CN209989831U - 一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，属于海上工程及风力发电领域，包括钢管桩、套筒、灌浆灌注装置和耗能装置，其特征在于：所述钢管桩设有一圈牛腿，所述套筒套于钢管桩外并搁置于牛腿上，钢管桩与套筒同轴套设形成环形区域，环形区域内部设置剪力圈，通过灌浆灌注装置填充灌浆材料，所述耗能装置为双排波浪形阻尼器。本实用新型与传统灌浆连接段相比，设置了双排波浪形阻尼器耗能装置，可在地震、风浪等振动作用下有效耗能，实现振动控制，防治灌浆连接处应力集中过大，造成结构疲劳失效。

Description

一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构

技术领域

本实用新型属于海上工程及风力发电领域，涉及一种用于海上风机耗能式桩与套筒灌浆连接结构。

背景技术

近年来全球海上风电行业发展迅速，我国海上风电行业也快速起步。目前，投入在建、拟建的海上风电场逐年增多，但就整体而言，我国海上风力发电技术仍处于发展初期，未来海上风力发电发展具有巨大潜力，必将成为未来新能源的重要组成部分。

海上风电基础结构多采用灌浆连接，如导管架基础部分通过桩与套筒的灌浆连接。在实际施工中，套筒连接导管架与桩，套筒与桩之间的环形施工区域，注入灌浆材料，通过灌浆材料自身强度及钢材表面设有的剪力圈增大咬合力，实现桩与导管架的连接，共同承受上部结构传递来的各种应力。

海上风电机组工作环境复杂，不仅受波浪荷载、风荷载的作用，地震作用对结构有着严重的影响，灌浆连接处由于循环振动作用，容易出现应力集中，灌浆体疲劳性能降低，套筒与桩通过灌浆材料连接，粘结力难以达到保障而发生相对滑动，进而发生破坏。

软钢具有明显的屈服点，是建筑节点阻尼器理想耗能材料之一，当发生振动作用时，能有效吸收节点能量，发挥耗能效果。

记忆合金在外力作用下产生变形，当外力作用撤去，在一定温度下，记忆合金能依靠“记忆”恢复至原来形状，同时还具有无毒、无磁、耐久性强等优点，是一种优质的减震材料。

目前国内海上风机灌浆连接结构如预制构件的灌浆连接结构(如授权公开号CN204626693 U)，设置剪力键的灌浆连接结构(如授权公开号CN 201506979 U)等实用新型专利，这些实用新型通过灌浆材料自身密实度或设置剪力键来提高灌浆连接结构的承载力性能，无法有效在地震等循环振动作用下耗能，容易导致结构应力集中或疲劳，从而结构性能降低乃至失效。

发明内容

为了克服现有技术存在上述不足，本实用新型提出一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，在海上风电基础正常工作时能控制结构振动，阻尼器通过自身弯曲变形或者剪切耗能，灌浆连接段具有良好的抗风浪、振动控制及抗震能力。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于海上风机的耗能式桩与套筒灌浆连接结构，包括钢管桩、套筒、灌浆灌注装置和耗能装置，所述钢管桩设有一圈牛腿，所述套筒套于钢管桩外并搁置于牛腿上，钢管桩与套筒同轴套设形成环形区域，环形区域内部设置剪力圈，通过灌浆灌注装置填充灌浆材料，所述耗能装置为双排波浪形阻尼器。

本实用新型具有以下优点和效果：

1、套筒顶部设置耗能装置，耗能装置为双排波浪形阻尼器，具有一定的弹性变形能力，有良好的振动控制效果。

2、当海上风电基础正常工作过程中受到波浪、地震等作用时，双排波浪形阻尼器的波浪板及外侧波浪板夹层弯曲或剪切进行耗能，当达到极限状态时，可依靠所设置的记忆合金丝拉伸或压缩变形实现二次耗能，进一步提高耗能效果。

3、钢管桩外侧的下部设置牛腿，用于搁置外部套筒，并且可以承担上部结构传来的竖向承载力，减缓应力集中，减缓材料疲劳带来的影响。

4、在钢管桩与套筒重合部分的钢管桩外侧表面和套筒内侧表面设置剪力圈，形成的中间环形区域通过注浆阀注入灌浆材料，设置有剪力圈后的灌浆连接体可以有效承担上部结构传递来的各种静荷载和动力荷载。

5、注浆阀设置在套筒底部，由底部注浆，向上逐渐排水，可保证灌浆效果，并实现水下注浆。

6、本实用新型耐久性较强，在复杂海域工况下，体现出优异的抗风浪、抗地震和振动控制性能，相较于传统防屈曲支撑破坏变形较大的问题，本实用新型符合绿色环保可持续的建筑结构发展理念。

