CN113002718B - 一种漂浮式混凝土支撑结构及系泊方法 - Google Patents

一种漂浮式混凝土支撑结构及系泊方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种漂浮式混凝土支撑结构及系泊方法，所述结构包括：混凝土塔架、塔架基础和浮体结构。所述塔架基础位于所述混凝土塔架和所述浮体结构之间；所述混凝土塔架的底端设置在所述塔架基础上，其顶端连接风机钢塔筒；所述浮体结构顶端与所述塔架基础的底端连接，用于为所述混凝土塔架和塔架基础提供支撑。本发明降低了漂浮式风机基础的制造成本。

Description

一种漂浮式混凝土支撑结构及系泊方法
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，特别涉及一种漂浮式混凝土支撑结构及系泊方法。
背景技术
目前海上漂浮式风机技术上虽然难度大，但是可行；但建造成本高，批量应用经济上不可行。
目前漂浮式风机成本高主要原因是材料用量巨大，漂浮式支撑结构，塔架使用大量钢板材料、抵抗风机各种载荷和大跨度浮体钢结构用材量巨大，锚链和重力式锚系泊系统材料用量也很大。
另外目前的预应力张紧系泊结构需要在海底张拉作业和施工，施工很困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种漂浮式混凝土支撑结构及系泊方法，以实现降低漂浮式风机的制造成本的目的。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种漂浮式混凝土支撑结构，包括：混凝土塔架1、塔架基础2和浮体结构3。所述塔架基础2位于所述混凝土塔架1和所述浮体结构3之间；所述混凝土塔架1的底端设置在所述塔架基础2上，其顶端连接风机钢塔筒；所述浮体结构3顶端与所述塔架基础2的底端连接，用于为所述混凝土塔架1和塔架基础2提供支撑。
优选地，所述混凝土塔架1包括若干个混凝土环，若干个所述混凝土环依次叠加，且相互之间同轴设置。
优选地，所述浮体结构3包括：若干个浮体单元，若干个所述浮体单元依次叠加，且相互之间同轴设置。
优选地，所述塔架基础2呈圆柱形，所述塔架基础2中心设有预埋管道，靠近所述塔架基础2的所述混凝土环的底端设置在所述预埋管道内。
优选地，相邻的混凝土环之间，相邻的浮体单元之间，靠近所述塔架基础2的所述混凝土环与所述塔架基础2之间，以及靠近所述塔架基础2的所述浮体单元与所述塔架基础2之间均设有环氧胶。
优选地，每一所述浮体单元为封闭圆柱，每一所述封闭圆柱的侧面顶端设有进水口，每一所述封闭圆柱的侧面底端设有进出水口，向所述封闭圆柱内注入水以调整所述封闭圆柱的浮力大小。
优选地，还包括：若干个第一预应索13，若干个所述第一预应索13周向间隔设置在所述混凝土塔架1内部侧壁上，每一所述第一预应索13的第一端设置在所述混凝土塔架1的顶端，其第二端设置在所述塔架基础2的内部侧壁上；预紧所有所述第一预应索13，使得所述混凝土塔架1与所述塔架基础2紧固连接。
优选地，还包括：若干个第二预应索22，若干个所述第二预应索22沿所述塔架基础2的周向间隔设置，每一所述第二预应索22的一端贯穿所述塔架基础2设置在所述塔架基础2的顶部，另一端沿母线方向贯穿浮体结构3的侧壁设置在所述浮体结构3的底端；预紧所有所述第二预应索22，使得所述浮体结构3与所述塔架基础2紧固连接。
优选地，还包括若干个对应与所述第二预应索22相匹配的预紧通孔，若干个所述预紧通孔沿所述塔架基础2的周向间隔设置，每一所述预紧通孔对应依次贯穿所述塔架基础2和所述浮体结构3的侧壁，每一所述第二预应索22对应设置在所述预紧通孔内后，在所述预紧通孔内灌浆，以紧固所述第二预应索22。
优选地，还包括：上部传力组件6，其设置在所述塔架基础2上；下部传力组件5，其设置在所述浮体结构3的下端，系泊基础4，其用于将所述上部传力组件6和所述下部传力组件5连接并将其固定于预设的风机安装位置处。
优选地，所述上部传力组件6包括：若干个连接组件，相邻的两个所述连接组件之间通过第一传力杆进行连接，每一所述连接组件的一部分埋设在所述塔架基础2内，另一部分与所述系泊基础4连接。
优选地，每一所述连接组件包括：第一连板603；锚具张拉端安装板601，其设置在所述第一连板603上；若干个第一锚杆604以及若干个下锚板605，若干个所述第一锚杆604间隔设置在所述第一连板603上；每一所述第一锚杆604的一端沿所述第一连板603厚度方向贯穿所述第一连板603并采用螺母602进行固定；另一端与对应的所述下锚板605连接；每一所述锚杆604和所述下锚板605埋设至所述塔架基础2内。
