本發(fā)明屬于海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)梁宇，具體涉及一種用于海洋環(huán)境的不銹鋼混凝土復(fù)合立柱。

背景技術(shù)：

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，正越來越受到世界各國的重視。近十年來，全球每年風(fēng)電裝機容量增長速率為20％-30％，世界風(fēng)電正以迅猛的速度發(fā)展。在國家政策引導(dǎo)下，我國海上風(fēng)力發(fā)電也得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，總裝機容量已居世界第一。目前海上風(fēng)力機大都部署在離海岸較近的淺水海域。但大部分海上風(fēng)力機的支撐結(jié)構(gòu)將長期處于惡劣的海洋環(huán)境中，承受復(fù)雜的海、浪、流等作用。這些載荷的長期周期作用以及它們之間的耦合效應(yīng)，會引起結(jié)構(gòu)的振動從而降低結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，甚至可能造成海上風(fēng)電機的大幅度運動直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，會給風(fēng)力機的安全和可靠運行帶來嚴(yán)重威脅，需要給予重點關(guān)注。

渦激振動一直以來是海上風(fēng)電機結(jié)構(gòu)疲勞破壞的一個主要因素，也是長期以來海洋工程中頗具挑戰(zhàn)性的問題之一。隨著水深的增加，結(jié)構(gòu)的渦激振動問題變得更加嚴(yán)峻.嚴(yán)重的可導(dǎo)致風(fēng)力機失穩(wěn)、倒塌，造成重大損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種用于海洋環(huán)境的不銹鋼混凝土復(fù)合立柱。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

用于海洋環(huán)境的不銹鋼混凝土復(fù)合立柱，包括一核心混凝土柱、一不銹鋼管和一不銹鋼片；

該核心混凝土柱填充適配于不銹鋼管內(nèi)，使核心混凝土柱被不銹鋼管有效約束，提高核心混凝土的承載力和變形能力，同時使不銹鋼管被核心混凝土柱支撐，防止不銹鋼管發(fā)生內(nèi)凹屈服破壞，提高不銹鋼管的穩(wěn)定承載力；上述核心混凝土柱中的混凝土的強度等級為c30～c40，不銹鋼的型號為304；；

不銹鋼片呈螺旋狀包繞于不銹鋼管的外壁面以有效緩解海洋環(huán)境中的渦激振動，上述螺旋狀的具體參數(shù)如下：螺距取5～17.5d，螺高為0.15d～0.25d，其中d表示不銹鋼管的外徑。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述核心混凝土柱中埋設(shè)有一型鋼，型鋼所用鋼材的型號優(yōu)選為q235。

進一步優(yōu)選的，所述型鋼的橫截面為y形。

進一步優(yōu)選的，所述型鋼包括尺寸相同第一支板、第二支板和第三支板，該第一支板、第二支板和第三支板以120度的兩兩夾角構(gòu)成型鋼的y形的橫截面。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述核心混凝土柱的橫截面的形狀為圓形、橢圓形或多邊形。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明包括一核心混凝土柱、一不銹鋼管和一不銹鋼片，相比于現(xiàn)有海上風(fēng)力機支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，可以有效緩解海洋中的渦激振動，具有經(jīng)濟和耐腐蝕的優(yōu)點。

2、本發(fā)明的核心混凝土柱中具有一型鋼，相比于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具備承載力大、剛度大和抗震性能好的優(yōu)點；與鋼結(jié)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)局部、整體穩(wěn)定性好和節(jié)省鋼材的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的橫截面示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例2的橫截面示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例1和實施例2的效果圖之一。

圖6為本發(fā)明實施例1和實施例2的效果圖之二。

圖7為本發(fā)明實施例1和實施例2的效果圖之三。

圖8為本發(fā)明實施例1和實施例2中不銹鋼筋和普通鋼筋在鹽霧腐蝕試驗中的質(zhì)量損失率的對比圖。

具體實施方式

以下通過具體實施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步的說明和描述。

實施例1

如圖1和2所示，一種用于海洋環(huán)境的不銹鋼混凝土復(fù)合立柱，包括一核心混凝土柱1(橫截面的形狀優(yōu)選為圓形、橢圓形或多邊形)、一不銹鋼管2和一不銹鋼片3；

該核心混凝土柱1填充適配于不銹鋼管2內(nèi)，使核心混凝土柱1被不銹鋼管2有效約束，提高核心混凝土柱1的承載力和變形能力，同時使不銹鋼管2被核心混凝土柱1支撐，防止不銹鋼管2發(fā)生內(nèi)凹屈服破壞，提高不銹鋼管2的穩(wěn)定承載力，其中不銹鋼型號為304；

不銹鋼片3呈45度螺旋狀包繞于不銹鋼管2的外壁面以有效緩解海洋環(huán)境中的渦激振動，螺距取5～17.5d，螺高為0.15d～0.25d，其中d表示不銹鋼管的外徑，同時不銹鋼片3具備耐腐蝕、高強度和不易銹蝕等優(yōu)點，從而提高了結(jié)構(gòu)的壽命。

本發(fā)明的制作方法如下：

(1)材料準(zhǔn)備：將不銹鋼管切割至設(shè)計長度，作為不銹鋼管2。不銹鋼管2的外表面與內(nèi)表面采用噴射除銹進行去污和平整處理。

(2)螺旋狀不銹鋼片焊接：將螺旋狀不銹鋼片3焊接于不銹鋼管2外表面，從而形成復(fù)合管。

(3)混凝土澆筑：按設(shè)計配比拌制混凝土，使得混凝土強度等級處于c30-c40之間，可適當(dāng)摻加減水劑和礦物外加劑，以提高復(fù)合管的防腐蝕能力。直立復(fù)合管，將混凝土填入不銹鋼管2內(nèi)側(cè)，并充分振搗密實，從而形成核心混凝土柱1。

