動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置的製作方法

2023-09-20 10:43:35 2

專利名稱：動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及試驗裝置，尤其涉及ー種用於模擬海洋環境載荷作用下平臺樁-土相互作用關係的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，屬於海洋工程技術領域。
背景技術：
在海上石油開發工程中，需要在海上建造採油平臺、生活平臺、中心處理平臺等各種平臺。平臺一般主要包括海洋工程組塊、水下支撐結構-導管架及立管等海洋工程結構物，這些海洋工程結構物一般為鋼結構。在導管架平臺長期經受波浪、海風、冰等環境荷載的作用下，致使平臺樁與樁基土 體產生相互作用力。平臺樁與樁基土體產生相互作用力後會使土體約束カ減弱，進而導致平臺樁基鬆動，影響整體平臺結構安全。因此，需要通過試驗來分析平臺樁與樁基土體作用カ對平臺結構安全影響規律。目前，國內外的相關研究多是基於模擬地震振動的樁-土作用研究，尚未見到相關環境荷載作用下導管架平臺樁與樁基土體相互作用的研究文獻。一般情況下，可進行單樁的樁-土相互作用試驗，但，此種試驗與導管架平臺樁與樁基土體相互作用偏差較大。因此，在一定理論分析的基礎上，模擬海底エ況，建立合理的試驗方法和裝置，結合試驗研究導管架平臺樁-土作用對於平臺安全、可靠的開採深水油氣具有非常重要的意義。

實用新型內容本實用新型的主要目的在於克服現有技術存在的上述缺點，而提供一種動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其可以模擬複雜的海洋環境荷載，並通過對導管架平臺相似模型施加作用力，能夠更全面、準確地分析樁-土作用關係；同吋，能夠準確的模擬實際工程中導管架平臺的樁-土作用，井根據試驗結果有針對性的改善導管架平臺樁基基礎，以達到提高導管架平臺使用壽命和進ー步保證平臺安全性、可靠性目的。本實用新型的目的是由以下技術方案實現的—種動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於設有箱體、導管架模型、承載裝置、液壓缸、導向滑動裝置，其中，導管架模型及承載裝置安裝在箱體上，液壓缸固定在承載裝置上，導向滑動裝置安裝在承載裝置上，箱體內安裝有檢測裝置，通過上述連接構成ー動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗結構。所述箱體為筒形結構,箱體內裝有土體及水,其中,水位高於土體的上表面。所述導管架平臺模型安裝在箱體的中部，導管架平臺模型與導管架原型的比例為1 50，導管架平臺模型的主樁腿插入到箱體飽和的土體內。所述承載裝置包括承載臺、數個支撐柱、掛杆、掛鈎、滑動套、滾珠逆止器、承載環、吊杆，其中，承載環設在承載臺的上面，承載杆穿過承載臺的一端與承載臺相連，吊杆的一端與承載臺垂直相連，另一端安裝在承載環上，掛鈎的一端和滾珠逆止器固定於承載杆上，掛鈎另一端懸掛在掛杆上，掛杆安裝在支撐柱上，支撐柱安裝在承載環及導向環之間。[0011]所述液壓缸安裝在承載臺上，液壓缸的伸縮杆與導管架平臺模型相連；液壓缸為伺服液壓缸。所述導向滑動裝置設有導向環，導向環上設有數個導向定位孔，導向定位孔內安裝有用幹支撐承載臺的定位螺栓，導向環安裝在箱體上端外側。所述檢測裝置包括應變片、應變式土壓カ盒、位移傳感器，其中，應變片及應變式土壓カ盒固定於導管架平臺樁腿上，應變式土壓カ盒的一端與土體接觸，位移傳感器的一端固定於導管架平臺樁腿上，另一端固定於箱體上。所述滑動套為圓柱形且內部中空，滑動套與承載杆連接為一體。本實用新型的有益效果I.通過伺服液壓缸來模擬複雜的海洋環境荷載，並通過控制伺服液壓缸來對導管 架平臺相似模型施加作用力，本實用新型能更全面準確的分析樁-土作用關係。2.通過導向環可以調節伺服液壓缸從0°、45°、90°三個方向對導管架平臺模型的不同部位施加作用力，進而更為全面的從不同角度模擬海洋環境載荷，以保證模型試驗的準確與真實可靠。3.通過控制承載臺的高度來調節伺服液壓缸對導管架平臺模型施加作用力的位置，進而模擬不同海況下的環境載荷，比如各種高度海浪或各種高度海冰時的作用力等。4.承載裝置與土箱配合連接為一體，在伺服液壓缸加載作用カ時，可以將伺服液壓缸的反作用力傳遞到土箱上，進而保證施加的作用カ較大時試驗可以平穩進行。

