本发明涉及一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构及施工方法，适用于海上光伏发电领域。
背景技术：
1、随着光伏发电站快速的发展，目前我国已建成多个陆上光伏发电站。与此同时，受到陆上可用面积的制约，光伏场区的建设逐步想陆上转移至海上。
2、海上光伏项目的支架基础除了需要解决陆上光伏支架基础受到的自重荷载、风荷载、雪荷载和地震等荷载外，还需解决波流荷载问题，且海上光伏基础的受力问题由竖向受力主导问题变为水平受力主导问题。
3、发明号为cn 115584695 a的专利提供了一种近海海上光伏消浪堤结构，拟依靠波浪在经过螺旋线圈后发生波浪之间以圆形波纹衍射达到消浪的目的，根据莫里森方程，波流力对于海上构筑物的作用自下而上逐步增大，该发明仅可在理论上对波浪顶部的波产生影响，从而在一定程度上降低波顶能量，实际消浪效果较差，同时，安装在海上的弹簧线圈扰流器不容易被过往的船只察觉，从而容易引起海上通航事故。
4、发明号为cn 115573298 a的专利提供了一种近海海上光伏消浪堤结构，通过在两个牺牲桩之间安装弹簧线圈扰流器从而实现消波的目的，然后当波流力经过扰流器时，作用在扰流器上的力极大，从而对两根牺牲桩的抗弯承载力提出了极大的要求，进而造成消浪设施的成本高，同时，安装在海上的弹簧线圈扰流器不容易被过往的船只察觉，从而容易引起海上通航事故。
5、大部分的海上光伏结构未考虑海上光伏的消浪结构，如采用光伏支架基础直接抵抗波流力，该方式需加强光伏场区的每根光伏支架基础，成本较高。因此为推动海上光伏基础的大面积应用，需重点解决以下几个问题：
6、(1)降低对当地生态环境的影响程度。消浪结构需为透水构筑物，不改变海洋属性；常规天气下能允许水流通过，尽可能少的对海洋生态环境造成影响；极端天气下能有效降低波浪高度，减小波流力，保护海上光伏场区结构安全。
7、(2)节约资源部，质量有保障。消浪设施应减少块石、砂石等不可再生骨料的使用；同时可由工厂能够实现规模化生产，确保材料供应效率，控制消浪结构成本，保障消浪结构质量。
8、(3)连接结构简单，施工工序少、施工周期短。即尽量减少海上施工的作业量，减少现场施工，可实现快速施工。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，能够减小波流荷载对海上构筑物的影响，以及节约资源和能够实现快速施工。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于包括管桩、预制混凝土型钢消浪结构、轮胎；所述管桩由前后两排斜管桩组成；所述预制混凝土型钢消浪结构包括圈梁结构、型钢结构、倾斜式板梁结构，圈梁结构与管桩的上端固定连接，型钢结构的下端与圈梁结构固定连接，倾斜式板梁结构与型钢结构的上端固定连接，倾斜式板梁结构设置倾斜的板结构，所述轮胎固定在所述板结构上。
4、本发明技术方案中采用预制混凝土型钢消浪结构技术，即分别在工厂中预制圈梁结构、型钢结构和梁板结构，并通过型钢-圈梁连接结构、型钢-梁板连接结构将连接形成预制混凝土型钢消浪结构。
5、本发明技术方案中采用斜管桩技术，即单榀预制混凝土型钢消浪结构下部桩基为前后各两排斜管桩，自下而上向内倾斜，与预制混凝土型钢消浪结构形成整体。
6、本发明技术方案中采用倾斜式板梁结构消浪技术，即板结构的底端位于工程场区最大潮位以下0.4倍波高高程处，板结构的顶端位于工程场区最大潮位以上0.7倍波高高程处。板结构自前向后顺浪方向倾斜。
