一种海洋平台及其制作方法技术

本发明专利技术涉及土木工程的结构工程技术领域，具体涉及一种海洋平台及其制作方法，包括导管架和平台，导管架包括若干导管、平台横撑、平台斜撑和双向预应力拉索组件，导管的顶部的设置平台、底部连接海底桩基础，平台的下端设置有可更换BRB结构的支撑杆；导管采用新型铝管‑约束混凝土‑钢管双壁空心构件，包括外铝管、内钢管及两者之间的混凝土；平台横撑的端部和平台斜撑的端部贯穿外铝管的侧壁后与内钢管的外侧壁焊接连接；双向预应力拉索组件设置于相邻两导管组成的四边形的对角线处。本发明专利技术既能满足“强节点、弱构件”的抗震性能要求又能实现平台结构装配模块化的节点连接，而且强度高，更安全。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋平台及其制作方法
本专利技术涉及土木工程的结构工程
，具体涉及一种自复位铝管-约束混凝土-钢管组合导管架海洋平台及其制作方法。
技术介绍
海洋平台作为海洋资源开发的基础设施，其中的导管式海洋平台是中浅海海洋平台的主要结构形式。它采用将桩穿过导管使预制的导管架固定在海上，导管架和桩是主要的承重部件，其它设备层及工作区则坐落在平台上。在风、浪、流、冰和地震等海洋环境动力荷载作用下，结构的振动反应十分剧烈。在现有的可行技术方案中，针对导管式海洋平台结构的振动控制，一方面，主要是采用隔振措施或者采用各种阻尼器进行抗振。目前，对于超大跨钢结构体系大都采用索-桁架结构型式，该结构体系用钢量省、稳定性好，刚度大，承载力高，可以实现超大跨度，是一种简单高效的结构型式。申请号为CN201510351272.0的中国专利技术专利提出了一种自复位导管架海洋平台，其导管结构包括外钢管、内钢管、波纹管及夹层混凝土，并且在波纹管内部和平台外侧加装预应力外置钢拉杆，实现海冰、地震等荷载作用下的自复位。但该专利技术设计的预应力钢拉杆设置在导管架的外侧，不仅占用了额外的海域面积，并且安装过程中需要海底作业。在冬季海上浮冰时，冰荷载首先作用在预应力钢拉杆上引起拉杆振动，反过来传递到平台，会引起平台的共振。同时，预应力钢拉索需要较大的预紧力，因此，对于预应力拉索与导管腿连接节点的强度，刚度，力传递的均匀性等要求均较高。因此预应力拉索的安装位置和安装方式也是需要解决的问题。在海洋平台结构领域，自复位结构在从常规的设计及施工方式向高效抗振的新型结构形式的过渡仍是亟需解决的问题。单纯使用隔振措施虽然能较好地控制导管架端帽位移和生活区加速度，却不适合海啸、飓风等荷载，容易倾覆。另一方面就是改善结构形式以有利于抗振。还有学者提出了自升式海洋平台预制装配式桩腿，包括不锈钢外管和高强圆钢管，结构形式虽达到装配式结构的要求，但单一的钢管柱的承载力依然达不到理想的要求。常规的结构形式已不能满足海洋平台的结构设计要求，如今急需对海洋平台的结构形式、抗震性能和强度上做进一步的改进。
技术实现思路
根据以上现有技术的不足，本专利技术提供了一种海洋平台及其制作方法，其既能满足“强节点、弱构件”的抗震性能要求又能实现平台结构装配模块化的节点连接，而且强度高，更安全。本专利技术解决的技术问题采用的技术方案为：一方面，本专利技术提供一种海洋平台，包括导管架和平台，所述导管架包括若干导管、平台横撑、平台斜撑和双向预应力拉索组件，若干所述导管之间间隔设置，相邻所述导管之间跨置有若干根平台横撑和平台斜撑，所述平台设置于若干导管的顶部，所述导管的底部固定连接在海底桩基础上，所述海底桩基础固定于海底地基内；所述平台的下端设置有平台竖杆，每个所述平台竖杆上固定连接有平台横杆，所述平台横杆的首端与平台竖杆的侧壁固定连接，尾端固定连接有法兰盘A，相邻所述平台竖杆之间设置有支撑杆，所述支撑杆为BRB结构，所述支撑杆的首尾两端分别可拆卸连接在两个法兰盘A上；本专利技术支撑杆采用可更换连梁的防屈曲支撑，即支撑杆，在地震、冰振、风振作用下剪切屈服耗能，该可更换连梁兼具抗风与抗震的功能，耗能能力强，震后可快速更换。所述导管包括外铝管和内钢管，所述外铝管同轴套设于内钢管的外侧，所述内钢管的顶端和底端端部均突出于外铝管的端部，所述内钢管的顶部与平台竖杆的底部可拆卸连接，所述外铝管与内钢管之间填充有混凝土A，所述内钢管的底部与海底桩基础固定连接，所述混凝土A的浇筑高度与外铝管的顶部和底部端部平齐，内钢管起承受沿管壁的轴压荷载的作用，外铝管只承受沿径向的混凝土A挤压荷载，外铝管限制了混凝土A内部微裂缝的发展，能极大地提高混凝土A的抗压强度，使得导管的承载能力较传统外壁贯通双壁空心混凝土导管增大，其同时也增强了导管的抗震耗能性能。这种铝管-约束混凝土-钢管双壁空心导管，具有承载力高、塑性韧性好、自重轻、抗腐蚀及耐久性优良等优势；所述平台横撑的端部和平台斜撑的端部贯穿外铝管的侧壁后与内钢管的外侧壁焊接连接；所述双向预应力拉索组件设置于相邻两导管组成的四边形的对角线处，即相邻导管的顶端和底端构成的虚拟四边形。外铝管采用铝管材质，对提高结构耐久性、节省结构维护费用方面具有重大意义。进一步地，所述支撑杆为BRB结构，包括芯材构件、混凝土B、约束钢管和法兰盘D；所述芯材构件的横截面为十字结构，其设置于所述约束钢管内部，所述芯材构件和约束钢管之间填充混凝土B，所述芯材构件的首尾两端均焊接连接有法兰盘D，所述法兰盘D与法兰盘A通过螺栓固定连接。通过法兰和螺栓连接的方式，方便更换。进一步地，所述内钢管的顶部固定连接有法兰盘B，所述平台竖杆的底部固定连接有法兰盘C，所述法兰盘B和法兰盘C之间设置有上预应力法兰盘，所述法兰盘B、法兰盘C和上预应力法兰盘通过螺栓可拆卸连接，所述螺栓为高强螺栓。进一步地，所述上预应力法兰盘上开设有孔洞，所述孔洞的顶部固定设置有楔形垫块，每个所述双向预应力拉索组件包括两个相互交叉的拉索，所述拉索的顶端向上贯穿孔洞和楔形垫块A后与锚固件固定连接，所述楔形垫块A的斜面与拉索相垂直。通过拉索穿过上预应力法兰盘及楔形垫块A后与锚固件相配合的方式将复杂杆件节点紧固为一体，满足了“强节点、弱构件”的抗震性能要求。进一步地，所述海底桩基础的上端插入内钢管中，所述海底桩基础与内钢管之间灌浆封闭，所述海底桩基础的下端固定于海底地基内，所述外铝管的底部下方的内钢管的外侧壁套置有下预应力法兰盘，所述外铝管的底部下方的内钢管的外侧壁套置有下预应力法兰盘，所述下预应力法兰盘的内圆边缘处与内钢管的外侧壁焊接连接，所述下预应力法兰盘上开设有孔洞，所述下预应力法兰盘的底部固定设置有楔形垫块，可以是焊接，每个所述双向预应力拉索组件包括两个相互交叉的拉索，所述拉索的底端向下贯穿孔洞和楔形垫块B后与锚固件固定连接，所述楔形垫块B的斜面与拉索相垂直，楔形垫板的作用和锚固件的连接方式与上预应力法兰盘处的相同。进一步地，所述上预应力法兰盘的下方或者下预应力法兰盘的上方通过螺旋箍筋缠绕拉索进行紧固。上预应力法兰盘与下预应力法兰盘的圆环形结构可以是相同的。进一步地，所述双向预应力拉索组件可以布置每对相邻的导管之间或者间隔一对导管设置。进一步地，所述内钢管采用无缝钢管，所述外铝管采用无缝铝管。另一方面，本专利技术还提供了上述海洋平台的制作方法，包括如下步骤：步骤1、焊接导管架：在陆地上进行导管架的焊接和浇筑，将内钢管插入外铝管内部，内钢管的顶端和底端均从外铝管内突出，按同轴心的位置设置临时绑扎约束固定，外铝管的底端采用临时挡板封住开口便于浇筑混凝土；将外铝管按照所设计好的位置切割孔洞，将平台横撑和平台斜撑的顶端插入外铝管31，焊接固定在内钢管外壁；在外铝管上间隔一定距离开临时灌浆孔，方便浇筑混凝土；步骤2、导管架混凝土的浇筑：浇筑混凝土A，待浇筑混凝土A的强度满足要求后，去掉临时绑扎约束、临时挡板，封住临时灌浆孔；...

