[發明專利]海洋平臺的冰荷載模型實驗方法及裝置

無效

• 申請號: 200610200518.5
• 申請日: 2006-06-05
• 公開（公告）號: CN101086470A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 岳前進;時忠民;郭峰瑋;畢祥軍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 大連智慧專利事務所
• 代理人: 潘迅;周志艦

技術領域

本發明屬于海洋工程領域，涉及海洋平臺的冰荷載確定的實驗方法和相應的實驗設備。

背景技術

現有的冰荷載模型實驗方法，是先建造一座室內冰池，將海洋平臺的結構模型固定在拖 車上，用拖車驅動結構模型，使其受力部位穿過靜止的冰板，通過安裝在結構模型上的拾振 器、位移計等傳感器測量作用在結構模型上的冰力以及結構模型的位移、加速度等響應。這 種實驗方法存在以下不足：1)在模型結構設計中單純考慮模型相似律理論，結構模型的剛 度和上部質量設計得過小(結構模型剛度一般小于10⁴N/m)，不能模擬真實海洋平臺結構對 冰力的控制作用，實驗數據和真實海洋平臺上的監測數據差別較大；2)流冰和真實海洋平 臺作用時，速度保持恒定，不受海洋平臺反作用力影響，而現有實驗技術中，由于結構模型 的設計剛度較小，因此拖車的設計驅動力也偏小(最大約50kN)，當實驗冰稍厚，即冰力稍 大時，拖車不能保證結構模型以恒定速度穿過冰池，有時甚至產生間歇性運動，使實驗工況 與真實工況不符；3)現有技術需要建設龐大的低溫實驗室和大面積冰池(面積約200m²)， 每次實驗的制冷耗能很大，實驗成本很高。

發明內容

本發明的目的是提供一種能更好地模擬冰與海洋平臺的作用過程，充分反映結構對冰力 的控制作用，準確控制冰板相對海洋平臺結構模型的運動速度，同時大大降低實驗成本的冰 荷載實驗方法和裝置。

本發明的技術方案是：一種海洋平臺的冰荷載模型實驗方法，是在低溫環境下，用驅動 裝置使結構模型穿過冰板，用傳感器測量作用在結構模型上的冰力以及結構模型的位移、加 速度等響應，其特征在于，將結構模型固定在低溫室地面，用驅動裝置推動在一端開有缺口 的冰槽及里面的冰板勻速向結構模型擠壓；結構模型的受力部位穿過冰槽開有的缺口及里面 的冰板。最好是在結構模型頂端安裝一個可拆卸的樁柱，作為結構模型的受力部位，結構模 型的剛度大于5×10⁵N/m，用驅動裝置推動在一端開有缺口的冰槽及里面的冰板勻速向樁柱 擠壓，樁柱穿過冰槽開有的缺口及里面的冰板。還優選用安裝在剪力墻上的液壓加載裝置推 動在一端開有缺口的冰槽及里面的冰板。安裝在結構實驗室剪力墻上的液壓加載裝置，能產 生很大推力(最大約500kN)。

適用于上述實驗方法的一種海洋平臺的冰荷載模型實驗裝置，包括低溫室、結構模型、 冰板、驅動裝置以及拾振器、位移計等傳感器，驅動裝置使結構模型受力部位穿過冰板，其 特征在于，結構模型固定安裝在實驗室的地面上，冰板在一個冰槽里，冰槽與驅動裝置相連 接，并安放在支撐架上，支撐架安裝在地面上，頂端裝有導軌，冰槽與導軌動配合，驅動裝 置控制冰槽沿導軌以一定速度擠壓結構模型；冰槽在靠近結構模型一端的側面和底面開有缺 口，缺口的位置正對結構模型的受力部位，缺口的寬度大于結構模型受力部位的寬度，底部 缺口沿導軌方向的長度大于實驗所需結構模型穿過冰板的距離。

真實海洋平臺由上部質量和下部導管架構成，受到的冰力是作用在平臺下部的導管架上 ，但從結構動力學的角度看，海洋平臺可以看作一個質量塊枛彈簧單自由度系統，海洋平臺 的上部質量可以視作質量塊，下部導管架可以視作彈簧，提供系統剛度，在實驗時，冰力作 用在質量塊的上方或下方效果是相同的。為方便實驗，可以采用使冰力作用于質量塊上方的 方式，即在結構模型的頂端安裝一個樁柱，作為受力部位，實驗時使冰板作用于該樁柱，冰 荷載通過樁柱傳遞給整個結構模型。該樁柱可以是可拆卸的，以便更換圓柱體、圓錐體等不 同形狀的樁柱，模擬不同形狀的結構受力部位與海冰的相互作用情況。

可以利用常規的結構力學實驗室，在靠近剪力墻的位置，建造一個小型的低溫室。將液 壓加載裝置安裝在結構力學實驗室剪力墻上，作為驅動裝置，其液壓驅動臂伸入低溫實驗室 ，與冰槽相連接，推動冰板沿支撐架頂端的導軌勻速向結構模型運動。