CN102644325B - 一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，它包括外部立柱和内部立柱，沿轴线方向在外部立柱内设置有中央通道；内部立柱顶部一段伸入外部立柱内的中央通道，内部立柱顶部的外壁面与中央通道的内壁面之间形成环形空间，环形空间内设置有灌浆料；内部立柱顶部，通过上层固定装置将内部立柱顶部与外部立柱固定连接；外部立柱底部，通过下层固定装置将外部立柱底部与内部立柱固定连接；位于环形空间底部，中央通道的内壁面上，由下至上依次设置有主注浆阀和辅注浆阀，位于环形空间顶部，中央通道的内壁面上设置有回流阀，主注浆阀连接主灌浆系统，辅注浆阀连接辅灌浆系统，主灌浆系统和辅灌浆系统都连接回流阀。本发明能广泛在深水环境条件下钢结构间的连接中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种浮式平台连接节点，特别是关于一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点。
背景技术
随着人类开发海洋油气规模的不断扩大，海洋油气的勘探开发由浅海向深海发展已成必然趋势。浮式平台作为深水油气开发的主要装置，常常需要在海上进行钢结构间的永久连接。目前，浮式平台的海上钢结构连接常采用机械连接或焊接两种方式。其中，机械连接虽然结构可靠性较高，但成本一般很高；焊接所需海上作业时间长，对气候窗口要求高，一旦遇到恶劣气候条件，焊接质量将受到极大影响，不论是平台结构还是作业施工人员都存在较大风险。
灌浆连接已应用于一些浅水固定式平台(例如导管架平台)和海上风机桩基础，但在深水浮式平台的钢结构连接中尚未见应用。由于灌浆工艺要求在灌浆期间结构要尽量处于平稳的状态，水泥浆在凝结硬化阶段不受扰动，才能保证水泥浆凝结后的强度。相比浅水固定式平台，深水海洋环境条件更加恶劣，浮式平台在风浪流的作用下处于运动状态，灌浆连接工艺与方法存在更大的困难和挑战。同时，在浅水固定式平台的应用中，灌浆所连接的钢结构相对尺度较小(例如导管架平台的桩基础与导管架腿的连接)，通过增加钢结构厚度，即可满足结构本身的屈曲要求；而在浮式平台中，常需要对大尺度结构进行连接，仅仅增加结构厚度，将很难满足屈曲要求。因此，现有的浅水固定式平台的灌浆连接工艺与设计不能适用于深水浮式平台。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能适应深水环境条件要求和浮式平台运动特点，适用于多种不同钢结构形式，能满足大尺度钢结构结构性能要求，并能实现结构间荷载有效传递，易于建造，海上施工简便，成本较低的用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：它包括深水浮式平台中的外部立柱和内部立柱，沿轴线方向在所述外部立柱内设置有中央通道；所述内部立柱顶部一段伸入所述外部立柱内的中央通道，所述内部立柱顶部的外壁面与所述中央通道的内壁面之间形成环形空间，所述环形空间内设置有灌浆料；所述内部立柱顶部，通过上层固定装置将所述内部立柱顶部与所述外部立柱固定连接；所述外部立柱底部，通过下层固定装置将所述外部立柱底部与所述内部立柱固定连接；位于所述环形空间底部，所述中央通道的内壁面上，由下至上依次设置有主注浆阀和辅注浆阀，位于所述环形空间顶部，所述中央通道的内壁面上设置有回流阀，所述主注浆阀连接主灌浆系统，所述辅注浆阀连接辅灌浆系统，所述主灌浆系统和辅灌浆系统都连接所述回流阀。
位于所述环形空间内，所述中央通道的内壁面上、内部立柱的外壁面上间隔设置有若干剪切键；各所述剪切键均采用焊珠、贴脚焊扁钢或贴脚焊圆钢制成。
位于所述外部立柱底部，所述环形空间底部开口处设置有封隔器。
所述中央通道的内壁面周向、内部立柱的外壁面周向均间隔设置有若干环向加强筋和若干纵向加强筋，所述若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成加强结构。
每两根所述纵向加强筋之间的间距为600～900mm，各所述环向加强筋和各纵向加强筋均采用球扁钢、角钢或T型材。
