一種輕型組合結構導管架式海洋平臺的製作方法

2023-05-04 12:00:16 1

專利名稱：一種輕型組合結構導管架式海洋平臺的製作方法
技術領域：
本發明屬於土木工程中的結構工程領域，特別涉及一種輕型組合結構導管架式海洋平臺。
背景技術：
我國海域有著豐富的油氣資源。隨著經濟建設對能源需求的不斷擴大，我國海洋油氣勘探開發具有良好的發展前景和巨大的發展潛力。海洋油氣鑽採平臺是用於海底油氣勘探和開採的海上建築物，同時還可以用於儲油、生活設施和碼頭等。目前對海洋油氣的鑽採主要集中在大陸架區域，一般水深不超過300m。在這個水深內比較常採用的平臺類型為導管架式平臺。傳統導管架式海洋平臺為空鋼管支架結構，具有自重輕，安裝方便等特點。在安裝時先樹立導管架，然後在主導管內打入樁腿。在設計計算時只考慮外導管的作用。但空鋼管構件面臨的問題是構件比較容易由於局部屈曲而喪失承載力，從而導致結構整體的破壞。由空鋼管構件構成平臺的振動舒適性、耐久性、耐撞擊性能和耐火性能均存在不同程度的缺陷。另外，海洋平臺也在向大型化和多功能化方向發展，尺寸規模和用鋼量不斷增大，需要的單根構件承載力越來越高，若採用大尺寸鋼管將面臨厚壁鋼焊接以及層狀撕裂問題，對結構設計也提出了新的要求。因此，迫切需要一種施工便捷、力學性能良好、經濟性能高的平臺形式來適應工程方面的需求。組合結構由於充分利用了多種構成材料各自的力學性能，使結構具有力學性能好，施工方便等優點。在土木工程領域，鋼-混凝土組合結構正得到廣泛的應用。傳統的鋼-混凝土組合構件例如鋼管混凝土，由於在空鋼管內整體填充混凝土，導致構件重量較大，因此在處理較大截面(例如直徑I米以上截面)時需要一類輕質高強的新型組合構件。中空夾層鋼管混凝土是由內、外兩個截面形心重合的鋼管組成，並在鋼管夾層中澆築素混凝土且共同受力的結構。構件的鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中相互作用，外管給夾層混凝土提供約束、夾層混凝土給外管提供支撐。和傳統鋼-混凝土組合構件如鋼管混凝土相比，其截面更為開展、自重更輕、防火性能好。和空鋼管相比，夾層混凝土的存在可以有效改善局部屈曲情況，並且在設計較大截面時避免了採用厚壁鋼板。在耐久性方面，外部鋼構件遭受腐蝕後，可以將承擔的荷載一部分轉移到夾層混凝土和內鋼管上，鋼部件內部的應力不會顯著增加，因此更適於用作海洋平臺支架柱等大直徑構件。在設計計算時可以充分考慮外鋼管-夾層混凝土-內導管的共同承載力，將大大節省材料和造價。其施工過程也可以和目前導管架平臺的施工過程類似，可以在陸上將帶內、外鋼管和夾層混凝土的支架製作好，在海中向內管內部打樁；也可以在陸上製作僅帶外鋼管的支架，然後將樁管當做內管，在海上朝主管間打入內管後高壓注入夾層混凝土。此外，由於夾層混凝土的存在，該類構件比鋼構件的抗火性能更好。因此，利用組合結構技術是解決海洋平臺在強度、剛度、施工性能、抗震抗撞性能以及耐久性能方面的有效途徑。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能滿足強度高、剛度大、自重輕、施工便捷、抗撞擊和抗震性能好、耐久性高的要求的輕型組合結構導管架式海洋平臺結構。本發明採用的技術方案為:該平臺結構由輕型組合結構的平臺架和與其焊接的平臺構成，所述的平臺架由3 8根平臺主杆及若干根連接於各平臺主杆之間的平臺橫撐構成，並在相鄰的平臺主杆、平臺和平臺橫撐之間分別設置平臺斜撐；所述平臺主杆的結構為:內鋼管置於外鋼管內並與外鋼管同軸，外鋼管和內鋼管的之間夾層內填充夾層混凝土；外鋼管和內鋼管上分別設置若干個限位鋼板，通過限位鋼板保證外鋼管和內鋼管同軸。所述外鋼管和內鋼管的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。所述外鋼管的材料是普通鋼材、高強鋼材或不鏽鋼。所述內鋼管的材料是普通鋼材或高強鋼材。所述夾層混凝土的材料是普通混凝土、輕質混凝土或高強混凝土。所述平臺橫撐和平臺斜撐的橫截面為矩形、圓形、工字型、L型或者槽型。本發明的有益效果為:(I)和目前常用的導管架式海洋平臺相比，該平臺採用的主杆截面開展、剛度大、從而使平臺整體承載力和剛度大、穩定性好。施工時可以在陸上將帶內、外鋼管以及夾層混凝土的導管架部分或整體製作好後在海上樹立，然後在內層鋼管內中打入樁腿；也可以製作僅帶外鋼管的導管架，用內鋼管當樁基，在海上澆築夾層混凝土。由於主杆內部空心，自重較輕，在帶來優良力學性能的同時保證施工便利，經濟性好。(2)由於夾層混凝土給外鋼管提供了支撐作用，鋼管的局部屈曲性能得到改善，主杆的抗撞擊性能更好，較少發生因為局部屈曲而導致整體結構倒塌的情況，使平臺的安全性更高。(3)輕型組合結構主杆在外鋼管遭受腐蝕之後可以將內力部分轉移到內管或者夾層混凝土，從而提高構件耐久性。內部空間可布置管線等設備並對其起到保護作用。(4)施工簡便、經濟性良好，適於在各類海洋平臺設施中如鑽井平臺、修井平臺和風力發電平臺中應用。