圖I為本實用新型立體結構示意圖。圖2為本實用新型結構主視圖。圖3為本實用新型結構俯視圖。圖4為本實用新型結構試驗原理示意圖。圖中主要標號說明I.箱體、2.導管架平臺模型、3.液壓缸、4.承載裝置、4. I滑動套、4. 2掛杆、4. 3掛鈎、4. 4承載杆、4. 5吊杆、4. 6承載臺、4. 7滾珠逆止器、4. 8承載環、4. 9支撐柱、5.導向滑動裝置、5. I導向環、5. 2導向定位孔、5. 3導向定位螺栓、6. 土體、7.水、8. 土壓カ盒、9.應變片、10.位移傳感器、11.加速度傳感器。
具體實施方式
如圖I-圖3所示，本實用新型設有箱體I、導管架平臺模型2、承載裝置4、液壓缸3、導向滑動裝置5，其中，導管架平臺模型2及承載裝置4安裝在箱體I上，液壓缸3固定在承載裝置4上，導向滑動裝置5安裝在承載裝置4上。箱體I為筒形結構，用於裝載物性與力學特性與原型海床海土相接近的土體6及水7，其中，水位聞於土體的上表面，用以構建試驗的粧基基礎環境，可以有效的I旲擬研究現實海洋環境載荷引起的導管架平臺的樁-土作用關係。導管架平臺模型2安裝在箱體I的中部，按照相似定理按照相似定理設計製造的導管架平臺模型2與導管架原型的比例為1 50，導管架平臺模型2與導管架原型物理性能、力學性能相似，用於研究導管架平臺的物理性能。導管架平臺模型2的主樁腿插入到箱體I飽和的土體6內，當導管架平臺模型2受到外部載荷時，樁腿與土體會產生樁-土作用。承載裝置4包括承載臺4. 6、數個支撐柱4. 9、掛杆4. 2、掛鈎4. 3、滑動套4. I、滾珠逆止器4. 7、承載環4. 8、承載杆4. 4、吊杆4. 5，其中，承載環4. 8設在承載臺4. 6的上面，承載杆4. 4穿過承載臺4. 6的一端與承載臺4. 6相連，吊杆4. 5與承載臺4. 6垂直相連，另一端安裝在承載環4. 8上，用於吊起承載臺4. 6，掛鈎4. 3的一端和滾珠逆止器4. 7固定於承載杆4. 4上，掛鈎4. 3另一端懸掛在掛杆4. 2上，掛杆4. 2安裝在支撐柱4. 9上，支撐柱
4.9通過導向定位螺栓5. 3安裝在承載環4. 8及導向環5. I之間。本實施例支撐柱4.9設有三個，根據需要也可設置四個。液壓缸3安裝在承載臺4. 6上，液壓缸3的伸縮杆與導管架平臺模型2相連，用於 給導管架平臺模型2施加載荷。本實施例液壓缸為伺服液壓缸。滑動套4. I為圓柱形且內部中空，滑動套4. I與承載杆4. 4採用焊接方式連接為一體。當升降承載杆4. 4時滑動套4. I可在支撐柱4. 9上同時做升降滑動運動。導向滑動裝置5設有用於調整支撐架的角度導向環5. 1，導向環5. I上設有數個導向定位孔5. 2,導向定位孔5. 2內安裝有用於支撐承載臺4. 6的導向定位螺栓5. 3,導向環5. I安裝在箱體I上端外側。承載臺4. 6的高度由位於承載杆4. 4上的掛鈎4. 3來調節，即通過掛鈎4. 3與相應的掛杆4. 2配合來調節承載臺4. 6的高度。高度調節好後再調節吊杆4. 5的位置以使承載臺4. 6保持水平位置。導向環5. I與箱體I採用焊接方式連接及位置固定。通過旋轉支撐柱4. 9與承載環4. 8可調整角度。角度調整完畢後，通過導向固定螺栓5. 3和導向定位孔5. 2配合來固定導向滑動裝置5的角度。如圖4所示，本實用新型的試驗原理本實用新型通過液壓缸3模擬海洋波浪、海風、冰載等海洋環境載荷，對導管架平臺模型2施加作用力。檢測裝置包括應變片9、應變式土壓カ盒8、位移傳感器10，其中，應變片9及應變式土壓カ盒8固定於導管架平臺樁腿上，應變式土壓カ盒8的一端與土體6接觸，位移傳感器10的一端固定於導管架平臺樁腿上，另一端固定於箱體I上。試驗時，利用應變片測得樁的彎矩數據，位移傳感器測得靜動載荷下的樁-土相互作用時樁的移動位移，土壓カ盒測得靜動載荷下的樁-土相互作用時的土抗カ數據，カロ速度傳感器測得導管架平臺在動載荷作用下的加速度數據等，最後處理實驗數據，並用P-Y曲線法進行數值分析，驗證樁-土耦合模型，進而研究平臺結構安全性變化規律。