CN114215102B - 一种快速更换的海上基础抗冰结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海上建筑领域的一种快速更换的海上基础抗冰结构及其安装方法，技术方案为：一种快速更换的海上基础抗冰结构包括可更换的抗冰模块和连接模块；连接模块固定在海上基础结构上；连接模块包括限位法兰以及套筒；限位法兰位于套筒的上部；抗冰模块为上大下小的框架结构，抗冰模块上部设置的端部法兰与限位法兰通过螺栓连接，抗冰模块下部插入套筒内。结构简单，施工安装方便，工作稳定可靠。

Description

一种快速更换的海上基础抗冰结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上建筑领域，具体涉及一种可以快速更换的海上基础抗冰结构及其安装方法。

背景技术

近年来海洋资源开发日趋成熟，大量工程实践和研究表明，海冰荷载以及其产生的冰激振动，对海上结构危害较大，因此海上结构应用在海冰区域时，需要进行相应的抗冰结构设计。近年来大量海洋工程如海上风电等建成投产使用，海洋工程的关注焦点从海上结构的设计施工逐渐转为运行维护。现有海上抗冰结构与海上基础结构连接点有部分常年位于水面以下，一旦由于撞船等原因发生损坏，往往需要潜水员在水下进行拆卸工作，更换十分困难，拆卸效率低，同时产生大量的运维成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种快速更换的海上基础抗冰结构及其安装方法，结构简单，施工安装方便，工作稳定可靠。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种快速更换的海上基础抗冰结构包括可更换的抗冰模块和连接模块；连接模块固定在海上基础结构上；连接模块包括限位法兰以及套筒；限位法兰位于套筒的上部；抗冰模块为上大下小的框架结构，抗冰模块上部设置的端部法兰与限位法兰通过螺栓连接，抗冰模块下部插入套筒内。

基于上述技术特征：抗冰模块包括竖向插尖、长水平杆，短水平杆和破冰箱梁；竖向插尖为底部带有倒圆台形插头的竖向杆件，倒圆台形插头插入套筒内；套筒为一个管径自上向下逐渐减小的锥形管；长水平杆和短水平杆的一端均连接竖向插尖的杆身，另一端均连接破冰箱梁；长水平杆位于短水平杆上方。

基于上述技术特征：长水平杆的顶面设有吊耳。

基于上述技术特征：长水平杆与短水平杆的长度使破冰箱梁与水平面夹角为50°至70°。

基于上述技术特征：竖向插尖底部的倒圆台形插头底面圆直径为顶部直径的1/2至1/3，倒圆台形插头的高度为套筒的2倍以上。

基于上述技术特征：倒圆台形插头与套筒之间设有橡胶缓冲垫。

基于上述技术特征：倒圆台形插头的上方连接有一个环形板。

基于上述技术特征：环形板的外径比套筒顶部大10mm至20mm。

基于上述技术特征：端部法兰上半部分呈圆形，下半部分呈矩形并在底部设有两个倒角；限位法兰形状与端部法兰一致，底边连有垂直限位板，两侧设有水平限位板。

一种快速更换的海上基础抗冰结构的安装方法，包以下步骤：

第一步，在陆地上预制好可更换的抗冰模块、限位法兰以及套筒；

第二步，限位法兰、套筒在海上基础结构施工前或施工完成后安装在海上基础结构上；

第三步，起重机吊起抗冰模块，将竖向插尖底部的倒圆台形插头对准套筒，自上而下缓慢下，直至与套筒紧密接触，且端部法兰与限位法兰对齐；

第四步，用螺栓将端部法兰与限位法兰固定。

基于上述技术特征：抗冰模块的顶部设有吊耳，第三步中，起重机通过吊耳吊起抗冰模块。

基于上述技术特征：第三步中，倒圆台形插头的外侧设置橡胶缓冲垫，倒圆台形插头下放直至套筒与橡胶缓冲垫紧密接触。

如上所述，本发明的抗冰结构，具有以下有益效果：

抗冰模块下放安装过程中，竖向插尖底部的倒圆台形插头首先插入套筒中，同时端部法兰底部的倒角受到水平限位板的约束作用，自动引导端部法兰向下滑动，最终使得端部法兰与限位法兰对齐；下放结束后，水平限位板、垂直限位板、套筒以及环形板共同对抗冰模块起到初步固定作用，在法兰上安装螺栓进一步固定；通过在竖向插尖下部倒圆台形插头侧面设置橡胶缓冲垫，可将套筒与倒圆台形插头之间由于加工误差产生的缝隙充分填充，使二者充分接触固定；由于抗冰结构处在浪溅区，构件表面涂有防腐涂层，通过设置橡胶缓冲垫，可避免竖向插尖与套筒在环境力作用下摩擦接触导致的涂层破损；抗冰结构仅在端部法兰与限位法兰之间设置螺栓连接，可避免工人进行水下作业，同时结构一旦发生损坏亦可快速拆卸，提高了安装和维护效率，减少人工成本。

