由一个钢管桩沉入海底，钢管桩直径通常在4～6m之间。钢管桩安装在海床下 30～60m的地方。传统单柱一般都采用打桩锤将其沉入土层。然而我国辽宁、山东、浙江、福建、广东、广西等沿海存在大面积浅覆盖层地基，因为基岩面埋藏深度浅，往往无法将钢管桩沉入至需要的设计高程，且往往需要在嵌岩上施工。

单柱嵌岩施工难度大、工期长、成本高并且对嵌岩设备要求高，同时还存在设备庞大、设备少、费用高等问题。故目前设计出一种新型风机基础结构形式：单柱-复合筒组合成组合基础，但单柱与复合筒之间连接方式尚存在技术难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装，能够稳定的将单柱和复合筒连接，结构简单，施工方便。

为实现上述目的，本发明提供一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装，所述单柱插入在复合筒中，所述复合筒顶端具有固定的顶盖板，所述连接工装包括连接主板、以及固定连接在连接主板下板面的多个加劲腹板，所述连接主板的板面上设有一个与单柱相适配的连接通孔，多个加劲腹板环绕着连接通孔布置、且加劲腹板的上侧边固定连接在连接主板的下板面，所述连接主板套接在单柱上、且连接通孔内壁与单柱焊接，所述加劲腹板朝向连接通孔的内侧边与单柱的柱面贴靠并焊接、下侧边与顶盖板贴靠并焊接。

进一步地，所述单柱为圆柱，所述连接主板为圆环形板，所述加劲腹板以连接主板的圆心为中心呈环形阵列布置。

进一步地，所述加劲腹板呈直角梯形，所述加劲腹板的上侧边长度与环形板的宽度相同，所述加劲腹板的下侧边延伸至与顶盖板外边缘对齐、或者缩进于顶盖板外边缘。

进一步地，所述加劲腹板不与连接主板和单柱相接的侧边都固设有外翼缘。

进一步地，所述加劲腹板的板面上还开设有孔洞，所述孔洞的孔壁都呈平直状或者弧形状。

进一步地，所述孔洞的孔壁上还设有内翼缘。

进一步地，所述孔洞与加劲腹板内侧边接通、形成开口，所述内翼缘位于开口处的部分呈弧形状、且与单柱焊接。

进一步地，所述加劲腹板两侧板面固设有加强板，所述加强板上侧边与连接主板下板面焊接、外侧边与外翼缘焊接。

进一步地，所述加强板呈类三角形状、且上侧边与外侧边之间的侧边为弧形侧边。

进一步地，所述加劲腹板的板面上固设有加强筋。

如上所述，本发明涉及的连接工装，具有以下有益效果：

通过设置具有连通通孔的连接主板、以及多个加劲腹板，连接主板通过连接通孔套接在单柱上，连接通孔与单柱之间焊接方便且牢固，加劲腹板的内侧边与单柱柱面贴合焊接，加劲腹板与单柱焊接牢固，加劲腹板的下侧边与顶盖板贴合焊接，加劲腹板与顶盖板焊接牢固，并且由于加劲腹板环绕连接通孔布置，也即加劲腹板沿着单柱柱面的周向焊接在不同位置处，可以从多方位实现单柱和顶盖板的连接。以此通过连接工装，实现了单柱和复合筒之间的稳固连接，单柱与复合筒之间可以传递较大的负载力。本发明涉及的连接工装，结构简单，安装操作方便，可以实现单柱和复合筒之间稳固连接，避免单柱从上到下向复合筒过渡时的刚度突变问题，避免单柱和复合筒组合在受循环荷载时产生的疲劳问题，使得单柱与复合筒有效地组成一个整体结构，可将从单柱传来的大弯矩荷载传递至整个复合筒面。

附图说明

图1为本发明的连接工装的安装示意图。

图2为本发明的连接工装的结构示意图，该图省略了部分结构。

图3为图1中A-A向剖视图。

图4为图1中B-B向剖视图。

图5为本发明中的加强板的结构示意图。

元件标号说明

1 加劲腹板

2 连接主板

21 连接通孔

3 外翼缘

4 内翼缘

5 孔洞

6 加强板

7 复合筒

8 单柱

9 海床面

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参见图1至图5，本发明提供了一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装，单柱8插入在复合筒7中，复合筒7顶端具有固定的顶盖板，单柱8通常为一个钢管桩。本发明的连接工装包括连接主板2、以及固定连接在连接主板2下板面的多个加劲腹板1，连接主板2的板面上设有一个与单柱8相适配的连接通孔21，多个加劲腹板1环绕着连接通孔21布置、且加劲腹板1的上侧边固定连接在连接主板2的下板面，连接主板2套接在单柱8上、且连接通孔21内壁与单柱8焊接，加劲腹板1朝向连接通孔21的内侧边与单柱8的柱面焊接的、下侧边与顶盖板焊接。