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.一種動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在幹設有箱體、導管架模型、承載裝置、液壓缸、導向滑動裝置，其中，導管架模型及承載裝置安裝在箱體上，液壓缸固定在承載裝置上，導向滑動裝置安裝在承載裝置上，箱體內安裝有檢測裝置，通過上述連接構成ー動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗結構。
2.根據權利要求I所述的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於所述箱體為筒形結構，箱體內裝有土體及水，其中，水位高於土體的上表面。
3.根據權利要求I所述的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於所述導管架平臺模型安裝在箱體的中部，導管架平臺模型與導管架原型的比例為1 50，導管架平臺模型的主樁腿插入到箱體飽和的土體內。
4.根據權利要求I所述的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於所述承載裝置包括承載臺、數個支撐柱、掛杆、掛鈎、滑動套、滾珠逆止器、承載環、吊杆，其中，承載環設在承載臺的上面，承載杆穿過承載臺的一端與承載臺相連，吊杆的一端與承載臺垂直相連，另一端安裝在承載環上，掛鈎的一端和滾珠逆止器固定於承載杆上，掛鈎另一端懸掛在掛杆上，掛杆安裝在支撐柱上，支撐柱安裝在承載環及導向環之間。
5.根據權利要求I所述的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於所述液壓缸安裝在承載臺上，液壓缸的伸縮杆與導管架平臺模型相連；液壓缸為伺服液壓缸。
6.根據權利要求I所述的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於所述導向滑動裝置設有導向環，導向環上設有數個導向定位孔，導向定位孔內安裝有用幹支撐承載臺的定位螺栓，導向環安裝在箱體上端外側。
7.根據權利要求I所述的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於所述檢測裝置包括應變片、應變式土壓カ盒、位移傳感器，其中，應變片及應變式土壓カ盒固定於導管架平臺樁腿上，應變式土壓カ盒的一端與土體接觸，位移傳感器的一端固定於導管架平臺樁腿上，另一端固定於箱體上。
8.根據權利要求4所述的動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，其特徵在於所述滑動套為圓柱形且內部中空，滑動套與承載杆連接為一體。
專利摘要一種動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗裝置，設有箱體、導管架模型、承載裝置、液壓缸、導向滑動裝置，其中，導管架模型及承載裝置安裝在箱體上，液壓缸固定在承載裝置上，導向滑動裝置安裝在承載裝置上，箱體內安裝有檢測裝置，通過上述連接構成一動載荷下導管架平臺樁-土作用試驗結構。本實用新型可以模擬複雜的海洋環境荷載，並通過對導管架平臺相似模型施加作用力，能夠更全面、準確地分析樁-土作用關係；同時，能夠準確的模擬實際工程中導管架平臺的樁-土作用，並根據試驗結果有針對性的改善導管架平臺樁基基礎，以達到提高導管架平臺使用壽命和進一步保證平臺安全性、可靠性目的。
文檔編號G01M99/00GK202433213SQ20112055716
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者周雷, 孟元棟, 李記忠, 段夢蘭, 王鳳雲, 王國棟, 胡知輝, 鄧平 申請人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(北京), 海洋石油工程股份有限公司