一种新型的重力锚结构

1.本发明属海洋工程锚固技术领域，尤其涉及一种新型的重力锚结构。


背景技术：

2.随着经济的快速增长和社会进步，海洋在人类社会的发展中起着越来越重要的作用，海洋工程装备将得到更快的发展，如海上漂浮式光伏系统、浮式防波堤、海洋浮式生产平台等。然而不同于陆上环境，海上环境恶劣且复杂多变，漂浮式结构将会受到风、浪、流的联合作用。因此浮式结构在工作时通常需要通过锚泊系统定位，使结构能够在外部荷载的作用下保持在一个相对稳定的位置。
3.锚泊系统可为上部浮体结构提供一定的回复力及阻尼，从而使上部浮体结构保持相对稳定。常用的锚固基础主要有桩锚、重力锚、吸力锚、法向承力锚、吸力式贯入锚和动力贯入锚几种型式。其中重力锚是一种较为古老的锚，主要由混凝土块或钢块、碎金属或其他高密度材料制成。因其具有施工简便、适用土质条件广泛、造价低廉、可回收等优点在锚泊系统中得到了广泛应用。
4.在水深小于1000m的水域常采用悬链式系泊系统，通过一定长度的系泊线卧于海床，使锚固基础承受的荷载主要为水平向荷载。然而重力锚的水平向承载力主要取决于锚底与土体之间的摩擦力，其水平向承载力较低。当在外部荷载的作用下，系泊线施加在重力锚上拉力的水平向分力超过其水平向承载力时，整个锚泊系统将面临移位的风险。因此针对重力锚水平向承载力低、受荷方向单一等问题，本发明提出一种新型的重力锚结构。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种新型的重力锚结构，以解决上述问题，达到有效提高重力锚在水平方向上承载力的目的。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种新型的重力锚结构，包括配重部，所述配重部的底部设置有外抓力部，所述外抓力部和所述配重部之间设置有内抓力部，所述外抓力部和所述内抓力部分别与海床对应设置，所述外抓力部上设置有若干连接组件，一所述连接组件与锚链对应设置。
7.优选的，所述配重部包括压块，所述外抓力部和所述内抓力部分别固定连接在所述压块的底壁上。
8.优选的，所述外抓力部包括外部裙板，所述外部裙板设置为两端开口的圆筒结构，所述外部裙板竖向固定连接在所述压块的底壁上，所述内抓力部设置在所述外部裙板内，若干所述连接组件等间距设置在所述外部裙板的外周向侧壁顶部。
9.优选的，所述内抓力部包括若干竖向设置的内剪力键，若干所述内剪力键绕所述外部裙板的中心轴线均匀分布，若干所述内剪力键的一端侧壁分别相互固定连接，若干所述内剪力键的另一端侧壁分别与所述外部裙板内侧壁固定连接，若干所述内剪力键的顶部与所述压块的底部固定连接。
10.优选的，所述连接组件包括两组连接环，两组所述连接环之间转动连接有连接轴，所述连接轴的轴线竖向设置，所述连接轴的周向侧壁上固定连接有锁扣，所述锁扣与所述锚链对应设置。
11.优选的，所述压块的底部与所述外部裙板的内侧壁之间、所述内剪力键的侧壁与所述压块的底部之间分别固定连接有若干斜撑。
12.优选的，所述压块的材质为混凝土。
13.优选的，所述外部裙板和若干所述内剪力键的材质为钢板。
14.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：配重部的主要作用是承担整个锚泊系统所需的大部分竖向承载力；外抓力部的主要作用是对海床的土体进行切削，便于重力锚结构整体基础安装下沉；内抓力部的主要作用是承受海床泥土抗力的作用，大幅提高重力锚的水平向承载力，同时可承受锚链传递的多个方向水平荷载，提高结构的适用范围；连接组件的主要作用是便于与锚链进行稳固连接。整体上，本发明的重力锚结构可以有效的提高重力锚在水平向的承载力，同时结构简单、加工方便、使用成本低廉。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明重力锚结构的主视示意图；
17.图2为本发明重力锚结构的俯视示意图；
18.图3为本发明重力锚结构的工作示意图；
19.图4为本发明连接组件的主视剖视图；
20.图5为本发明辅助扎土部的主视剖视图；
21.图6为本发明扎土组件的主视剖视图；
22.图7为本发明螺纹杆的示意图；
23.图8为本发明齿轮和线轴的连接示意图；
24.图9为本发明锥杆的俯视图；
25.图10为本发明排水部的主视剖视图；
26.其中，1、压块；2、外部裙板；3、内剪力键；4、连接环；5、斜撑；6、海床；7、锚链；8、上部浮体结构；9、连接轴；10、锁扣；11、电机；12、螺纹杆；13、螺纹套；14、挡块；15、滑槽；16、锥杆；17、辅助杆套；18、辅助杆；19、齿轮；20、线槽；21、隔板；22、线轴；23、通孔；24、过水孔；25、出水管；26、齿条。
具体实施方式