所述上层固定装置和下层固定装置都采用液压卡桩器、楔块、螺栓或插销。
所述外部立柱采用圆柱、方柱、多边菱形柱或近似圆柱壳体结构；所述中央通道的截面形状采用圆形、方形或多边形；所述内部立柱的截面形状与所述中央通道的截面形状对应设置，且所述内部立柱的截面尺寸略小于所述中央通道的截面尺寸。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用上层固定装置和下层固定装置，将外部立柱和内部立柱进行双层固定，使得在深水环境条件下进行灌浆连接作业时，仍可保证外部立柱与内部立柱无相对运动，结构处于平稳状态，水泥浆在凝结硬化阶段不受扰动，保证水泥浆凝结后的强度可到达理想效果，从而使灌浆连接可以适应于深水浮式平台的要求。2、本发明通过在大尺度钢结构上设置环向加强筋和纵向加强筋，提高了钢结构的整体刚度和局部刚度，使得钢结构在合理板厚条件下，即可满足结构屈曲要求，解决了大尺度钢结构的连接问题。3、本发明由于外部立柱可以为圆柱、方柱、多边菱形柱或近似圆柱壳体等多种结构，中央通道的截面形状可以采用圆形、方形或多边形。而内部立柱的截面形状与中央通道的截面形状对应设置，也可以采用多种结构。因此本发明可以适用于多种不同钢结构形式的连接。4、本发明采用在外部立柱的中央通道内壁面和内部立柱的外壁面上间隔设置有若干剪切键，设置剪切键可以提高水泥浆粘结强度，有效地提高水泥浆的承载能力、荷载传递能力和抗疲劳能力。5、本发明采用在中央通道的内壁面上设置有主注浆阀、辅注浆阀和回流阀，主注浆阀连接现有技术中的主灌浆系统，辅注浆阀连接现有技术中的辅灌浆系统，主灌浆系统和辅灌浆系统都连接回流阀，增大了系统安全冗余度，保障了海上施工作业的可靠性和安全性。6、本发明弥补了传统钢结构连接方法中的诸多不足，从结构上，通过灌浆将两个钢结构的外部立柱和内部立柱连接成一个整体，可实现结构间的荷载有效转移；灌浆连接水下作业少，水下施工方便，对施工精度和施工人员素质的要求低，易于建造，海上施工简便，且成本低。因此，本发明可以广泛在深水环境条件下钢结构间的连接中应用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中A-A剖视图；
图3是图1中B处局部放大示意图；
图4是本发明的外部立柱中央通道内壁加强结构示意图；
图5是本发明在深水浮式平台上应用位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1～图3所示，本发明包括现有深水浮式平台中的外部立柱1和内部立柱2，沿轴线方向在外部立柱1内设置有中央通道3。内部立柱2顶部一段伸入外部立柱1的中央通道3内，内部立柱2顶部的外壁面4与中央通道3的内壁面5之间形成环形空间6，环形空间6内设置有灌浆料7。在内部立柱2顶部，通过上层固定装置8将内部立柱2顶部与外部立柱1固定连接；位于外部立柱1底部，通过下层固定装置9将外部立柱1底部与内部立柱2固定连接，这样可以有效保证在灌浆期间外部立柱1与内部立柱2之间无相对运动，进而保证了灌浆效果。
如图1、图2所示，位于环形空间6底部，在中央通道3的内壁面5上，由下至上依次设置有主注浆阀10和辅注浆阀11；位于环形空间6顶部，在中央通道3的内壁面5上设置有回流阀12。其中，主注浆阀10连接现有技术中的主灌浆系统，辅注浆阀11连接现有技术中的辅灌浆系统，主灌浆系统和辅灌浆系统都连接回流阀12。在灌浆作业时，本发明采用底部灌浆，通过主注浆阀10由中央通道3底部向环形空间6内灌浆，并通过检测回流阀12处回流浆液的比重来判断是否结束灌浆；当主灌浆系统出现故障时，则通过辅注浆阀11向环形空间6内灌浆。
上述实施例中，位于外部立柱1底部，在环形空间6底部开口处设置有封隔器13。灌浆作业前，通过封隔器13封隔住环形空间6底部，防止底部漏浆，确保灌浆成功。
上述各实施例中，位于环形空间6内，在外部立柱1中央通道3的内壁面5上、内部立柱2的外壁面4上间隔设置有若干剪切键14。各剪切键14均采用焊珠、贴脚焊扁钢或贴脚焊圆钢制成。