在本发明中，以靠近单柱8(也即靠近连接通孔21)一侧为内侧。其中，连接主板2和加劲腹板1的尺寸外形可根据单柱8和复合筒7的尺寸规格来确定。连接主板2和加劲腹板 1可以采用具有一定的强度的金属板，优选都为钢制板。加劲腹板1与连接主板2之间固定连接，优选采用焊接，当然，在某些情况下，也可以采用其他固定连接的方式，例如螺栓连接等，保证加劲腹板1与连接主板2之间具有足够的连接强度、且操作方便即可。

本发明涉及的连接工装的工作原理为：参见图1和图2，使用时，复合筒7插装在海床面9下，单柱8插入在复合筒7中间位置。连接主板2通过连接通孔21套接在单柱8上，连接通孔21与单柱8之间为间隙配合，两者之间焊接方便且牢固，加劲腹板1的内侧边为直边，与单柱8柱面贴合焊接，加劲腹板1与单柱8焊接牢固，加劲腹板1的下侧边为直边，与顶盖板贴合焊接，加劲腹板1与顶盖板焊接牢固，以此单柱8通过连接主板2和加劲腹板1，与复合筒7的顶盖板固定连接起来，并且由于加劲腹板1环绕连接通孔21布置，也即加劲腹板1沿着单柱8柱面的周向焊接在不同位置处，可以从多方位实现单柱8和顶盖板的连接。以此通过连接工装，实现了单柱8和复合筒7之间的稳固连接，单柱8与复合筒7之间可以传递较大的负载力。在实际施工前，连接工装的连接主板2和加劲腹板1可以为分开的也可以为固定一起的，只需要将连接主板2套装在单柱8上，然后将连接主板2与单柱8、加劲腹板1与单柱8、加劲腹板1与顶盖板都按照要求焊接好即可，施工方便。

本发明涉及的连接工装，可以实现单柱8和复合筒7之间稳固连接，避免单柱8从上到下向复合筒7过渡时的刚度突变问题，避免单柱8和复合筒7组合在受循环荷载时产生的疲劳问题，使得单柱8与复合筒7有效地组成一个整体结构，可将从单柱8传来的大弯矩荷载传递至整个复合筒7面。

单柱8的形状可以为多种，当单柱8为圆柱状时，作为优选设计，参见图1和图2，在本实施例中，连接主板2为圆环形板，加劲腹板1以连接主板2的圆心为中心呈环形阵列布置，加劲腹板1的数量可根据实际需要确定，常采用6～8个。加劲腹板1的长度方向优选沿着圆环形板的径向方向，也即多个加劲腹板1在圆环形板上呈放射状布置。以此，能够使单柱8与复合筒7之间的连接更均匀而稳固。

作为优选设计，参见图1和图2，在本实施例中，加劲腹板1呈直角梯形，加劲腹板1的内侧边为直角梯形的直角边，加劲腹板1的上侧边长度与圆环形板的宽度相同，加劲腹板1的下侧边延伸至与顶盖板外边缘对齐、或者缩进于顶盖板外边缘，优选下侧边延伸至与顶盖板外边缘对齐，以此，加劲腹板1与连接主板2之间、以及加劲腹板1与顶盖板之间焊接面积最大，焊接牢固，加劲腹板1的稳定性好。

作为优选设计，参见图1至图4，加劲腹板1不与连接主板2和单柱8相接的侧边都固设有外翼缘3，外翼缘3优选也为钢制板。加劲腹板1下侧边的外翼缘3与顶盖板焊接，可以增加连接工装与顶盖板的焊接面，另一方面，外翼缘3可以增大加劲腹板1的抗扭抗弯强度，提高了加劲腹板1的平面刚度，外翼缘3上边与连接主板2平滑过渡焊接。减少应力集中问题。

作为优选设计，参见图1和图2，在本实施例中，加劲腹板1的板面上还开设有孔洞5，孔洞5的孔壁都呈平直状或者弧形状，也即孔壁上都是平滑过渡，因此减少了应力集中和焊缝疲劳的问题。孔洞5用于过流，可减少海水对加劲腹板1的冲击力。孔洞5的大小和形状可以根据实际情况确定，在本实施例中，孔洞5形状为类三角形，三个角都为圆角，平滑过渡，三角形大小以及圆弧段半径尺寸根据结构需求确定，既要使其孔洞5面积尽可能大以利于过流，又要满足结构受力及疲劳要求。