优选地，所述下部传力组件5包括：若干个转向组件，所述转向组件与所述连接组件一一对应；相邻的两个所述转向组件之间通过第二传力杆进行连接，每一所述转向组件的一部分埋设在所述浮体结构3底端内部，另一部分与所述系泊基础4连接。
优选地，所述浮体结构3还包括若干个支撑梁34，若干个所述支撑梁34沿所述浮体结构3周向间隔设置，每一所述支撑梁34设置在所述浮体结构3的底端外侧壁上，且沿所述浮体结构3的径向延伸；所述转向组件对应设置在所述支撑梁34内。
优选地，每一所述转向组件包括：第二连板502；若干个加强筋503，若干个所述加强筋503间隔设置在所述第二连板502的底端；若干个第二锚杆504，若干个所述第二锚杆504间隔设置在所述第二连板502上，每一所述第二锚杆504的第一端沿所述第二连板502的厚度方向贯穿所述第二连板502，其第二端端部设有上锚板；一对转向弯管501，每一所述转向弯管501位于所述第二连板502上，相邻的两个所述第二锚杆504之间，所述转向组件对应埋设在所述支撑梁34内；每一所述转向弯管501设有相互连通的第一端口和第二端口，所述第一端口延伸方向与所述浮体结构3的轴向平行；所述第二端口沿着水平方向延伸。
优选地，所述系泊基础4包括：若干个上系泊索、若干对下系泊索、若干个系泊销和若干个锚桩；每一所述锚桩固定在水下预定位置，每一所述上系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上，第二端与所述上部传力组件6的锚具张拉端安装板601连接；每一对所述下系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上，第二端对应穿过所述下部传力组件5的所述转向弯管501，对应与所述上部传力组件6的第一连板603连接。
优选地，每一所述混凝土环呈圆锥状，所述混凝土塔架1呈圆锥状。
优选地，所述混凝土环的数量为1～3个，所述浮体单元的个数为四个，所述连接组件的个数为三个，以及所述转向组件的个数为三个。
另一方面，本发明还提供一种如上文所述的漂浮式混凝土支撑结构的系泊方法，包括：将每一所述上系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上。将每一对所述下系泊索的第一端通过对应的所述系泊销固定在相应的所述锚桩上。将每一所述上系泊索的第二端连接在相应的第一临时安装工装上。将每一对所述下系泊索的第二端连接在相应的第二临时安装工装上。所述第一临时安装工装和所述第二临时安装工装漂浮在海面上。将连接有所述上系泊索和所述下系泊索的所述锚桩打桩进入水下预定位置。所述浮体结构的设有的转向弯管内预先穿管有引导绳索，此时，所述引导绳索的两端均位于所述浮体结构上端。系泊操作时，将每一所述下系泊索的第二端在海面上与所述引导绳索的一端连接，每一所述引导绳索的另一端通过绞车收紧，以将每一所述下系泊索穿过对应的所述转向弯管与相应的所述第一连板连接。将每一所述上系泊索的第二端与所述上部传力组件的锚具张拉端安装板连接；拆除所述第一临时安装工装和所述第二临时安装工装。
本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：
本发明的漂浮式支撑结构的结构简单，主要采用混凝土材料进行制备由此降低了所述漂浮式支撑结构的制备的总成本。
且由于混凝土材料取材方便、原材料造价低、可以通过模具制作出需要的结构，由此提高所述漂浮式支撑结构的制备的效率。由于混凝土承载力强、抗腐蚀、抗疲劳、阻尼吸振性能优越，因此，本发明提供的漂浮式支撑结构在海上使用具有独特优势。
本发明采用混凝土塔架代替现有的海上钢塔架。现有的混凝土塔架因运输限制，结构尺度需小且要分片和再连接，导致现有的混凝土环结构复杂需要拼环，单塔需要混凝土环数量多(陆上一般20～30环或更多)，进而导致塔架在机位点处安装麻烦施工周期长。本发明才采用的混凝土塔架环不需要分片，并且单环尺度可以更大，混凝土塔架环的数量可以减少到1～3环、且为整体结构(不需要分片及再连接和拼环施工)。
本发明所提供的混凝土塔架采用体外无粘结后张拉系统(若干个第一预应索)进行预紧，若干个第一预应索位于混凝土塔架内，其均和海水没有接触，体外索简单易操作，张拉在下部操作，预紧操作简单。
本发明所提供的浮体结构，所述浮体结构由若干个浮体单元构成，每一所述浮体单元为封闭圆柱或多边形柱。且封闭圆柱结构简单制作容易，刚度大可抵抗更深水压力；封闭圆柱上下侧面设置有进出水口，以便根据需要拖航需求调整浮力大小。
