某海上测风塔灌浆连接设计
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一
定 的节点构造来分别承担 。在测风塔 钢平 台腿 杆上加焊 牛腿 ，
用以传递轴 向压百度文库 力 ， 并 在桩 腿调平 后 ， 在牛腿 下方 与钢 桩表 面 焊接加劲肋 ， 用 以传递轴 向拉应 力。而弯矩则 由灌浆体 和 内外管
壁共 同承担 。桩 内壁 以及平 台腿杆外 壁可设置抗 剪键 ， 以作为轴 向承载力储备 ， 并 可增 强灌浆 体与桩 和腿 杆 的共 同作 用 ， 节点构 造如 图 ３所示 。为保证灌浆节点的力学性能 ， Ａ Ｐ Ｉ 与Ｄ Ｎ Ｖ都 给出
近年来海上风 电发展迅速 ， 而开发海 上风 电首要 的问题是风 ２ 灌 浆连 接设计 能资源的观测 ， 而采集 风能最 直接 的方 式就是 建立 海上 测风 塔 。 灌浆连接节点在石油或天然气工业 的海上平 台基础 、 导管架 海 上测风塔形式多样 ， 其基 础形式有单立柱 （ 单桩、 三桩） 、 管桩加 基础 以及 海 上 风机 单 桩 基础 中 已经 得 到 了广 泛 的应 用 。参 照 支撑、 导管架 等。 目前 国内最 常见 的是先 打桩 ， 而 后在 水上 焊接
软件 建立有限元模 型 ， 采 用三维接 触单元 ， 考虑灌浆体 与钢 管表 面的接触 渭移 摩擦等非线性 行为 ， 进行 了详细计 算分析 ， 可为 同类
工程提供参考。 关键 词 ： 测风塔 ， 灌浆连接 ， Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 接触分析 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ １ ８ 文献标识码 ： Ａ
１ 项 目概 况
某海上风 电场 １ ０ ０ ｍ高海上测风塔 ， 上部塔 架采用 四腿钢 桁 主剂 ， 配以促进剂等一系列助剂 ， 经混合 固化后 形成一 种高强度 、
高强灌 浆料是 以高强 架结构形式 ， 下部为钢桩支撑平 台结构 。结构采 用在 打人海 底的 高粘结 力的固结体 。第 三类 是高强灌浆料 ， 四根桩顶 ， 将预先 加工好 的钢 平 台腿杆插 入桩 腿 ， 然 后灌 浆连 接 度材 料为骨料 ， 以水 泥作 为结 合剂 ， 辅 以高流态 、 微 膨胀 、 防离析 桩基 。采用 Ｓ Ａ Ｃ Ｓ软件建模分析 ， 计算模型如 图 １ 所示 ， 桩 与平 台 等物质配制而成。测风 塔所处 海洋 环境恶 劣 ， 受风 浪作 用 ， 灌浆
强灌浆料 。导 管架 平台连接示意 图见 图 ２ 。
２ 钢管
２ ． ２ 节 点构造
Ａ Ｐ Ｉ 对于灌浆节点 ， 只给出 了承 受轴 向力作 用下 节点 强度 的 计算 公式 ； 而Ｄ Ｎ Ｖ对 于 同时承受 较大 的轴 向力 和弯矩 的灌 浆节
点， 却未给 出计算公式 。笔者认为 ， 对于两 种不 同的外力 ， 可采用
Ｄ Ｎ Ｖ关于海上风机单桩基 础以及 Ａ Ｐ Ｉ 关于灌 浆连接 节点 的有关 支 撑安装平台 ， 这 种方 式存 在 的问题是 水上 焊接质 量不 易保 证 ， 设计方法进行设计 。按 Ｄ Ｎ Ｖ ． Ｊ Ｓ １ ０ １ ， 灌浆 连接节 点的强度 很大 程 对于水深较浅 ， 风浪 较 小 的地 区 尚可 ， 对水 深 较 大 ， 风 浪大 的 地 度上取决 于灌浆材料 的强度 ， 其 主要影 响 因素有 以下几点 ： １ ） 灌 区， 若采 用整体式支 撑平 台 ， 在打入 桩后 ， 整体 吊装 支 撑平 台 ， 将 浆料强度 和弹性模量 ； ２ ） 圆管尺寸 和灌浆环 的几何 尺寸 ； ３ ） 抗 剪 平台腿杆插入桩 内 ， 再 灌浆 连接 ， 这 种形 式对 于恶劣 的海 上条 件 键 的使用 与否 ； ４ ） 灌 浆长度 与桩径 的 比值 ； ５ ） 与灌 浆料 接触 的钢 来说 ， 可在一定程度 上减 少水 上焊 接工作 ， 提 高工 作效 率 。但 这 管表 面粗糙度 ； ６ ） 灌浆料 的收缩与膨胀性 能 ； ７ ） 荷载的情 况。
