一种海上风电单桩基础套笼抑振装置及方法 |
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| 申请号 | CN202311764936.7 | 申请日 | 2023-12-21 | 公开(公告)号 | CN117926823A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 中国海洋大学; | 发明人 | 徐明强; 王树青; 赵海旭; 田会元; 蒋玉峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出一种海上 风 电单桩 基础 套笼抑振装置及方法，属于海上风电技术领域，包括左右对称设置的上紧固臂、中部楔形板、 连杆 以及下紧固臂，上紧固臂呈L型，一端连接夹紧装置，另一端连接连杆，两夹紧装置均具有纵向方向的挡槽，中部楔形板插装在两卡挡槽中，下紧固臂轴接在连杆上，包括套筒、置于套筒内的 弹簧 以及与弹簧配合的拉杆。本发明依靠弹簧舒张 力 使得桩体和圈梁间隙的紧密、自动填充，当结构在外 载荷 作用下发生振动，从而产生更大的空隙后，会依赖弹簧舒 张力 继续拉伸中部楔形板填充，保证任何状态下的填充密实，可实现抑振装置完全抱紧圈梁，不会脱落。本发明不需要在圈梁上打孔或做凹槽，既节约了成本，也不会破坏结构本身的连续性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种海上风电单桩基础套笼抑振装置，其特征在于，包括：左右对称设置的上紧固臂、中部楔形板、连杆以及下紧固臂，所述上紧固臂呈L型，一端连接夹紧装置，另一端连接连杆，所述两夹紧装置均具有纵向方向的挡槽，所述中部楔形板插装在两卡挡槽中，所述下紧固臂轴接在所述连杆上，包括套筒、置于套筒内的弹簧以及与该弹簧配合的拉杆，使用状态下，抑振装置安装在圈梁和桩体之间的间隙处，中部楔形板依靠拉杆产生的弹性力向下贯入夹紧装置，确保任何状态下夹紧装置对间隙进行自动填充。 |
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| 说明书全文 | 一种海上风电单桩基础套笼抑振装置及方法技术领域[0001] 本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种海上风机基础套笼的抑振装置及抑振方法。 背景技术[0002] 相比于陆上风电,海上风电所处的环境更加复杂,为了方便运维以及相关构件安装，一般在桩基外侧设置附属结构套笼,套笼包括自上而下设置的多层圈梁,若干层圈梁通过竖杆焊接固定在一起形成套笼,套笼起吊后自上向下套接在塔筒外侧。由于套笼是从桩体上方往下吊装的，安装时两者之间存在一定空隙，波浪作用及船舶停靠撞击都会使套笼产生连续晃动，造成结构磨损甚至直接损坏，因此需要对空隙进行填充，实现套笼振动抑制。 [0003] 目前普遍的固定方式是通过螺栓将套笼与桩体固定，由于没有稳定的站立位置，需要将工人悬吊着将紧固装置放置于圈梁和桩体之间，而后人工拧动螺栓，增大支撑距离，使空隙完全被填充。显然，逐个螺栓紧固施工时间长，且个人本身的力量完全不足以实现对数吨的套笼进行紧固定位。此外，为防止紧固装置脱落，圈梁上需要设置凹槽，既增加了施工成本，又破坏了结构的连续性。 [0004] 公开号CN219653748U的新型专利提供一种海上风机基础套笼的紧固装置，包括承压板，承压板位于桩体和套笼的圈梁之间的空隙，承压板为弧度可调的弧形承压板，承压板的下端与圈梁的下侧固定连接，承压板的弧形凸起朝向桩体并与桩体抵接，承压板与桩体接触的受力面积可变，圈梁的上面固定连接有支撑结构，承压板的上端与支撑结构的上缘抵接，承压板和缓冲面层的凸起与桩体外表面抵接。