本发明所提供的浮体结构采用预应力系统(若干个第二预应索)进行预紧，若干个第二预应索位于为浮体结构内部，并通过张拉、灌浆操作，由此避免和海上直接基础，防腐更容易。
本发明所提供的漂浮式支撑结构还包括：上部传力组件和下部传力组件，其中下部传力组件包括转向弯管，由此使得系泊基础的下部系泊索垂直分力也为浮体结构提供部分预紧力。
本发明所提供的有三套各自独立的预应力系统(若干个第一预应索、若干个第二预应索和系泊基础)，分别为混凝土塔架预紧、浮体结构预紧、系泊张紧。三套系统和混凝土塔架、塔架基础和浮体结构组成一个完整抵抗风机载荷、波浪载荷、产生浮力和传力系统。
本发明所提供的系泊装置为桩锚和高强预应力钢索结构。系泊预应力索(例如：1860MPA钢绞线)比重力式锚具和锚链可以大大减少用材量，节约成本。
桩锚张紧系统在垂直和水平方向承载力强，使浮式风机各方向位移和摆动小，使风机振动减少。
本发明所提供的系泊装置不需要在水下张拉施工。使用上下两组张紧的预应力系泊索，使整体结构稳固和海底桩锚连接。系泊系统一端固定在桩上，随打桩沉入水下；另外一端可以使用临时安装工装(例如浮箱)留在水面等待漂浮支撑结构就位，通过预先穿索引线在浮体上部连接位置张拉。下部系泊索在通过浮体单元上转向弯管，也到上部锚固张拉，这样系泊系统的上下索都在海面上浮体上部连接组件张拉操作，不需要水下预紧力施工。
本发明所提供的系泊装置在浮体结构上下面端面专门设置拉力传递组件，使系泊系统通过高强预应力索及传力杆件传递拉力，使其成为一个完整闭环。巧妙避开的混凝土缺点，使拉力不通过混凝土传递(混凝土只传递压力)。系泊系统不但提供系泊抗力也提供部分浮体预应力。
本发明所提供的系泊装置上部外露在海平面以上，可以指示维修船只靠近风机机位时避免磕碰系泊索体。
本发明所提供的浮式支撑结构在机位点整体系泊安装。在岸边通过浮力架组装，首先安装浮体单元、穿索张拉灌浆；然后安装混凝土塔架，张拉成整体。整体拖航到机位点，系泊张拉完成。混凝土单元不需要机位点安装，和陆上混塔安装完全不同，避免陆上混塔施工缺点。
本发明采用混凝土结构使浮式支撑结构原材料造价低、结构简单施工方便。预应力系泊系统，使浮式支撑结构承载力强、传力路径明确，大大改善浮式风机性能，节约原材料和成本。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的整体结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构中的混凝土塔架的示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构中的浮体结构的示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的剖面结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的俯视结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的连接组件的结构示意图；
图7为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的下部传力组件的示意图；
图8为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的转向组件的结构示意图；
图9为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的若干个第一预应索、若干个第二预应索和系泊基础三者之间的关系示意图；
图10为本发明一实施例提供的一种漂浮式混凝土支撑结构的系泊方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种漂浮式混凝土支撑结构及系泊方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、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。
如图1所示，本实施例提供一种漂浮式混凝土支撑结构，包括：混凝土塔架1、塔架基础2和浮体结构3。所述塔架基础2位于所述混凝土塔架1和所述浮体结构3之间；所述混凝土塔架1的底端设置在所述塔架基础2上，其顶端连接风机钢塔筒；所述浮体结构3顶端与所述塔架基础2的底端连接，用于为所述混凝土塔架1和塔架基础2提供支撑。
结合图1和图2所示，所述混凝土塔架1包括若干个混凝土环，若干个所述混凝土环依次叠加，且相互之间同轴设置。
