本實用新型涉及一種提升海上風電單樁過渡段灌漿材料疲勞壽命的裝置，適用于海上風力發(fā)電行業(yè)，特別是需要過渡段灌漿的單樁基礎(chǔ)。

背景技術(shù)：

作為結(jié)構(gòu)簡單、荷載傳遞明確且施工簡便快捷的一種海上風電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，單樁基礎(chǔ)在目前已建成的近海風電場中得到廣泛應(yīng)用，歐洲超過三分之二的海上風電項目都采用單樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直徑已達9.5m。

在砂性土和硬粘土地區(qū)，沉樁施工會造成樁頭累積一定的疲勞損傷，多采用含過渡段的單樁基礎(chǔ)，即上部結(jié)構(gòu)（塔筒、風電機組）與鋼管樁通過過渡段鋼管灌漿連接（見圖1、圖2），上部荷載通過過渡段傳遞至樁基礎(chǔ)。歐洲絕大多數(shù)的單樁基礎(chǔ)都是含過渡段灌漿連接的單樁基礎(chǔ)。

海上風機結(jié)構(gòu)服役環(huán)境惡劣，長期承受各種海洋環(huán)境荷載的交互作用，尤其是風機運行荷載的往復(fù)作用，疲勞荷載已成為其主要控制荷載。在長期往復(fù)荷載作用下，鋼管樁頂部附近的灌漿材料容易就出現(xiàn)疲勞碎裂，隨著灌漿材料破壞的進一步發(fā)展，過渡段鋼管下移，進而影響上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和風機的安全運行。在歐洲已運行的風電場中，有超過400臺的單樁基礎(chǔ)出現(xiàn)了上述破壞現(xiàn)象，后續(xù)維修加固成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種提升海上風電單樁過渡段灌漿材料疲勞壽命的裝置，改進目前廣泛應(yīng)用于海上風電單樁基礎(chǔ)的過渡段結(jié)構(gòu)，旨在通過該裝置較大的阻尼吸收部分上部荷載能量，減少傳遞至灌漿材料和樁基礎(chǔ)上的疲勞荷載，提升過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低后期維護加固的成本；另外，該裝置的設(shè)置也可以降低樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計所需增加的材料和工藝成本，提高風機結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種提升海上風電單樁過渡段灌漿材料疲勞壽命的裝置，包括沉樁施工于海床上的鋼管式單樁，所述鋼管式單樁的樁頂套設(shè)過渡段結(jié)構(gòu)，所述過渡段結(jié)構(gòu)包括過渡段鋼管、焊接于過渡段鋼管內(nèi)壁上的支撐牛腿以及固定在支撐牛腿下的環(huán)形橡膠墊塊，所述過渡段鋼管套設(shè)在所述鋼管式單樁外側(cè)，所述環(huán)形橡膠墊塊支撐在所述支撐牛腿和所述鋼管式單樁之間。

在采用上述技術(shù)方案的同時，本實用新型還可以采用或者組合采用以下進一步的技術(shù)方案：

所述支撐牛腿為多個，所述多個支撐牛腿沿所述過渡段鋼管的內(nèi)壁環(huán)向均勻布置，其端部所形成的環(huán)面內(nèi)徑小于鋼管式單樁的內(nèi)壁直徑。

所述環(huán)形橡膠墊塊的外徑與過渡段鋼管的內(nèi)徑相等，其內(nèi)徑小于鋼管式單樁的內(nèi)徑，所述環(huán)形橡膠墊塊的頂面與支撐牛腿的底面壓緊受力，所述環(huán)形橡膠墊塊的底面與鋼管式單樁的頂面壓緊受力。

所述鋼管式單樁的外表面與所述過渡段鋼管的內(nèi)表面在套接段范圍內(nèi)通過灌漿連接固定，所述鋼管式單樁與過渡段鋼管的套接段之間設(shè)有灌漿連接區(qū)，所述灌漿連接區(qū)的下部設(shè)有灌漿封堵裝置。

所述環(huán)形橡膠墊塊的下表面設(shè)置溢漿槽，所述溢漿槽連通灌漿連接區(qū)與鋼管式單樁內(nèi)部，所述溢漿槽的分布避開支撐牛腿的受力區(qū)域。

本實用新型的有益效果是：本實用新型的裝置具有以下優(yōu)點：1）本裝置較大的阻尼吸收了部分上部荷載能量，減少了傳遞至灌漿材料和樁基礎(chǔ)的疲勞荷載，提升了過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低了后期維護加固的成本；2）本裝置的設(shè)置也可以降低樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計所需增加的材料和工藝成本，提高風機結(jié)構(gòu)的疲勞壽命；3）本裝置的制作在陸上加工廠中完成，既可保證加工質(zhì)量，又不增加海上的現(xiàn)場工作量；4）本裝置的設(shè)置不會對現(xiàn)場作業(yè)及安裝上部結(jié)構(gòu)等后續(xù)施工產(chǎn)生影響。

