CN116145712B - 一种减振防冲刷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种减振防冲刷装置，包括套设在风电单桩基础上的减振装置，减振装置上设有用以降低水平振动的阻尼部件；减振装置外侧固定有钢筋混凝土圆盘，钢筋混凝土圆盘底部设有多圈剪力键，剪力键插入土体；所述减振防冲刷装置应用于风电单桩基础上时，覆盖局部冲刷潜在区域。本发明利用阻尼部件降低单桩基础的水平振动，通过剪力键优化桩周浅层土体受力，充分调动浅层土体力学性能，提高风机基础阻尼，解决了风电单桩基础的局部冲刷问题，还可实现原有风电单桩基础水平承载力的提升。
Description
技术领域
本发明涉及减振防冲刷装置，具体涉及一种应用于海上风电单桩基础的减振防冲刷装置。
背景技术
在海上风电机20～25年服役期内，风、浪和洋流引起的超千万次水平循环荷载作用于海上风电单桩基础，会带动基础产生水平方向往复运动，从而影响风机基础的承载性能。另一方面，在我国海上风电场区域，海床在海流作用下产生的局部冲刷广泛存在，且最大冲刷深度已远超设计冲刷深度，严重削弱桩基水平承载能力，并威胁风机的安全。海上风电基础的长期振动和局部冲刷是降低基础承载力、威胁结构整体稳定的主要因素。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对海上风机基础动力疲劳和局部冲刷导致的风机基础承载能力降低的问题，提出一种减振防冲刷装置。
技术方案：本发明提供一种减振防冲刷装置，应用于风电单桩基础上，所述减振防冲刷装置包括套设在风电单桩基础上的减振装置，减振装置上设有用以降低水平振动的阻尼部件；减振装置外侧固定有钢筋混凝土圆盘，钢筋混凝土圆盘底部设有多圈剪力键，剪力键插入土体；所述减振防冲刷装置覆盖局部冲刷潜在区域。
进一步地，减振装置包括同心套设的钢轴外圈和钢轴内圈，阻尼部件设置在钢轴外圈和钢轴内圈之间；钢轴内圈套设在风电单桩基础上。
进一步地，钢轴内圈内壁设有柔性垫条，用以提供与风电单桩基础的柔性接触点。
进一步地，柔性垫条沿环向均布，柔性垫条在风电单桩基础上作用一定初始压力，所有柔性垫条对风电单桩基础的作用力合力为零。
进一步地，阻尼部件沿环向均布。
进一步地，阻尼部件采用位移型阻尼器。
进一步地，钢筋混凝土圆盘以多个同心布置的环状钢板为环向配筋，环状钢板上的预留孔洞供径向钢筋穿过；环状钢板下边缘加工为锯齿状以形成剪力键；钢轴外圈、径向钢筋一端与最内层环状钢板焊接。
进一步地，钢筋混凝土圆盘的厚度径向线性减小，最大厚度与钢轴外圈大体一致，最小厚度需满足局部破坏验算要求，直径需大于局部冲刷坑预估范围，埋深需大于局部冲刷坑预估最大深度。
进一步地，环状钢板上的预留孔洞数量与剪力键数量一致，且预留孔洞位于对应的剪力键几何中心的正上方。
进一步地，剪力键插入土体深度应满足：
hi＝h1-(h1-hn)i/n
其中，hi为由内向外第i圈剪力键插入土体深度，i＝2,3,…,n-1；n为剪力键的圈数；h1为由内向外第1圈剪力键插入土体深度；hn为钢筋混凝土圆盘最外圈剪力键插入土体深度。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：本发明能够稳固桩周土体；利用阻尼部件降低单桩基础的水平振动，通过剪力键优化桩周浅层土体受力，充分调动浅层土体力学性能，提高风机基础阻尼，解决了风电单桩基础的局部冲刷问题，还可实现原有风电单桩基础水平承载力的提升。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是减振装置的结构示意图；
图3是钢筋混凝土圆盘底面剪力键布置示意图；
图4是环状钢板的结构示意图；
附图标记：1-风电单桩基础，21-剪力键，22-减振装置，221-钢轴外圈，222-阻尼部件，223-钢轴内圈，224-柔性垫条，23-钢筋混凝土圆盘，231-预留孔洞，232-环状钢板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
目标风电单桩基础1半径rp＝4m，埋深40m，场地覆盖厚软黏土层，桩周预测形成类圆锥形局部冲刷坑，预测最大冲刷深度5m，最大冲刷半径15m。
如图1所示的一种减振防冲刷装置，包括套设在风电单桩基础1上的减振装置22，以及固定在减振装置22外侧的钢筋混凝土圆盘23。减振防冲刷装置整体上需覆盖局部冲刷潜在区域。
其中，结合图2，减振装置22为作用于表层土体的圆形中空结构，包括同心套设的钢轴外圈221和钢轴内圈223，两钢轴圈之间环向均布焊接阻尼部件222进行连接。由于风电单桩基础1主要为水平方向往复运动，为保证风机基础的减振耗能特性，阻尼部件222采用位移型阻尼器。
