CN206110164U - 一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，特别适用于具有侵蚀性或暴露性的海洋环境中的海上风电桩基础，包括用于纵向嵌入海床平面的钢管桩，所述钢管桩的外表面包裹有复合材料层，钢管桩的上端设置有用于与相邻钢管桩相连接的连接端板。该基础结构不仅结构简单，而且耐腐蚀性强、用钢量小。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，特别适用于具有侵蚀性或暴露性的海洋环境中的海上风电桩基础。
背景技术
海上风电基础结构型式多种多样，包括多桩导管架、单桩、三脚架基础、重力式基础、筒形基础以及漂浮式基础等。由于钢管单桩结构简单，具有承载力高、受力明确，延性好，施工周期短等优点，是实际工程中最广泛使用的基础型式。
但是当应用于桥梁、水工结构、海洋和近海等结构以及其它具有侵蚀性或暴露性的环境时，钢管会发生锈蚀从而可能导致结构发生破坏。钢管腐蚀造成结构物的破坏和以后的维修费用，远远超出人们的想象。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，该基础结构不仅结构简单，而且耐腐蚀性强、用钢量小。
本实用新型的技术方案在于：一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，包括用于纵向嵌入海床平面的钢管桩，所述钢管桩的外表面包裹有复合材料层，钢管桩的上端设置有用于与相邻钢管桩相连接的连接端板。
进一步地，所述钢管桩的内表面贴覆有复合材料层。
进一步地，所述钢管桩的内填充有混凝土灌芯。
进一步地，所述复合材料层为与钢管桩相配的单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒。
进一步地，所述单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒中所采用的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或者几种，纤维方向与最终成形的复合材料层的轴线夹角为0°~90°。
进一步地，所述复合材料层沿钢管桩纵向连续设置或间隔设置，复合材料和钢管桩的截面形状为圆形。
进一步地，所述的钢管桩为薄壁钢管或厚壁钢管。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
（1）充分发挥了复合材料、钢管桩各自的优势，具有较高的承载力。纤维复合材料可有效的约束钢管桩，改善钢管单桩的受力性能；钢管桩的存在可改善复合材料筒塑性不足的问题；同时纤维复合材料的存在可减少结构用钢量，减轻构件自重，并能防止钢管被腐蚀；
（2）可解决传统钢管混凝土结构的锈蚀问题，减少结构的维护费用，提高结构的耐久性，促进其在海洋环境、近海环境及其他具有侵蚀性或暴露性环境中的应用；
（3）可采用机械化连续缠绕工艺或者夹砂工艺，现场规模化生产，施工速度快，易于控制质量，并且钢管可作为复合材料筒的内芯模，大大简化施工工序。
附图说明
图1为本实用新型的实施例一的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例一的截面示意图；
图3为本实用新型的实施例二的结构示意图；
图4为本实用新型的实施例二的截面示意图；
图5为本实用新型的实施例三的截面示意图；
图中：1-复合材料层 2-钢管桩 3-连接端板 4-混凝土灌芯 5-海床平面 6-海平面。
具体实施方式
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本实用新型并不限于此。
实施例一，参考图1和图2
一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，包括用于纵向嵌入海床平面5的钢管桩2，所述钢管桩的外表面包裹有复合材料层1，钢管桩的内表面也贴覆有复合材料层1，钢管桩的上端穿出海平面6并设置有用于与相邻钢管桩相连接的连接端板3。
本实施例中，所述复合材料层为与钢管桩相配合的单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒。
本实施例中，所述单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒中所采用的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或者几种，纤维方向与最终成形的复合材料层的轴线夹角为0°~90°。
本实施例中，所述复合材料层沿钢管桩纵向连续设置或间隔设置，复合材料和钢管桩的截面形状为圆形，所述的钢管桩为薄壁钢管或厚壁钢管。
实施例二，参考图3和图4
一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，包括用于纵向嵌入海床平面的钢管桩2，所述钢管桩的外表面包裹有复合材料层1，钢管桩的上端还设置有用于与相邻钢管桩相连接的连接端板3。
本实施例中，所述复合材料层为与钢管桩相配的单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒。
本实施例中，所述单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒中所采用的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或者几种，纤维方向与最终成形的复合材料层的轴线夹角为0°~90°。
本实施例中，所述复合材料层沿钢管桩纵向连续设置或间隔设置，复合材料和钢管桩的截面形状为圆形。
本实施例中，所述的钢管桩为薄壁钢管或厚壁钢管。
实施例三，参考图5
一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，包括用于纵向嵌入海床平面的钢管桩2，所述钢管桩的外表面包裹有复合材料层1，钢管桩的内填充有混凝土灌芯4，钢管桩的上端还设置有用于与相邻钢管桩相连接的连接端板3。
本实施例中，所述复合材料层为与钢管桩相配的单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒。
本实施例中，所述单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒中所采用的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或者几种，纤维方向与最终成形的复合材料层的轴线夹角为0°~90°。
本实施例中，所述复合材料层沿钢管桩纵向连续设置或间隔设置，复合材料和钢管桩的截面形状为圆形。
本实施例中，所述的钢管桩为薄壁钢管或厚壁钢管。
复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维等，与基体材料(如:各种聚脂、环氧、乙烯基树脂等)经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的。
根据增强材料的不同，常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)、芳纶纤维增强复合材料(AFRP)以及玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)。纤维增强复合材料具有如下优点：(1)比强度高，即轻质高强；(2)良好的抗疲劳性能，多数金属的疲劳极限是抗拉强度的40%-50%，而纤维增强复合材料则可达70%-80%；(3)耐腐蚀性和耐久性好，可抵抗不同环境下的腐蚀，这是传统结构材料难以比拟的；（4）设计上的先进性，铺层方向和层数可以在很宽的范围进行调整，以满足强度、刚度和各种特殊要求；（5）易于大面积的整体成形，复合材料属于高分子材料，构件制作相对比较简单，容易实现成形自动化；（6）破损安全性高，复合材料构件在过载下造成的少量纤维断裂，也不致使整个构件会在短时间内丧失承载能力。 (7)热膨胀系数小。但FRP材料也有自身的缺点，如价格高、弹性模量较低等。因此需将FRP材料和其他一种或多种传统结构材料（如混凝土、钢等）组合起来形成FRP组合结构。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，其特征在于，包括用于纵向嵌入海床平面的钢管桩，所述钢管桩的外表面包裹有复合材料层，钢管桩的上端设置有用于与相邻钢管桩相连接的连接端板。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，其特征在于，所述钢管桩的内表面贴覆有复合材料层。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，其特征在于，所述钢管桩的内填充有混凝土灌芯。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，其特征在于，所述复合材料层为与钢管桩相配的单一纤维筒、混杂纤维筒或纤维夹砂筒。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，其特征在于，所述复合材料层沿钢管桩纵向连续设置或间隔设置，复合材料和钢管桩的截面形状为圆形。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种复合材料与钢管组合的海上风电基础结构，其特征在于，所述的钢管桩为薄壁钢管或厚壁钢管。
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