作为优选设计，参见图2至图4，在本实施例中，孔洞5的孔壁上还设有内翼缘4，内翼缘4沿着孔洞5的孔壁布满，内翼缘4采用钢制板，内翼缘4的宽度和厚度根据结构受力要求确定，且尺寸尽可能地小，以减少受到海流的影响，内翼缘4的作用同外翼缘3相似。进一步优选地，参见图2，孔洞5与加劲腹板1内侧边接通，形成一个开口，内翼缘位于开口处的部分呈弧形状，靠近单柱8并与单柱8焊接，在本实施例中，内翼缘4两端为弧形靠近单柱8，与单柱8进行平滑过渡焊接，增大外径腹板和单柱8之间的焊接面积，同时减少应力集中。

作为优选设计，参见图2和图5，在本实施例中，加劲腹板1两侧板面固设有加强板6，加强板6上侧边与连接主板2下板面焊接、外侧边与外翼缘3焊接，加强板6也为钢制板，以此进一步地增大外径腹板和单柱8之间的焊接面积，巩固外径腹板和单柱8稳定性。优选地，加强板6呈类三角形状、且上侧边与外侧边之间的侧边为弧形侧边，参见图5所示，加强板6的上侧边a用于与连接主板2下板面贴合焊接，加强板6的外边b用于与外翼缘3贴合焊接，另外一条为弧形侧边c，加强板6的设置使连接主板2跟加劲腹板1的连接更加顺滑、平稳过渡，能够显著解决应力集中与疲劳问题。进一步优选地，还可以在加劲腹板1的板面合适位置处固设有加强筋，加强筋优选纵向布置，加强筋可采用焊接方式，或者与加劲腹板1一体式制造，以此通过加强筋来提高加劲腹板1的平面刚度。同理地，也可以在连接主板2板面合适位置处设置加强筋。

由上可知，本实施例中的连接工装，可以实现单柱8和复合筒7之间稳固连接，连接工装强度高，连接稳固牢靠，结构整体刚度渐变，减小了连接工装结构应力集中和局部疲劳问题，可避免单柱8从上到下向复合筒7过渡时的刚度突变问题，使得单柱8与复合筒7有效地组成一个整体结构，可将从单柱8传来的大弯矩荷载传递至整个复合筒7面，避免单柱和复合筒组合基础在受循环荷载时产生的疲劳问题，让单柱和复合筒组合基础发挥高效的传力性能，解决了单柱8与复合筒7之间合理连接的难题。

综上所述，发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于单柱和复合筒组合基础的连接工装，所述单柱(8)插入在复合筒(7)中，所述复合筒(7)顶端具有固定的顶盖板，其特征在于：所述连接工装包括连接主板(2)、以及固定连接在连接主板(2)下板面的多个加劲腹板(1)，所述连接主板(2)的板面上设有一个与单柱(8)相适配的连接通孔(21)，多个加劲腹板(1)环绕着连接通孔(21)布置、且加劲腹板(1)的上侧边固定连接在连接主板(2)的下板面，所述连接主板(2)套接在单柱(8)上、且连接通孔(21)内壁与单柱(8)焊接，所述加劲腹板(1)朝向连接通孔(21)的内侧边与单柱(8)的柱面贴靠并焊接、下侧边与顶盖板贴靠并焊接。

2.根据权利要求1所述的连接工装，其特征在于：所述单柱(8)为圆柱，所述连接主板(2)为圆环形板，所述加劲腹板(1)以连接主板(2)的圆心为中心呈环形阵列布置。

3.根据权利要求2所述的连接工装，其特征在于：所述加劲腹板(1)呈直角梯形，所述加劲腹板(1)的上侧边长度与环形板的宽度相同，所述加劲腹板(1)的下侧边延伸至与顶盖板外边缘对齐、或者缩进于顶盖板外边缘。

4.根据权利要求1所述的连接工装，其特征在于：所述加劲腹板(1)不与连接主板(2)和单柱(8)相接的侧边都固设有外翼缘(3)。

5.根据权利要求1所述的连接工装，其特征在于：所述加劲腹板(1)的板面上还开设有孔洞(5)，所述孔洞(5)的孔壁都呈平直状或者弧形状。

6.根据权利要求5所述的连接工装，其特征在于：所述孔洞(5)的孔壁上还设有内翼缘(4)。

7.根据权利要求6所述的连接工装，其特征在于：所述孔洞(5)与加劲腹板(1)内侧边接通、形成开口，所述内翼缘(4)位于开口处的部分呈弧形状、且与单柱(8)焊接。

8.根据权利要求4所述的连接工装，其特征在于：所述加劲腹板(1)两侧板面固设有加强板(6)，所述加强板(6)上侧边与连接主板(2)下板面焊接、外侧边与外翼缘(3)焊接。

9.根据权利要求8所述的连接工装，其特征在于：所述加强板(6)呈类三角形状、且上侧边与外侧边之间的侧边为弧形侧边。

10.根据权利要求1所述的连接工装，其特征在于：所述加劲腹板(1)的板面上固设有加强筋。