附图说明

图1为海上风机桩与套筒灌浆连接结构示意图；

图2为灌浆连接结构上部结构示意图；

图3为图2中5的立体示意图；

图4为图2中5的平面示意图；

图5为灌浆连接结构下部示意图；

图6为剪力圈布置的俯视剖面图；

图中：1、钢管桩，2、套筒，3、剪力圈，4、环形区域，5、双排波浪形阻尼器，5-1、波浪板，5-2波浪板夹层，5-3、记忆合金丝圈，5-4、螺栓，5-5、螺栓，5-6、钢板6、注浆阀，7、回流阀，8、封堵器，9、牛腿，9-1、环形板，9-2、锥形板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式做进一步说明。

如图1至图6所示，一种用于海上风机的耗能式桩与套筒灌浆连接结构，包括：钢管桩1、套筒2、灌浆灌注装置(6、7、8)和耗能装置5，所述钢管桩设有一圈牛腿，所述套筒套于钢管桩外并搁置于牛腿上，钢管桩与套筒同轴套设形成环形区域，环形区域内部设置剪力圈，通过灌浆灌注装置填充灌浆材料，所述耗能装置为双排波浪形阻尼器。

套筒2同轴套设于钢管桩1外并搁置于钢管桩1外围的牛腿9上；双排波浪形阻尼器5设置于套筒1顶部，垂直设置于钢板5-6内；套筒2内表面与钢管桩1外表面采用储能点焊方式交错布置剪力圈3，形成环形区域4。

套筒2顶部设置耗能装置为双排波浪形阻尼器5，垂直设置于钢板5-6内，由螺栓5-5与钢板5-6紧密相连，双排波浪形阻尼器5由两排波浪板5-1和贴于波浪板5-1外侧的波浪板夹层5-2组成，波浪板5-1采用软钢材料，波浪板夹层采用弹性橡胶材料，双排波浪板5-1之间由螺栓5-4连接，中间缠绕记忆合金丝圈5-3，记忆合金丝圈5-3 为记忆合金丝按照一定的阻尼及刚度要求机械编织而成，以保证耗能效果。

套筒2同轴套于钢管桩1外并搁置于钢管桩外围的牛腿9上，牛腿9由钢管桩1外侧的环形钢板9-1和连接牛腿9与钢管桩1的锥型钢板9-2组成。

钢管桩1外表面及套筒2内表面设置若干道剪力圈3，剪力圈3 使用螺纹钢筋焊接于钢管桩1和套筒2上，并于立面位置错开分布。

钢管桩1与套筒2之间的环形区域4，由套筒2底部注浆阀6注入灌浆材料，灌浆结构上部设置有回流阀7和封堵器8。

灌浆材料采用高性能无收缩灌浆材料，具有优异的粘聚性和抗水分散性，不泌水和分层；具有微膨胀性，无收缩，可确保环形灌浆体与钢管桩1和套筒2的有效连接；灌浆材料具有早强高强特性，并在所述钢管桩1与套筒2之间环形区域4设置剪力圈3可以大大提高灌浆连接段的承载能力。

Claims (6)

1.一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，包括：钢管桩、套筒、灌浆灌注装置和耗能装置，所述钢管桩设有一圈牛腿，所述套筒套于钢管桩外并搁置于牛腿上，钢管桩与套筒同轴套设形成环形区域，环形区域内部设置剪力圈，通过灌浆灌注装置填充灌浆材料，所述耗能装置为双排波浪形阻尼器。

2.根据权利要求1所述的一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：上述套筒顶部设置两排波浪形阻尼器，剪力圈交错分布于钢管桩外侧与套筒内侧，环形区域内通过底部注浆阀灌注灌浆材料，上部设置回流阀和封堵器。

3.根据权利要求1所述的一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：上述双排波浪形阻尼器，两端由螺栓相连固定于钢板之间，双排波浪板波谷处由螺栓连接，中间夹带记忆合金丝圈，在发生地震时，波浪板和记忆合金丝圈拉伸压缩、剪切变形进行耗能，具有双重耗能效果。

4.根据权利要求1所述的一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：上述剪力圈沿钢管桩外壁及套筒内壁错开均匀焊接，剪力圈可为贴角焊圆钢或贴角焊扁钢。

5.根据权利要求1所述的一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：上述牛腿由钢管桩外围的环形板和锥形板组成。

6.根据权利要求1所述的一种耗能式海上风机桩与套筒灌浆连接结构，其特征在于：环形区域内注入的灌浆材料为高性能无收缩灌浆材料。

Images