CN103088799A - 一种海洋平台消浪破冰结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：它包括一上锥环、一中锥环和一下锥环，所述上锥环、中锥环和下锥环从上到下依次套设在海洋平台的桩腿上，所述上锥环和下锥环分别与所述桩腿焊接固定，所述中锥环内部通过间隔设置的若干支撑横梁与所述桩腿焊接固定，所述中锥环顶部通过周向间隔设置的若干上倾斜角棱体与所述上锥环底部固定连接，所述中锥环底部通过周向间隔设置的若干下倾斜角棱体与所述下锥环顶部固定连接；每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体的棱角均向外侧设置，且所述上倾斜角棱体与所述下倾斜角棱体关于所述中锥环对称。本发明制造、安装难度均不大，可以广泛应用于海洋平台破冰过程中，尤其适用于桩腿直径较大，受波浪荷载影响较大的海洋平台结构。

Description

一种海洋平台消浪破冰结构
技术领域
本发明涉及一种用于冰区海洋工程设施的破冰结构，特别是关于一种安装在海洋平台桩腿上的海洋平台消浪破冰结构。
背景技术
在极区和亚极区的海洋中，冬季海水表面会结冰。海冰在潮汐、海流和风的作用下在海面上漂移，这种漂移的海冰对海洋工程结构会产生影响。漂移的海冰作用在海上石油平台结构时，海冰会发生破碎，同时对海洋平台产生荷载作用。在海冰较严重的区域，这种海冰荷载是海洋石油平台的设计控制荷载，对海洋平台结构有着很大影响。为了降低作用在海洋平台上的冰荷载，目前工程界采用在海洋平台的桩腿上加装破冰锥体的措施，工程经验表明这一措施可以降低作用在海上平台上的最大冰荷载。
如图1、图2所示，现有的导管架海洋平台破冰锥体1为简单的圆锥结构，冰板2作用在破冰锥体1上形成径向、环向裂纹，导致冰板2弯曲破坏。冰本身是一种脆性材料，其破碎行为与海洋平台结构的接触形式有着极其敏感的关系，若冰与竖直面接触，会发生挤压破碎；若冰与倾斜面接触，其破碎形式则会由挤压破碎转变为弯曲破碎。破冰锥体带来的问题是：由于冰破碎具有一定的周期性，这种周期性的破碎行为会在破冰锥体上施加具有一定周期性的动态荷载，这种荷载的周期通常与海洋平台的固有周期接近，容易导致海洋平台振动，长期的振动会给海洋平台造成不良影响，导致海洋平台结构的疲劳损伤，而且由于将海洋平台桩腿与冰作用位置改成了锥体结构，导致冰与海洋平台结构接触宽度增大，最大冰力也相应的有所增大。此外，由于破冰锥体增大了海洋平台结构水线面的位置，导致波浪作用在桩腿的作用力明显增大，不利于海上平台结构的安全。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种破冰和消浪效果都比较好的海洋平台消浪破冰结构，不仅可以降低作用在海洋平台结构上的冰荷载，能够降低冰板引起的海洋平台结构振动，而且不会增加作用在海洋平台桩腿上的波浪载荷，进一步保证海洋平台的安全。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：它包括一上锥环、一中锥环和一下锥环，所述上锥环、中锥环和下锥环从上到下依次套设在海洋平台的桩腿上，所述上锥环和下锥环分别与所述桩腿焊接固定，所述中锥环内部通过间隔设置的若干支撑横梁与所述桩腿焊接固定，所述中锥环顶部通过周向间隔设置的若干上倾斜角棱体与所述上锥环底部固定连接，所述中锥环底部通过周向间隔设置的若干下倾斜角棱体与所述下锥环顶部固定连接；每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体的棱角均向外侧设置，且所述上倾斜角棱体与所述下倾斜角棱体关于所述中锥环对称。
所述上锥环和下锥环的大小、形状和结构完全相同。
每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体采用三角形截面梁和矩形截面梁中的一种。
每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体与水平方向的夹角为45度～60度。
所述中锥环的直径根据所述上倾斜角棱体和下倾斜角棱体与水平方向的夹角进行确定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括上锥环、中锥环和下锥环，上锥环、中锥环和下锥环从上到下依次套设在海洋平台的桩腿上，上锥环和下锥环分别与桩腿焊接固定，中锥环与上锥环和下锥环之间分别周向间隔设置若干倾斜角棱体，当冰板过来时，首先与上倾斜角棱体或下倾斜角棱体的棱角接触，冰板集中受力内部发生裂纹，由于冰板仅仅与上倾斜角棱体或下倾斜角棱体的棱角接触，接触面积较小，海洋平台结构受力较小，有效保证了海洋平台的安全。2、本发明由于采用上倾斜角棱体或下倾斜角棱体分别将上锥环、下锥环与中锥环连接，因此冰板与棱角接触产生裂纹后，冰板将沿着上倾斜角棱体或下倾斜角棱体爬升，同时冰板沿着接触阶段形成的裂纹开始裂纹扩展，并发生断裂，在此过程中，由于有初始裂纹生成，冰板的裂纹容易传播，冰板的断裂更加容易，冰力的作用周期会减小，因此冰力的作用周期远离结构固有周期，降低了海洋平台结构的振动，进一步减小海洋平台结构的疲劳损伤。3、本发明由于上倾斜角棱体或下倾斜角棱体间隔设置，则上倾斜角棱体或下倾斜角棱体与桩腿之间为中空，当处于结冰季时，破碎后的冰会进入中空位置，形成冰的堆积，使后续冰不与桩腿直接发生作用，间接降低海洋平台的冰荷载。4、当处于无冰季时，由于本发明上倾斜角棱体或下倾斜角棱体间隔设置，波浪作用在海洋平台时，可以通过上倾斜角棱体或下倾斜角棱体对波浪形成破碎作用，破碎后的波浪再与桩腿发生作用，因此不增加对海洋平台结构上的波浪荷载，有利于无冰季节海洋平台的安全。5、本发明的中锥环内部通过间隔设置的若干支撑横梁与桩腿焊接固定，因此使整个海洋平台在破冰过程中具有足够的强度，不容易被冰破坏。综上所述，本发明制造、安装难度均不大，可以广泛应用于海洋平台破冰过程中，尤其适用于桩腿直径较大，受波浪荷载影响较大的海洋平台结构。
