設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構及其方法技術

本發明專利技術涉及一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，包括豎直的鋼管樁與鋼套管，所述鋼管樁與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管樁與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔，所述鋼管樁與鋼套管在位于環型腔內的管壁上均開設有若干道環形槽，所述環型腔內填充有用于將鋼管樁與鋼套管粘結為一體的灌漿體。本發明專利技術與傳統灌漿連接相比，管壁表面平整度可控，可提高連接抗壓承載力，滿足海上風電機組基礎灌漿連接要求；與設置抗剪鍵的灌漿連接相比，本發明專利技術制作簡單，無焊接殘余應力和熱影響區，連接部位應力集中小，連接疲勞性能好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術提供了一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構及其方法，屬于海上風電機組基礎結構領域。
技術介紹
灌漿套管連接屬于兩個直徑不同圓管的搭接連接，是在管壁之間形成的環型腔內灌注水泥漿等灌漿材料，通過管壁與灌漿體之間的粘結和鋼管表明不平整產生機械咬合來傳遞軸向壓力。灌漿套管連接具有整體性好、施工方便和造價低等優點，首先在海洋采油平臺結構中得到廣泛應用。近年來，灌漿套管連接逐步在海上風電機組基礎結構中得到應用。然而，2009年在荷蘭Egmond海上風電場檢測到灌漿連接段出現豎向滑移現象，引起研究者和工程界的高度重視。挪威船級社海上風機設計規范DNV-OS-J101近年來也數易其稿，推薦在鋼管壁上焊接抗剪健來提高豎向承載能力。目前我國海上風電場設計也主要是借鑒DNV-OS-J101相關規定。然而，在相對較厚的鋼管樁壁上焊接抗剪鍵，焊接難度大，費用高；同時不可避免的在焊縫周圍存在熱影響區，降低管壁的性能；抗剪件部位存在嚴重的應力集中，抗剪件疲勞性能降低；抗剪件附件的灌漿體也會存在嚴重的應力集中，灌漿體的疲勞性能降低。灌漿套管連接段在軸向力作用下接觸面上的切應力超過粘結力，鋼管和灌漿料之間產生相對滑動。鋼管表面的不平整，會使管壁和灌漿體之間產生相互擠壓，從而產生切向應力。切向應力大小可以用下面公式表示：其中，RTP為外管半徑；tTP為外管厚度；Rp為內管半徑；tp內管厚度；h為灌漿體厚度；Es為鋼管彈模；Eg為灌漿體彈性模量；μ為摩擦系數；δ為鋼管表面不平整系數，對于普通軋制鋼管δ一般取為0.07mm。采用未對連接部位鋼管表面進行任何處理的灌漿連接在海洋采油平臺應用多年，狀況良好。對比海洋采油平臺基礎和海上風電機組基礎可以發現：1）海上風電機組基礎樁基直徑較大，最大樁徑已達7.8m。2）海上風電機組基礎樁基徑厚比較大。根據歐洲2007年前統計結果，海上風電工程中使用的鋼管樁徑厚比最大到100；海洋采油平臺基礎中采用的鋼管樁的徑厚比不超過40。3）海上風電機組基礎灌漿連接長度較小。海洋平臺灌漿連接要求連接長度不小于鋼管樁直徑的6倍；海上風電灌漿連接長度多在1.5~2.5倍鋼管樁直徑。根據公式(1)，其它條件不變的前提下，鋼管樁直徑和徑厚比的增加，連接部位的切向應力都會嚴重降低；另外，連接長度減小，鋼管壁表面不平整缺陷出現的概率也會減小。另外，隨著機械加工技術的進步，鋼管表面平整度缺陷也會降低。綜上所說，僅靠鋼管表面的不平整缺陷產生的機械咬合來抵抗海上風電機組基礎灌漿連接的軸向壓力存在不足，通過增加鋼管表面的不平整系數δ來提高連接的抗壓承載力是可行的。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對以上不足之處，提供了一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構及其方法。本專利技術解決技術問題所采用的方案是一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，包括豎直的鋼管樁與鋼套管，所述鋼管樁與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管樁與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔，所述鋼管樁與鋼套管在位于環型腔內的管壁上均開設有若干道環形槽，所述環型腔內填充有用于將鋼管樁與鋼套管粘結為一體的灌漿體。進一步的，所述鋼套管同軸套設于鋼管樁的外部，所述鋼管樁的外壁與鋼套管的內壁之間形成環型腔，所述環形槽在位于環型腔內的鋼管樁外壁上與鋼套管內壁上。進一步的，每道環形槽的深度為8mm，兩相鄰環形槽之間的間距為80mm。