本發(fā)明涉及一種港口、海洋、水利和橋梁工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種多筒組合以優(yōu)化筒型基礎(chǔ)受力的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前，在海洋工程領(lǐng)域如海上風(fēng)力發(fā)電工程中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常有樁基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、負(fù)壓基礎(chǔ)和浮式平臺等形式，這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常需要大型機具進行運輸和安裝，造成施工費用較高，施工周期較長。相比傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言，筒型基礎(chǔ)由于其造價低廉、施工便捷、使用安全可靠、可回收復(fù)用等特點被廣泛應(yīng)用于海洋工程中。

但是，海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境十分復(fù)雜，所受荷載除了上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的風(fēng)機塔架等結(jié)構(gòu)重量的豎向力外，還有風(fēng)荷載傳遞到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的水平力和彎矩，以及波浪、海流、海冰荷載等。大彎矩荷載一般導(dǎo)致需要筒型基礎(chǔ)直徑較大，而大直徑單筒基礎(chǔ)的施工限制條件較多，如其運輸和安裝過程需要大型機具等。

因此，如何設(shè)計合理的基礎(chǔ)形式和傳力體系，將上部荷載安全有效地傳遞到筒型基礎(chǔ)，并最大可能的發(fā)揮筒型基礎(chǔ)的承載力，克服大直徑單筒基礎(chǔ)的施工限制是筒型基礎(chǔ)設(shè)計中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種混凝土支撐結(jié)構(gòu)的三個筒型基礎(chǔ)組合式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，通過斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土圓柱結(jié)構(gòu)形成類似異形柱的混凝土支撐結(jié)構(gòu)，有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力，節(jié)省材料，并且在施工中可實現(xiàn)“浮運-下沉-調(diào)平”成套技術(shù)，施工周期短，降低海上風(fēng)電場建設(shè)成本。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種混凝土支撐結(jié)構(gòu)的三個筒型基礎(chǔ)組合式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，包括三個筒型基礎(chǔ)，三個所述筒型基礎(chǔ)的中心點連線構(gòu)成一個三角形，每個所述筒型基礎(chǔ)頂部連接有一個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)，所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的中心軸與其連接的所述筒型基礎(chǔ)的中心軸共線；每兩個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)之間連接有一個豎向混凝土連接件，所述豎向混凝土連接件與所連接的兩個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的中心軸共面；三個所述豎向混凝土連接件之間設(shè)置有混凝土連接底板，所述混凝土連接底板位于所述筒型基礎(chǔ)與所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)所連接的水平面上；所述混凝土連接底板上部設(shè)置有混凝土柱，所述混凝土柱位于三個所述筒型基礎(chǔ)所構(gòu)成三角形的內(nèi)心處；所述混凝土柱頂部設(shè)置有混凝土連接頂板，所述混凝土連接頂板用于連接上部結(jié)構(gòu)；所述混凝土柱與每個所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)之間分別由1-4個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)連接，所述斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)的高度與所述混凝土柱的高度一致，其截面長度由所述混凝土連接頂板至所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)邊緣呈連續(xù)變化。

其中，所述筒型基礎(chǔ)內(nèi)部設(shè)置有多個艙室。

其中，所述筒型基礎(chǔ)為鋼制圓筒形，外徑為10～20m，高度為4～6m。

其中，每兩個所述筒型基礎(chǔ)之間的凈距離為1～3倍的所述筒型基礎(chǔ)外徑。

其中，所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)為開口向上的圓筒形，其外徑為10～20m，高度為4～6m。

其中，所述筒型基礎(chǔ)周邊設(shè)置向上延伸的鋼質(zhì)肋板并插入所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)與所述筒型基礎(chǔ)的連接。

其中，所述豎向混凝土連接件的高度與所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的高度一致且范圍為4～6m，厚度為0.5m～1.5m；所述豎向混凝土連接件的上下兩邊分別與所述混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)的上下表面齊平。

其中，所述混凝土連接底板和所述混凝土連接頂板的厚度均為0.5m～2m。

其中，所述混凝土柱的高度為10～20m。

其中，所述斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)的厚度為0.5m～2m。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的組合式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系在三個筒型基礎(chǔ)之間采用混凝土支撐結(jié)構(gòu)過渡，并將三個筒型基礎(chǔ)連成整體，有利于增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系抗傾覆力矩，提高運輸過程中的穩(wěn)定性；混凝土支撐結(jié)構(gòu)可采用現(xiàn)澆工藝，為整體式結(jié)構(gòu)，共同傳遞上部荷載，增加結(jié)構(gòu)整體剛度。