附图说明

图1为本发明的快速更换的海上基础抗冰结构示意图。

图2为本发明安装完成后主视图。

图3为图2沿A-A剖面图。

图4为本发明限位法兰工作原理示意图。

图5为本发明的海上基础抗冰结构双层布置示意图。

元件标号说明

1 抗冰模块

11 端部法兰

12 竖向插尖

13 长水平杆

14 短水平杆

15 吊耳

16 破冰箱梁

17 橡胶缓冲垫

18 环形板

2 限位法兰

21 水平限位板

22 垂直限位板

3 套筒

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明的可以快速更换的海上基础抗冰结构，可以适用于多种海上基础结构，如海上风电高桩承台基础，大直径单桩基础，导管架基础。

参见图1至图4，本发明提供了一种快速更换的海上基础抗冰结构，包括可更换的抗冰模块1、限位法兰2以及套筒3，限位法兰2和套筒3分别通过水平杆件与海上基础结构连接，可更换的抗冰模块1上部的端部法兰11与限位法兰2通过螺栓连接，下部的倒圆台形插头套在套筒3中。

抗冰模块包括竖向插尖12、长水平杆13，短水平杆14和破冰箱梁16；竖向插尖12为底部带有倒圆台形插头的竖向杆件，倒圆台形插头插入套筒3内；套筒3为一个管径自上向下逐渐减小的锥形管，且内径大小略大于竖向插尖12下部倒圆台形插头的直径。长水平杆13和短水平杆14的一端分别与竖向插尖12的杆身连接，另一端分别与破冰箱梁16连接；长水平杆13位于短水平杆14上方；长水平杆13伸出长水平杆13与竖向插尖12的连接处，并与端部法兰11连接。

为避免结构在受冰荷载作用时产生应力集中，端部法兰11与长水平杆13连接处宜设置肋板，其尺寸与数量可根据实际海域环境荷载确定。长水平杆13与短水平杆14共同连接破冰箱梁16，形成下压式破冰结构，长水平杆13与短水平杆14的长度应使破冰箱梁16与水平面夹角为50°至70°。

参见图3，在本实例中，为降低竖向插尖12插入套筒3的操作难度，竖向插尖12底部的倒圆台形插头底面圆直径为顶部直径的1/2至1/3，倒圆台高宜为套筒3的2倍以上，同时环形板18外径宜较套筒3顶部大10mm至20mm。橡胶缓冲垫17厚度宜在2mm至5mm。

参见图4，在本实例中，限位法兰2中水平限位板21与端部法兰11底部倒角的工作原理为：当下放吊装过程中，抗冰模块1受到外力作用，限位法兰2与端部法兰11发生横向错位时，水平限位板21与倒角相互作用产生回复力，使端部法兰11自动与限位法兰2对齐，同时水平限位板21在下放安装完成后可对端部法兰11提供水平和纵向约束。

水平限位板21和垂直限位板22的突出限位法兰的长度为端部法兰厚度的3-4倍，即限位的水平宽度为端部法兰厚度的3-4倍。

实际工程中，该抗冰结构在海上基础结构的横向或环向布置应避开如靠船构件、爬梯等其他附属构件。套筒3和限位法兰2的纵向布置应根据实际工程海域潮差大小进行专门设计，同时抗冰模块1的长度应与之匹配，当所处海域潮差较大时，抗冰结构可按如图5所示的双层布置。

基于上述一种快速更换的海上基础抗冰结构，本实施例还提供了一种可以快速更换的海上基础抗冰结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，在陆地上预制好可更换的抗冰模块、限位法兰以及套筒。

步骤二，限位法兰、套筒在海上基础结构物施工前或施工完成后安装在海上基础结构物上。海上基础结构泛指风电基础、码头基础等多种海上建筑物，可以是单桩、导管架、重力式沉箱结构等。限位法兰和套筒可以在海上基础结构在工厂制造时就安装在上面，但安装后可能会导致结构运输和施工的不便，遇到这种情况则可以在海上基础结构施工完成后再安装。