该技术是在圈梁上加装弧形承压板，通过承压板与桩紧密接触，实现填充。然而，在吊装前加装承压板，圈梁的内径已小于桩的外径，势必造成套笼无法顺利吊装到桩的外侧。 发明内容[0005] 针对现有套笼振动抑制方式普遍存在安装不便及施工成本较高的问题，本发明提出一种海上风电单桩基础套笼抑振装置，其包括：左右对称设置的上紧固臂、中部楔形板、连杆以及下紧固臂，所述上紧固臂呈L型，一端连接夹紧装置，另一端连接连杆，所述两夹紧装置均具有纵向方向的挡槽，所述中部楔形板插装在两卡挡槽中，所述下紧固臂轴接在所述连杆上，包括套筒、置于套筒内的弹簧以及与该弹簧配合的拉杆，使用状态下，抑振装置安装在圈梁和桩体之间的间隙处，中部楔形板依靠拉杆产生的弹性力向下贯入夹紧装置，确保任何状态下夹紧装置对间隙进行自动填充。 [0006] 进一步地，所述夹紧装置包括内、外层楔形板，所述上紧固臂的前端宽度窄于所述上紧固臂的主体宽度，上紧固臂的前端长度L大于圈梁和桩体之间的间隙D，所述内层楔形板活动套装在上紧固臂的前端，外层楔形板固定在上紧固臂的前端断面上，内、外层楔形板呈上宽下窄的挡槽。 [0007] 进一步地，所述中部楔形板包括左右对称的卡槽，以及位于两卡槽之间的开孔，所述中部楔形板与所述内、外层楔形板的斜度一致，当中部楔形板插装在两卡挡槽中，未完全贯入时，三层板的总厚度d小于圈梁和桩体之间的间隙D。 [0009] 进一步地，所述连杆为圆柱形，其上设有吊耳，以及下紧固臂的限位止挡，连杆柱的两端连接上紧固臂的下端。 [0010] 进一步地，所述上紧固臂为工字钢，顶部设有吊耳。 [0011] 进一步地，所述下紧固臂的一端具有套环，所述套环套装在所述连杆上。 [0012] 进一步地，所述内层楔形板、中部楔形板、外层楔形板呈微弧形，能够与桩体完全贴合。 [0013] 进一步地，所述下紧固臂的截面为方形。 [0014] 本发明另外提出一种海上风电单桩基础套笼紧固抑振方法，包括： [0015] 步骤A、在平台上放置起重机，起重机上有钢丝绳和千斤顶，钢丝绳上带有吊钩； [0016] 步骤B、将两上紧固臂及连杆悬挂于起重机的吊钩上； [0017] 步骤C、释放钢丝绳，将抑振装置下放到圈梁的安装位置，并将夹紧装置和中部楔形板插入圈梁和桩之间的空隙； [0018] 步骤D、将起重机钢丝绳的吊钩挂在吊带上，在平台上操作千斤顶，使得起重机钢丝绳逐渐收紧，拉动下紧固臂由垂直变为水平，并紧贴圈梁下表面，呈现逐渐收紧状态，并带动拉杆压缩弹簧，将拉杆钢丝绳的挂钩挂在中部楔形板的挂孔上。 [0019] 步骤E、操作千斤顶，继续下放起重机钢丝绳，直至起重机钢丝绳和吊带脱开，使得弹簧舒张，下紧固臂钢丝绳绷紧，带动中部楔形板向下继续贯入，挤压内层楔形板向圈梁靠近，三层板的总厚度d逐渐增大，直至d等于圈梁和桩体之间的间隙D，实现圈梁与桩体空隙的完全填充。 [0020] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下： [0021] 1.本发明依靠弹簧舒张力使得桩和圈梁空隙的紧密、自动填充，当结构在外载荷作用下发生振动，从而产生更大的间隙后，会依赖弹簧舒张力继续拉伸中部楔形板填充，保证任何状态下的填充密实；由于弹簧在形变过程产生了预应力，可以实现抑振装置完全抱紧圈梁，不会脱落。本发明不需要在圈梁上打孔或做凹槽，既节约了成本，也不会破坏结构本身的连续性。 [0022] 2.两上紧固臂均采用工字钢设计，重量轻。同时，下紧固臂采用方形设计，保证左上、右上、下紧固臂与圈梁有较大的接触面积，不会对圈梁产生较大的挤压应力。 [0023] 3.