深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點及其海上施工方法
2023-06-13 19:58:31 1
深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點及其海上施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點及其海上施工方法，它包括大截面立柱和小截面立柱，沿軸線在大截面立柱內設置有中央通道；小截面立柱頂部一段伸入大截面立柱的中央通道內，中央通道的內壁面與小截面立柱頂部的外壁面之間形成環形空間，環形空間內設置有灌漿料；位於與小截面立柱頂部連接的小截面立柱頂甲板和中央通道的內壁面之間焊接有若干肘板；在小截面立柱頂部，通過上層固定裝置將小截面立柱頂部與大截面立柱固定連接；位於大截面立柱底部，通過下層固定裝置將大截面立柱底部與小截面立柱固定連接。本發明海上施工簡便，結構安全可靠性高，成本低，能適應於不同尺度立柱，可以廣泛在深水環境條件下鋼結構間的連接中應用。
【專利說明】深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點及其海上施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種浮式平臺連接節點及其海上施工方法，特別是關於一種應用於海上的深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點及其海上施工方法。
【背景技術】
[0002]現有的無條件穩性整裝型深吃水浮式採油平臺在海上安裝過程中，將小截面立柱從大截面立柱中央孔道中在受控狀態下逐步下放，將小截面立柱與大截面立柱進行永久連接。所採用的方式如下:使用吊機將液壓模鍛連接設備通過中央孔道放至小截面立柱中與大截面立柱連接處，進行液壓模鍛，通過液壓力使小截面立柱與大截面立柱連接處的外壁板產生塑性變形，將其擠入大截面立柱下部連接處砧板連接結構的凹槽中，使兩部分結構全強度聯接為一個整體。
[0003]無條件穩性整裝型深吃水浮式採油平臺海上安裝連接作業是關鍵工況，主要存在以下技術挑戰和風險:1)安裝過程中大截面立柱和小截面立柱皆處於運動狀態，操作空間狹小，此外受環境條件制約，安裝作業時間受到限制；2)平臺就位後，連接節點是整個平臺受外載荷最大的區域之一，承受彎矩和剪力聯合作用，如何保證節點的強度和疲勞同樣存在挑戰。
[0004]考慮到該連接節點的技術難度，儘管無條件穩性整裝型深吃水浮式採油平臺中採用的液壓脹管連接方案是可行的，但在操作中存在以下問題:1)其中通過液壓使結構塑性變形時，要求大截面立柱和小截面立柱的凹槽相對位置精度控制要求很高，而此時大截面立柱和小截面立柱都在運動狀態，具有垂向運動、水平運動和轉動，保證兩者相對位置不變存在很大難度；2)液壓脹管現有技術很難適應大直徑立柱的連接，對無條件穩性整裝型深吃水浮式採油平臺的立柱設計帶來了很大限制；3)現有連接方案會使平臺局部結構(即大截面立柱內壁和小截面立柱外壁局部區域)發生塑性變形，通過塑性變形使大截面立柱和小截面立柱連為一體，該過程不可逆，一旦操作時出現問題，會對平臺結構產生很大影響，該方案存在技術和安全風險。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本發明的目的是提供一種深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點及其海上施工方法，其海上施工簡便，結構安全可靠性高，成本低，能適應於不同尺度立柱。
[0006]為實現上述目的，本發明採取以下技術方案:一種深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點，其特徵在於:它包括大截面立柱和小截面立柱，沿軸線方向在所述大截面立柱內設置有中央通道；所述小截面立柱頂部一段伸入所述大截面立柱的中央通道內，所述中央通道的內壁面與所述小截面立柱頂部的外壁面之間形成環形空間，所述環形空間內設置有灌漿料；位於與所述小截面立柱頂部連接的小截面立柱頂甲板和所述中央通道的內壁面之間焊接有若干肘板；在所述小截面立柱頂部，通過上層固定裝置將所述小截面立柱頂部與所述大截面立柱固定連接；位於所述大截面立柱底部，通過下層固定裝置將所述大截面立柱底部與所述小截面立柱固定連接。