在本实施例中，每一所述混凝土环呈圆台或圆锥状，所述混凝土塔架1整体呈圆台或圆锥状。在一些其他的实施例中，所述混凝土环的数量为1～3个，在本实施例中，所述混凝土环的数量为3个，包括第一混凝土环10、第二混凝土环11和第三混凝土环12；第一混凝土环10、第二混凝土环11和第三混凝土环12依次叠加。相邻的混凝土环之间，靠近所述塔架基础2的所述混凝土环(在本实施例中为第三混凝土环12的底端)与所述塔架基础2之间采用环氧胶进行连接。
所述混凝土塔架1和陆上混塔结构基本相似，但本实施例所提供的混凝土环长度和高度更大，没有限宽限高问题，以整环制造没有分片拼环工序。
如图3所示，所述浮体结构3包括：若干个浮体单元，若干个所述浮体单元依次叠加，且相互之间同轴设置。在本实施例中，所述浮体单元的个数为若干个(本示例中为4个)，包括第一浮体单元30、第二浮体单元31、第三浮体单元32和第四浮体单元33，这四个浮体单元依次叠加。相邻的浮体单元之间，以及靠近所述塔架基础2的所述浮体单元(在本实施例中为第四浮体单元33)与所述塔架基础2之间均设有环氧胶。
请继续参考图1和图2，在本实施例中，所述塔架基础2呈圆柱形，所述塔架基础2中心设有预埋管道，靠近所述塔架基础2的所述混凝土环(在本实施例中，为第三混凝土环12)的底端设置在所述预埋管道内。
每一所述浮体单元为包括第一端面301、第二端面302和侧壁组成的封闭圆柱(或者为封闭的变形柱)，每一所述封闭圆柱的侧面顶端设有进水口a，每一所述封闭圆柱的侧面底端设有出水口b，向所述封闭圆柱内注入水以调整所述封闭圆柱承受的浮力。
如图4所示，本实施例还包括：若干个第一预应索13，若干个所述第一预应索13周向间隔设置在所述混凝土塔架1内部侧壁上，每一所述第一预应索13的第一端设置在所述混凝土塔架1的顶端，其第二端设置在所述塔架基础2的内部侧壁上；预紧所有所述第一预应索13，使得所述混凝土塔架1与所述塔架基础2紧固连接。
在本实施例中，所述第一混凝土环10的顶端内侧壁上设有第一环形梁，每一所述第一预应索13的第一端设有一第一锚具131，对应设置在所述第一环形梁上。所述塔架基础2的预埋管道内侧壁或者是所述第三混凝土环12的底端内侧壁上设有第二环形梁，每一所述第一预应索13的第二端设有一第二锚具，对应设置在所述第二环形梁上。
请继续参考图2，本实施例还包括：若干个第二预应索22，若干个所述第二预应索22沿所述塔架基础2的周向间隔设置，每一所述第二预应索22的第一端贯穿所述塔架基础2设置在所述塔架基础2的顶部，第二端沿母线方向贯穿浮体结构3的侧壁设置在所述浮体结构3的底端；预紧所有所述第二预应索22，使得所述浮体结构3与所述塔架基础2紧固连接。
每一所述第二预应索22的第一端设有一第三锚具211，其第二端设有一第四锚具212，每一所述第三锚具211设置在所述塔架基础2的顶表面上，每一所述第四锚具212设置在所述浮体结构3的底端。
在本实施例中，还包括若干个对应与所述第二预应索22相匹配的预紧通孔，若干个所述预紧通孔沿所述塔架基础2的周向间隔设置，每一所述预紧通孔对应依次贯穿所述塔架基础2和所述浮体结构3的侧壁，每一所述第二预应索22对应设置在所述预紧通孔内后，在所述预紧通孔内灌浆，以紧固和保护所述第二预应索22。
请继续参考图1，本实施例还包括：上部传力组件6，其设置在所述塔架基础2上；下部传力组件5，其设置在所述浮体结构3的下端，系泊基础4，其用于将所述上部传力组件6和所述下部传力组件5连接并将其固定于预设的风机安装位置处。
如图5所示，所述上部传力组件6包括：若干个连接组件，相邻的两个所述连接组件之间通过第一传力杆进行连接，每一所述连接组件的一部分埋设在所述塔架基础2内，另一部分与所述系泊基础4连接。
在本实施例中，所述连接组件的个数为若干个，(在本实施例中为三个)，包括第一连接组件60、第二连接组件61和第三连接组件62；所述第一传力杆的个数为若干个，(在本实施例中为三个)，包括第一子传力杆640、第二子传力杆641和第三子传力杆642；三个所述连接组件等边三角形分布设置。所述第一子传力杆640的两端分别连接所述第三连接组件62和所述第一连接组件60；所述第二子传力杆641的两端分别连接所述第二连接组件61和所述第一连接组件60；所述第三子传力杆642的两端分别连接所述第二连接组件61和所述第三连接组件62。
如图6所示，每一所述连接组件包括：第一连板603；锚具张拉端安装板601，其设置在所述第一连板603上；若干个第一锚杆604以及若干个下锚板605，若干个所述第一锚杆604间隔设置在所述第一连板603上；每一所述第一锚杆604的一端沿所述第一连板603厚度方向贯穿所述第一连板603并采用螺母602进行固定；另一端与对应的所述下锚板605连接；每一所述锚杆604和所述下锚板605埋设至所述塔架基础2内。
