1.本发明涉及一种海洋工程桩基础，尤其涉及一种海洋浮式风力发电系统方案。
背景技术：2.海洋风电朝深海发展，现有浮式风电基础主要有半潜式结构基础、张力腿式tlp结构基础和深水圆柱式spar 结构基础。
3.半潜式结构基础方案，系统处于飘浮状态，重心经特殊设计，重力力矩和浮力力矩方向相反，不容易翻转，系统受力总是处于摆动状态，受强风和波浪影响，风雨飘摇，系统摇摆幅度大且难以消除。
4.张力腿式方案，系统处于漂浮状态，张力腿预置张力，承受波浪和强风引起的干扰力，对于重心低的油气平台，是可行的方案。对于风电系统这样的高耸结构，重心很高，头重脚轻，系统倾斜时，重力、浮力及强风倾覆力力矩方向相同，共同产生倾覆力矩，抗倾覆能力极差。
5.深水圆柱式spar 结构浮式基础方案，飘浮状态，重心低于浮心，不倒翁，重力和浮力共同产生力矩应对强风产生的倾覆力矩，抗倾覆能力强，安全性高。但为了降低重心，系统总重很重，成本很高；同时，大圆柱系统，圆柱半径尺寸大，截面积大，受波浪影响排水体积变化很大，如直径8米截面积50平方米的大圆柱，几米高的波浪，排水体积变化有数百立方米，浮力变化很大，系统未设有应对浮力变化的力，容易垂荡。
6.海水能提供无穷大的柔和浮力，而我们却需要海底打桩来完成海洋工程，海洋工程需要力学体系创新。
技术实现要素：7.本发明在于提供一种新式的海洋工程浮力桩基础方案，系统提供基础浮力、剩余浮力、剩余重力和抗倾覆力矩。浮筒提供基础浮力和剩余重力，基础浮力支撑系统重力，剩余浮力用于承受瞬时变化垂直向下的干扰力；重力锚提供剩余重力，剩余重力承受瞬时变化垂直向上的的干扰力，尤其重要的是利用浮力形成抗倾覆力矩，稳定系统，防止系统翻转。系统压不下去，拔不上来，风吹不倒。
8.海洋浮式弹力桩系统，最基础结构包含：浮筒4、金箍棒5、锚链6和重力锚7。浮筒和钢结构金箍棒中心轴重合，浮筒4浸没水中，钢结构金箍棒5穿越浮筒4中心，贯通系统上下，金箍棒5下面挂有锚链6，锚链6下面接有重力锚7，由重力锚6海底锚定系统。本桩基础力学特征为：浮筒4的基础浮力等于系统除重力锚7重力以外的系统重力，浮筒4设有剩余浮力，浮筒4浮力等于基础浮力加剩余浮力，基础浮力用于承受系统重力，剩余浮力用于承受系统瞬时垂直向下变化的干扰力，剩余浮力远远大于垂直向下的干扰力，系统受干扰力影响而压不下去；重力锚7设有剩余重力，重力锚重力等于剩余浮力加剩余重力，剩余重力远远大于垂直方向的向上干扰力，系统受垂直方向瞬时向上的干扰力影响而拔不起来。本系统犹如一个弹性系数近似无穷大的弹簧一般，取名弹力桩系统，能够承受垂直方向上下瞬时变
化的干扰力，并且垂直方向干扰力载荷向上载荷和向下载荷分开设计。
9.金箍棒5为本发明的力学结构核心创造。金箍棒5为钢结构长杆，上下竖穿系统，与各部件钢性连接。当系统有重力和强风产生的倾覆力矩时，金箍棒5组成杠杆系统，传递力矩，支点可以近似计算为金箍棒5下端的锚6悬挂点，浮力产生力矩平衡重力和强风产生的倾覆扭矩，浮力力矩恢复系统铅垂。只要剩余重力和剩余浮力足够大，剩余重力能将金箍棒的下端牢牢的固定在海底不动，剩余浮力足够大，浮力能够产生足够大的抗倾覆力矩，牢牢的稳定系统。海洋能提供无穷大的浮力，金箍棒是定海神针，以金箍棒作为核心部件的弹力桩系统，必能撬动海洋城市建设的进程。
10.本海洋浮式弹力桩，浮筒上设支撑柱3，支撑柱上设平台2，平台上安装风机1，构成海洋浮式弹力桩风电系统。金箍棒5竖穿系统，钢性连接各部件，组成以锚固点为支点的杠杆系统，传递力矩，浮力力矩平衡重力和风力的倾覆力矩，稳定系统铅垂。
11.可选地，浮筒4完全浸没水中，目的在于让浮力值基本恒定；浮筒上设支撑柱，支撑柱上设平台，支撑柱的截面积较小，减少海洋波浪起伏对浮力的影响。支撑柱可用导管架替代。