[0007]位於所述大截面立柱周向、中央通道的內壁面周向、小截面立柱的外壁面周向以及小截面立柱頂甲板上都間隔設置有若干環向加強筋和若干縱向加強筋，位於所述小截面立柱及所述小截面立柱頂甲板上的所述若干環向加強筋和若干縱向加強筋構成小截面立柱艙壁；位於所述大截面立柱上的所述若干環向加強筋和若干縱向加強筋構成大截面立柱艙壁。
[0008]若干所述肘板沿所述小截面立柱頂甲板周向均勻布置，每個所述肘板上都預製有若干根加強筋；每個所述肘板的底端都焊接在所述小截面立柱頂甲板上，與所述小截面立柱艙壁連接成一體；每個所述肘板的側面都焊接在所述中央通道的內壁面上，與所述大截面立柱艙壁連接成一體。
[0009]位於所述環形空間底部，所述中央通道的內壁面上，由下至上依次設置有主注漿閥和輔注漿閥，位於所述環形空間頂部，所述中央通道的內壁面上設置有回流閥，所述主注漿閥連接主灌漿系統，所述輔注漿閥連接輔灌漿系統，所述主灌漿系統和輔灌漿系統都連接所述回流閥。
[0010]位於所述大截面立柱底部，在所述環形空間底部開口處設置有封隔器。
[0011]位於所述環形空間內，在所述中央通道的內壁面上、小截面立柱的外壁面上都間隔設置有若干剪切鍵，所述剪切鍵沿所述中央通道的內壁面和小截面立柱的外壁面環向設置，且所述中央通道的內壁面和小截面立柱的外壁面上的所述剪切鍵為交錯布置。
[0012]一種實現上述深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點的海上施工方法，其包括以下步驟:1)臨時固定:當小截面立柱到達預先設定位置時，採用上層固定裝置和下層固定裝置將小截面立柱與大截面立柱之間固定，使小截面立柱與大截面立柱之間無相對運動；
2)排載:採用封隔器封住小截面立柱與大截面立柱的中央通道底部之間的間隙，排乾中央通道內海水；3)灌漿:啟動灌漿系統，通過主灌漿閥、回流閥和輔注漿閥實施灌漿作業；4)焊接前準備:待灌漿料凝固，通過現場檢驗後，開始進行焊接作業，通過升降裝置將人員和預製好的肘板從中央通道下放至小截面立柱頂甲板的平臺上；5)焊接作業:將每塊預製有加強筋的肘板底部焊接在小截面立柱頂甲板與中央通道的內壁之間，實現將小截面立柱與大截面立柱之間穩固連接成一整體。
[0013]本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明由於採用將灌漿與焊接相結合，兩種方法都具有較高的技術成熟度、成本低、水下作業少和操作方便等優點。2、本發明採油灌漿與焊接組合連接節點，以灌漿為主要承力結構，焊接肘板為輔助承力結構。採用灌漿連接將大截面立柱和小截面立柱連接成一個整體，可實現結構間的荷載有效轉移；通過肘板主要承擔軸向剪切力，減小水泥漿所受交變剪切力，增大水泥漿疲勞壽命，提高系統整體結構可靠性和冗餘。3、本發明由於採用了雙層固定裝置，使得在深水環境條件下進行灌漿連接作業時，仍可保證大截面立柱與小截面立柱間無相對運動，結構處於平穩狀態，水泥漿在凝結硬化階段不受擾動，保證水泥漿凝結後的強度可到達設計預想效果。綜上所述，本發明具有可適應於不同尺度立柱，海上施工簡便，結構安全可靠性高，成本低等優點，可以廣泛在深水環境條件下鋼結構間的連接中應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的灌漿與焊接組合連接節點結構示意圖；
[0015]圖2是圖1中A-A剖面俯視圖；
[0016]圖3是圖1中B處放大示意圖；
[0017]圖4是圖1中D處放大示意圖；
[0018]圖5是圖1中C-C剖面俯視圖；
[0019]圖6是在無條件穩性整裝型深吃水浮式採油平臺上本發明的施工位置示意圖，圖中虛線圓圈處即為本發明的施工位置。
【具體實施方式】