7、本发明技术方案中采用轮胎弹塑性变形吸能技术，即在板结构顶部安装废旧轮胎，在利用废旧轮胎的预制混凝土型钢消浪结构安装完成后，轮胎位于结构顶部，与波浪直接接触，可通过发生弹性变形和塑性变形和复原，吸收和释放周期性波浪能。
8、在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：
9、斜管桩内部预埋钢板和灌浆管接口；预埋钢板设置在管桩内部的上端，作为混凝土浇筑的底板，所述灌浆管接口预埋在预埋钢板上方的管桩壁中并贯通管桩壁；所述圈梁结构的底部设置管桩预留槽，在圈梁结构底部预设管桩预留钢筋，管桩预留钢筋从管桩预留槽底部倾斜伸出并插入所述斜管桩上端，管桩预留钢筋上端被与圈梁结构的钢筋捆扎在一起。
10、所述圈梁结构有纵向主梁和横向次梁组成；所述圈梁结构的底部设置管桩预留槽，在圈梁结构底部预设管桩预留钢筋，管桩预留钢筋从管桩预留槽底部倾斜伸出，其上端被与圈梁结构的钢筋捆扎在一起；所述圈梁结构的顶部设置型钢预留槽，在型钢预留槽槽底的圈梁结构中预埋型钢预埋螺栓。
11、所述倾斜式板梁结构包括连接为一体的纵向主梁、横向次梁和所述板结构以及型钢预留槽、型钢预埋螺栓和轮胎连接预埋件；所述型钢预留槽位于纵向主梁底部，型钢预埋螺栓预埋于型钢预留槽槽底的纵向主梁，所述轮胎连接预埋件位于板结构上部。
12、所述型钢结构包括h型钢，h型钢的两端分别设置钢端板，钢端板设置钢端板预留孔；型钢与所述倾斜式板梁结构的连接结构包括带孔钢垫板、螺帽和砂浆保护层；所述倾斜式板梁结构上部的型钢预埋螺栓通过型钢结构的螺栓预留孔穿过钢端板后，使用带孔钢垫板和螺帽固定；所述螺帽安装完成后在型钢预留槽内浇筑砂浆保护层。
13、管桩和预制混凝土消浪结构的连接结构采用灌浆混凝土和所述管桩预留钢筋；所述管桩、圈梁结构、管桩预留钢筋通过灌浆混凝土连接。
14、所述轮胎和板结构的连接结构包括不锈钢压板和不锈钢螺帽；所述轮胎通过轮胎连接预埋件、不锈钢压板和不锈钢螺帽安装在倾斜式板梁结构上。
15、所述灌浆管接口由钢管、内部剪力键、中间剪力键和外部剪力键组成；所述内部剪力键、中间剪力键和外部剪力键焊接在钢管上；灌浆软管通过磁力式u型卡扣与灌浆管接口连接；所述灌浆软管套在灌浆管接口上后，在中间剪力键和外部剪力键之间安装磁力式u型卡扣固定；焊接在磁力式u型卡扣焊接钢绳。在灌浆完成后可采用所述钢绳取下回收磁力式u型卡扣。
16、本发明的第二个目的是针对上述的利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构通过一种安装方法，实现快速施工，其特征在于：
17、首先，根据设计要求，完成管桩、圈梁结构、型钢结构、倾斜式板梁结构的预制；
18、其次，将型钢结构通过带孔钢垫板和螺帽固定在倾斜式板梁结构的型钢预埋螺栓上，并在型钢预留槽内浇筑砂浆保护层，养护直至砂浆保护层达到预定强度；
19、再次，将安装了倾斜式板梁结构的型钢结构通过钢垫板和螺帽固定在圈梁结构顶部的型钢预埋螺栓上，并在型钢预留槽内浇筑砂浆保护层，养护直至砂浆保护层达到预定强度，预制混凝土型钢消浪结构预制完成；
20、再次，将轮胎安装在预制混凝土型钢消浪结构上部，通过轮胎-预制混凝土消浪结构连接结构固定；
21、再次，在管桩的灌浆管上套上灌浆软管，并通过磁力式u型卡扣固定，然后完成管桩沉桩；
22、再次，在管桩上完成预制混凝土型钢消浪结构吊装，通过灌浆软管完成管桩-预制混凝土消浪结构连接结构的注浆；
23、再次，在灌浆混凝土养护达到一定强度后，通过钢绳取下u型卡扣，拔除灌浆软管，一榀利用废旧轮胎的预制混凝土型钢消浪结构安装完成，进行下一榀结构的安装；