本發(fā)明的組合式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系通過斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土圓柱結(jié)構(gòu)形成類似異形柱的結(jié)構(gòu)受力體系，有效地將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力和群體效應(yīng)，結(jié)構(gòu)形式簡單，受力體系清晰，節(jié)省材料，降低造價。斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)既節(jié)省材料，又能使上部傳遞下來的荷載更加均勻地擴散到筒型基礎(chǔ)，有效避免應(yīng)力集中。

本發(fā)明的組合式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系與單筒筒型基礎(chǔ)相比直徑較小，在施工中可實現(xiàn)“浮運-下沉-調(diào)平”成套技術(shù)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與塔筒及風(fēng)機在海上整體安裝，在施工過程中能夠減少大型機具的使用，所需設(shè)備簡單，海上安裝時間僅需數(shù)小時，相對于傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)周期短、效率高、安全環(huán)保，可使海上風(fēng)電的建設(shè)速度大大提高，建造周期顯著縮短，極大地降低海上風(fēng)電場的建設(shè)成本，使海上風(fēng)電更加具備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化開發(fā)的條件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的主視圖；

圖2是本發(fā)明所提供的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的俯視圖。

圖中：1、筒型基礎(chǔ)；2、混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)；3、豎向混凝土連接件；4、混凝土柱；5、斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)；6、混凝土連接頂板；7、混凝土連接底板。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

如圖1和圖2所示，本實施例公開了一種混凝土支撐結(jié)構(gòu)的三個筒型基礎(chǔ)組合式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，包括三個相同的筒型基礎(chǔ)1、三個相同的混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2、三個相同的豎向混凝土連接件3、一個混凝土圓柱4、三個相同的斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5、一個混凝土連接頂板6和一個混凝土連接底板7。

筒型基礎(chǔ)1是頂部封閉、底部敞口的圓筒狀鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，外徑為15m，壁厚25mm，頂蓋厚50mm，筒高5m，其內(nèi)部通過設(shè)置分艙板分成多個艙室。筒型基礎(chǔ)1的直徑通常為10～20m，高度通常為4～6m；材質(zhì)可以是鋼筋混凝土、鋼、鋼-鋼筋混凝土復(fù)合材料；內(nèi)部可進行分艙處理，也可以不進行分艙處理。分艙板可以組成蜂窩狀，包括中心的一個正六邊形分艙和均勻設(shè)置于其周圍的六個相同的邊分艙，所有的鋼制分艙板長度相等，均為鋼制圓形筒型基礎(chǔ)1結(jié)構(gòu)直徑的0.25倍。

三個筒型基礎(chǔ)1在水平面上按照其中心點連線能夠構(gòu)成一個正三角形進行排布，每兩個筒型基礎(chǔ)1中心點之間的距離為25m。三個筒型基礎(chǔ)1的布置要求為在水平面上呈三角形分布，即三個筒型基礎(chǔ)1的中心分別位于該三角形的三個頂點上。每兩個筒型基礎(chǔ)1之間的凈距離為1～3倍的筒型基礎(chǔ)1外徑，這樣能夠在充分發(fā)揮混凝土支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化筒型基礎(chǔ)1承載能力的同時，利用三個筒型基礎(chǔ)1的群體效應(yīng)來提高整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的承載能力。

混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2是頂部敞口、底部封閉的一種倒置圓筒狀混凝土結(jié)構(gòu)，其外徑為15m，壁厚35mm，底部厚50mm，高5m。混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的外徑范圍是10～20m，高度范圍是4～6m?；炷翂狠d艙結(jié)構(gòu)2的中心軸與其所對應(yīng)連接的筒型基礎(chǔ)1的中心軸共線，且混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的直徑與筒型基礎(chǔ)1的直徑相等?；炷翂狠d艙結(jié)構(gòu)2結(jié)構(gòu)內(nèi)部也可設(shè)置分艙板，或者在艙壁內(nèi)側(cè)增加梯形肋板，以增加混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的剛度。通過筒型基礎(chǔ)1周邊設(shè)置延伸出的環(huán)形鋼質(zhì)肋板并插入混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2來解決混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2與筒型基礎(chǔ)1之間的連接問題，這種連接方式可以有效避免以往連接節(jié)點的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。