12.可选地，平台2、支撑柱3、浮筒4、金箍棒5采用工厂整体钢制，再安装风机1，再通过特制的浮运箱将风机浮运到安放地点挂载重力锚安放。工厂整体钢制制造，浮运安装，能显著降低成本。
13.可选地，平台2、支撑柱3、浮筒4采用工厂混凝土预制，能大规模的减少用钢量，大幅降低成本。
14.可选地，重力锚可以对称设置多个，可用吸力锚替代。
附图说明
15.图1为海洋浮式弹力桩基础示意图图2为海洋浮式弹力桩风电示意图附图中标记如下：风机1，平台2，支撑柱3，浮筒4，金箍棒5，锚链6，重力锚7。
具体实施方式
16.下面对具体实施方式做进一步的说明：浮筒浮力大小的计算：浮筒浮力等于系统基础浮力加剩余浮力，基础浮力等于系统除重力锚以外的重力。假定风机200t，风塔300t，金箍棒及锚链100t，浮筒、支撑柱、平台600t，预设剩余浮力大于风机风塔的总重，800t，那么浮筒浮力2000t。
17.重力锚的重力计算：重力锚的重力等于剩余浮力加剩余重力，为保证金箍棒支点能纹丝不动，剩余重力要大，预设锚重等于浮筒浮力，则剩余重力为系统重力。假定剩余浮力800t，则锚重2000t，剩余重力1200t。
18.金箍棒长度计算：金箍棒为系统稳定核心部件，金箍棒由上到下贯通，钢性连接系统，传递力矩，预设金箍棒以浮筒为中点上下等长。假定100米高的风塔，10米的平台和支撑柱高度，20米高的浮筒，中点以上120米，中点以下120，总计240米，上部由于塔筒为钢结构能够传递扭矩，可以由塔筒替代传递力矩。
19.浮筒尺寸及受力面的设置：浮筒底面受巨大的浮力，风塔重力受力面设置为浮筒
底面，金箍棒对浮筒拉力受力面设置为浮筒底面，维持浮筒底面受力基本平衡，减少结构钢材用量。浮力分布与底面有关，浮筒底面支撑柱圆心围成的圆面积占底面面积的一半。
技术特征：1.一种海洋浮式弹力桩系统，包括浮筒、钢结构金箍棒、锚链、重力锚；其特征在于：金箍棒与浮筒中心轴重合，贯通穿过浮筒，与浮筒钢性连接，金箍棒下面挂有锚链，锚链下面接有重力锚锚定系统；浮筒提供基础浮力和剩余浮力，重力锚提供剩余重力，金箍棒组成以锚挂点为支点的杠杆系统，浮力力矩对抗倾覆力矩。2.根据权利要求1所述的海洋浮式风电系统，其特征在于：浮筒上方安装有平台、支撑柱、风机，金箍棒竖向钢性连接各部件贯通系统，充当对抗倾覆力矩的平衡杠杆。3.根据权利要求2所述的海洋浮式风电系统，其特征在于：浮筒、支撑柱、风机平台为整体混凝土预制，金箍棒为钢制结构。4.根据权利要求2所述的海洋浮式风电系统，其特征在于：金箍棒、浮筒、支撑柱、风机平台为整体钢结构预制。5.根据权利要求2所述的海洋浮式风电系统，其特征在于：浮筒为圆桶形结构或其他轴对称结构。6.根据权利要求2所述的海洋浮式风电系统，其特征在于：锚链和重力锚数量为多个。7.根据权利要求2所述的海洋浮式风电系统，其特征在于：重力锚为其他等效的锚如吸力锚。
技术总结海洋工程需要力学系统创新。本发明提供一种海洋浮式弹力桩方案，提供基础浮力、剩余浮力、剩余重力和抗倾覆力矩。金箍棒5与浮筒4对称轴重合，钢性连接，贯通穿过浮筒4，下端通过锚链6由重力锚7锚定，上端钢性连接负载。浮筒设有基础浮力和剩余浮力，重力锚设有剩余重力。金箍棒是核心，金箍棒可近似看做一个以锚挂点为支点的杠杆系统，强风和重力引起的倾覆力矩，由浮力提供抗倾覆力矩。利用本桩基方案的风电系统方案，风机、平台用支撑柱与浮筒连接，金箍棒作为平衡杠杆贯通上下，钢性连接各部件。浮筒浸没，支撑柱连接，可减少浮力受海浪的影响。系统可工厂预制，浮运安装，不受深水影响，具备显著的经济前景。具备显著的经济前景。具备显著的经济前景。
技术研发人员：秦传林
受保护的技术使用者：秦传林
技术研发日：2022.05.22
技术公布日：2022/7/5