且 由于海 上施工 条件差 ， 施 工质量 容易 受到 腿杆连接 的灌 浆节点长度为 １ ｍ， 钢桩直径 １ ． ４ ｍ， 灌浆段 钢管壁 连接节点受力复杂 ， 厚３ ０ ｍｍ， 上部钢平 台腿杆 直径 １ ． １ ｍ， 灌 浆段 钢管壁 厚 ３ ０ ｍ ｍ， 影响 ， 选用灌浆性能好 的材料才 能保 证节点不 被破坏 。但 考虑到 灌浆连接段 长度 ２ ｍ， 厚度 为 １ ２ ０ ｍ ｍ， 钢材 Ｑ ３ ４ ５ Ｂ， 灌浆料 采用高 测风塔使 用年限较短 ， 通常选用水泥基灌浆材料就能满足要求 。
种方式关键 的问题是灌 浆连接节点 的设计 和施 工 ， 本 文将就这 一 问题 ， 结 合实际工程 ， 予 以介 绍。
２ ． １ 灌浆材 料
灌浆材料 主要是 三类 ， 一类是普通水 泥基灌 浆料 ， 由水泥 ， 集 料， 外加剂和矿物拌 合而 成。另一类 是环 氧胶 泥 ， 以环 氧树脂 为
第３ ９卷 第 ３ ５期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ ＴＵ ＲＥ
山 西 建 筑
Ｖｏ ｌ ＿ ３９ Ｎｏ． ３５
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
・４９ ・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ － ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ５ — ０ ０ ４ ９ ・ ０ ２
某 海 上 测 风 塔 灌 浆 连 接 设 计
武
摘
江
张略秋
刘福 来
５ １ ０ ６ ６ ３ ）
（ 中国能源建设集团广东省 电力设计研究院 ， 广东 广州
要： 以实际工程为例 ， 参考相关规范和资料 ， 对海上测风塔基础导管架与桩基 的灌浆连接设计进行详细阐述 ， 同时采 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
图 １ 测风塔基础整体 模型 图 ２ 导管架平台连接示意 图
了节点的构造要求 ， 包 括灌浆 段长 度 ， 桩 径 与壁厚 ， 套 管与 壁厚 ， 抗剪键的尺寸及布置等 ， 本文列出对 比如表 ２所示 。
定 的节点构造来分别承担 。在测风塔 钢平 台腿 杆上加焊 牛腿 ，
用以传递轴 向压百度文库 力 ， 并 在桩 腿调平 后 ， 在牛腿 下方 与钢 桩表 面 焊接加劲肋 ， 用 以传递轴 向拉应 力。而弯矩则 由灌浆体 和 内外管
壁共 同承担 。桩 内壁 以及平 台腿杆外 壁可设置抗 剪键 ， 以作为轴 向承载力储备 ， 并 可增 强灌浆 体与桩 和腿 杆 的共 同作 用 ， 节点构 造如 图 ３所示 。为保证灌浆节点的力学性能 ， Ａ Ｐ Ｉ 与Ｄ Ｎ Ｖ都 给出
近年来海上风 电发展迅速 ， 而开发海 上风 电首要 的问题是风 ２ 灌 浆连 接设计 能资源的观测 ， 而采集 风能最 直接 的方 式就是 建立 海上 测风 塔 。 灌浆连接节点在石油或天然气工业 的海上平 台基础 、 导管架 海 上测风塔形式多样 ， 其基 础形式有单立柱 （ 单桩、 三桩） 、 管桩加 基础 以及 海 上 风机 单 桩 基础 中 已经 得 到 了广 泛 的应 用 。参 照 支撑、 导管架 等。 目前 国内最 常见 的是先 打桩 ， 而 后在 水上 焊接
软件 建立有限元模 型 ， 采 用三维接 触单元 ， 考虑灌浆体 与钢 管表 面的接触 渭移 摩擦等非线性 行为 ， 进行 了详细计 算分析 ， 可为 同类
工程提供参考。 关键 词 ： 测风塔 ， 灌浆连接 ， Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 接触分析 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ １ ８ 文献标识码 ： Ａ
１ 项 目概 况
某海上风 电场 １ ０ ０ ｍ高海上测风塔 ， 上部塔 架采用 四腿钢 桁 主剂 ， 配以促进剂等一系列助剂 ， 经混合 固化后 形成一 种高强度 、