24、重复管桩和预制混凝土型钢消浪结构安装工作，直至完成场区所有的消浪设施安装。
25、本发明的有益效果：
26、(1)采用预制混凝土型钢消浪结构技术：①利用混凝土型钢消浪结构，主结构避免大量使用钢材，材料用量省、费用低；②可在工厂内完成预制，结构成型后质量相对有保障，离散系数低；
27、(2)采用斜管桩技术：利用斜管桩结构承担外部水平力，斜管桩结构可以将部分水平力传化为对斜管桩的压力和拉力，而桩的抗压、抗拉承载力远大于水平承载力，因此结构水平承载能力好；
28、(3)采用倾斜式板梁结构消浪技术：①梁板结构板底端位于工程场区最大潮位以下0.4倍波高高程处，常规气候下，不影响潮汐和波浪，不会对海洋生态环境造成影响；②极端气候下，波浪可经过斜坡爬高至斜板顶部后，从斜板顶部落下，波浪爬坡时可将部分波浪动能转换成重力势能从而耗散波浪能，有利于结构承载，同时越过斜板的波浪可对倾斜式板梁结构下部的波流相互作用使其紊乱，从而达到较好的消浪效果；③采用斜板结构不直接与波流产生硬接触，可降低结构强度需求，节省材料；
29、(4)采用轮胎弹塑性变形吸能技术，即在波浪的波峰与轮胎接触时利用轮胎的弹塑性变形进行吸收波浪能，波浪的波谷时轮胎复原进行放能，从而在不增加结构强度的前提下提升消浪吸能的效果；
30、(5)采用预埋灌浆管技术：①方便灌浆施工，只要将灌浆管与接口相连，就可以实现灌浆；②灌浆管外侧靠近管桩内壁处设置内部剪力键，可防止在灌浆过程中因灌浆压力过大造成的灌浆管脱出；
31、(6)采用砂浆保护层防腐技术：海洋环境对于金属构架具有强腐蚀性，采用50mm以上的水泥砂浆保护层可有效保护金属构件不被海洋环境腐蚀；
32、(7)采用可回收的磁力式u型卡扣技术：①磁力式u型卡扣可保障灌浆混凝土灌浆过程中灌浆软管不脱出；②灌浆混凝土施工完成后可将磁力式u型卡扣取下，拔出灌浆管，确保灌浆管与磁力式u型卡扣的再利用，操作简单，可重复使用。
1.一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于包括管桩(1)、预制混凝土型钢消浪结构(2)、轮胎(3)；所述管桩(1)由前后两排斜管桩(11)组成；所述预制混凝土型钢消浪结构(2)包括圈梁结构(21)、型钢结构(22)、倾斜式板梁结构(24)，圈梁结构(21)与管桩(1)的上端固定连接，型钢结构(22)的下端与圈梁结构(21)固定连接，倾斜式板梁结构(24)与型钢结构(22)的上端固定连接，倾斜式板梁结构(24)设置倾斜的板结构(243)，所述轮胎固定在所述板结构上。
2.根据权利要求1所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于斜管桩内部预埋钢板(12)和灌浆管接口(13)；预埋钢板设置在管桩内部的上端，作为混凝土浇筑的底板，所述灌浆管接口预埋在预埋钢板上方的管桩壁中并贯通管桩壁；所述圈梁结构(21)的底部设置管桩预留槽(213)，在圈梁结构底部预设管桩预留钢筋(214)，管桩预留钢筋从管桩预留槽底部倾斜伸出并插入所述斜管桩上端，管桩预留钢筋上端被与圈梁结构的钢筋捆扎在一起。
3.根据权利要求1所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于所述圈梁结构(21)有纵向主梁(211)和横向次梁(212)组成；所述圈梁结构(21)的底部设置管桩预留槽(213)，在圈梁结构底部预设管桩预留钢筋，管桩预留钢筋从管桩预留槽底部倾斜伸出，其上端被与圈梁结构的钢筋捆扎在一起；所述圈梁结构(21)的顶部设置型钢预留槽(215)，在型钢预留槽槽底的圈梁结构中预埋型钢预埋螺栓(216)。