27.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做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。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.实施例一：
30.参照图1-4所示，本发明提供了一种新型的重力锚结构，包括配重部，配重部的底部设置有外抓力部，外抓力部和配重部之间设置有内抓力部，外抓力部和内抓力部分别与海床6对应设置，外抓力部上设置有若干连接组件，一连接组件与锚链7对应设置。
31.配重部的主要作用是承担整个锚泊系统所需的大部分竖向承载力；外抓力部的主要作用是对海床6的土体进行切削，便于重力锚结构整体基础安装下沉；内抓力部的主要作用是承受海床6泥土抗力的作用，大幅提高重力锚的水平向承载力，同时可承受锚链7传递的多个方向水平荷载；连接组件的主要作用是便于与锚链7进行稳固连接。整体上，本发明的重力锚结构可以有效的提高重力锚在水平向的承载力，同时结构简单、加工方便、使用成本低廉。
32.进一步优化方案，配重部包括压块1，外抓力部和内抓力部分别固定连接在压块1的底壁上。
33.进一步优化方案，外抓力部包括外部裙板2，外部裙板2设置为两端开口的圆筒结构，外部裙板2竖向固定连接在压块1的底壁上，内抓力部设置在外部裙板2内，若干连接组件等间距设置在外部裙板2的外周向侧壁顶部。
34.外部裙板2与上部压块1相连，在重力下沉入海床6的泥土过程中外部裙板2可对土体进行切削，便于整体基础安装下沉。同时外部裙板2圆形的结构可以在任何方向上都与海床6有较好的相互作用力。
35.进一步优化方案，内抓力部包括若干竖向设置的内剪力键3，若干内剪力键3绕外部裙板2的中心轴线均匀分布，若干内剪力键3的一端侧壁分别相互固定连接，若干内剪力键3的另一端侧壁分别与外部裙板2内侧壁固定连接，若干内剪力键3的顶部与压块1的底部固定连接。
36.在本发明重力锚结构下沉过程中，内剪力键3同步向海床6的泥土中贯入，从而改变了传统重力锚水平向承载力的发挥机制，由重力锚承受土体提供的摩擦力转变为重力锚受土抗力的作用，从而大幅提高了重力锚的水平向承载力。内剪力键3均匀分布，可承受系泊线传递的多个方向水平荷载，提高结构的适用性。内剪力键3的实际分布个数可依据实际工程中的外部荷载及土体条件进行设置。
37.进一步优化方案，连接组件包括两组连接环4，两组连接环4之间转动连接有连接轴9，连接轴9的轴线竖向设置，连接轴9的周向侧壁上固定连接有锁扣10，锁扣10与锚链7对应设置。
38.锁扣10由两组连接杆组成，两组连接杆之间可穿入螺栓，将锚链7一端的链环放置在两组连接杆之间，再穿入螺栓即可实现锚链7与本发明重力锚的连接。连接轴9可在两组连接环4之间扭动，从而带动锁扣10扭动，锁扣10扭动即可实现锚链7与重力锚之间的角度改变，避免改善重力锚与锚链7之间的受力情况。
39.进一步优化方案，压块1的底部与外部裙板2的内侧壁之间、内剪力键3的侧壁与压块1的底部之间分别固定连接有若干斜撑5。
40.斜撑5的主要作用是加强上部压块1与下部结构的连接，同时提高整体结构的竖向
刚度。
41.进一步优化方案，压块1的材质为混凝土。
42.压块1还可由钢块、碎金属或其他高密度材料制成。
43.进一步优化方案，外部裙板2和若干内剪力键3的材质为钢板。
44.本实施例的工作过程如下：将本发明的重力锚装船后，运至施工坐标位置就位。将锚链7的一端与锁扣10相连，锚链7的另一端与上部浮体结构8连接。使用起重设备将重力锚竖直吊起并最终放置到海床6的泥面上，此后通过潜水员或rov将重力锚上的索具拆除。重力锚在自重作用下外部裙板2和内剪力键3开始贯入土体，在重力锚入泥过程中需控制锚的偏移，保证自重入泥的垂直度。最后锤击重力锚，将重力锚安装就位，确保压块1位于泥面以上，外部裙板2和内剪力键3埋置入土。
45.实施例二
46.参照图5-9所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，压块1与内剪力键3之间设置有辅助扎土部，辅助扎土部包括嵌设在压块1内的连接筒，连接筒与外部裙板2同轴线设置，连接筒的底面与内剪力键3的底面齐平，连接筒的内侧顶部竖向固定连接有电机11，电机11的输出轴同轴线固定连接有螺纹套13，螺纹套13内螺纹连接有螺纹杆12，连接筒的内侧壁上对称固定连接有两组挡块14，螺纹杆12的侧壁上竖向对称开设有两组滑槽15，两组挡块14分别滑动连接在两组滑槽15内，螺纹杆12的底部同轴线固定连接有锥杆16，锥杆16与海床6对应设置，若干内剪力键3与锥杆16之间分别设置有若干扎土组件。
