[發(fā)明專利]一種抗扭翼型吸力錨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011268447.9
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112442997A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付登鋒;趙康男;郭曉港;閆玥
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: E02D27/42
• 分類號: E02D27/42;E02D27/44;E02D27/52
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 琪琛

本發(fā)明公開了一種抗扭翼型吸力錨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括錨體外壁和翼型結(jié)構(gòu)，所述翼型結(jié)構(gòu)和錨體外壁焊接成為一個整體結(jié)構(gòu)，所述的翼型結(jié)構(gòu)設(shè)置于錨體外壁中部、中下部或縱跨整個高度，達(dá)到提升抗扭承載力及避免表層沖刷的要求。本發(fā)明的外翼型吸力錨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡單，充分利用了既有的吸力錨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，增設(shè)尺度不大、形狀規(guī)則的鋼制外翼片，造價低，可完全發(fā)揮傳統(tǒng)吸力錨負(fù)壓沉放高效安裝的優(yōu)勢；并且可通過調(diào)整外翼結(jié)構(gòu)的尺寸和安裝位置，滿足不同的抗扭承載力需求，可充分兼顧建造、設(shè)計(jì)及安裝的綜合成本控制需求，為海洋工程領(lǐng)域提供了一種新型的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于提高傳統(tǒng)吸力錨的抗扭 承載力的新型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

吸力錨基礎(chǔ)作為一種深水系泊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，已在深海油氣開發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用多年，憑借其施工 快捷、噪音小、成本低、可重復(fù)利用等自身顯著優(yōu)勢，也逐漸受到了海洋新能源行業(yè)的關(guān)注 和青睞，作為可行的浮式風(fēng)電錨固基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，已應(yīng)用到了多個國際浮式風(fēng)電場的試點(diǎn)項(xiàng)目中。

然而，傳統(tǒng)的基于海洋油氣領(lǐng)域吸力錨設(shè)計(jì)原則，并不能完美地應(yīng)用于海上浮式風(fēng)電的 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、安裝等環(huán)節(jié)，特別是，吸力錨的常規(guī)承載設(shè)計(jì)方法中往往是以平面內(nèi)的拉拔設(shè)計(jì) 荷載為主，通過優(yōu)化系泊點(diǎn)的為主，尋求吸力錨最優(yōu)的拉拔承載性能。對由于非共面的拉拔 荷載鮮有考慮，這對于吸力錨作為浮式錨固基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言，可能忽略了非共面拉拔荷載引起 的大扭矩荷載工況，使得吸力錨尚未發(fā)揮出設(shè)計(jì)的拉拔承載性能之前，就已經(jīng)出現(xiàn)了顯著的 抗扭破壞工況，這在浮式風(fēng)電領(lǐng)域的吸力錨基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研發(fā)中仍屬盲區(qū)地帶。

因此，吸力錨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在浮式風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用中，存在由抗扭性能不足而引發(fā)整體承載性 能大幅降低的潛在工程問題，為解決這類吸力錨的抗扭破壞為主針對性設(shè)計(jì)問題，我們從吸 力錨的抗扭破壞機(jī)理出發(fā)，提出了一種可顯著提高傳統(tǒng)吸力錨抗扭承載力的新型翼型吸力錨 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于提供傳統(tǒng)吸力錨抗扭承載力的翼型吸力錨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù) 中由抗扭性能不足而引發(fā)整體承載性能大幅降低的潛在工程問題。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種抗扭翼型吸力錨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括錨體外壁和翼型結(jié)構(gòu)，所述翼型結(jié)構(gòu)和錨體外壁焊 接成為一個整體結(jié)構(gòu)，所述的翼型結(jié)構(gòu)設(shè)置于錨體外壁中部、中下部或縱跨整個高度，達(dá)到 提升抗扭承載力及避免表層沖刷的要求。

基于吸力錨受扭矩荷載作用下的破壞模式，利用增設(shè)的錨體外壁翼型結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)吸力 錨的主要剪切面“吸力錨側(cè)壁-土體”，轉(zhuǎn)移至新型吸力錨翼型結(jié)構(gòu)外側(cè)延的“土–土” 剪切面，從而大幅地降低了擾動土體(吸力錨安裝后往往對側(cè)壁周圍約1倍壁厚區(qū)域內(nèi)的土 體產(chǎn)生顯著的擾動，導(dǎo)致強(qiáng)度降低)對吸力錨抗扭承載力的影響。

基于上述技術(shù)特征，通過增設(shè)錨體外壁的翼型結(jié)構(gòu)，能夠充分利用翼型結(jié)構(gòu)在受扭矩荷 載下前后側(cè)主被動土壓力，增加傳統(tǒng)吸力錨的有效扭剪錨土作用區(qū)域，并將未擾動的原狀土 體調(diào)動起來直接貢獻(xiàn)于吸力錨的抗扭承載力。

優(yōu)選地，上述一種用于提高吸力錨抗扭承載力的翼型結(jié)構(gòu)，可通過增加翼片數(shù)量，使翼 型吸力錨的抗扭破壞模式從翼片的局部破壞逐漸演變成翼片外側(cè)延的整體“土-土”剪切破 壞模式，并將吸力錨安裝過程中主要的擾動土體區(qū)域有效地限制在相鄰兩翼片結(jié)構(gòu)之間，達(dá) 到不折減吸力錨抗扭承載力的效果。

基于上述技術(shù)特征，翼型吸力錨的翼片數(shù)量應(yīng)大于3片，但不能過多，建議不大于5片， 以達(dá)到控制設(shè)計(jì)及安裝成本的效果。

優(yōu)選地，上述一種用于提高吸力錨抗扭承載力的翼型結(jié)構(gòu)，可通過增加翼片結(jié)構(gòu)寬度s， 建議翼片結(jié)構(gòu)寬度大于0.05D(D為吸力錨外徑)，但考慮安裝和和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，不易過大，建 議小于D，以便有效提高翼型吸力錨的扭剪半徑，從而提供翼型吸力錨受扭矩荷載作用下的 剪切面積，以達(dá)到提供抗扭承載力的效果。