如图7所示，所述下部传力组件5包括：若干个转向组件，所述转向组件与所述连接组件一一对应；相邻的两个所述转向组件之间通过第二传力杆进行连接，每一所述转向组件的一部分埋设在所述浮体结构3底端内部，另一部分与所述系泊基础4连接。
在本实施例中，所述转向组件的个数为若干个(在本实施例中为三个)，包括第一转向组件50、第二转向组件51和第三转向组件52；所述第二传力杆的数量为若干个(在本实施例中为三个)，包括第四子传力杆530、第五子传力杆531和第六子传力杆532。所述第四子传力杆530的两端分别连接所述第二转向组件51和所述第一转向组件50；所述第五子传力杆531的两端分别连接所述第二转向组件51和所述第三转向组件52；所述第六子传力杆532的两端分别连接所述第一转向组件50和所述第三转向组件52。
请继续参考图3所示，所述浮体结构3还包括若干个支撑梁34，若干个所述支撑梁34沿所述浮体结构3周向间隔设置，每一所述支撑梁34设置在所述浮体结构3的底端外侧壁上，且沿所述浮体结构3的径向延伸；所述转向组件对应设置在所述支撑梁34内。
如图8所示，每一所述转向组件包括：第二连板502；若干个加强筋503，若干个所述加强筋503间隔设置在所述第二连板502的底端；若干个第二锚杆504，若干个所述第二锚杆504间隔设置在所述第二连板502上，每一所述第二锚杆504的第一端沿所述第二连板502的厚度方向贯穿所述第二连板502，其第二端端部设有上锚板；一对转向弯管501，每一所述转向弯管501位于所述第二连板502上，相邻的两个所述第二锚杆504之间，所述转向组件对应埋设在所述支撑梁34内；每一所述转向弯管501设有相互连通的第一端口和第二端口，所述第一端口延伸方向与所述浮体结构3的轴向平行；所述第二端口沿着水平方向延伸。
结合图5～图9，所述系泊基础4包括：若干个上系泊索、若干对下系泊索、若干个系泊销和若干个锚桩；每一所述锚桩固定在水下预定位置，每一所述上系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上，第二端与所述上部传力组件6的锚具张拉端安装板601连接；每一对所述下系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上，第二端对应穿过所述下部传力组件5的所述转向弯管501，对应与所述上部传力组件6的第一连板603连接。
所述上系泊索为若干个(在本实施例中为三个)，包括：第一上系泊索410、第二上系泊索411和第三上系泊索412；所述下系泊索的数量为若干对(在本实施例中为三对)，包括第一对下系泊索420、第二对下系泊索421和第三对下系泊索422；所述锚桩的数量为若干个(在本实施例中为三个)，包括第一锚桩70、第二锚桩71和第三锚桩72。所述第一上系泊索410和第一对下系泊索420的一端分别设置在所述第一锚桩70上，另一端均设置在所述第一连接组件60上。
所述第二上系泊索411和第二对下系泊索421的一端分别设置在所述第二锚桩71上，另一端均设置在所述第二连接组件61上。
所述第三上系泊索412和第三对下系泊索422的一端分别设置在所述第三锚桩72上，另一端均设置在所述第三连接组件62上。
由此，上部传力组件6、部传力组件5和系泊装置4三者在组成预应力张紧的传力网，其不但可以抵抗风机上各种载荷，也为浮体结构3提供一部分的预应力。其可以抵抗风机各种载荷，避免使用大跨度结构减少材料用量。系泊系统为整体传力网，拉力主要由高强钢索传递，节约系泊材料用量。系泊设计巧妙避免混凝土受拉，利用了混凝土抗压优势性能。张紧的系泊系统在风机受载后位移和摆动小，提高风机新能和减轻振动。系泊索转向的思路和方法，使系泊系统张紧不用水下操作施工，解决水下施工难题。
另一方面，如图10所示，本实施例还提供一种如上文所述的漂浮式混凝土支撑结构的系泊方法，包括：将每一所述上系泊索(例如第一上系泊索410)的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩(例如第一锚桩70)上。将每一对所述下系泊索(第一对下系泊索420)的第一端通过对应的所述系泊销固定在相应的所述锚桩(例如第一锚桩70)上。将每一所述上系泊索(例如第一上系泊索410)的第二端连接在相应的第一临时安装工装80上。将每一对所述下系泊索(第一对下系泊索420)的第二端连接在相应的第二临时安装工装81上。所述第一临时安装工装80和所述第二临时安装工装81漂浮在海面上。将连接有所述上系泊索和所述下系泊索的所述锚桩(例如第一锚桩70)打桩进入水下预定位置。所述浮体结构3的设有的转向弯管内预先穿管有引导绳索9，此时，所述引导绳索9的两端均位于所述浮体结构3上端。系泊操作时，将每一所述下系泊索的第二端在海面上与所述引导绳索9的一端连接，每一所述引导绳索9的另一端通过绞车收紧，以将每一所述下系泊索穿过对应的所述转向弯管与相应的所述第一连板连接。将每一所述上系泊索的第二端与所述上部传力组件的锚具张拉端安装板连接；拆除所述第一临时安装工装和所述第二临时安装工装。