【技术保护点】
1.一种海洋平台，其特征在于：包括导管架(1)和平台(2)，所述导管架(1)包括若干导管(3)、平台横撑(4)、平台斜撑(5)和双向预应力拉索组件(8)，若干所述导管(3)之间间隔设置，相邻所述导管(3)之间跨置有若干根平台横撑(4)和平台斜撑(5)，所述平台(2)设置于若干导管(3)的顶部，所述导管(3)的底部固定连接在海底桩基础(10)上，所述海底桩基础(10)固定于海底地基内；所述平台(2)的下端设置有平台竖杆(21)，每个所述平台竖杆(21)上固定连接有平台横杆(22)，所述平台横杆(22)的首端与平台竖杆(21)的侧壁固定连接，尾端固定连接有法兰盘A(221)(可以是焊接)，相邻所述平台竖杆(21)之间设置有支撑杆(6)，所述支撑杆(6)为BRB结构，所述支撑杆(6)的首尾两端分别可拆卸连接在两个法兰盘A(221)上；所述导管(3)包括外铝管(31)和内钢管(32)，所述外铝管(31)同轴套设于内钢管(32)的外侧，所述内钢管(32)的顶端和底端端部均突出于外铝管(31)的端部，所述内钢管(32)的顶部与平台竖杆(21)的底部可拆卸连接，所述外铝管(31)与内钢管(32)之间填充有混凝土A(33)，所述内钢管(32)的底部与海底桩基础(10)固定连接；所述平台横撑(4)的端部和平台斜撑(5)的端部贯穿外铝管(31)的侧壁后与内钢管(32)的外侧壁焊接连接；所述双向预应力拉索组件(8)设置于相邻两导管(3)组成的四边形的对角线处。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海洋平台，其特征在于：包括导管架(1)和平台(2)，所述导管架(1)包括若干导管(3)、平台横撑(4)、平台斜撑(5)和双向预应力拉索组件(8)，若干所述导管(3)之间间隔设置，相邻所述导管(3)之间跨置有若干根平台横撑(4)和平台斜撑(5)，所述平台(2)设置于若干导管(3)的顶部，所述导管(3)的底部固定连接在海底桩基础(10)上，所述海底桩基础(10)固定于海底地基内；所述平台(2)的下端设置有平台竖杆(21)，每个所述平台竖杆(21)上固定连接有平台横杆(22)，所述平台横杆(22)的首端与平台竖杆(21)的侧壁固定连接，尾端固定连接有法兰盘A(221)(可以是焊接)，相邻所述平台竖杆(21)之间设置有支撑杆(6)，所述支撑杆(6)为BRB结构，所述支撑杆(6)的首尾两端分别可拆卸连接在两个法兰盘A(221)上；所述导管(3)包括外铝管(31)和内钢管(32)，所述外铝管(31)同轴套设于内钢管(32)的外侧，所述内钢管(32)的顶端和底端端部均突出于外铝管(31)的端部，所述内钢管(32)的顶部与平台竖杆(21)的底部可拆卸连接，所述外铝管(31)与内钢管(32)之间填充有混凝土A(33)，所述内钢管(32)的底部与海底桩基础(10)固定连接；所述平台横撑(4)的端部和平台斜撑(5)的端部贯穿外铝管(31)的侧壁后与内钢管(32)的外侧壁焊接连接；所述双向预应力拉索组件(8)设置于相邻两导管(3)组成的四边形的对角线处。


