海上测风塔工程设计论文.doc

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1、海上测风塔工程设计论文1测风塔设计级别1.1总体设计方案选择1.1.1塔架型式：目前海上测风塔的塔架型式有自立式和拉线式，由于拉线式基础工艺复杂，对通航安全有一定影响，本工程不予考虑；自立式塔架有单根圆筒式、三角形桁架式、四边形桁架式，从塔架结构受力考虑，通常为改善测风塔受力条件，且便于工程施工安装、船舶靠泊等，工程应用中四边形桁架式塔架应用较多；而三角形桁架式塔架较四边形桁架式结构钢材用量省，且比单根圆筒式塔架受力条件好，但三角形桁架式塔架在测风仪器设备支臂的安装上施工难度较高，施工期相对较长。因

2、此，本工程在综合考虑整个测风塔的工程造价、施工工期及工程施工安全等因素后，最终选用三角形桁架式塔架。1.1.2平台结构：海上测风塔基础结构通常采用钢平台桩基结构或者钢筋混凝土平台桩基结构。一般来说，钢筋混凝土平台的施工工期相对较长，现场混凝土施工质量较难控制，但工程造价一般较钢结构平台低；而钢结构平台的焊接拼装主要在陆地上进行，施工质量较容易控制，但陆地整体拼装后，需采用大型运输及吊装设备运至海上组装，因而，工程造价相对较高。本工程工期要求紧，工程地址距离岸线超过40km，若采用钢筋砼本结构，工期无

3、法满足要求，因此方案中采用钢平台结构。1.1.3桩基的选择：考虑海上施工作业难度及工程造价等因素，海上基础施工一般采用较多的桩基形式为预应力PHC管桩和钢管桩。就单桩造价而言，虽然PHC管桩较钢管桩要低，但海上沉桩施工设备的进出场费、台班费约占到桩基工程总造价的70%左右；而PHC管桩耐久性不及钢管桩，且在吊运、沉桩质量控制等方面要求较高。综合以上分析，就本工程而言，选用钢管桩具有比较明显的优势。1.1.4平台高度：6学海无涯根据《浅海钢质固定平台结构设计与建造规范》（SY/T4095-95）计算，

4、考虑5年一遇1%波高时，平台不越浪，平台顶高程为9.7m。1.2塔架基础设计1.2.1设计荷载。本工程测风塔基础设计考虑的荷载主要包括塔架基础自重、上部测风塔塔架所受荷载、波浪力、水流力、地震惯性力。（1）上部测风塔塔架荷载：基础结构设计时，所考虑的测风塔荷载为上部结构（测风塔塔架）承受风荷载作用传递至基础顶面的荷载。（2）波浪和水流力：整体计算时考虑极限波浪力，采用50年一遇H1%波高的波浪要素。根据《海上固定平台规划设计和建造的推荐作法工作应力设计法》（SY/T10030-2004），采用流函数

5、理论，计算波浪力和水流对桩基的作用。速度力系数Cd和惯性力系数Cm根据《海港水文规范》（JTJ213-98）》分别取1.2和2.0，水流流速表、中、底层均按2m/s采用，1.2.2设计工况。测风塔基础设计工况一般考虑正常运行工况和偶然工况，风荷载、波浪力和水流力作为海洋工程中的主要作用力，设计将之纳入基本可变荷载而非其他可变荷载进行荷载组合；依据规范要求，本工程抗震设防烈度为7度，可不做抗震验算。运行工况：考虑自重，测风塔荷载，极端高水位下的（50年一遇的H1%）波浪力、大潮水流。1.2.3计算模型

6、。根据测风塔三立柱按纵横向各间距9.5m布置，再考虑施工安装、运行的需要，对应测风塔立柱布置3根钢管桩，直径1000mm，上段壁厚20mm，下段壁厚18mm。管桩斜度6∶1，对称布置，在2.5m高程处设置3根Φ400mm，壁厚14mm的钢支撑。采用美国EDI公司的海洋结构工程专用分析软件SACS对测风塔桩基础结构进行整体计算整理，计算时冲刷深度按照3m考虑。计算时上层撑管作为安全储备。1.2.4桩基计算结果。桩尖高程：-53m时，满足轴向抗压承载力和抗拔承载力要求。根据计算结果，对钢结构平台的应力、

7、桩基水平位移进行了复核，均满足规范要求。1.3桩基连接计算6学海无涯1.3.1钢管桩与支撑钢管的连接计算。为增加钢管桩整体刚度，在2.5m高程设直径400mm，壁厚14mm的支撑钢管将钢管桩连为整体。钢管桩与支撑钢管之间采用对接连接，焊缝与母材等强度，并需按照二级焊缝要求施工。1.3.2灌浆连接计算。钢管桩与上部工作平台通过灌浆连接，并进行灌浆连接计算。本工程灌浆材料采用C40微膨胀细石混凝土。灌浆连接计算采用《Designofoffshorewindturbinestructures》（DNV-O

8、S-J1012004）Section9的计算方法进行计算。C40微膨胀细石混凝土的立方体抗压强度fck参见DNV-OS-J1012004中sec.8TableC1按30N/mm2取值。在计算中未考虑桩顶焊接连接的作用，仅将其作为结构抗力安全储备。计算结果如下：不设剪力键时不能满足连接要求，故需要设剪力键。根据计算结果，灌浆长度需要3.5m，钢管桩内壁需设置10mm高的剪力键。1.4桩基设计方案测风塔基桩为三根直径Φ1.0m、斜度6∶1的钢管桩，钢管桩直径为1.0m，桩