第一临时安装工装80和第二临时安装工装81可以均为能够浮在海面上的浮箱。
本实施例的漂浮式支撑结构的结构简单，主要采用混凝土材料进行制备由此降低了所述漂浮式支撑结构的制备的总成本。
且由于混凝土材料取材方便、原材料造价低、可以通过模具制作出需要的结构，由此提高所述漂浮式支撑结构的制备的效率。由于混凝土承载力强、抗腐蚀、抗疲劳、阻尼吸振性能优越，因此，本实施例提供的漂浮式支撑结构在海上使用具有独特优势。
本实施例采用混凝土塔架代替现有的海上钢塔架。现有的混凝土塔架因运输限制，结构尺度需小且要分片和再连接，导致现有的混凝土环结构复杂需要拼环，单塔需要混凝土环数量多(陆上一般20～30环或更多)，进而导致塔架在机位点处安装麻烦施工周期长。本实施例才采用的混凝土塔架环不需要分片，并且单环尺度可以更大，混凝土塔架环的数量可以减少到1～3环、且为整体结构(不需要分片及再连接和拼环施工)。
本实施例所提供的混凝土塔架采用体外无粘结后张拉系统(若干个第一预应索)进行预紧，若干个第一预应索位于混凝土塔架内，其均和海水没有接触，体外索简单易操作，张拉在下部操作，预紧操作简单。
本实施例所提供的浮体结构，所述浮体结构由若干个浮体单元构成，每一所述浮体单元为封闭圆柱或多边形柱。且封闭圆柱结构简单制作容易，刚度大可抵抗更深水压力；封闭圆柱上下侧面设置有进出水口，以便根据需要拖航需求调整浮力大小。
本实施例所提供的浮体结构采用预应力系统(若干个第二预应索)进行预紧，若干个第二预应索位于为浮体结构内部，并通过张拉、灌浆操作，由此避免和海上直接基础，防腐更容易。
本实施例所提供的漂浮式支撑结构还包括：上部传力组件和下部传力组件，其中下部传力组件包括转向弯管，由此使得系泊基础的下部系泊索垂直分力也为浮体结构提供部分预紧力。
本实施例所提供的有三套各自独立的预应力系统(若干个第一预应索、若干个第二预应索和系泊基础)，分别为混凝土塔架预紧、浮体结构预紧、系泊张紧。三套系统和混凝土塔架、塔架基础和浮体结构组成一个完整抵抗风机载荷、波浪载荷、产生浮力和传力系统。
本实施例所提供的系泊装置为桩锚和高强预应力钢索结构。系泊预应力索(例如：1860MPA钢绞线)比重力式锚具和锚链可以大大减少用材量，节约成本。
桩锚张紧系统在垂直和水平方向承载力强，使浮式风机各方向位移和摆动小，使风机振动减少。
本实施例所提供的系泊装置不需要在水下张拉施工。使用上下两组张紧的预应力系泊索，使整体结构稳固和海底桩锚连接。系泊系统一端固定在桩上，随打桩沉入水下；另外一端可以使用浮箱留在水面等待漂浮支撑结构就位，通过预先穿索引线在浮体上部连接位置张拉。下部系泊索在通过浮体单元上转向弯管，也到上部锚固张拉，这样系泊系统的上下索都在海面上浮体上部连接组件张拉操作，不需要水下预紧力施工。
本实施例所提供的系泊装置在浮体结构上下面端面专门设置拉力传递组件，使系泊系统通过高强预应力索及传力杆件传递拉力，使其成为一个完整闭环。巧妙避开的混凝土缺点，使拉力不通过混凝土传递(混凝土只传递压力)。系泊系统不但提供系泊抗力也提供部分浮体预应力。
本实施例所提供的系泊装置上部外露在海平面以上，可以指示维修船只靠近风机机位时避免磕碰系泊索体。
本实施例所提供的浮式支撑结构在机位点整体系泊安装。在岸边通过浮力架组装，首先安装浮体单元、穿索张拉灌浆；然后安装混凝土塔架，张拉成整体。整体拖航到机位点，系泊张拉完成。混凝土单元不需要机位点安装，和陆上混塔安装完全不同，避免陆上混塔施工缺点。
本实施例采用混凝土结构使浮式支撑结构原材料造价低、结构简单施工方便。预应力系泊系统，使浮式支撑结构承载力强、传力路径明确，大大改善浮式风机性能，节约原材料和成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本实施例的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实施例的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实施例的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实施例的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，包括：混凝土塔架(1)、塔架基础(2)和浮体结构(3)；
