[發明專利]一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎

無效

• 申請號: 201310174028.2
• 申請日: 2013-05-11
• 公開（公告）號: CN103243735A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 練繼建;劉梅梅;王海軍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E02D27/44
• 分類號: E02D27/44;E02D27/42;E02D27/52
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于海上風電、港口、海洋和水利工程中的基礎結構領域，更加具體地說，涉及一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎結構體系。

背景技術

風機基礎是海上風電建設中的重要組成部分，其結構受力及穩定性影響了整個風機結構的安全性，在造價中也占有較大比重。目前應用較多的海上風機基礎有重力式基礎、樁基、導管架及筒型基礎。筒型基礎作為一種新型的基礎形式，具有以下顯著優點：適用條件廣；節省用鋼量，節約成本；采用負壓施工，施工速度快，便于海上惡劣天氣間隙施工；可在陸上安裝預制，再拖運到工地，便于安和運輸；筒基直接插入淺層地基內，不用做地基處理，且只需對海床淺部地質條件進行勘察，風電場壽命終止時，可簡單方便的拔出進行二次利用。因此，筒型基礎成為近年來的研究熱點。但已有的鋼筋混凝土筒型基礎結構往往都出現局部應力大，施工復雜等問題，無法達到海洋工程中混凝土結構無裂縫的最優狀態，一旦結構出現裂縫，海水將對結構內部鋼筋產生腐蝕作用，最終導致整個風機結構的破壞。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，提出一種新型混凝土筒型基礎結構，該結構能改善結構自身的應力情況，使結構在施工和運行過程中不產生裂縫，增加結構的耐久性和穩定性，且改良結構簡單，施工方便，適用范圍廣。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現。

一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎，由筒型基礎、斜支撐和基礎過渡塔筒段組成，筒型基礎為設有密封頂蓋的鋼筋混凝土筒型結構，其頂蓋配有上下兩排呈井字形的預應力鋼筋；斜支撐為混凝土結構，其中設置有預應力鋼筋，所述斜支撐設置于筒型基礎的密封頂蓋上，以基礎過渡塔筒段為圓心，呈徑向均勻分布，根據實際情況布置根數（數量），10—16根（個）均可；基礎過渡塔筒段為預應力混凝土結構，其中設置有預應力鋼筋，所述基礎過渡塔筒段的外徑和壁厚由上端往下端線性遞增，其上端通過法蘭盤與發電機組塔筒連接固定，其下端與鋼筋混凝土筒型基礎、斜支撐澆為一整體。

所述筒型基礎直徑25—50m，優選30—50m；壁厚30—50cm，優選壁厚40—50cm；頂蓋厚度30—60cm，優選50—60cm；筒壁高度6—15m，優選6—10m。

所述斜支撐的長邊（斜支撐與基礎過渡塔筒段的連接邊）4—10m，優選4—6m；短邊（斜支撐與筒型基礎的連接邊）0.5—5m，優選0.5—1m；傾斜角（斜支撐的斜邊與水平方向的夾角）為10—30°，優選為10—17°。

所述基礎過渡塔筒段頂部外徑4—8m，優選外徑6—8m，壁厚0.4—0.6m；與筒型基礎的頂蓋連接處外徑10—12m，壁厚1—2m，優選壁厚1—1.4m，總高度15—40m，優選總高度20—30m。

所述基礎過渡塔筒段中，預應力鋼筋分兩圈布置，各15—25束，優選20—25束，其頂部固定在法蘭盤上，下段伸到筒型基礎的頂蓋下部，并用錨具錨固，兩束預應力鋼筋中心間距為150mm—300mm，優選250mm—300mm，且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小于50mm。

所述斜支撐中，上下平行布置兩束預應力鋼筋，所述兩束預應力鋼筋中心間距為150mm—300mm，優選250mm—300mm，且預應力鋼筋束距該構件邊緣間距不小于50mm。

所述筒型基礎頂蓋上設置的預應力鋼筋間距0.5—1.2m，優選間距1—1.2m，分上下兩層布置，每層布置25—50束，優選每層布置25—30束，其端部通過錨具將預應力鋼筋錨固在筒壁外圍。

本發明提出一種帶斜支撐的預應力混凝土筒型基礎結構，此結構主要對混凝土過渡段及筒頂蓋與過渡段的連接部位進行體型優化，改善結構應力情況，避免了頂蓋及上部結構的應力集中，充分利用材料的承載力，改善筒型基礎在施工和運行工況下的應力情況，提高結構的穩定性和耐久性。在相同荷載下減小了結構尺寸和預應力鋼筋用量，進而提高結構的經濟性。此結構形式與其他筒型基礎不同之處：頂蓋及以上部位都采用預應力混凝土材料，減少了用鋼量；頂蓋上加預應力斜支撐比加預應力梁的傳力方式更好，避免了荷載直接豎向傳到頂蓋，導致頂蓋被拉壞；過渡段直徑由上到下增加，可緩解過渡段底部應力集中現象，厚度由上到下增加的形式可避免過渡段底部直徑過大，減小擾流。本發明可在陸地預制，利用結構自身的空腔，分倉充氣，在一定牽引下拖航至施工位置，并使用負壓加載和邊壁高壓充氣或水破土即可沉入地基，大大降低運輸費用和施工成本，且該結構還可回收利用。斜支撐，漸變直徑和漸變壁厚的混凝土過渡段結構的巧妙設計，充分利用混凝土和預應力鋼筋的材料性能，大大減小材料用量，安全經濟。