[實(shí)用新型]一種輕型組合結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320195013.X
• 申請(qǐng)日: 2013-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203213088U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李威;韓林海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E02B17/00
• 分類(lèi)號(hào): E02B17/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于土木工程中的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，特別涉及一種輕型組合結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)。

背景技術(shù)

我國(guó)海域有著豐富的油氣資源。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)能源需求的不斷擴(kuò)大，我國(guó)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)具有良好的發(fā)展前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α：Ｑ笥蜌忏@采平臺(tái)是用于海底油氣勘探和開(kāi)采的海上建筑物，同時(shí)還可以用于儲(chǔ)油、生活設(shè)施和碼頭等。目前對(duì)海洋油氣的鉆采主要集中在大陸架區(qū)域，一般水深不超過(guò)300m。在這個(gè)水深內(nèi)比較常采用的平臺(tái)類(lèi)型為導(dǎo)管架式平臺(tái)。

傳統(tǒng)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)為空鋼管支架結(jié)構(gòu)，具有自重輕，安裝方便等特點(diǎn)。在安裝時(shí)先樹(shù)立導(dǎo)管架，然后在主導(dǎo)管內(nèi)打入樁腿。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)只考慮外導(dǎo)管的作用。但空鋼管構(gòu)件面臨的問(wèn)題是構(gòu)件比較容易由于局部屈曲而喪失承載力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的破壞。由空鋼管構(gòu)件構(gòu)成平臺(tái)的振動(dòng)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(tái)也在向大型化和多功能化方向發(fā)展，尺寸規(guī)模和用鋼量不斷增大，需要的單根構(gòu)件承載力越來(lái)越高，若采用大尺寸鋼管將面臨厚壁鋼焊接以及層狀撕裂問(wèn)題，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了新的要求。因此，迫切需要一種施工便捷、力學(xué)性能良好、經(jīng)濟(jì)性能高的平臺(tái)形式來(lái)適應(yīng)工程方面的需求。

組合結(jié)構(gòu)由于充分利用了多種構(gòu)成材料各自的力學(xué)性能，使結(jié)構(gòu)具有力學(xué)性能好，施工方便等優(yōu)點(diǎn)。在土木工程領(lǐng)域，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)正得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鋼-混凝土組合構(gòu)件例如鋼管混凝土，由于在空鋼管內(nèi)整體填充混凝土，導(dǎo)致構(gòu)件重量較大，因此在處理較大截面（例如直徑1米以上截面）時(shí)需要一類(lèi)輕質(zhì)高強(qiáng)的新型組合構(gòu)件。中空夾層鋼管混凝土是由內(nèi)、外兩個(gè)截面形心重合的鋼管組成，并在鋼管夾層中澆筑素混凝土且共同受力的結(jié)構(gòu)。構(gòu)件的鋼管和混凝土兩種材料在受力過(guò)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(tǒng)鋼-混凝土組合構(gòu)件如鋼管混凝土相比，其截面更為開(kāi)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，并且在設(shè)計(jì)較大截面時(shí)避免了采用厚壁鋼板。在耐久性方面，外部鋼構(gòu)件遭受腐蝕后，可以將承擔(dān)的荷載一部分轉(zhuǎn)移到夾層混凝土和內(nèi)鋼管上，鋼部件內(nèi)部的應(yīng)力不會(huì)顯著增加，因此更適于用作海洋平臺(tái)支架柱等大直徑構(gòu)件。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以充分考慮外鋼管-夾層混凝土-內(nèi)導(dǎo)管的共同承載力，將大大節(jié)省材料和造價(jià)。其施工過(guò)程也可以和目前導(dǎo)管架平臺(tái)的施工過(guò)程類(lèi)似，可以在陸上將帶內(nèi)、外鋼管和夾層混凝土的支架制作好，在海中向內(nèi)管內(nèi)部打樁；也可以在陸上制作僅帶外鋼管的支架，然后將樁管當(dāng)做內(nèi)管，在海上朝主管間打入內(nèi)管后高壓注入夾層混凝土。此外，由于夾層混凝土的存在，該類(lèi)構(gòu)件比鋼構(gòu)件的抗火性能更好。因此，利用組合結(jié)構(gòu)技術(shù)是解決海洋平臺(tái)在強(qiáng)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(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種能滿(mǎn)足強(qiáng)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(jié)構(gòu)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

該平臺(tái)結(jié)構(gòu)由輕型組合結(jié)構(gòu)的平臺(tái)架和與其焊接的平臺(tái)構(gòu)成，所述的平臺(tái)架由3～8根平臺(tái)主桿及若干根連接于各平臺(tái)主桿之間的平臺(tái)橫撐構(gòu)成，并在相鄰的平臺(tái)主桿、平臺(tái)和平臺(tái)橫撐之間分別設(shè)置平臺(tái)斜撐；

所述平臺(tái)主桿的結(jié)構(gòu)為：內(nèi)鋼管置于外鋼管內(nèi)并與外鋼管同軸，外鋼管和內(nèi)鋼管的之間夾層內(nèi)填充夾層混凝土；外鋼管和內(nèi)鋼管上分別設(shè)置若干個(gè)限位鋼板，通過(guò)限位鋼板保證外鋼管和內(nèi)鋼管同軸。

所述外鋼管和內(nèi)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(qiáng)鋼材或不銹鋼。

所述內(nèi)鋼管的材料是普通鋼材或高強(qiáng)鋼材。

所述夾層混凝土的材料是普通混凝土、輕質(zhì)混凝土或高強(qiáng)混凝土。

所述平臺(tái)橫撐和平臺(tái)斜撐的橫截面為矩形、圓形、工字型、L型或者槽型。

本實(shí)用新型的有益效果為：

（1）和目前常用的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)相比，該平臺(tái)采用的主桿截面開(kāi)展、剛度大、從而使平臺(tái)整體承載力和剛度大、穩(wěn)定性好。施工時(shí)可以在陸上將帶內(nèi)、外鋼管以及夾層混凝土的導(dǎo)管架部分或整體制作好后在海上樹(shù)立，然后在內(nèi)層鋼管內(nèi)中打入樁腿；也可以制作僅帶外鋼管的導(dǎo)管架，用內(nèi)鋼管當(dāng)樁基，在海上澆筑夾層混凝土。由于主桿內(nèi)部空心，自重較輕，在帶來(lái)優(yōu)良力學(xué)性能的同時(shí)保證施工便利，經(jīng)濟(jì)性好。

（2）由于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，主桿的抗撞擊性能更好，較少發(fā)生因?yàn)榫植壳鴮?dǎo)致整體結(jié)構(gòu)倒塌的情況，使平臺(tái)的安全性更高。