所述塔架基础(2)位于所述混凝土塔架(1)和所述浮体结构(3)之间；
所述混凝土塔架(1)的底端设置在所述塔架基础(2)上，其顶端连接风机钢塔筒；
所述浮体结构(3)顶端与所述塔架基础(2)的底端连接，用于为所述混凝土塔架(1)和塔架基础(2)提供支撑；
上部传力组件(6)，其设置在所述塔架基础(2)上；
下部传力组件(5)，其设置在所述浮体结构(3)的下端，
系泊装置(4)，其用于将所述上部传力组件(6)和所述下部传力组件(5)连接并将其固定于预设的风机安装位置处。
2.如权利要求1所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，所述混凝土塔架(1)包括若干个混凝土环，若干个所述混凝土环依次叠加，且相互之间同轴设置。
3.如权利要求2所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，所述浮体结构(3)包括：若干个浮体单元，若干个所述浮体单元依次叠加，且相互之间同轴设置。
4.如权利要求3所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，所述塔架基础(2)呈圆柱形，所述塔架基础(2)中心设有预埋管道，靠近所述塔架基础(2)的所述混凝土环的底端设置在所述预埋管道内。
5.如权利要求4所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，相邻的混凝土环之间，相邻的浮体单元之间，靠近所述塔架基础(2)的所述混凝土环与所述塔架基础(2)之间，以及靠近所述塔架基础(2)的所述浮体单元与所述塔架基础(2)之间均设有环氧胶。
6.如权利要求5所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，每一所述浮体单元为封闭圆柱，每一所述封闭圆柱的侧面顶端设有进出水口，每一所述封闭圆柱的侧面底端设有进出水口，向所述封闭圆柱内注入水以调整所述封闭圆柱的浮力大小。
7.如权利要求6所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，还包括：若干个第一预应索(13)，若干个所述第一预应索(13)周向间隔设置在所述混凝土塔架(1)内部侧壁上，每一所述第一预应索(13)的第一端设置在所述混凝土塔架(1)的顶端，其第二端设置在所述塔架基础(2)的内部侧壁上；预紧所有所述第一预应索(13)，使得所述混凝土塔架(1)与所述塔架基础(2)紧固连接。
8.如权利要求7所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，还包括：若干个第二预应索(22)，若干个所述第二预应索(22)沿所述塔架基础(2)的周向间隔设置，每一所述第二预应索(22)的一端贯穿所述塔架基础(2)设置在所述塔架基础(2)的顶部，另一端沿母线方向贯穿浮体结构(3)的侧壁设置在所述浮体结构(3)的底端；预紧所有所述第二预应索(22)，使得所述浮体结构(3)与所述塔架基础(2)紧固连接。
9.如权利要求8所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，还包括若干个对应与所述第二预应索(22)相匹配的预紧通孔，若干个所述预紧通孔沿所述塔架基础(2)的周向间隔设置，每一所述预紧通孔对应依次贯穿所述塔架基础(2)和所述浮体结构(3)的侧壁，每一所述第二预应索(22)对应设置在所述预紧通孔内后，在所述预紧通孔内灌浆，以紧固所述第二预应索(22)。
10.系泊装置如权利要求9所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，所述上部传力组件(6)包括：若干个连接组件，相邻的两个所述连接组件之间通过第一传力杆进行连接，每一所述连接组件的一部分埋设在所述塔架基础(2)内，另一部分与所述系泊装置(4)连接。
11.如权利要求10所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，每一所述连接组件包括：第一连板(603)；
锚具张拉端安装板(601)，其设置在所述第一连板(603)上；
