CN117332638A - 一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩及其优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海上风电技术领域，公开了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩及其优化方法。该方法通过建立防溜钢管桩SACS模型，在模型中预设环向肋板和支撑板的设置高度，以及环向肋板个数参数，循环对模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，以及调整设置高度和环向肋板个数，当循环结果时，确定当前的设置高度和环向肋板个数，并将其作为结构优化参数，应用于防溜钢管桩的优化结构设计中。本发明通过在钢管桩的下方设置环向肋板和支撑板，可以增加桩基与土体的接触面积，从而有效地增加侧摩阻，通过SACS模型准确预估防溜钢管桩的侧摩阻力，显著降低桩基础沉桩过程中的溜桩风险，保证了沉桩的施工安全。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩及其优化方法。
背景技术
近年来，海上风电的高速发展，意味着海上风电正式进入平价时代，进而催生出一系列大兆瓦海上风力发电机组。
单桩基础作为海上风电中最常用的基础型式之一，在海上风电发展中占据着不可或缺的地位。随着近海海上风电场开发已趋近饱和，海上风电场开发逐渐向深远海进发。海上风电机组大兆瓦的发展趋势伴随着深远海的发展方向使得单桩基础的直径和重量不断攀升，将给海上风力机基础的施工提出严峻的挑战。尤其是在沉桩过程中如遇软土层，直接导致溜桩或自沉过大等问题，给深水区单桩基础沉桩施工带来不可预估的风险。
发明内容
本发明提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩及其优化方法，可以有效增加侧摩阻，准确预估防溜钢管桩的侧摩阻力，显著降低桩基础沉桩过程中的溜桩风险，保证了沉桩的施工安全。
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，包括：
建立防溜钢管桩SACS模型；其中，所述SACS模型包括预设的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度，以及预设的环向肋板个数；
组合预设的若干种环境荷载，形成最不利荷载组合，并将所述最不利荷载组合输入至所述SACS模型；
循环对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，直到钢管桩的入泥速度小于预设的速度阈值且所述钢管桩承载力大于海上风力机所需承载力，输出当前的预测溜桩高度和环向肋板个数，并确定防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
将所述防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数作为所述防溜钢管桩的结构优化参数，应用于所述防溜钢管桩的优化结构设计中。
进一步地，所述对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，具体为：
对所述SACS模型进行承载力分析，确定当前的钢管桩承载力；
对所述SACS模型进行钢管桩打桩分析，确定当前的预测溜桩高度和入泥速度；
在模型分析完成后，将所述设置高度调整为当前的预测溜桩高度，并在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值。
进一步地，所述海上风力机所需承载力包括桩土间的侧摩阻力和桩土间的桩端阻力；
所述桩土间的侧摩阻力根据钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积计算而成，具体为：
其中，Qd为桩土间的侧摩阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；U2为环向肋板周长；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度；η为桩端闭塞效益系数；qR为桩端阻力标准值；A2为环向肋板端部面积；
所述桩土间的桩端阻力根据钢管桩周长计算而成，具体为：
其中，Td为桩土间的桩端阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；ξi为抗拔折减系数；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度。
进一步地，所述钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积根据钢管桩的预设参数计算而成；
所述钢管桩周长的计算公式为：
U1＝πD
其中，U1为钢管桩周长；D为钢管桩直径；
所述环向肋板周长的计算公式为：
其中，U2为环向肋板周长；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；h1为梯形截面的高度；h2为梯形截面离钢管桩最近的高度；x为梯形截面的组数；
所述环向肋板端部面积的计算公式为：
其中，A2为环向肋板端部面积；D为钢管桩直径；h1为梯形截面的高度；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；α为梯形截面高度与斜边之间的夹角；x为梯形截面的组数。