47.扎土组件包括固定连接在内剪力键3底部的辅助杆套17，辅助杆套17内部靠近锥杆16的一端转动连接有齿轮19，锥杆16的侧壁上竖向固定连接有齿条26，齿条26与齿轮19相啮合，齿轮19的一侧壁上同轴线固定连接有线轴22。辅助杆套17内水平固定连接有隔板21，隔板21与辅助杆套17的内侧底壁之间滑动连接有辅助杆18，辅助杆18的侧壁上开设有线槽20，隔板21远离锥杆16的一侧开设有通孔23，线槽20靠近锥杆16的一侧固定连接有钢丝拉绳的一端，钢丝拉绳的另一端穿过通孔23且绕接在线轴22上。
48.将本发明的重力锚起吊腔，使用线缆与电机11电性连接。当本发明的重力锚安装就位后，通过给电机11通电，使电机11转动，从而带动螺纹套13转动，由于挡块14对螺纹杆12的限位作用，螺纹套13与螺纹杆12之间出现相对转动，在螺纹传动作用下，螺纹杆12沿挡块14向下移动，并带动锥杆16向下移动扎入海床6的泥土中。锥杆16下降的同时，锥杆16上的若干齿条26同时带动若干齿轮19转动，齿轮19转动带动线轴22转动，线轴22转动的同时收紧钢丝拉绳，通孔23起到类定滑轮作用，使钢丝拉绳将辅助杆18从辅助杆套17中拉出并使辅助杆18扎入海床6的泥土中，使重力锚系统对土体的剪切破坏作用更大，进一步提高重力锚所能承受的水平载荷，提高整体锚泊系统的水平向承载力。
49.实施例三
50.参照图10所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，压块1与内剪力键3之间设置有排水部，排水部包括嵌设在压块1内的出水管25，出水管25的出水端贯穿压块1的侧壁，出水管25的进水端贯穿压块1的底部，若干内剪力键3的侧壁顶部分别开设有过水孔24。
51.由于压块1、外部裙板2、内剪力键3和海床6之间会围成密闭空间，重力锚在自重作用下贯入土体过程中以及锤击重力锚将其安装就位的过程中，若密闭空间内存有大量海水，将不利于本发明重力锚的安装。若干过水孔24可将内剪力键3分隔成的空腔进行连接，
使海水可以实现流动，出水管25可将各空腔内的水排出至重力锚外，从而降低了安装难度。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种新型的重力锚结构，其特征在于：包括配重部，所述配重部的底部设置有外抓力部，所述外抓力部和所述配重部之间设置有内抓力部，所述外抓力部和所述内抓力部分别与海床(6)对应设置，所述外抓力部上设置有若干连接组件，一所述连接组件与锚链(7)对应设置。2.根据权利要求1所述的一种新型的重力锚结构，其特征在于：所述配重部包括压块(1)，所述外抓力部和所述内抓力部分别固定连接在所述压块(1)的底壁上。3.根据权利要求2所述的一种新型的重力锚结构，其特征在于：所述外抓力部包括外部裙板(2)，所述外部裙板(2)设置为两端开口的圆筒结构，所述外部裙板(2)竖向固定连接在所述压块(1)的底壁上，所述内抓力部设置在所述外部裙板(2)内，若干所述连接组件等间距设置在所述外部裙板(2)的外周向侧壁顶部。4.根据权利要求3所述的一种新型的重力锚结构，其特征在于：所述内抓力部包括若干竖向设置的内剪力键(3)，若干所述内剪力键(3)绕所述外部裙板(2)的中心轴线均匀分布，若干所述内剪力键(3)的一端侧壁分别相互固定连接，若干所述内剪力键(3)的另一端侧壁分别与所述外部裙板(2)内侧壁固定连接，若干所述内剪力键(3)的顶部与所述压块(1)的底部固定连接。5.根据权利要求2所述的一种新型的重力锚结构，其特征在于：所述连接组件包括两组连接环(4)，两组所述连接环(4)之间转动连接有连接轴(9)，所述连接轴(9)的轴线竖向设置，所述连接轴(9)的周向侧壁上固定连接有锁扣(10)，所述锁扣(10)与所述锚链(7)对应设置。6.根据权利要求4所述的一种新型的重力锚结构，其特征在于：所述压块(1)的底部与所述外部裙板(2)的内侧壁之间、所述内剪力键(3)的侧壁与所述压块(1)的底部之间分别固定连接有若干斜撑(5)。7.根据权利要求3所述的一种新型的重力锚结构，其特征在于：所述压块(1)的材质为混凝土。8.根据权利要求4所述的一种新型的重力锚结构，其特征在于：所述外部裙板(2)和若干所述内剪力键(3)的材质为钢板。

技术总结
本发明属于海洋工程锚固技术领域，提供一种新型的重力锚结构,包括配重部，配重部的底部设置有外抓力部，外抓力部和配重部之间设置有内抓力部，外抓力部和内抓力部分别与海床对应设置，外抓力部上设置有若干连接组件，一连接组件与锚链对应设置。本发明的重力锚结构可以有效的提高重力锚在水平向的承载力，同时结构简单、加工方便、使用成本低廉。使用成本低廉。使用成本低廉。


技术研发人员：刘润 李青欣 练继建 梁超
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/5/30