海上风电FRP-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构

本发明属于海上风电，涉及一种海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构。

背景技术：

1、海上风电具有高风速、低风切变、低湍流、高产出等优势，近年来呈现快速增长势头。

2、当前，大直径钢管单桩基础支撑结构在我国海上风电工程中被广泛使用。但海洋环境的高湿度、高盐度、浪花飞溅区和潮差区的干湿交替、浸没区的海水浸泡和海生物附着等严苛的腐蚀环境会对海上风电结构造成严重的腐蚀危害，导致钢管基础及塔筒结构整体承载力下降，造成失稳事故。此外，大容量、高塔筒风电机组更受市场青睐，而随着塔筒高度的增加，钢管壁厚及直径将大幅增加，导致经济性较差；同时，纯钢塔筒刚度相对较小，高度的增加易造成风力发电塔的失稳破坏，引发倒塌事故。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提出了一种海上风电frp-混凝土-钢空心双壁单桩基础支撑结构，该结构外层frp管耐腐蚀性能好，可有效保护夹层混凝土和内钢管。同时，该结构具有抗弯刚度大、承载力高、稳定性能好、自重轻、施工方便等优点，在高塔筒风电结构中使用可有效减小结构尺寸，大幅降低用钢量，经济性较好，在大容量海上风电结构中具有广阔运用前景。

2、本发明采用的技术方案是：一种海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，自下而上依次由钢管桩、直筒形塔筒和圆台形塔筒组成；其中，直筒形塔筒和圆台形塔筒为frp-混凝土-钢双壁空心塔筒，由内到外依次为内钢管、夹层混凝土和frp管。

3、优选地，所述夹层混凝土可为自密实混凝土、超高性能混凝土或纤维增强混凝土中的任一种，其内部设有预应力锚杆。

4、优选地，所述frp管为玻璃纤维管、碳纤维管或芳纶纤维管中的任一种；所述frp管外表面涂抹具有抗紫外线功能的涂料。

5、优选地，所述钢管桩为直筒形或圆台形钢管，且其下部固定于海床面以下；圆台形钢管桩横截面直径从上到下逐渐减小。

6、优选地，所述frp-混凝土-钢双壁空心塔筒的内钢管外壁沿径向布置栓钉连接件，所述栓钉连接件呈正方形或梅花形布置，且其长度小于夹层混凝土厚度的一半。

7、优选地，所述圆台形预制塔筒的frp管和内钢管直径从下到上均逐渐减小，且frp管直径降低幅度与内钢管直径降低幅度相同。

8、优选地，相邻frp-混凝土-钢双壁空心塔筒之间，或者frp-混凝土-钢双壁空心塔筒与钢管塔筒均利用焊接于内钢管上的环形法兰板，采用沿管段环向等间距布置的高强螺栓连接。

9、优选地，所述环形法兰板中预留螺栓孔，预应力锚杆通过锚杆头和预留螺栓孔用高强螺栓固定于环形法兰板上；所述环形法兰板的预留螺栓孔朝向内部布置，或者朝内、外布置；内、外布置的预留螺栓孔，其外侧后浇混凝土或者高强砂浆，并在外侧缠绕碳纤维增强复合材料。

10、优选地，所述环形法兰板与相应内钢管壁间焊接有若干加劲肋版，所述加劲肋版与预留螺栓孔相间布置。

11、与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：本发明耐腐蚀性能优异，使用寿命长；同时，其承载力高，抗弯刚度大，施工方便，可有效降低基础及塔筒尺寸，大幅减少用钢量，经济性好。

技术特征：

1.一种海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，自下而上依次由钢管桩、直筒形塔筒和圆台形塔筒组成；其特征在于：直筒形塔筒和圆台形塔筒为frp-混凝土-钢双壁空心塔筒，由内到外依次为内钢管、夹层混凝土和frp管。

2.根据权利要求1所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述夹层混凝土为自密实混凝土、超高性能混凝土或纤维增强混凝土中的任一种，其内部设有预应力锚杆。

3.根据权利要求1所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述frp管为玻璃纤维管、碳纤维管或芳纶纤维管中的任一种；所述frp管外表面均涂抹具有抗紫外线功能的涂料。

4.根据权利要求1所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述钢管桩为直筒形或圆台形钢管，且其下部固定于海床面以下；圆台形钢管桩横截面直径从上到下逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述frp-混凝土-钢双壁空心塔筒的内钢管外壁沿径向布置栓钉连接件，所述栓钉连接件呈正方形或梅花形布置，且其长度小于夹层混凝土厚度的一半。

6.根据权利要求1所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述圆台形塔筒的frp管和内钢管直径从下到上均逐渐减小，且frp管直径降低幅度与内钢管直径降低幅度相同。

7.根据权利要求1所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述圆台形塔筒的上部设有钢管塔筒。

8.根据权利要求7所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：相邻frp-混凝土-钢双壁空心塔筒之间，或者frp-混凝土-钢双壁空心塔筒与钢管塔筒均利用焊接于内钢管上的环形法兰板，采用沿管段环向等间距布置的高强螺栓连接。

9.根据权利要求8所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述环形法兰板中预留螺栓孔，预应力锚杆通过锚杆头和预留螺栓孔用高强螺栓固定于环形法兰板上；所述预留螺栓孔朝向内部布置，或者朝内、外布置；内、外布置的预留螺栓孔，其外侧后浇混凝土或者砂浆，并在外侧缠绕碳纤维增强复合材料。

10.根据权利要求9所述的海上风电frp-混凝土-钢双壁空心单桩基础支撑结构，其特征在于：所述环形法兰板与相应内钢管壁间焊接有若干加劲肋版，所述加劲肋版与预留螺栓孔相间布置。

技术总结本发明属于海上风电技术领域，涉及一种海上风电FRP‑混凝土‑钢双壁空心单桩基础支撑结构。该支撑结构自下而上依次由钢管桩、直筒形塔筒和圆台形塔筒组成；直筒形塔筒和圆台形塔筒为FRP‑混凝土‑钢双壁空心塔筒，由内到外依次为内钢管、夹层混凝土和FRP管。本发明提供的海上风电FRP‑混凝土‑钢双壁空心单桩基础支撑结构耐腐蚀性能优异，使用寿命长；同时，其承载力高，抗弯刚度大，施工方便，可有效降低基础及塔筒尺寸，大幅减少用钢量，经济性好。技术研发人员：戴靠山,郭云龙,罗宇骁,衡俊霖,蔡亲霖,王健泽受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5