豎向混凝土連接件3呈豎向設(shè)置的長方體薄片結(jié)構(gòu)，高度通常與混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的高度一致且范圍在4～6m，厚度為0.5m～1.5m，具體尺寸可以根據(jù)實際工程進行調(diào)整。每兩個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2之間連接有一個豎向混凝土連接件3，該豎向混凝土連接件3與所連接的兩個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的中心軸在同一平面上，且豎向混凝土連接件3的上下兩邊分別與混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的上下表面齊平?；炷吝B接底板7為板式混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置在三個豎向混凝土連接件3之間，位于三個筒型基礎(chǔ)1與三個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2所連接的水平面上，即混凝土連接底板7圍在三個豎向混凝土連接件之間并位于其底端平面?；炷吝B接底板7的厚度一般為0.5m～2m，具體尺寸可以根據(jù)實際工程進行調(diào)整。豎向混凝土連接件3、混凝土連接底板7內(nèi)部可配置鋼筋?；炷翂狠d艙結(jié)構(gòu)2、豎向混凝土連接件3和混凝土連接底板7的設(shè)置進一步提高了三個筒型基礎(chǔ)1的整體性，有利于提高實際施工質(zhì)量，使三個筒型基礎(chǔ)之間相互作用產(chǎn)生群體效應(yīng)，利用三個筒型基礎(chǔ)之間的群體效應(yīng)可避免三個筒型基礎(chǔ)1間內(nèi)力差異過大，從而減小了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系整體的不均勻沉降。

混凝土柱4為圓柱形混凝土結(jié)構(gòu)，外徑為5m，高度為20m，內(nèi)部可配置鋼筋?；炷林?設(shè)置在三個筒型基礎(chǔ)1所構(gòu)成三角形的內(nèi)心位置處，其底部連接于混凝土連接底板7上表面，其外徑范圍為4～6m，高度范圍為10～20m。每個混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2與混凝土柱4之間分別由一個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5連接，且斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5與所連接的混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2的中心軸和混凝土柱4的中心軸在同一平面上。每兩個相鄰斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5之間的夾角為120度，其內(nèi)部可配置鋼筋。斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5底部連接至混凝土連接底板7，其高度與混凝土柱4高度一致，高度為20m，厚度為0.5m～2m；斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5上部截面長度為2.5m，其截面長度由混凝土連接頂板6至混凝土壓載艙結(jié)構(gòu)2邊緣(靠內(nèi)側(cè))呈連續(xù)變化。混凝土柱4和三個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5組合形成類似于異形柱的結(jié)構(gòu)受力體系，可以有效地抵抗上部傳遞下來的較大彎矩，在筒型基礎(chǔ)1處近似轉(zhuǎn)化為拉力和壓力，以發(fā)揮筒型基礎(chǔ)最大的承載力和群體效應(yīng)，這種結(jié)構(gòu)形式節(jié)省材料，降低造價，具有很好的經(jīng)濟性。

混凝土連接頂板6為圓形混凝土板式結(jié)構(gòu)，其直徑為10m，厚度為0.5m，內(nèi)部可配置鋼筋?；炷吝B接頂板6的直徑為8～15m，厚度為0.5m～2m?；炷吝B接頂板6設(shè)置在混凝土柱4和三個斜向薄片式變截面混凝土結(jié)構(gòu)5頂端，用于通過法蘭盤等連接結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)如海上風(fēng)機塔筒、海洋平臺等結(jié)構(gòu)連接，并將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的荷載和彎矩向下傳遞到混凝土支撐結(jié)構(gòu)上，進而傳遞到三個筒型基礎(chǔ)1上。

本發(fā)明的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系可以在陸地上整體拼裝后再與上部風(fēng)機進行拼裝，通過海上漂浮拖航將其整體拖到施工位置，借助自重及負(fù)壓實現(xiàn)貫入安裝。使用中或使用完畢后還可借助與貫入時反向的氣壓將所述基礎(chǔ)頂升進行回收利用。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。