4.根据权利要求3所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于所述型钢结构(22)包括h型钢(221)，h型钢(221)的两端分别设置钢端板(222)，钢端板(222)设置钢端板预留孔(223)；型钢与圈梁的连接结构包括带孔钢垫板(231)、螺帽(232)和砂浆保护层(233)；预埋于圈梁结构(21)的型钢预埋螺栓(216)经型钢结构(22)的螺栓预留孔(223)穿过钢端板(222)后，使用带孔钢垫板(231)和螺帽(232)固定；所述螺帽(232)安装完成后在型钢预留槽(215)内浇筑砂浆保护层(233)。
5.根据权利要求1所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于所述倾斜式板梁结构(24)包括连接为一体的纵向主梁(241)、横向次梁(242)和所述板结构(243)以及型钢预留槽(244)、型钢预埋螺栓(245)和轮胎连接预埋件(246)；所述型钢预留槽(244)位于纵向主梁(241)底部，型钢预埋螺栓(245)预埋于型钢预留槽(244)槽底的纵向主梁(241)，所述轮胎连接预埋件(246)位于板结构(243)上部。
6.根据权利要求5所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于所述型钢结构(22)包括h型钢(221)，h型钢(221)的两端分别设置钢端板(222)，钢端板(222)设置钢端板预留孔(223)；型钢与所述倾斜式板梁结构(24)的连接结构包括带孔钢垫板(251)、螺帽(252)和砂浆保护层(253)；所述倾斜式板梁结构(24)上部的型钢预埋螺栓(245)通过型钢结构(22)的螺栓预留孔(223)穿过钢端板(222)后，使用带孔钢垫板(251)和螺帽(252)固定；所述螺帽(252)安装完成后在型钢预留槽(244)内浇筑砂浆保护层(253)。
7.根据权利要求2所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于管桩和预制混凝土消浪结构的连接结构采用灌浆混凝土(411)和所述管桩预留钢筋(214)；所述管桩(1)、圈梁结构(21)、管桩预留钢筋(214)通过灌浆混凝土(411)连接。
8.根据权利要求1所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于所述轮胎和板结构(243)的连接结构包括不锈钢压板(421)和不锈钢螺帽(422)；所述轮胎(3)通过轮胎连接预埋件(246)、不锈钢压板(421)和不锈钢螺帽(422)安装在倾斜式板梁结构(24)上。
9.根据权利要求2所述的一种利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构，其特征在于所述灌浆管接口(13)由钢管(131)、内部剪力键(132)、中间剪力键(133)和外部剪力键(134)组成；所述内部剪力键(132)、中间剪力键(133)和外部剪力键(134)焊接在钢管(131)上；灌浆软管(431)通过磁力式u型卡扣(432)与灌浆管接口(13)连接；所述灌浆软管(431)套在灌浆管接口(13)上后，在中间剪力键(133)和外部剪力键(134)之间安装磁力式u型卡扣(432)固定；焊接在磁力式u型卡扣(432)焊接钢绳(433)。
10.利用轮胎的预制混凝土型钢消浪结构的施工方法，其特征在于：
