[发明专利]一种抗扭翼型吸力锚基础结构

说明书

本发明公开了一种抗扭翼型吸力锚基础结构，包括锚体外壁和翼型结构，所述翼型结构和锚体外壁焊接成为一个整体结构，所述的翼型结构设置于锚体外壁中部、中下部或纵跨整个高度，达到提升抗扭承载力及避免表层冲刷的要求。本发明的外翼型吸力锚基础结构简单，充分利用了既有的吸力锚基础结构，增设尺度不大、形状规则的钢制外翼片，造价低，可完全发挥传统吸力锚负压沉放高效安装的优势；并且可通过调整外翼结构的尺寸和安装位置，满足不同的抗扭承载力需求，可充分兼顾建造、设计及安装的综合成本控制需求，为海洋工程领域提供了一种新型的基础结构型式。

技术领域

本发明涉及海洋工程基础结构设计技术领域，尤其涉及一种用于提高传统吸力锚的抗扭 承载力的新型基础结构。

背景技术

吸力锚基础作为一种深水系泊基础结构，已在深海油气开发领域应用多年，凭借其施工 快捷、噪音小、成本低、可重复利用等自身显著优势，也逐渐受到了海洋新能源行业的关注 和青睐，作为可行的浮式风电锚固基础结构，已应用到了多个国际浮式风电场的试点项目中。

然而，传统的基于海洋油气领域吸力锚设计原则，并不能完美地应用于海上浮式风电的 基础设计、安装等环节，特别是，吸力锚的常规承载设计方法中往往是以平面内的拉拔设计 荷载为主，通过优化系泊点的为主，寻求吸力锚最优的拉拔承载性能。对由于非共面的拉拔 荷载鲜有考虑，这对于吸力锚作为浮式锚固基础结构而言，可能忽略了非共面拉拔荷载引起 的大扭矩荷载工况，使得吸力锚尚未发挥出设计的拉拔承载性能之前，就已经出现了显著的 抗扭破坏工况，这在浮式风电领域的吸力锚基础设计研发中仍属盲区地带。

因此，吸力锚基础结构在浮式风电领域应用中，存在由抗扭性能不足而引发整体承载性 能大幅降低的潜在工程问题，为解决这类吸力锚的抗扭破坏为主针对性设计问题，我们从吸 力锚的抗扭破坏机理出发，提出了一种可显著提高传统吸力锚抗扭承载力的新型翼型吸力锚 基础结构。

发明内容

本发明提供一种用于提供传统吸力锚抗扭承载力的翼型吸力锚基础结构，解决现有技术 中由抗扭性能不足而引发整体承载性能大幅降低的潜在工程问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种抗扭翼型吸力锚基础结构，包括锚体外壁和翼型结构，所述翼型结构和锚体外壁焊 接成为一个整体结构，所述的翼型结构设置于锚体外壁中部、中下部或纵跨整个高度，达到 提升抗扭承载力及避免表层冲刷的要求。

基于吸力锚受扭矩荷载作用下的破坏模式，利用增设的锚体外壁翼型结构，将传统吸力 锚的主要剪切面“吸力锚侧壁-土体”，转移至新型吸力锚翼型结构外侧延的“土–土” 剪切面，从而大幅地降低了扰动土体(吸力锚安装后往往对侧壁周围约1倍壁厚区域内的土 体产生显著的扰动，导致强度降低)对吸力锚抗扭承载力的影响。

基于上述技术特征，通过增设锚体外壁的翼型结构，能够充分利用翼型结构在受扭矩荷 载下前后侧主被动土压力，增加传统吸力锚的有效扭剪锚土作用区域，并将未扰动的原状土 体调动起来直接贡献于吸力锚的抗扭承载力。

优选地，上述一种用于提高吸力锚抗扭承载力的翼型结构，可通过增加翼片数量，使翼 型吸力锚的抗扭破坏模式从翼片的局部破坏逐渐演变成翼片外侧延的整体“土-土”剪切破 坏模式，并将吸力锚安装过程中主要的扰动土体区域有效地限制在相邻两翼片结构之间，达 到不折减吸力锚抗扭承载力的效果。

基于上述技术特征，翼型吸力锚的翼片数量应大于3片，但不能过多，建议不大于5片， 以达到控制设计及安装成本的效果。

优选地，上述一种用于提高吸力锚抗扭承载力的翼型结构，可通过增加翼片结构宽度s， 建议翼片结构宽度大于0.05D(D为吸力锚外径)，但考虑安装和和设计环节，不易过大，建 议小于D，以便有效提高翼型吸力锚的扭剪半径，从而提供翼型吸力锚受扭矩荷载作用下的 剪切面积，以达到提供抗扭承载力的效果。