(4)混凝土養(yǎng)護：將制作好的由型鋼核心型鋼混凝土柱1、不銹鋼管2和不銹鋼片3構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)件按照混凝土相關(guān)規(guī)范進行養(yǎng)護處理。

實施例2

如圖3和4所示，一種用于海洋環(huán)境的不銹鋼混凝土復(fù)合立柱，包括一核心混凝土柱1(橫截面的形狀優(yōu)選為圓形、橢圓形或多邊形)、一不銹鋼管2和一不銹鋼片3；

該核心混凝土柱1填充適配于不銹鋼管2內(nèi)，使核心型鋼混凝土柱1被不銹鋼管2有效約束，提高核心型鋼混凝土柱1的承載力和變形能力，同時使不銹鋼管2被核心型鋼混凝土柱1支撐，防止不銹鋼管2發(fā)生內(nèi)凹屈服破壞，提高不銹鋼管2的穩(wěn)定承載力；

不銹鋼片3呈45度螺旋狀包繞于不銹鋼管2的外壁面以有效緩解海洋環(huán)境中的渦激振動，同時不銹鋼片3具備耐腐蝕、高強度和不易銹蝕等優(yōu)點，從而提高了結(jié)構(gòu)的壽命。

核心混凝土柱1包括混凝土柱本體10和埋設(shè)于其中的橫截面為y形的型鋼11(所用鋼材的型號優(yōu)選為q235)。具體的，所述型鋼11包括尺寸相同第一支板111、第二支板112和第三支板113，該第一支板111、第二支板112和第三支板113以120度的兩兩夾角構(gòu)成型鋼11的y形的橫截面。

本發(fā)明的制作方法如下：

(1)材料準(zhǔn)備：將不銹鋼管切割至設(shè)計長度，作為不銹鋼管2。不銹鋼管2的外表面與內(nèi)表面采用噴射除銹分別進行去污和平整處理。

(2)螺旋狀不銹鋼片焊接：將螺旋狀不銹鋼片3焊接于不銹鋼管2外表面，從而形成復(fù)合管。

(3)型鋼焊接：第一支板111、第二支板112和第三支板113以120度的兩兩夾角焊接構(gòu)成型鋼11的y形的橫截面。

(4)混凝土澆筑：型鋼11直立固定，外套復(fù)合管。按設(shè)計配比拌制混凝土，使得混凝土強度等級處于c30-c40之間，可適當(dāng)摻加減水劑和礦物外加劑，以提高復(fù)合管的防腐蝕能力。將混凝土填入型鋼11和不銹鋼管2之間，并充分振搗密實，從而形成核心混凝土柱1。

(5)混凝土養(yǎng)護：將制作好的由型鋼核心混凝土柱1、不銹鋼管2和不銹鋼片3構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)件按照混凝土相關(guān)規(guī)范進行養(yǎng)護處理。

將上述實施例1和實施例2制得的復(fù)合立柱與未添加不銹鋼片3的具有光滑表面的立柱進行對比，如圖5所示，光滑立柱與本發(fā)明的復(fù)合立柱升力系數(shù)的傅里葉變換(fft)可以得出，螺旋狀的不銹鋼片3結(jié)構(gòu)的存在徹底破壞了流場尾渦的泄放頻率，也改變了泄放模式。原本周期性的漩渦發(fā)放變的毫無規(guī)則，或者不再發(fā)放，或者周期無限大，很好的解釋了螺旋結(jié)構(gòu)對立柱尾流場的渦激抑制。

將上述實施例1和實施例2制得的復(fù)合立柱與未添加螺旋不銹鋼片3的具有光滑表面的立柱進行對比。圖6和圖7是選取三維尾流場沿xoz平面的不同展向位置處渦量場云圖，以說明本發(fā)明的復(fù)合立柱較之光滑表面立柱對渦激抑制的效果。對于光滑立柱流場如圖6所示，立柱后緣處產(chǎn)生漩渦緊貼管壁，不同截面尾流場漩渦發(fā)放較為劇烈，卻呈現(xiàn)各展向截面相似特性。本發(fā)明的流場如圖7所示，漩渦發(fā)放明顯緩和。體現(xiàn)了具有螺旋結(jié)構(gòu)的復(fù)合立柱在深海洋流中具有全向性的優(yōu)勢。各向同性的良好結(jié)構(gòu)特征更適合于復(fù)雜洋流的實際海況中。

圖8為不銹鋼筋和普通鋼筋在鹽霧腐蝕試驗中的質(zhì)量損失率的對比，由圖8可見，在鹽霧腐蝕環(huán)境中，各種鋼筋的腐蝕規(guī)律相同，銹蝕量(質(zhì)量損失率)均隨著腐蝕時間的增加而線性增加，腐蝕速度近似恒定值.與普通鋼筋相比，不銹鋼筋銹蝕極其緩慢，00cr23ni4n(2304)不銹鋼筋的耐腐蝕能力約是hrb335普通鋼筋的100倍，不銹鋼筋比普通鋼筋有更優(yōu)異的抗鹽霧腐蝕能力。

表1為不同型鋼的鋼材在3倍濃縮海水浸泡時的腐蝕速率，由表可知，q235與hrb400的腐蝕速率非常相近，但都遠遠高于不銹鋼。

表1

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。