海上測(cè)風(fēng)塔工程設(shè)計(jì)論文.doc

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1、海上測(cè)風(fēng)塔工程設(shè)計(jì)論文1測(cè)風(fēng)塔設(shè)計(jì)級(jí)別1.1總體設(shè)計(jì)方案選擇1.1.1塔架型式：目前海上測(cè)風(fēng)塔的塔架型式有自立式和拉線式，由于拉線式基礎(chǔ)工藝復(fù)雜，對(duì)通航安全有一定影響，本工程不予考慮；自立式塔架有單根圓筒式、三角形桁架式、四邊形桁架式，從塔架結(jié)構(gòu)受力考慮，通常為改善測(cè)風(fēng)塔受力條件，且便于工程施工安裝、船舶靠泊等，工程應(yīng)用中四邊形桁架式塔架應(yīng)用較多；而三角形桁架式塔架較四邊形桁架式結(jié)構(gòu)鋼材用量省，且比單根圓筒式塔架受力條件好，但三角形桁架式塔架在測(cè)風(fēng)儀器設(shè)備支臂的安裝上施工難度較高，施工期相對(duì)較長(zhǎng)。因

2、此，本工程在綜合考慮整個(gè)測(cè)風(fēng)塔的工程造價(jià)、施工工期及工程施工安全等因素后，最終選用三角形桁架式塔架。1.1.2平臺(tái)結(jié)構(gòu)：海上測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常采用鋼平臺(tái)樁基結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土平臺(tái)樁基結(jié)構(gòu)。一般來說，鋼筋混凝土平臺(tái)的施工工期相對(duì)較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工質(zhì)量較難控制，但工程造價(jià)一般較鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)低；而鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)的焊接拼裝主要在陸地上進(jìn)行，施工質(zhì)量較容易控制，但陸地整體拼裝后，需采用大型運(yùn)輸及吊裝設(shè)備運(yùn)至海上組裝，因而，工程造價(jià)相對(duì)較高。本工程工期要求緊，工程地址距離岸線超過40km，若采用鋼筋砼本結(jié)構(gòu)，工期無

3、法滿足要求，因此方案中采用鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)。1.1.3樁基的選擇：考慮海上施工作業(yè)難度及工程造價(jià)等因素，海上基礎(chǔ)施工一般采用較多的樁基形式為預(yù)應(yīng)力PHC管樁和鋼管樁。就單樁造價(jià)而言，雖然PHC管樁較鋼管樁要低，但海上沉樁施工設(shè)備的進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)、臺(tái)班費(fèi)約占到樁基工程總造價(jià)的70%左右；而PHC管樁耐久性不及鋼管樁，且在吊運(yùn)、沉樁質(zhì)量控制等方面要求較高。綜合以上分析，就本工程而言，選用鋼管樁具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。1.1.4平臺(tái)高度：6學(xué)海無涯根據(jù)《淺海鋼質(zhì)固定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建造規(guī)范》（SY/T4095-95）計(jì)算，

4、考慮5年一遇1%波高時(shí)，平臺(tái)不越浪，平臺(tái)頂高程為9.7m。1.2塔架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1.2.1設(shè)計(jì)荷載。本工程測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)考慮的荷載主要包括塔架基礎(chǔ)自重、上部測(cè)風(fēng)塔塔架所受荷載、波浪力、水流力、地震慣性力。（1）上部測(cè)風(fēng)塔塔架荷載：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，所考慮的測(cè)風(fēng)塔荷載為上部結(jié)構(gòu)（測(cè)風(fēng)塔塔架）承受風(fēng)荷載作用傳遞至基礎(chǔ)頂面的荷載。（2）波浪和水流力：整體計(jì)算時(shí)考慮極限波浪力，采用50年一遇H1%波高的波浪要素。根據(jù)《海上固定平臺(tái)規(guī)劃設(shè)計(jì)和建造的推薦作法工作應(yīng)力設(shè)計(jì)法》（SY/T10030-2004），采用流函數(shù)

5、理論，計(jì)算波浪力和水流對(duì)樁基的作用。速度力系數(shù)Cd和慣性力系數(shù)Cm根據(jù)《海港水文規(guī)范》（JTJ213-98）》分別取1.2和2.0，水流流速表、中、底層均按2m/s采用，1.2.2設(shè)計(jì)工況。測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工況一般考慮正常運(yùn)行工況和偶然工況，風(fēng)荷載、波浪力和水流力作為海洋工程中的主要作用力，設(shè)計(jì)將之納入基本可變荷載而非其他可變荷載進(jìn)行荷載組合；依據(jù)規(guī)范要求，本工程抗震設(shè)防烈度為7度，可不做抗震驗(yàn)算。運(yùn)行工況：考慮自重，測(cè)風(fēng)塔荷載，極端高水位下的（50年一遇的H1%）波浪力、大潮水流。1.2.3計(jì)算模型

6、。根據(jù)測(cè)風(fēng)塔三立柱按縱橫向各間距9.5m布置，再考慮施工安裝、運(yùn)行的需要，對(duì)應(yīng)測(cè)風(fēng)塔立柱布置3根鋼管樁，直徑1000mm，上段壁厚20mm，下段壁厚18mm。管樁斜度6∶1，對(duì)稱布置，在2.5m高程處設(shè)置3根Φ400mm，壁厚14mm的鋼支撐。采用美國(guó)EDI公司的海洋結(jié)構(gòu)工程專用分析軟件SACS對(duì)測(cè)風(fēng)塔樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算整理，計(jì)算時(shí)沖刷深度按照3m考慮。計(jì)算時(shí)上層撐管作為安全儲(chǔ)備。1.2.4樁基計(jì)算結(jié)果。樁尖高程：-53m時(shí)，滿足軸向抗壓承載力和抗拔承載力要求。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)的應(yīng)力、

7、樁基水平位移進(jìn)行了復(fù)核，均滿足規(guī)范要求。1.3樁基連接計(jì)算6學(xué)海無涯1.3.1鋼管樁與支撐鋼管的連接計(jì)算。為增加鋼管樁整體剛度，在2.5m高程設(shè)直徑400mm，壁厚14mm的支撐鋼管將鋼管樁連為整體。鋼管樁與支撐鋼管之間采用對(duì)接連接，焊縫與母材等強(qiáng)度，并需按照二級(jí)焊縫要求施工。1.3.2灌漿連接計(jì)算。鋼管樁與上部工作平臺(tái)通過灌漿連接，并進(jìn)行灌漿連接計(jì)算。本工程灌漿材料采用C40微膨脹細(xì)石混凝土。灌漿連接計(jì)算采用《Designofoffshorewindturbinestructures》（DNV-O

8、S-J1012004）Section9的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。C40微膨脹細(xì)石混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度fck參見DNV-OS-J1012004中sec.8TableC1按30N/mm2取值。在計(jì)算中未考慮樁頂焊接連接的作用，僅將其作為結(jié)構(gòu)抗力安全儲(chǔ)備。計(jì)算結(jié)果如下：不設(shè)剪力鍵時(shí)不能滿足連接要求，故需要設(shè)剪力鍵。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，灌漿長(zhǎng)度需要3.5m，鋼管樁內(nèi)壁需設(shè)置10mm高的剪力鍵。1.4樁基設(shè)計(jì)方案測(cè)風(fēng)塔基樁為三根直徑Φ1.0m、斜度6∶1的鋼管樁，鋼管樁直徑為1.0m，樁