2.根据权利要求1所述的海洋平台，其特征在于：所述支撑杆(6)为BRB结构，包括芯材构件(61)、混凝土B(62)、约束钢管(63)和法兰盘D(64)；所述芯材构件(61)的横截面为十字结构，其设置于所述约束钢管(63)内部，所述芯材构件(61)和约束钢管(63)之间填充混凝土B(62)，所述芯材构件(61)的首尾两端均焊接连接有法兰盘D(64)，所述法兰盘D(64)与法兰盘A(221)通过螺栓固定连接。


3.根据权利要求1所述的海洋平台，其特征在于：所述内钢管(32)的顶部固定连接有法兰盘B(34)，所述平台竖杆(21)的底部固定连接有法兰盘C(211)，所述法兰盘B(34)和法兰盘C(211)之间设置有上预应力法兰盘(71)，所述法兰盘B(34)、法兰盘C(211)和上预应力法兰盘(71)通过螺栓可拆卸连接。


4.根据权利要求3所述的的海洋平台，其特征在于：所述上预应力法兰盘(71)上开设有孔洞，所述孔洞的顶部固定设置(可以是焊接)有楔形垫块(711)，每个所述双向预应力拉索组件(8)包括两个相互交叉的拉索(81)，所述拉索(81)的顶端向上贯穿孔洞和楔形垫块A(711)后与锚固件(82)固定连接，所述楔形垫块A(711)的斜面与拉索(81)相垂直。


5.根据权利要求1所述的海洋平台，其特征在于：所述海底桩基础(10)的上端插入内钢管(32)中，所述海底桩基础(10)与内钢管(32)之间灌浆封闭，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纪刚，赵迪，张君博，刘菲菲，许卫晓，杨伟松，宁宁，于德湖，朱宝君，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37