附图说明
图1是现有的破冰锥体结构示意图；
图2是图1的俯视示意图；
图3是本发明的结构示意图。
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3所示，本发明的海洋平台消浪破冰结构包括一上锥环3、一中锥环4和一下锥环5，上锥环3、中锥环4和下锥环5从上到下依次套设在海洋平台的桩腿6上，上锥环3和下锥环5分别与桩腿6的柱面焊接固定，中锥环4顶部通过周向间隔设置的若干上倾斜角棱体7与上锥环3底部固定连接，中锥环4底部通过周向间隔设置的若干下倾斜角棱体8与下锥环5顶部固定连接；每一上倾斜角棱体7和每一下倾斜角棱体8的棱角均向外侧设置，且上倾斜角棱体7与下倾斜角棱体8关于中锥环4对称设置。为了保证中锥环4的强度，中锥环4内部通过间隔设置的若干支撑横梁9与桩腿6的柱面焊接固定。
上述实施例中，上锥环3和下锥环5的大小、形状和结构完全相同，均可以采用钢板焊接或者铸件焊接而成。
上述各实施例中，每一上倾斜角棱体7和每一下倾斜角棱体8均可以采用三角形截面梁或矩形截面梁，若采用三角截面梁需保证三角截面梁的棱角向外侧设置；若采用矩形截面梁需保证矩形截面梁的其中一棱角向外侧设置。每一上倾斜角棱体7和每一下倾斜角棱体8的倾斜角度可以根据实际需要进行确定，本发明每一上倾斜角棱体7和每一下倾斜角棱体7与水平方向的夹角为45度～60度，另外上倾斜角棱体7和下倾斜角棱体8的数量可以根据实际需要进行确定，在此不作限定。
上述各实施例中，中锥环4可以采用钢板焊接或者铸件焊接而成，中锥环4的直径可以根据上倾斜角棱体7和下倾斜角棱体8的倾斜角度进行确定。
上述各实施例中，每一支撑横梁9可以采用铸件或者钢板焊接而成，支撑横梁9的截面形式可以采用矩形或圆形等易于加工的形状，在此不作限定，支撑横梁9的数量可以根据实际需要进行确定，在此不作限定。
使用本发明时，当海水处于无冰季，波浪作用在海洋平台的桩腿6时，若干上倾斜角棱体7和下倾斜角棱体8会对波浪进行破碎，破碎后的波浪再与桩腿6发生作用，不会增加海洋平台结构的波浪载荷；当海水处于结冰季，通常中锥环4与海水的平均水位平齐，冰板向海上平台漂移过来时，当海水水位在平均水位以上时，冰板作用于若干上倾斜角棱体7，冰板首先与上倾斜角棱体7的棱角相接触，由于冰板集中受力，冰板内部将发生裂纹，然后冰板沿着上倾斜角棱体7向上爬升，此时冰板沿着裂纹开始扩展，并发生断裂，当海水水位在平均水位以下时，冰板作用于下倾斜角棱体8，由于冰板集中受力，冰板内部将发生裂纹，然后冰板沿着下倾斜角棱体8向下爬升，此时冰板沿着裂纹开始扩展，并发生断裂。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：它包括一上锥环、一中锥环和一下锥环，所述上锥环、中锥环和下锥环从上到下依次套设在海洋平台的桩腿上，所述上锥环和下锥环分别与所述桩腿焊接固定，所述中锥环内部通过间隔设置的若干支撑横梁与所述桩腿焊接固定，所述中锥环顶部通过周向间隔设置的若干上倾斜角棱体与所述上锥环底部固定连接，所述中锥环底部通过周向间隔设置的若干下倾斜角棱体与所述下锥环顶部固定连接；每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体的棱角均向外侧设置，且所述上倾斜角棱体与所述下倾斜角棱体关于所述中锥环对称。
2.如权利要求1所述的一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：所述上锥环和下锥环的大小、形状和结构完全相同。
3.如权利要求1所述的一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体采用三角形截面梁和矩形截面梁中的一种。
4.如权利要求2所述的一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体采用三角形截面梁和矩形截面梁中的一种。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：每一所述上倾斜角棱体和每一下倾斜角棱体与水平方向的夹角为45度～60度。
6.如权利要求5所述的一种海洋平台消浪破冰结构，其特征在于：所述中锥环的直径根据所述上倾斜角棱体和下倾斜角棱体与水平方向的夹角进行确定。
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