进一步地，所述在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值，具体为：
所述预设个数值为偶数。
本发明提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，通过建立防溜钢管桩SACS模型，在模型中预设环向肋板和支撑板的设置高度，以及环向肋板个数参数，循环对模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，以及调整设置高度和环向肋板个数，当循环结果为钢管桩无溜桩风险时，确定当前模型记录的设置高度和环向肋板个数，并将其作为防溜钢管桩的结构优化参数，应用于防溜钢管桩的优化结构设计中。本发明通过在钢管桩的下方设置环向肋板和支撑板，可以增加桩基与土体的接触面积，从而有效地增加侧摩阻，通过SACS模型准确预估防溜钢管桩的侧摩阻力，显著降低桩基础沉桩过程中的溜桩风险，保证了沉桩的施工安全。
本发明的第二方面提供一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，包括：钢管桩、若干个环向肋板和支撑板；
所述环向肋板和所述支撑板设置在所述钢管桩下方的内部；
所述环向肋板为波形截面，由多个梯形截面环向拼接而成；
所述环向肋板通过所述支撑板与所述钢管桩连接；
所述钢管桩与所述环向肋板的中间呈镂空形式；
所述环向肋板与所述支撑板之间的连接方式和所述环向肋板与所述钢管桩之间的连接方式均为双面坡口熔透焊。
进一步地，所述环向肋板为波形截面，由多个梯形截面环向拼接而成，还包括：
梯形截面的数量根据钢管桩的直径大小设置；
支撑板的数量与所述梯形截面的数量一致。
进一步地，所述适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，还包括：
根据权利要求1至5所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，确定环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
根据确定的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度和环向肋板个数，对所述防溜钢管桩的结构进行优化。
本发明提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，将若干个环向肋板和支撑板组成防溜装置，设置在钢管桩的下方，防溜装置增加了结构与土体之间的受力面积，可以提供较大的侧摩阻力，从而能够有效减少超大直径钢管桩溜桩的风险；防溜钢管桩的各个部分之间采用双面坡口熔透焊的方式进行连接，增强了整个结构的牢固性。
本发明的第三方面提供一种喷适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化装置，包括：模型建立模块、组合模块、循环模块和参数确定模块；
所述模型建立模块用于建立防溜钢管桩SACS模型；其中，所述SACS模型包括预设的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度，以及预设的环向肋板个数；
所述组合模块用于组合预设的若干种环境荷载，形成最不利荷载组合，并将所述最不利荷载组合输入至所述SACS模型；
所述循环模块用于循环对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，直到钢管桩的入泥速度小于预设的速度阈值且所述钢管桩承载力大于海上风力机所需承载力，输出当前的预测溜桩高度和环向肋板个数，并确定防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
所述参数确定模块用于将所述防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数作为所述防溜钢管桩的结构优化参数，应用于所述防溜钢管桩的优化结构设计中。
本发明提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化装置，以模块间的有机结合为基础，有效增加侧摩阻，准确预估防溜钢管桩的侧摩阻力，显著降低桩基础沉桩过程中的溜桩风险，保证了沉桩的施工安全。
附图说明
图1为本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法的一种实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法的另一种实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的一种实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的防溜装置的一种实施例的结构示意图；
图5为本发明提供的防溜装置的另一种实施例的结构示意图；
图6为本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1，是本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤101至步骤104，各步骤具体如下：
步骤101：建立防溜钢管桩SACS模型；其中，所述SACS模型包括预设的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度，以及预设的环向肋板个数。
