[发明专利]一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，适用于海上风力发电行业，特别是大管径的单桩风机基础中。

背景技术

单桩基础通常由单根大直径钢管构成，下部深入土中，提供承载力；中部浸于水中承受波浪、海流、潮汐等长期循环作用；上部通过连接段与风机塔筒相连。作为结构最为简单的一种海上风电基础型式，单立柱单桩基础是欧洲海上风电场的主导基础结构型式。随着国内制桩工艺、沉桩能力的提高，单桩基础也将成为我国近海风电场建设中的主要结构型式。

海上风电结构主要承受风、浪、流等水平荷载作用，在设计中需要重点考虑基桩水平承载性能，对于大直径单桩基础而言，由于其“较柔”(刚度相对较小)，对于动荷载的响应相对较大，容易在风、浪、流等动力荷载的长期作用下产生疲劳损伤甚至失效；且桩身水平位移不易控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述技术问题，而提出一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，旨在改善风机基础的水平承载性能，提高基桩水平承载力，降低桩身的位移和弯矩。

本发明所采用的技术方案是：一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构，具有沉桩施工于海床上的钢管式的基桩，其特征在于：在海床泥面以下近地表的高程处、所述基桩的桩身上加装一组稳定翼，稳定翼以基桩为中心呈放射状布置，长度方向与基桩轴向平行，宽度方向与基桩轴向垂直。

所述稳定翼共有4个，以90°夹角布置。

所述稳定翼与基桩之间焊有支撑构件。

所述稳定翼近似矩形，其下翼缘制有10～20°的减阻角θ₁，上翼缘制有10～20°的减缓应力集中的坡角θ₂。

所述稳定翼的厚度等于或略大于基桩的壁厚；稳定翼的宽度不小于基桩桩径的1/2、不大于基桩桩径；稳定翼的长度不小于基桩桩径的1倍、不大于基桩桩径的3倍。

所述稳定翼的上翼缘距离海床地表的间距h与泥面冲刷深度相匹配。

本发明的有益效果是：本发明在风机基础的基桩上加装了一组稳定翼，且稳定翼位于海床泥面以下，具有以下优点：1)稳定翼可增强基桩近地表段桩身刚度；2)稳定翼可充分发挥近地表浅层桩前土的抗力，增强基桩水平承载性能，显著降低桩身位移及弯矩；3)达到与无稳定翼普通基桩同等的水平承载性能时，本发明中基桩的桩长或桩径可得以减小，钢材用量显著降低；桩长或桩径减小后，又可显著降低材料成本及沉桩成本；4)沉桩后稳定翼位于海床泥面以下，不会对上部结构的安装、海床的必要抛石处理等产生影响；5)稳定翼位于基桩的上部(非末端)，因此对打桩的影响较小。

附图说明

图1是本发明实施例的立面布置图。

图2是图1的俯视图。

图3是本实施例中稳定翼的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的单桩风机基础具有钢管式的基桩1。与传统的风机基础结构不同，本例在海床泥面以下近地表的高程处、基桩1桩身上焊接有4个钢板材质(型号为Q345C)的稳定翼2。所述的4个稳定翼2以基桩1为中心呈放射状布置，长度方向与基桩轴向平行，宽度方向与基桩轴向垂直，相邻两稳定翼间的夹角为90°。

如图2所示，为保证稳定翼2和基桩1之间的连接强度，在此二者之间还焊接有支撑构件6。稳定翼的具体结构如图3所示，其形状近似矩形，考虑打桩阻力及应力集中，可将上、下翼缘进行坡度化处理：沉桩后期，稳定翼开始入泥后，阻力将增加，鉴于此，将稳定翼的下翼缘1-1坡度化处理，将下翼缘1-1加工成带减阻角θ₁，10°≤θ₁≤20°；稳定翼的上翼缘1-2与基桩连接处易发生应力集中，鉴于此，将上翼缘1-2进行坡度化处理，将上翼缘1-2加工成带减缓应力集中的坡角θ₂，10°≤θ₂≤20°。图3中，附图标记1-3表示稳定翼内缘，与基桩相连；附图标记1-4表示稳定翼外缘。

如图1所示，稳定翼上翼缘原则上与海床地表齐平(h＝0，h为稳定翼的上翼缘距离海床地表的间距)，实际应用中考虑到泥面冲刷或地表土特性较差等因素影响，取h与所考虑冲刷深度等值，且宜通过数值模拟优化计算结果适当调整。

稳定翼厚度(T)可选与基桩壁厚等同或略微加大；

稳定翼宽度(W)以基桩桩径(D)为参照，取值范围建议在D/2≤W≤D；

稳定翼长度(L)以基桩桩径(D)为参照，取值范围建议在D≤W≤3D；