本发明操作过程仅需人工辅助将装置定位、挂钩等简单操作，无需任何繁重的体力劳动，且只要悬吊施工人员将下紧固臂钢丝绳的挂钩挂在中部楔形板上，施工人员就可以移步到下一个位置进行安装，施工时间短。另外，平台上的施工人员仅需依靠压缩千斤顶产生预应力，以很小的人力实现完全填充。附图说明 [0024] 图1为本发明实施例抑振装置结构示意图(未安装中部楔形板)； [0025] 图2为本发明实施例连杆结构示意图； [0026] 图3‑1为本发明实施例上紧固臂结构示意图(未安装楔形板)； [0027] 图3‑2为本发明实施例上紧固臂结构示意图(安装楔形板后)； [0028] 图4为本发明实施例内楔形板结构示意图； [0029] 图5为本发明实施例中部楔形板结构示意图； [0030] 图6‑1为本发明实施例下紧固臂结构示意图； [0031] 图6‑2为本发明实施例下紧固臂去掉套筒后结构示意图； [0032] 图7为本发明实施例抑振装置吊装下方状态图； [0033] 图8为本发明实施例抑振装置收紧状态图； [0034] 图9‑1为本发明实施例抑振装置安装完成状态图； [0035] 图9‑2为本发明实施例抑振装置安装完成状态图(不包含圈梁和桩)； [0036] 图10为本发明实施例整层圈梁上抑振装置安装完成状态图； [0037] 图11为图10中A部放大图； [0038] 如上各图中：1、上紧固臂；1‑1、紧固臂吊耳；1‑2；连接孔；2、夹紧装置；2‑1、内层楔形板；2‑2、外层楔形板；3、连杆；3‑1、连杆吊耳；3‑2、螺纹；4、下紧固臂；4‑1、套筒；4‑2、套孔；4‑3、拉杆；4‑4、弹簧；5、中部楔形板；5‑1、卡槽；5‑2、挂孔；6、吊带；7、拉杆钢丝绳；8、挂钩；9、钢丝绳；10、桩体；11、圈梁；12、套笼；13、起重机。 具体实施方式[0039] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细地说明。 [0040] 实施例一、参考图1、图6‑1、图6‑2、图7、图8、图9‑1、图9‑2、图10、图11，本实施例提出一种海上风电单桩基础套笼抑振装置，包括：上紧固臂1、下紧固臂4、连杆3以及中部楔形板5。 [0041] 如图3‑1、图3‑2、图4所示，上紧固臂1包括左上紧固臂与右上紧固臂，二者对称设置，为L型的工字钢，头部做切削处理，头部最小宽度d，最大宽度D，头部长度为l，头部长度l略大于圈梁11和桩体10之间的间隙。端部安装紧固臂吊耳1‑1及夹紧装置2，本实施例夹紧装置2为内层楔形板2‑1及外层楔形板2‑2，两楔形板中间均开一个矩形孔洞，宽度略大于d，而小于D。预安装过程中，先后将内层楔形板2‑1、外层楔形板2‑2套入左上、右上紧固臂1的头部，对外层楔形板2‑2做点焊处理，防止其从头部脱离，实施例内层楔形板2‑1、外层楔形板2‑2的截面斜度相同，安装后呈现上宽下窄的挡槽。由于内层楔形板2‑1活动套装在上紧固臂前端，可沿上紧固臂滑动，当中部楔形板贯入后，能推动内层楔形板挤压圈梁，从而使得三层板在间隙处填充紧实。 [0042] 参考图2，连杆3为圆柱形，连杆上设有两个连杆吊耳3‑1，两端做对称切削处理，使得两端直径小于中间部分。连杆起到连接左上、右上紧固臂1与下紧固臂4的作用，同时也使得左上、右上紧固臂与下紧固臂4可绕连杆转动。所述左上、右上紧固臂下端均设有连接孔1‑2，下紧固臂4的一端设有套孔4‑2，套孔4‑2内径略大于连杆最大外径，左上、右上紧固臂1的套孔内径小于连杆最大外径，但略大于连杆最小外径。连杆上设有四处螺纹3‑2，可安装螺母，中间两处螺母起到对下紧固臂4的限位作用，两端螺母起到对左上、右上紧固臂1的限位作用。 [0043] 如图5所示，中部楔形板5中间设有开孔5‑2，左右设有两个卡槽5‑1，槽口宽度略大于上紧固臂最大宽度D。