附圖說明

圖1為本實用新型安裝在海上風機單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的立面示意圖。

圖2為本實用新型的典型剖面圖。

圖3為圖2的A-A剖視圖。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本實用新型包括沉樁施工于海床上的鋼管式單樁1，鋼管式單樁1的樁頂部位套設(shè)有過渡段結(jié)構(gòu)，過渡段結(jié)構(gòu)包括過渡段鋼管4、焊接于過渡段鋼管4內(nèi)壁的支撐牛腿3和固定在支撐牛腿3下的環(huán)形橡膠墊塊2，所有鋼材材料一致。

過渡段鋼管4套設(shè)在鋼管式單樁1的外側(cè)，支撐牛腿3焊接于過渡段鋼管4的內(nèi)壁上，且位于鋼管式單樁1的上端，環(huán)形橡膠墊塊2支撐于鋼管式單樁1的樁頂與支撐牛腿3之間。

支撐牛腿3為多個，多個支撐牛腿3沿過渡段鋼管4的內(nèi)壁環(huán)向均勻布置，并且，多個支撐牛腿3的端部所形成的環(huán)面的內(nèi)徑，小于鋼管式單樁1的內(nèi)壁直徑，也就是說，多個支撐牛腿3大小相同，且其端部突出于鋼管式單樁1的內(nèi)壁。本實施例中支撐牛腿3沿過渡段鋼管4的內(nèi)壁環(huán)向均勻布置6個，其徑向厚度等于或略小于環(huán)形橡膠墊塊2的徑向厚度，但等于或略大于鋼管式單樁1頂部壁厚與灌漿厚度之和；支撐牛腿3的高度略大于其徑向厚度，具體宜通過有限元受力分析而定，達到最理想效果。

環(huán)形橡膠墊塊2的頂面與支撐牛腿3的底面壓緊受力，環(huán)形橡膠墊塊2的底面與鋼管式單樁1的頂面壓緊受力。環(huán)形橡膠墊塊3的內(nèi)徑依據(jù)鋼管式單樁1頂部的內(nèi)徑確定，等于或略小于鋼管式單樁1頂部的內(nèi)徑；環(huán)形橡膠墊塊2的徑向厚度依據(jù)鋼管式單樁1頂部壁厚和灌漿厚度確定，等于或略大于鋼管式單樁1頂部壁厚與灌漿厚度之和，環(huán)形橡膠墊塊2的軸向高度依據(jù)期望消能水平和有限元受力分析而定，以達到最理想效果。

所述鋼管式單樁1的外表面與所述過渡段鋼管4的內(nèi)表面在套接段范圍內(nèi)通過灌漿連接固定，所述鋼管式單樁1與過渡段鋼管4的套接段之間設(shè)有灌漿連接區(qū)5，灌漿連接區(qū)5的頂部與環(huán)形橡膠墊塊2接觸，灌漿連接區(qū)5的下部設(shè)有灌漿封堵裝置6。

環(huán)形橡膠墊塊2的下表面預(yù)制溢漿槽7；溢漿槽7連通灌漿連接區(qū)5與鋼管式單樁1內(nèi)部，所述溢漿槽7的分布避開支撐牛腿3的受力區(qū)域。

本實施例的具體施工方法如下：鋼管式單樁1、環(huán)形橡膠墊塊2（預(yù)制溢漿槽7）、支撐牛腿3、過渡段鋼管4、灌漿材料5、灌漿封堵裝置6的選材、選型、加工和裝配工作在施工前預(yù)先完成，包括將支撐牛腿3焊接到過渡段鋼管4內(nèi)壁、將2環(huán)形橡膠墊塊固定到3支撐牛腿下部。鋼管式單樁1的沉樁施工與普通鋼管式單樁相同，無需增加其他的輔助設(shè)備或措施。待鋼管式單樁1沉樁完畢后，將預(yù)安裝好環(huán)形橡膠墊塊2和支撐牛腿3的過渡段結(jié)構(gòu)吊裝至鋼管式單樁1上，對過渡段頂法蘭進行調(diào)平，最后進行封堵、灌漿。其灌漿工藝與傳統(tǒng)的過渡段單樁基礎(chǔ)灌漿工藝相同，鋼管式單樁1頂部需溢漿（本實施例通過溢漿槽7溢漿）；后續(xù)上部結(jié)構(gòu)的施工安裝與傳統(tǒng)的過渡段單樁風機基礎(chǔ)一致。

上述實施例主要應(yīng)用于海上風力發(fā)電機單樁基礎(chǔ)中，特別是需要過渡段灌漿的單樁基礎(chǔ)，但并不以此為限，對于工程結(jié)構(gòu)所涉及的其它樁基礎(chǔ)也可運用本實用新型技術(shù)方案進行改良，提升過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低后期維護加固的成本以及樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計所需增加的材料和工藝成本，進而提高工程結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。無論是何種型式的工程樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，只要該樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)符合“在基樁頂部過渡段處設(shè)置大阻尼材料吸收部分上部荷載能量，減少傳遞至灌漿材料和樁基礎(chǔ)上的疲勞荷載，提升過渡段灌漿材料的疲勞壽命，降低樁基礎(chǔ)因疲勞設(shè)計所需增加的材料和工藝成本”的設(shè)計原則，則均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。