若干个第一锚杆(604)以及若干个下锚板(605)，若干个所述第一锚杆(604)间隔设置在所述第一连板(603)上；
每一所述第一锚杆(604)的一端沿所述第一连板(603)厚度方向贯穿所述第一连板(603)并采用螺母(602)进行固定；另一端与对应的所述下锚板(605)连接；
每一所述第一锚杆(604)和所述下锚板(605)埋设至所述塔架基础(2)内。
12.如权利要求11所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，所述下部传力组件(5)包括：若干个转向组件，所述转向组件与所述连接组件一一对应；相邻的两个所述转向组件之间通过第二传力杆进行连接，每一所述转向组件的一部分埋设在所述浮体结构(3)底端内部，另一部分与所述系泊装置(4)连接。
13.如权利要求12所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，所述浮体结构(3)还包括若干个支撑梁(34)，若干个所述支撑梁(34)沿所述浮体结构(3)周向间隔设置，每一所述支撑梁(34)设置在所述浮体结构(3)的底端外侧壁上，且沿所述浮体结构(3)的径向延伸；所述转向组件对应设置在所述支撑梁(34)内。
14.如权利要求13所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，每一所述转向组件包括：第二连板(502)；若干个加强筋(503)，若干个所述加强筋(503)间隔设置在所述第二连板(502)的底端；
若干个第二锚杆(504)，若干个所述第二锚杆(504)间隔设置在所述第二连板(502)上，每一所述第二锚杆(504)的第一端沿所述第二连板(502)的厚度方向贯穿所述第二连板(502)，其第二端端部设有上锚板；
一对转向弯管(501)，每一所述转向弯管(501)位于所述第二连板(502)上，相邻的两个所述第二锚杆(504)之间，所述转向组件对应埋设在所述支撑梁(34)内；
每一所述转向弯管(501)设有相互连通的第一端口和第二端口，所述第一端口延伸方向与所述浮体结构(3)的轴向平行；所述第二端口沿着水平方向延伸。
15.如权利要求14所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，所述系泊装置(4)包括：若干个上系泊索、若干对下系泊索、若干个系泊销和若干个锚桩；
每一所述锚桩固定在水下预定位置，
每一所述上系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上，
第二端与所述上部传力组件(6)的锚具张拉端安装板(601)连接；
每一对所述下系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上，
第二端对应穿过所述下部传力组件(5)的所述转向弯管(501)，对应与所述上部传力组件(6)的第一连板(603)连接。
16.如权利要求15所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，每一所述混凝土环呈圆锥状，所述混凝土塔架(1)呈圆锥状。
17.如权利要求16所述的漂浮式混凝土支撑结构，其特征在于，
所述混凝土环的数量为1～3个，所述浮体单元的个数为四个，所述连接组件的个数为三个，以及所述转向组件的个数为三个。
18.一种如权利要求15～17中任意一项所述的漂浮式混凝土支撑结构的系泊方法，其特征在于，包括：将每一所述上系泊索的第一端通过对应的所述系泊销对应固定在所述锚桩上，
将每一对所述下系泊索的第一端通过对应的所述系泊销固定在相应的所述锚桩上，
将每一所述上系泊索的第二端连接在相应的第一临时安装工装上；
将每一对所述下系泊索的第二端连接在相应的第二临时安装工装上；
所述第一临时安装工装和所述第二临时安装工装漂浮在海面上；
将连接有所述上系泊索和所述下系泊索的所述锚桩打桩进入水下预定位置，
所述浮体结构的设有的转向弯管内预先穿管有引导绳索，此时，所述引导绳索的两端均位于所述浮体结构上端；
系泊操作时，将每一所述下系泊索的第二端在海面上与所述引导绳索的一端连接，每一所述引导绳索的另一端通过绞车收紧，以将每一所述下系泊索穿过对应的所述转向弯管与相应的所述第一连板连接；
将每一所述上系泊索的第二端与所述上部传力组件的锚具张拉端安装板连接；
拆除所述第一临时安装工装和所述第二临时安装工装。
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