为保证风电单桩基础1与减振防冲刷装置之间受力均匀，防止刚性接触产生的局部冲击破坏，在钢轴内圈223内壁安装柔性垫条224。柔性垫条224环向均匀固定在钢轴内圈223的内壁，为风电单桩基础1和减振防冲刷装置提供柔性接触点。本实施例中布置有8个柔性垫条224，柔性垫条224轴向布置，相邻柔性垫条224间环向间隔22.5°。柔性垫条224和钢轴内圈223长度保持一致。在具体实施时，柔性垫条224在风电单桩基础1上施加一定初始压力，所有柔性垫条224对风电单桩基础1的作用力合力为零。柔性垫条224与风电单桩基础1间的缝隙采用废旧轮胎颗粒等柔性材料填充密实。为保证风电单桩基础1与减振防冲刷装置之间接触紧密，钢轴外圈221与钢轴内圈223的高度相等，阻尼部件222之前的间隙采用废旧轮胎等柔性材料填充密实。
结合图3和图4，钢筋混凝土圆盘23底部设有剪力键21，剪力键21以风电单桩基础1为中心，多层环形均匀布置，用以将水平力均匀传至下部土层。具体地，钢筋混凝土圆盘23内同心布置多块环状钢板232作为环向配筋，环状钢板232侧壁设有预留孔洞231供径向钢筋穿过，环状钢板232下边缘加工为锯齿状形成剪力键21。锯齿状剪力键21的作用为咬合与稳固底部土体，并充分调动桩周浅层土体的力学性能，将基础传至减振防冲刷装置的作用力均匀传至土体中。为保证减振防冲刷装置顺利将循环作用力传至钢筋混凝土圆盘23，钢轴外圈221与最内层环状钢板232焊接，并浇筑为整体。为保证钢筋混凝土圆盘23内部受力的整体性，环状钢板232上的预留孔洞231与剪力键21数量保持一致，且预留孔洞231位于相应剪力键21几何中心的正上方。多块环状钢板232的预留孔洞231径向一致，以保证同一径向钢筋能顺利穿过所有环状钢板232。径向钢筋与环状钢板232之间采用钢丝绑扎。
为符合流体绕流规律、减小水流的冲刷，钢筋混凝土圆盘23的厚度径向线性减小。钢筋混凝土圆盘23最大厚度与钢轴外圈221大体一致，边缘最小厚度需满足局部破坏验算要求，直径需大于局部冲刷坑预估范围，埋深需大于局部冲刷坑预估最大深度。
环形布置的剪力键21插入土体深度应满足：
hi＝h1-(h1-hn)i/n
式中：hi为由内向外第i圈剪力键21插入土体深度，n为剪力键21的圈数，i＝2,3,…n-1；h1为靠近钢轴外圈221下部的第1圈剪力键21插入土体深度；hn为钢筋混凝土圆盘23最外圈剪力键21插入土体深度；h1、hn的值需满足剪力传递的需求，并避免局部屈曲。
本实施例中，钢筋混凝土圆盘23底部设四圈剪力键，即n取4，钢筋混凝土圆盘23半径为16m，考虑剪力键后的最小埋深(即剪力键21高度与钢筋混凝土圆盘23埋入土体深度之和)为7m。第一圈剪力键与风电单桩基础1间距d1＝1m，第一、第二圈剪力键间距d2＝2.5m，第二、第三圈剪力键间距d3＝5.5m，第三、第四圈剪力键间距d4＝8m；h1＝3m，h2＝2.5m，h3＝2m，h4＝1.5m；钢筋混凝土圆盘23最大厚度ha＝10m，最小厚度hb＝5.5m。
Claims (2)
1.一种减振防冲刷装置，应用于风电单桩基础（1）上，其特征在于：所述减振防冲刷装置包括套设在风电单桩基础（1）上的减振装置（22），减振装置（22）上设有用以降低水平振动的阻尼部件（222）；减振装置（22）外侧固定有钢筋混凝土圆盘（23），钢筋混凝土圆盘（23）底部设有多圈剪力键（21），剪力键（21）插入土体；所述减振防冲刷装置覆盖局部冲刷潜在区域；
减振装置（22）包括同心套设的钢轴外圈（221）和钢轴内圈（223），阻尼部件（222）设置在钢轴外圈（221）和钢轴内圈（223）之间；钢轴内圈（223）套设在风电单桩基础（1）上；
钢轴内圈（223）内壁设有柔性垫条（224），用以提供与风电单桩基础（1）的柔性接触点；
柔性垫条（224）沿环向均布，柔性垫条（224）在风电单桩基础（1）上作用一定初始压力，所有柔性垫条（224）对风电单桩基础（1）的作用力合力为零；
阻尼部件（222）沿环向均布；
钢筋混凝土圆盘（23）以多个同心布置的环状钢板（232）为环向配筋，环状钢板（232）上的预留孔洞（231）供径向钢筋穿过；环状钢板（232）下边缘加工为锯齿状以形成剪力键（21）；钢轴外圈（221）、径向钢筋一端与最内层环状钢板（232）焊接；
钢筋混凝土圆盘（23）的厚度径向线性减小，最大厚度与钢轴外圈（221）大体一致，最小厚度需满足局部破坏验算要求，直径需大于局部冲刷坑预估范围，埋深需大于局部冲刷坑预估最大深度；
环状钢板（232）上的预留孔洞（231）数量与剪力键（21）数量一致，且预留孔洞（231）位于对应的剪力键（21）几何中心的正上方；
剪力键（21）插入土体深度应满足：
h i=h 1-(h 1-h n)i/n
其中，h i为由内向外第i圈剪力键（21）插入土体深度，i=2,3,…,n-1；n为剪力键（21）的圈数；h 1为由内向外第1圈剪力键（21）插入土体深度；h n为钢筋混凝土圆盘（23）最外圈剪力键（21）插入土体深度。
2.根据权利要求1所述的减振防冲刷装置，其特征在于：阻尼部件（222）采用位移型阻尼器。
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