[0020]本發明提供一種深水浮式平臺灌眾與焊接組合連接節點及其海上施工方法,該節點可用於深水浮式採油平臺鋼結構間的連接，適應用於包括無條件穩性整裝型深吃水浮式採油平臺等需要在海上漂浮狀態下進行大尺度鋼結構間的連接節點型式及其海上施工方法。下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0021]如圖1?圖5所示，本發明的深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點包括大截面立柱I和小截面立柱2，沿軸線方向在大截面立柱I內設置有中央通道。小截面立柱2頂部一段伸入大截面立柱I的中央通道內，中央通道的內壁面3與小截面立柱2頂部的外壁面4之間形成環形空間，環形空間內設置有灌漿料5。位於與小截面立柱2頂部連接的小截面立柱頂甲板6和中央通道的內壁面3之間焊接有若干肘板7，以有效保證在灌漿期間大截面立柱I與小截面立柱2之間無相對運動。在小截面立柱2頂部，通過上層固定裝置8將小截面立柱2頂部與大截面立柱I固定連接；位於大截面立柱I底部，通過下層固定裝置9將大截面立柱I底部與小截面立柱2固定連接，進一步有效保證在灌漿期間大截面立柱I與小截面立柱2之間無相對運動，進而保證了灌漿效果。
[0022]如圖1、圖2所示，位於環形空間底部，在中央通道的內壁面3上，由下至上依次設置有主灌漿閥10和輔注漿閥11 ;位於環形空間頂部，在中央通道的內壁面3上設置有回流閥12。其中，主灌漿閥10連接現有技術中的主灌漿系統，輔注漿閥11連接現有技術中的輔灌漿系統，主灌漿系統和輔灌漿系統都連接回流閥12。在灌漿作業時，本發明採用底部灌漿，通過主灌漿閥10由中央通道底部向環形空間內灌漿，並通過檢測回流閥12處回流漿液的比重來判斷是否結束灌漿；當主灌漿系統出現故障時，則通過輔注漿閥11向環形空間內灌漿。
[0023]上述實施例中，位於大截面立柱I底部，在環形空間底部開口處設置有封隔器13。灌漿作業前，通過封隔器13封隔住環形空間底部，防止底部漏漿，確保灌漿成功。
[0024]上述各實施例中，如圖1?圖3所示，位於環形空間內，在中央通道的內壁面3上、小截面立柱2的外壁面4上都間隔設置有若干剪切鍵14，剪切鍵14沿中央通道的內壁面3和小截面立柱2的外壁面4環向設置，且中央通道的內壁面3和小截面立柱2的外壁面4上的剪切鍵14為交錯布置(如圖3所示)。各剪切鍵14均採用焊珠、貼腳焊扁鋼或貼腳焊圓鋼製成。
[0025]上述各實施例中，如圖4所示，位於大截面立柱I周向、中央通道的內壁面3周向、小截面立柱2的外壁面4周向以及小截面立柱頂甲板6上都間隔設置有若干環向加強筋和若干縱向加強筋，位於小截面立柱2及小截面立柱頂甲板6上的若干環向加強筋和若干縱向加強筋構成小截面立柱艙壁16 ;位於大截面立柱I上的若干環向加強筋和若干縱向加強筋構成大截面立柱艙壁17。
[0026]上述各實施例中，如圖4、圖5所示，若干肘板7沿小截面立柱頂甲板6周向均勻布置，每個肘板7上都預製有若干根加強筋15，加強筋15在海上安裝前已在船廠預製完成，與肘板7焊為一體。每個肘板7的底端都焊接在小截面立柱頂甲板6上，與小截面立柱艙壁16連接成一體；每個肘板7的側面都焊接在中央通道的內壁面3上，與大截面立柱艙壁17連接成一體。肘板7與小截面立柱頂甲板6、中央通道的內壁面3之間焊接處都採用貼腳熔透焊。
[0027]上述各實施例中，灌漿料5採用在普通水泥漿中摻入適量的鋼纖維或合成纖維製成，這樣可以有效地增加水泥漿抗疲勞能力。
[0028]如圖6所示，本發明還提供一種用於實現深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點的海上施工方法，其包括以下步驟:
[0029]I)臨時固定:當小截面立柱2到達預先設定位置時，採用上層固定裝置8和下層固定裝置9將小截面立柱2與大截面立柱I之間固定，使小截面立柱2與大截面立柱I之間無相對運動；
[0030]2)排載:採用封隔器13封住小截面立柱2與大截面立柱I的中央通道底部之間的間隙，排乾中央通道內海水；
[0031]3)灌漿:啟動灌漿系統，通過主灌漿閥10、回流閥12和輔注漿閥11實施灌漿作業；
[0032]4)焊接前準備:待灌漿料5凝固，通過現場檢驗後，開始進行焊接作業，通過升降裝置將人員和預製好的肘板7從中央通道下放至小截面立柱頂甲板6的平臺上；