進一步的，所述環形槽的截面形狀為弧形。進一步的，所述環型腔的灌漿口處設有灌漿防漏裝置。進一步的，所述鋼套管的內壁設有臨時支托。進一步的，所述灌漿體的材料為高強水泥砂漿。一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構的連接方法，包括以下步驟：（1）先澆筑鋼管樁與鋼套管，其中在鋼管樁與鋼套管嵌套端的相鄰管壁上開設環形槽；（2）將鋼套管與鋼管樁相互同軸嵌套，并在兩嵌套端的環形槽之間形成的環型腔內灌注高強水泥砂漿，并在灌漿口處用灌漿防漏裝置進行封口，完成連接。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術與傳統灌漿連接相比，管壁表面平整度可控，可提高連接抗壓承載力，滿足海上風電機組基礎灌漿連接要求；與設置抗剪鍵的灌漿連接相比，本專利技術制作簡單，無焊接殘余應力和熱影響區，連接部位應力集中小，連接疲勞性能好。附圖說明下面結合附圖對本專利技術專利進一步說明。圖1為該專利技術的結構示意圖；圖中：1-鋼管樁；2-鋼套管；3-環型腔；4-環形槽；5-臨時支托；6-灌漿防漏裝置。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術進一步說明。如圖1所示，一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，包括豎直的鋼管樁1與鋼套管2，所述鋼管樁與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管樁與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔3，所述鋼管樁與鋼套管在位于環型腔內的管壁上均開設有若干道環形槽4，所述環型腔內填充有用于將鋼管樁與鋼套管粘結為一體的灌漿體。在本實施例中，所述鋼套管同軸套設于鋼管樁的外部，所述鋼管樁的外壁與鋼套管的內壁之間形成環型腔，所述環形槽在位于環型腔內的鋼管樁外壁上與鋼套管內壁上。在本實施例中，每道環形槽的深度為8mm，兩相鄰環形槽之間的間距為80mm。在本實施例中，所述環形槽的截面形狀為弧形。在本實施例中，所述環型腔的灌漿口處設有灌漿防漏裝置6。在本實施例中，所述鋼套管的內壁設有臨時支托5。在本實施例中，所述灌漿體的材料為高強水泥砂漿。一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構的連接方法，包括以下步驟：（1）先澆筑鋼管樁與鋼套管，其中在鋼管樁與鋼套管嵌套端的相鄰管壁上開設環形槽；（2）將鋼套管與鋼管樁相互同軸嵌套，并在兩嵌套端的環形槽之間形成的環型腔內灌注高強水泥砂漿，并在灌漿口處用灌漿防漏裝置進行封口，完成連接。上列較佳實施例，對本專利技術的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本專利技術的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于：包括豎直的鋼管樁與鋼套管，所述鋼管樁與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管樁與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔，所述鋼管樁與鋼套管在位于環型腔內的管壁上均開設有若干道環形槽，所述環型腔內填充有用于將鋼管樁與鋼套管粘結為一體的灌漿體。

【技術特征摘要】
1.一種設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于：包括豎直的鋼管樁與鋼套管，所述鋼管樁與鋼套管相互同軸嵌套，所述鋼管樁與鋼套管在嵌套端的相鄰管壁之間形成環型腔，所述鋼管樁與鋼套管在位于環型腔內的管壁上均開設有若干道環形槽，所述環型腔內填充有用于將鋼管樁與鋼套管粘結為一體的灌漿體。
2.根據權利要求1所述的設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于：所述鋼套管同軸套設于鋼管樁的外部，所述鋼管樁的外壁與鋼套管的內壁之間形成環型腔，所述環形槽在位于環型腔內的鋼管樁外壁上與鋼套管內壁上。
3.根據權利要求1所述的設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特征在于：每道環形槽的深度為8mm，兩相鄰環形槽之間的間距為80mm。
4.根據權利要求1所述的設置環槽的海上風電機組基礎灌漿套管連接結構，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳兆旗，游先輝，魏源，黃超，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建;35