步骤102：组合预设的若干种环境荷载，形成最不利荷载组合，并将所述最不利荷载组合输入至所述SACS模型。
步骤103：循环对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，直到钢管桩的入泥速度小于预设的速度阈值且所述钢管桩承载力大于海上风力机所需承载力，输出当前的预测溜桩高度和环向肋板个数，并确定防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数。
进一步地，在本发明第一实施例中，对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，具体为：
对所述SACS模型进行承载力分析，确定当前的钢管桩承载力；
对所述SACS模型进行钢管桩打桩分析，确定当前的预测溜桩高度和入泥速度；
在模型分析完成后，将所述设置高度调整为当前的预测溜桩高度，并在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值。
进一步地，在本发明第一实施例中，海上风力机所需承载力包括桩土间的侧摩阻力和桩土间的桩端阻力；
所述桩土间的侧摩阻力根据钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积计算而成，具体为：
其中，Qd为桩土间的侧摩阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；U2为环向肋板周长；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度；η为桩端闭塞效益系数；qR为桩端阻力标准值；A2为环向肋板端部面积；
所述桩土间的桩端阻力根据钢管桩周长计算而成，具体为：
其中，Td为桩土间的桩端阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；ξi为抗拔折减系数；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度。
进一步地，在本发明第一实施例中，钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积根据钢管桩的预设参数计算而成；
所述钢管桩周长的计算公式为：
U1＝πD
其中，U1为钢管桩周长；D为钢管桩直径；
所述环向肋板周长的计算公式为：
其中，U2为环向肋板周长；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；h1为梯形截面的高度；h2为梯形截面离钢管桩最近的高度；x为梯形截面的组数；
所述环向肋板端部面积的计算公式为：
其中，A2为环向肋板端部面积；D为钢管桩直径；h1为梯形截面的高度；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；α为梯形截面高度与斜边之间的夹角；x为梯形截面的组数。
进一步地，在本发明第一实施例中，在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值，具体为：
所述预设个数值为偶数。
在本发明第一实施例中，由于在沉桩过程中环向肋板和支撑板可以大幅增加钢管桩结构与土体之间的受力面积，从而提供较大的侧摩阻力，进而能够有效减少超大直径钢管桩溜桩的风险，因此通过调整环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度，以及环向肋板个数，可以形成防溜钢管桩，从而减少溜桩风险。其中，环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度可以根据增设防溜装置侧摩阻与未增设防溜装置钢管桩侧摩阻来对比确定。
作为本发明第一实施例的一种举例，建立超大直径防溜钢管桩SACS模型，在模型中设置环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度为3m，环向肋板的环向个数为6个；其中，预设参数可以根据目标海上风电场地质情况进行预设，例如，若地质情况较差、多为软黏土则预设设置高度和环向肋板数量可稍大，若地质情况良好、多为砂土则预设设置高度和环向肋板数量可略小。另外，在SACS模型上施加上部风力机荷载与风浪流等环境荷载并进行最不利荷载组合；其中，施加上部风力机荷载和风浪流荷载的同时应考虑海生物腐蚀等海洋环境影响，累积疲劳损伤计算按25年考虑。参数设定完成后，对SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力及溜桩高度预测分析结束后，将环向肋板和支撑板的设置高度增加至预测溜桩高度处，并将环向肋板个数增加2个，记录钢管桩承载力和溜桩高度预测；当环向肋板和支撑板的设置高度和环向肋板个数的参数更新后，重复对SACS模型进行分析，直至当前钢管桩无溜桩风险且钢管桩承载力大于海上风力机所需承载力时，确定钢管桩承载力和溜桩高度。其中，钢管桩承载力是通过SACS模型分析计算获取的，海上风力机所需承载力是根据钢管桩的参数通过计算桩土间的侧摩阻力和桩土间的桩端阻力而获取的，当海上风力机所需承载力小于通过模型计算得出的钢管桩承载力时，可以保证钢管桩无溜桩风险。