[0033]5)焊接作業:將每塊預製有加強筋15的肘板7底部焊接在小截面立柱頂甲板6與中央通道的內壁3之間，實現將小截面立柱2與大截面立柱I之間穩固連接成一整體。
[0034]上述各實施例僅用於說明本發明，各部件的連接和結構都是可以有所變化的，在本發明技術方案的基礎上，凡根據本發明原理對個別部件的連接和結構進行的改進和等同變換，均不應排除在本發明的保護範圍之外。
【權利要求】
1.一種深水浮式平臺灌眾與焊接組合連接節點，其特徵在於:它包括大截面立柱和小截面立柱，沿軸線方向在所述大截面立柱內設置有中央通道；所述小截面立柱頂部一段伸入所述大截面立柱的中央通道內，所述中央通道的內壁面與所述小截面立柱頂部的外壁面之間形成環形空間，所述環形空間內設置有灌漿料；位於與所述小截面立柱頂部連接的小截面立柱頂甲板和所述中央通道的內壁面之間焊接有若干肘板；在所述小截面立柱頂部，通過上層固定裝置將所述小截面立柱頂部與所述大截面立柱固定連接；位於所述大截面立柱底部，通過下層固定裝置將所述大截面立柱底部與所述小截面立柱固定連接。
2.如權利要求1所述的深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點，其特徵在於:位於所述大截面立柱周向、中央通道的內壁面周向、小截面立柱的外壁面周向以及小截面立柱頂甲板上都間隔設置有若干環向加強筋和若干縱向加強筋，位於所述小截面立柱及所述小截面立柱頂甲板上的所述若干環向加強筋和若干縱向加強筋構成小截面立柱艙壁；位於所述大截面立柱上的所述若干環向加強筋和若干縱向加強筋構成大截面立柱艙壁。
3.如權利要求2所述的深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點，其特徵在於:若干所述肘板沿所述小截面立柱頂甲板周向均勻布置，每個所述肘板上都預製有若干根加強筋；每個所述肘板的底端都焊接在所述小截面立柱頂甲板上，與所述小截面立柱艙壁連接成一體；每個所述肘板的側面都焊接在所述中央通道的內壁面上，與所述大截面立柱艙壁連接成一體。
4.如權利要求1或2或3所述的深水浮式平臺灌眾與焊接組合連接節點,其特徵在於:位於所述環形空間底部，所述中央通道的內壁面上，由下至上依次設置有主注漿閥和輔注漿閥，位於所述環形空間頂部，所述中央通道的內壁面上設置有回流閥，所述主注漿閥連接主灌漿系統，所述輔注漿閥連接輔灌漿系統，所述主灌漿系統和輔灌漿系統都連接所述回流閥。
5.如權利要求1或2或3所述的深水浮式平臺灌眾與焊接組合連接節點,其特徵在於:位於所述大截面立柱底部，在所述環形空間底部開口處設置有封隔器。
6.如權利要求1或2或3所述的深水浮式平臺灌眾與焊接組合連接節點,其特徵在於:位於所述環形空間內，在所述中央通道的內壁面上、小截面立柱的外壁面上都間隔設置有若干剪切鍵，所述剪切鍵沿所述中央通道的內壁面和小截面立柱的外壁面環向設置，且所述中央通道的內壁面和小截面立柱的外壁面上的所述剪切鍵為交錯布置。
7.一種實現如權利要求1至6任意一項所述深水浮式平臺灌漿與焊接組合連接節點的海上施工方法，其包括以下步驟: 1)臨時固定:當小截面立柱到達預先設定位置時，採用上層固定裝置和下層固定裝置將小截面立柱與大截面立柱之間固定，使小截面立柱與大截面立柱之間無相對運動； 2)排載:採用封隔器封住小截面立柱與大截面立柱的中央通道底部之間的間隙，排乾中央通道內海水； 3)灌漿:啟動灌漿系統，通過主灌漿閥、回流閥和輔注漿閥實施灌漿作業； 4)焊接前準備:待灌漿料凝固，通過現場檢驗後，開始進行焊接作業，通過升降裝置將人員和預製好的肘板從中央通道下放至小截面立柱頂甲板的平臺上； 5)焊接作業:將每塊預製有加強筋的肘板底部焊接在小截面立柱頂甲板與中央通道的內壁之間，實現將小截面立柱與大截面立柱之間穩固連接成一整體。
【文檔編號】B63B9/00GK104044706SQ201410244650
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】謝彬, 姜哲, 謝文會, 王俊榮 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院