上述各实施例中，如图4所示，位于中央通道3的内壁面5周向、内部立柱2的外壁面4周向均间隔设置有若干环向加强筋15和若干纵向加强筋16，若干环向加强筋15和若干纵向加强筋16构成加强结构。其中，每两根纵向加强筋16之间的间距为600～900mm，各环向加强筋15和各纵向加强筋16均采用球扁钢、角钢或T型材。
上述各实施例中，灌浆料7采用在普通水泥浆中掺入适量的钢纤维或合成纤维制成，这样可以有效地增加水泥浆抗疲劳能力。
上述各实施例中，上层固定装置8和下层固定装置9可以都采用液压卡桩器，也可以都采用楔块、螺栓或插销。
上述各实施例中，外部立柱1可以采用圆柱、方柱、多边菱形柱或近似圆柱壳体结构；中央通道3的截面形状可以采用圆形、方形或多边形；内部立柱2的截面形状与中央通道3的截面形状对应设置，且内部立柱2的截面尺寸略小于中央通道3的截面尺寸，这样可以使得环形空间6较小，能有效保证灌浆质量。
综上所述，如图5所示，在无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台钢结构间的连接处(如图中虚线圈所示)，可以采用本发明的灌浆连接节点。本发明提供的用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点能适应深水环境条件的要求和浮式平台运动特点，适用于多种不同钢结构形式，可以满足大尺度钢结构结构性能要求，并能实现结构间荷载有效传递，易于建造，海上施工简便，且成本较低。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：它包括深水浮式平台中的外部立柱和内部立柱，沿轴线方向在所述外部立柱内设置有中央通道；所述内部立柱顶部一段伸入所述外部立柱内的中央通道，所述内部立柱顶部的外壁面与所述中央通道的内壁面之间形成环形空间，所述环形空间内设置有灌浆料；所述内部立柱顶部，通过上层固定装置将所述内部立柱顶部与所述外部立柱固定连接；所述外部立柱底部，通过下层固定装置将所述外部立柱底部与所述内部立柱固定连接；位于所述环形空间底部，所述中央通道的内壁面上，由下至上依次设置有主注浆阀和辅注浆阀，位于所述环形空间顶部，所述中央通道的内壁面上设置有回流阀，所述主注浆阀连接主灌浆系统，所述辅注浆阀连接辅灌浆系统，所述主灌浆系统和辅灌浆系统都连接所述回流阀；
所述上层固定装置和下层固定装置都采用液压卡桩器。
2.如权利要求1所述的一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：位于所述环形空间内，所述中央通道的内壁面上、内部立柱的外壁面上间隔设置有若干剪切键；各所述剪切键均采用焊珠、贴脚焊扁钢或贴脚焊圆钢制成。
3.如权利要求1所述的一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：位于所述外部立柱底部，所述环形空间底部开口处设置有封隔器。
4.如权利要求2所述的一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：位于所述外部立柱底部，所述环形空间底部开口处设置有封隔器。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：所述中央通道的内壁面周向、内部立柱的外壁面周向均间隔设置有若干环向加强筋和若干纵向加强筋，所述若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成加强结构。
6.如权利要求5所述的一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：每两根所述纵向加强筋之间的间距为600～900mm，各所述环向加强筋和各纵向加强筋均采用球扁钢、角钢或T型材。
7.如权利要求1或2或3或4或6所述的一种用于深水浮式平台钢结构间的灌浆连接节点，其特征在于：所述外部立柱采用圆柱、方柱、多边菱形柱或近似圆柱壳体结构；所述中央通道的截面形状采用圆形、方形或多边形；所述内部立柱的截面形状与所述中央通道的截面形状对应设置，且所述内部立柱的截面尺寸略小于所述中央通道的截面尺寸。
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