在本发明第一实施例中，通过循环对SACS模型进行分析，并调整环向肋板和支撑板的设置高度和环向肋板个数时，当环向肋板个数增加时，环向肋板端部面积会增大，即防溜装置的受力面积增大，从而可以增大桩土间的侧摩阻力；而每增大环向肋板和支撑板的设置高度，也增大桩土间的侧摩阻力，从而减少溜桩风险。
作为本发明第一实施例的一种举例，参见图2，是本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法的另一种实施例的流程示意图，是对于不同设置高度的环向肋板和支撑板以及环向肋板个数，与其对应的钢管桩承载力和溜桩高度的对比结果。从图2中的数据可以得知，由环向肋板和支撑板组成的防溜装置对侧摩阻有显著提升，抗压侧摩阻的提升效果优于抗拔侧摩阻的提升效果；随着防溜装置范围的增加，侧摩阻提升的幅度逐渐减小，根据溜桩风险高度增长环向肋板和支撑板高度提高侧摩阻效果高达35％；侧摩阻力虽环向肋板个数增加逐渐增加，但增大效果较高度增加效果略小，当环向肋板增加至12个时侧摩阻力趋向平稳状态。
步骤104：将所述防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数作为所述防溜钢管桩的结构优化参数，应用于所述防溜钢管桩的优化结构设计中。
综上，本发明第一实施例提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，通过建立防溜钢管桩SACS模型，在模型中预设环向肋板和支撑板的设置高度，以及环向肋板个数参数，循环对模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，以及调整设置高度和环向肋板个数，当循环结果为钢管桩无溜桩风险时，确定当前模型记录的设置高度和环向肋板个数，并将其作为防溜钢管桩的结构优化参数，应用于防溜钢管桩的优化结构设计中。本发明通过在钢管桩的下方设置环向肋板和支撑板，可以增加桩基与土体的接触面积，从而有效地增加侧摩阻，通过SACS模型准确预估防溜钢管桩的侧摩阻力，显著降低桩基础沉桩过程中的溜桩风险，保证了沉桩的施工安全。
实施例2，
参见图2，是本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的一种实施例的结构示意图，该防溜钢管桩包括钢管桩、若干个环向肋板和支撑板；
环向肋板和支撑板设置在所述钢管桩下方的内部；
环向肋板为波形截面，由多个梯形截面环向拼接而成；
环向肋板通过支撑板与钢管桩连接；
钢管桩与环向肋板的中间呈镂空形式；
环向肋板与支撑板之间的连接方式和环向肋板与钢管桩之间的连接方式均为双面坡口熔透焊。
进一步地，在本发明第二实施例中，环向肋板为波形截面，由多个梯形截面环向拼接而成，还包括：
梯形截面的数量根据钢管桩的直径大小设置；
支撑板的数量与所述梯形截面的数量一致。
进一步地，在本发明第二实施例中，适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，还包括：
根据第一方面以及第一方面的任一实施例所描述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，确定环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
根据确定的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度和环向肋板个数，对所述防溜钢管桩的结构进行优化。
作为本发明第二实施例的一种举例，参见图3，是本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的一种实施例的结构示意图，包括：钢管桩1、环向肋板2和支撑板3，环向肋板2和支撑板3设置在所述钢管桩下方的内部，环向肋板2通过支撑板3与钢管桩1连接，钢管桩1与环向肋板2的中间呈镂空形式，环向肋板2与支撑板3之间的连接方式和环向肋板2与钢管桩1之间的连接方式均为双面坡口熔透焊。参见图4，是本发明提供的防溜装置的一种实施例的结构示意图，防溜装置设置在防溜钢管桩的下方，布设于防溜钢管桩内侧，由若干个环向肋板2和支撑板3组成，环向肋板2由多个梯形截面环向拼接而成。参见图5，是本发明提供的防溜装置的另一种实施例的结构示意图，是防溜装置的俯视图，其中，D为钢管桩直径；h1为梯形截面的高度；h2为梯形截面离钢管桩最近的高度；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；α为梯形截面高度与斜边之间的夹角。组成环向肋板2的梯形截面的数量根据钢管桩1的直径大小灵活设置，钢管桩1与环向肋板2之间由支撑板3连接，支撑板3的数量与环形肋板中梯形截面的数量一致，支撑板3的宽度范围可以为500mm～7000mm。支撑板3不仅起连接钢管桩1与环向肋板2的作用，还可防止环形肋板2在土体积压下的变形，防止钢管桩的1下部和环形肋板2发生纵向屈曲，保证了结构的整体受力的能力。
综上，本发明第二实施例提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，将若干个环向肋板和支撑板组成防溜装置，设置在钢管桩的下方，防溜装置增加了结构与土体之间的受力面积，可以提供较大的侧摩阻力，从而能够有效减少超大直径钢管桩溜桩的风险；防溜钢管桩的各个部分之间采用双面坡口熔透焊的方式进行连接，增强了整个结构的牢固性。
实施例3
参见图6，是本发明提供的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化装置一种实施例的结构示意图，该装置包括模型建立模块201、组合模块202、循环模块203和参数确定模块204；