步骤三，起重机通过吊耳吊起可更换的抗冰模块，将竖向插尖对准套筒，自上而下缓慢下，直至套筒与橡胶缓冲垫紧密接触，且端部法兰与限位法兰对齐。

步骤四，用螺栓将端部法兰与限位法兰固定。

综上，本实施例的以快速更换的海上基础抗冰结构及其安装方法具有以下优点：

1)结构简单，制造方便，适用性强，可大规模推广使用，制造成本低，可靠性强。

2)海上施工安装方便，仅在水面以上涉及工人安装操作，无需潜水员进行水下工作，风险较低，从而有效缩短建造周期和降低工程造价。

3)构件模块化程度高，当结构发生损坏时可快速拆卸更换，维护成本低，工作效率高。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种快速更换的海上基础抗冰结构，其特征在于：包括可更换的抗冰模块(1)和连接模块；所述连接模块固定在海上基础结构上，所述连接模块包括限位法兰(2)以及套筒(3)，所述限位法兰(2)位于所述套筒(3)的上部；

所述抗冰模块(1)为上大下小的框架结构，所述抗冰模块(1)上部设置的端部法兰(11)与所述限位法兰(2)通过螺栓连接，所述抗冰模块(1)下部插入所述套筒(3)内；所述抗冰模块(1)包括竖向插尖(12)、长水平杆(13)、短水平杆(14)和破冰箱梁(16)，所述竖向插尖(12)为底部带有倒圆台形插头的竖向杆件，所述倒圆台形插头插入所述套筒(3)内，所述套筒(3)为一个管径自上向下逐渐减小的锥形管；所述长水平杆(13)和所述短水平杆(14)的一端均连接所述竖向插尖(12)的杆身，另一端均连接所述破冰箱梁(16)；所述长水平杆(13)位于所述短水平杆(14)上方，且所述长水平杆(13)伸出所述长水平杆(13)与竖向插尖(12)的连接处、并与所述端部法兰(11)连接，所述长水平杆(13)与所述短水平杆(14)的长度使所述破冰箱梁(16)与水平面夹角为50°至70°，形成下压式破冰结构；所述端部法兰(11)与所述长水平杆(13)连接处设有肋板；所述抗冰模块(1)的顶部设有吊耳(15)，所述吊耳(15)设于所述长水平杆(13)的顶面；

所述端部法兰(11)上半部分呈圆形，下半部分呈矩形并在底部设有两个倒角；所述限位法兰(2)形状与所述端部法兰(11)一致，底边连有垂直限位板(22)，两侧设有水平限位板(21)；在下放吊装过程中，将所述抗冰模块(1)的竖向插尖(12)对准所述套筒(3)，自上而下缓慢下放直至与所述套筒(3)紧密接触，且所述端部法兰(11)与所述限位法兰(2)对齐。

2.根据权利要求1所述的一种快速更换的海上基础抗冰结构，其特征在于：所述竖向插尖(12)底部的所述倒圆台形插头底面圆直径为顶部直径的1/2至1/3，所述倒圆台形插头的高度为所述套筒(3)的2倍以上。

3.根据权利要求1所述的一种快速更换的海上基础抗冰结构，其特征在于：所述倒圆台形插头与所述套筒(3)之间设有橡胶缓冲垫(17)。

4.根据权利要求1所述的一种快速更换的海上基础抗冰结构，其特征在于：所述倒圆台形插头的上方连接有一个环形板(18)。

5.根据权利要求4所述的一种快速更换的海上基础抗冰结构，其特征在于：所述环形板(18)的外径比所述套筒(3)顶部大10mm至20mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种快速更换的海上基础抗冰结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在陆地上预制好可更换的所述抗冰模块(1)、所述限位法兰(2)以及所述套筒(3)；

第二步，所述限位法兰(2)、所述套筒(3)在所述海上基础结构施工前或施工完成后，安装在所述海上基础结构上；

第三步，起重机通过所述长水平杆(13)的顶面设有的吊耳(15)吊起所述抗冰模块(1)，将所述竖向插尖(12)底部的倒圆台形插头对准所述套筒(3)，自上而下缓慢下放，直至与所述套筒(3)紧密接触，且所述端部法兰(11)与所述限位法兰(2)对齐；

第四步，用螺栓将所述端部法兰(11)与所述限位法兰(2)固定。

7.根据权利要求6所述的一种快速更换的海上基础抗冰结构的安装方法，其特征在于：所述第三步中，所述倒圆台形插头的外侧设置橡胶缓冲垫(16)，所述倒圆台形插头下放直至所述套筒(3)与所述橡胶缓冲垫(16)紧密接触。