中部楔形板5的斜度与内、外楔形板相同。预安装过程中，待内、外楔形板安装完成后，将中部楔形板5部分贯入内、外两层楔形板中间，此时三层板的总厚度略小于圈梁11和桩体10之间的间隙，安装时，方便人工辅助将抑振装置安装就位。本实施例内层楔形板、中部楔形板、外层楔形板呈微弧形，可确保与桩体完全贴合。 [0044] 需要说明的是，预安装可完全在岸上进行，避免海上安装施工时间长、难度大的麻烦。预安装过程中，先在圈梁11上需要填充的位置，包裹一层橡胶保护层，一方面，防止抑振装置与圈梁11直接接触造成圈梁11摩擦损坏，另一方面，作为海上施工位置的标记。 [0045] 参考图6‑1、图6‑2，下紧固臂4包含方形截面的套筒4‑1，置于其中的拉杆4‑3以及套于拉杆4‑3上的弹簧4‑4，拉杆4‑3端部的起重吊带6(为柔性材质)以及一条拉杆钢丝绳7及其上的挂钩8。拉动吊带6，可压缩弹簧4‑4，带动拉杆4‑3、拉杆钢丝绳7同步向右运动。使用起重吊带6而非钢丝绳的原因是，既能提供较大拉力，又能防止对圈梁11的摩擦损坏。下紧固臂4拉杆钢丝绳7长度需要根据圈梁11和中部楔形板5的开孔5‑2位置做特殊设计，当弹簧4‑4处于未压缩状态，下紧固臂4拉杆钢丝绳7的挂钩8无法触及中部楔形板5的挂孔5‑2，当通过千斤顶带动弹簧形变后，可将挂钩挂在中部楔形板的挂孔上。 [0046] 本实施例上、下紧固臂等的结构设计，既方便了吊装，又方便了抑振装置的安装，左上紧固臂、右上紧固臂、圈梁、桩体四者之间的空隙，方便起重机钢丝绳从平台顺下并穿过该空隙，再通过人工就可起重机钢丝绳的挂钩挂到下紧固臂的起重吊带上，依靠自应力(弹簧4‑4恢复力)即可使得桩和圈梁11空隙的完全而且是自动填充，结构振动产生更大的间隙后，会依赖弹簧4‑4恢复力继续拉伸中部楔形板向下贯入，进而推动内层楔形板挤压圈梁，从而填充紧实，实现抑振装置完全抱紧圈梁11，不会脱落。 [0047] 实施例二、本实施例提出一种海上风电单桩基础套笼紧固抑振方法，包括： [0048] 1、在平台上放置一台小型起重机13，起重机13上有钢丝绳9和千斤顶，钢丝绳9上带有吊钩。 [0049] 2、连杆上设有两个连杆吊耳，左上、右上紧固臂上各设有1个吊耳，通过四个吊耳，将抑振装置悬挂于起重机的四个吊钩上，整个装置呈现吊装下放状态。 [0050] 3、释放钢丝绳，将抑振装置缓慢下放到圈梁的安装位置，并人工辅助将三层楔形板插入圈梁11和桩体之间的间隙，左上、右上紧固臂也在重力作用下贴合在圈梁的上表面，而后，将四根吊钩脱开，完成下放过程。将一根起重机钢丝绳从平台顺下，穿过左上紧固臂、右上紧固臂、圈梁、桩体四者之间的空隙，并人工将起重机钢丝绳的挂钩挂到下紧固臂的起重吊带上。 [0051] 4、在平台上操作千斤顶，使得起重机钢丝绳逐渐收紧，拉动下紧固臂由垂直变为水平，并紧贴圈梁下表面，呈现逐渐收紧状态。 [0052] 5、操作千斤顶，使起重机钢丝绳继续收紧，压缩弹簧，使其产生较大的回复力。同时，保证下紧固臂钢丝绳的挂钩能够轻松触及中部楔形板的挂孔。由此，将下紧固臂钢丝绳的挂钩挂在中部楔形板的挂孔上。操作千斤顶，下放起重机钢丝绳，使其松弛，从而脱开起重机钢丝绳和下紧固臂起重吊带的连接，使得弹簧舒张，下紧固臂钢丝绳绷紧，带动中部楔形板向下继续贯入。与此同时，挤压内层楔形板向圈梁靠近，直至完全填充圈梁与桩的空隙。 [0053] 本实施例实现过程仅需人工辅助做诸如将装置定位、安装固定到位后将挂钩挂于挂孔上等简单操作，无需任何繁重的体力劳动，且当将拉杆钢丝绳的挂钩挂在中部楔形板上，施工人员就可以移步到下一个位置进行安装，整个过程省时、省力。 |
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