圖1為本發明的實施例的平臺示意圖；圖2為圖1的A-A截面示意圖；圖3 Ca)為平臺主杆的結構示意圖；圖3 (b)為平臺主杆與平臺橫撐的連接示意圖；圖3 (C)為圖3 (a)的主杆C-C截面示意圖；圖4 (a)和圖4 (b)分別為3肢和4肢情況下的圖1中B_B截面示意圖。圖中標號:1-平臺架，2-平臺主杆，3-平臺斜撐，4-平臺橫撐，5-平臺，201-外鋼管，202-內鋼管，203-夾層混凝土，204-限位鋼板。
具體實施例方式本發明提供了一種輕型組合結構導管架式海洋平臺結構，下面結合實施例和附圖對本發明的結構及具體實施方式
作進一步的說明。圖1為本發明的實施例的平臺結構示意圖，該平臺結構由輕型組合結構的平臺架I和與其焊接的平臺5構成，其中，平臺架I由4肢平臺主杆2、平臺斜撐3和平臺橫撐4構成。平臺主杆2由輕型鋼-混凝土組合構件沿長度方向通過焊接連接構成，具體結構為:內鋼管202置於外鋼管201內並與外鋼管201同軸，外鋼管201和內鋼管202的之間夾層內填充夾層混凝土 203，如圖2所示。內外鋼管的位置通過和管壁垂直的限位鋼板204以保證同心。相鄰的平臺主杆2、平臺5和平臺橫撐4之間分別設置平臺斜撐3，通過焊接方式相連，平臺架I和平臺5之間焊接形成導管架式平臺。外鋼管201和內鋼管202的橫截面為圓形。外鋼管201的材料是普通鋼材、高強鋼材或不鏽鋼。內鋼管202的材料是普通鋼材或高強鋼材。夾層混凝土 203的材料是普通混凝土、輕質混凝土或高強混凝土。平臺斜撐3和平臺橫撐4的橫截面為矩形、圓形、工字型、L型或者槽型。本發明的結構體系截面開展、抗彎剛度大、穩定性和振動特性好、自重較輕，抗震、抗撞擊性能好，耐久性高，經濟性良好，適用於海洋平臺中的鑽井平臺、修井平臺、風力發電組基礎平臺。
權利要求
1.一種輕型組合結構導管架式海洋平臺，由輕型組合結構的平臺架(I)和與其焊接的平臺(5)構成，其特徵在於，所述的平臺架(I)由3 8根平臺主杆(2)及若干根連接於各平臺主杆(2)之間的平臺橫撐(4)構成，並在相鄰的平臺主杆(2)、平臺(5)和平臺橫撐(4)之間分別設置平臺斜撐(3); 所述平臺主杆(2)的結構為:內鋼管(202)置於外鋼管(201)內並與外鋼管(201)同軸，外鋼管(201)和內鋼管(202)的之間夾層內填充夾層混凝土(203);外鋼管(201)和內鋼管(202)上分別設置若干個限位鋼板(204)，保證外鋼管(201)和內鋼管(202)同軸。
2.根據權利要求1所述的輕型組合結構導管架式海洋平臺，其特徵在於，所述外鋼管(201)和內鋼管(202)的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
3.根據權利要求1所述的輕型組合結構導管架式海洋平臺，其特徵在於，所述外鋼管(201)的材料是普通鋼材、高強鋼材或不鏽鋼。
4.根據權利要求1所述的輕型組合結構導管架式海洋平臺，其特徵在於，所述內鋼管(202)的材料是普通鋼材或高強鋼材。
5.根據權利要求1所述的輕型組合結構導管架式海洋平臺，其特徵在於，所述夾層混凝土( 203 )的材料是普通混凝土、輕質混凝土或高強混凝土。
6.根據權利要求1所述的輕型組合結構導管架式海洋平臺，其特徵在於，所述平臺橫撐(3)和平臺斜撐(4)的橫截面為矩形、圓形、工字型、L型或者槽型。
全文摘要
本發明屬於土木工程中的結構工程領域，特別涉及一種輕型組合結構導管架式海洋平臺。該平臺結構由輕型組合結構的平臺架和與其焊接的平臺構成，所述的平臺架由3～8根平臺主杆及若干根連接於各平臺主杆之間的平臺橫撐構成，並在相鄰的平臺主杆、平臺和平臺橫撐之間分別設置平臺斜撐；平臺主杆由內外鋼管組成，並在兩層鋼管之間夾層內填充夾層混凝土。該結構考慮了鋼和混凝土之間的相互作用，充分利用了組合結構的優勢，比傳統導管架式海洋平臺具有更優良的性能，而且施工簡便、經濟性良好，適於在各類海洋平臺設施中如鑽井平臺、修井平臺和風力發電平臺中應用。
文檔編號E02B17/00GK103195040SQ20131013435
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者李威, 韓林海 申請人:清華大學