模型建立模块201用于建立防溜钢管桩SACS模型；其中，所述SACS模型包括预设的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度，以及预设的环向肋板个数；
组合模块202用于组合预设的若干种环境荷载，形成最不利荷载组合，并将所述最不利荷载组合输入至所述SACS模型；
循环模块203用于循环对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，直到钢管桩的入泥速度小于预设的速度阈值且所述钢管桩承载力大于海上风力机所需承载力，输出当前的预测溜桩高度和环向肋板个数，并确定防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
参数确定模块204用于将所述防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数作为所述防溜钢管桩的结构优化参数，应用于所述防溜钢管桩的优化结构设计中。
进一步地，在本发明第三实施例中，对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，具体为：
对所述SACS模型进行承载力分析，确定当前的钢管桩承载力；
对所述SACS模型进行钢管桩打桩分析，确定当前的预测溜桩高度和入泥速度；
在模型分析完成后，将所述设置高度调整为当前的预测溜桩高度，并在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值。
进一步地，在本发明第三实施例中，海上风力机所需承载力包括桩土间的侧摩阻力和桩土间的桩端阻力；
所述桩土间的侧摩阻力根据钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积计算而成，具体为：
其中，Qd为桩土间的侧摩阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；U2为环向肋板周长；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度；η为桩端闭塞效益系数；qR为桩端阻力标准值；A2为环向肋板端部面积；
所述桩土间的桩端阻力根据钢管桩周长计算而成，具体为：
其中，Td为桩土间的桩端阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；ξi为抗拔折减系数；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度。
进一步地，在本发明第三实施例中，钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积根据钢管桩的预设参数计算而成；
所述钢管桩周长的计算公式为：
U1＝πD
其中，U1为钢管桩周长；D为钢管桩直径；
所述环向肋板周长的计算公式为：
其中，U2为环向肋板周长；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；h1为梯形截面的高度；h2为梯形截面离钢管桩最近的高度；x为梯形截面的组数；
所述环向肋板端部面积的计算公式为：
其中，A2为环向肋板端部面积；D为钢管桩直径；h1为梯形截面的高度；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；α为梯形截面高度与斜边之间的夹角；x为梯形截面的组数。
进一步地，进一步地，在本发明第三实施例中，在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值，具体为：
所述预设个数值为偶数。
综上，本发明第三实施例提供了一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化装置，以模块间的有机结合为基础，有效增加侧摩阻，准确预估防溜钢管桩的侧摩阻力，显著降低桩基础沉桩过程中的溜桩风险，保证了沉桩的施工安全。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，其特征在于，包括：
建立防溜钢管桩SACS模型；其中，所述SACS模型包括预设的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度，以及预设的环向肋板个数；
组合预设的若干种环境荷载，形成最不利荷载组合，并将所述最不利荷载组合输入至所述SACS模型；
循环对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，直到钢管桩的入泥速度小于预设的速度阈值且所述钢管桩承载力大于海上风力机所需承载力，输出当前的预测溜桩高度和环向肋板个数，并确定防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
将所述防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数作为所述防溜钢管桩的结构优化参数，应用于所述防溜钢管桩的优化结构设计中。
2.根据权利要求1所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，其特征在于，所述对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，具体为：