高强灌 浆料是 以高强 架结构形式 ， 下部为钢桩支撑平 台结构 。结构采 用在 打人海 底的 高粘结 力的固结体 。第 三类 是高强灌浆料 ， 四根桩顶 ， 将预先 加工好 的钢 平 台腿杆插 入桩 腿 ， 然 后灌 浆连 接 度材 料为骨料 ， 以水 泥作 为结 合剂 ， 辅 以高流态 、 微 膨胀 、 防离析 桩基 。采用 Ｓ Ａ Ｃ Ｓ软件建模分析 ， 计算模型如 图 １ 所示 ， 桩 与平 台 等物质配制而成。测风 塔所处 海洋 环境恶 劣 ， 受风 浪作 用 ， 灌浆
强灌浆料 。导 管架 平台连接示意 图见 图 ２ 。
２ 钢管
２ ． ２ 节 点构造
Ａ Ｐ Ｉ 对于灌浆节点 ， 只给出 了承 受轴 向力作 用下 节点 强度 的 计算 公式 ； 而Ｄ Ｎ Ｖ对 于 同时承受 较大 的轴 向力 和弯矩 的灌 浆节
点， 却未给 出计算公式 。笔者认为 ， 对于两 种不 同的外力 ， 可采用
Ｄ Ｎ Ｖ关于海上风机单桩基 础以及 Ａ Ｐ Ｉ 关于灌 浆连接 节点 的有关 支 撑安装平台 ， 这 种方 式存 在 的问题是 水上 焊接质 量不 易保 证 ， 设计方法进行设计 。按 Ｄ Ｎ Ｖ ． Ｊ Ｓ １ ０ １ ， 灌浆 连接节 点的强度 很大 程 对于水深较浅 ， 风浪 较 小 的地 区 尚可 ， 对水 深 较 大 ， 风 浪大 的 地 度上取决 于灌浆材料 的强度 ， 其 主要影 响 因素有 以下几点 ： １ ） 灌 区， 若采 用整体式支 撑平 台 ， 在打入 桩后 ， 整体 吊装 支 撑平 台 ， 将 浆料强度 和弹性模量 ； ２ ） 圆管尺寸 和灌浆环 的几何 尺寸 ； ３ ） 抗 剪 平台腿杆插入桩 内 ， 再 灌浆 连接 ， 这 种形 式对 于恶劣 的海 上条 件 键 的使用 与否 ； ４ ） 灌 浆长度 与桩径 的 比值 ； ５ ） 与灌 浆料 接触 的钢 来说 ， 可在一定程度 上减 少水 上焊 接工作 ， 提 高工 作效 率 。但 这 管表 面粗糙度 ； ６ ） 灌浆料 的收缩与膨胀性 能 ； ７ ） 荷载的情 况。
且 由于海 上施工 条件差 ， 施 工质量 容易 受到 腿杆连接 的灌 浆节点长度为 １ ｍ， 钢桩直径 １ ． ４ ｍ， 灌浆段 钢管壁 连接节点受力复杂 ， 厚３ ０ ｍｍ， 上部钢平 台腿杆 直径 １ ． １ ｍ， 灌 浆段 钢管壁 厚 ３ ０ ｍ ｍ， 影响 ， 选用灌浆性能好 的材料才 能保 证节点不 被破坏 。但 考虑到 灌浆连接段 长度 ２ ｍ， 厚度 为 １ ２ ０ ｍ ｍ， 钢材 Ｑ ３ ４ ５ Ｂ， 灌浆料 采用高 测风塔使 用年限较短 ， 通常选用水泥基灌浆材料就能满足要求 。
种方式关键 的问题是灌 浆连接节点 的设计 和施 工 ， 本 文将就这 一 问题 ， 结 合实际工程 ， 予 以介 绍。
２ ． １ 灌浆材 料
灌浆材料 主要是 三类 ， 一类是普通水 泥基灌 浆料 ， 由水泥 ， 集 料， 外加剂和矿物拌 合而 成。另一类 是环 氧胶 泥 ， 以环 氧树脂 为
第３ ９卷 第 ３ ５期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ ＴＵ ＲＥ
山 西 建 筑
Ｖｏ ｌ ＿ ３９ Ｎｏ． ３５
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
・４９ ・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ － ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ５ — ０ ０ ４ ９ ・ ０ ２
某 海 上 测 风 塔 灌 浆 连 接 设 计
武
摘
江
张略秋
刘福 来
５ １ ０ ６ ６ ３ ）
（ 中国能源建设集团广东省 电力设计研究院 ， 广东 广州
要： 以实际工程为例 ， 参考相关规范和资料 ， 对海上测风塔基础导管架与桩基 的灌浆连接设计进行详细阐述 ， 同时采 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
图 １ 测风塔基础整体 模型 图 ２ 导管架平台连接示意 图
了节点的构造要求 ， 包 括灌浆 段长 度 ， 桩 径 与壁厚 ， 套 管与 壁厚 ， 抗剪键的尺寸及布置等 ， 本文列出对 比如表 ２所示 。