对所述SACS模型进行承载力分析，确定当前的钢管桩承载力；
对所述SACS模型进行钢管桩打桩分析，确定当前的预测溜桩高度和入泥速度；
在模型分析完成后，将所述设置高度调整为当前的预测溜桩高度，并在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值。
3.根据权利要求1所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，其特征在于，所述海上风力机所需承载力包括桩土间的侧摩阻力和桩土间的桩端阻力；
所述桩土间的侧摩阻力根据钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积计算而成，具体为：
其中，Qd为桩土间的侧摩阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；U2为环向肋板周长；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度；η为桩端闭塞效益系数；qR为桩端阻力标准值；A2为环向肋板端部面积；
所述桩土间的桩端阻力根据钢管桩周长计算而成，具体为：
其中，Td为桩土间的桩端阻力；γR为桩轴向承载力抗力系数；U1为钢管桩周长；ξi为抗拔折减系数；qfi为各层土的侧摩阻；li为每层土的厚度。
4.根据权利要求3所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，其特征在于，所述钢管桩周长、环向肋板周长和环向肋板端部面积根据钢管桩的预设参数计算而成；
所述钢管桩周长的计算公式为：
U1＝πD
其中，U1为钢管桩周长；D为钢管桩直径；
所述环向肋板周长的计算公式为：
其中，U2为环向肋板周长；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；h1为梯形截面的高度；h2为梯形截面离钢管桩最近的高度；x为梯形截面的组数；
所述环向肋板端部面积的计算公式为：
其中，A2为环向肋板端部面积；D为钢管桩直径；h1为梯形截面的高度；w1为环向肋板中一个梯形截面的宽度；α为梯形截面高度与斜边之间的夹角；x为梯形截面的组数。
5.根据权利要求2所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，其特征在于，所述在当前的环向肋板个数的基础上增加预设个数值，具体为：
所述预设个数值为偶数。
6.一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，其特征在于，包括：钢管桩、若干个环向肋板和支撑板；
所述环向肋板和所述支撑板设置在所述钢管桩下方的内部；
所述环向肋板为波形截面，由多个梯形截面环向拼接而成；
所述环向肋板通过所述支撑板与所述钢管桩连接；
所述钢管桩与所述环向肋板的中间呈镂空形式；
所述环向肋板与所述支撑板之间的连接方式和所述环向肋板与所述钢管桩之间的连接方式均为双面坡口熔透焊。
7.根据权利要求6所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，其特征在于，所述环向肋板为波形截面，由多个梯形截面环向拼接而成，还包括：
梯形截面的数量根据钢管桩的直径大小设置；
支撑板的数量与所述梯形截面的数量一致。
8.根据权利要求6所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩，其特征在于，还包括：
根据权利要求1至5所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法，确定环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
根据确定的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度和环向肋板个数，对所述防溜钢管桩的结构进行优化。
9.一种适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化装置，其特征在于，包括：模型建立模块、组合模块、循环模块和参数确定模块；
所述模型建立模块用于建立防溜钢管桩SACS模型；其中，所述SACS模型包括预设的环向肋板和支撑板设置于钢管桩的设置高度，以及预设的环向肋板个数；
所述组合模块用于组合预设的若干种环境荷载，形成最不利荷载组合，并将所述最不利荷载组合输入至所述SACS模型；
所述循环模块用于循环对所述SACS模型进行承载力分析和钢管桩打桩分析，确定钢管桩承载力和预测溜桩高度，调整所述设置高度和所述环向肋板个数，直到钢管桩的入泥速度小于预设的速度阈值且所述钢管桩承载力大于海上风力机所需承载力，输出当前的预测溜桩高度和环向肋板个数，并确定防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数；
所述参数确定模块用于将所述防溜钢管桩的设置高度和环向肋板个数作为所述防溜钢管桩的结构优化参数，应用于所述防溜钢管桩的优化结构设计中。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条计算机指令，所述指令由处理器加载并执行以实现权利要求1至权利要求5任一项所述的适用于大兆瓦海上风力机的防溜钢管桩的优化方法中所执行的步骤。
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