CN104044706A - 深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点及其海上施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点及其海上施工方法，它包括大截面立柱和小截面立柱，沿轴线在大截面立柱内设置有中央通道；小截面立柱顶部一段伸入大截面立柱的中央通道内，中央通道的内壁面与小截面立柱顶部的外壁面之间形成环形空间，环形空间内设置有灌浆料；位于与小截面立柱顶部连接的小截面立柱顶甲板和中央通道的内壁面之间焊接有若干肘板；在小截面立柱顶部，通过上层固定装置将小截面立柱顶部与大截面立柱固定连接；位于大截面立柱底部，通过下层固定装置将大截面立柱底部与小截面立柱固定连接。本发明海上施工简便，结构安全可靠性高，成本低，能适应于不同尺度立柱，可以广泛在深水环境条件下钢结构间的连接中应用。

Description

深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点及其海上施工方法

技术领域

本发明涉及一种浮式平台连接节点及其海上施工方法，特别是关于一种应用于海上的深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点及其海上施工方法。

背景技术

现有的无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台在海上安装过程中，将小截面立柱从大截面立柱中央孔道中在受控状态下逐步下放，将小截面立柱与大截面立柱进行永久连接。所采用的方式如下：使用吊机将液压模锻连接设备通过中央孔道放至小截面立柱中与大截面立柱连接处，进行液压模锻，通过液压力使小截面立柱与大截面立柱连接处的外壁板产生塑性变形，将其挤入大截面立柱下部连接处砧板连接结构的凹槽中，使两部分结构全强度联接为一个整体。

无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台海上安装连接作业是关键工况，主要存在以下技术挑战和风险：1)安装过程中大截面立柱和小截面立柱皆处于运动状态，操作空间狭小，此外受环境条件制约，安装作业时间受到限制；2)平台就位后，连接节点是整个平台受外载荷最大的区域之一，承受弯矩和剪力联合作用，如何保证节点的强度和疲劳同样存在挑战。

考虑到该连接节点的技术难度，尽管无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台中采用的液压胀管连接方案是可行的，但在操作中存在以下问题：1)其中通过液压使结构塑性变形时，要求大截面立柱和小截面立柱的凹槽相对位置精度控制要求很高，而此时大截面立柱和小截面立柱都在运动状态，具有垂向运动、水平运动和转动，保证两者相对位置不变存在很大难度；2)液压胀管现有技术很难适应大直径立柱的连接，对无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台的立柱设计带来了很大限制；3)现有连接方案会使平台局部结构(即大截面立柱内壁和小截面立柱外壁局部区域)发生塑性变形，通过塑性变形使大截面立柱和小截面立柱连为一体，该过程不可逆，一旦操作时出现问题，会对平台结构产生很大影响，该方案存在技术和安全风险。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点及其海上施工方法，其海上施工简便，结构安全可靠性高，成本低，能适应于不同尺度立柱。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点，其特征在于：它包括大截面立柱和小截面立柱，沿轴线方向在所述大截面立柱内设置有中央通道；所述小截面立柱顶部一段伸入所述大截面立柱的中央通道内，所述中央通道的内壁面与所述小截面立柱顶部的外壁面之间形成环形空间，所述环形空间内设置有灌浆料；位于与所述小截面立柱顶部连接的小截面立柱顶甲板和所述中央通道的内壁面之间焊接有若干肘板；在所述小截面立柱顶部，通过上层固定装置将所述小截面立柱顶部与所述大截面立柱固定连接；位于所述大截面立柱底部，通过下层固定装置将所述大截面立柱底部与所述小截面立柱固定连接。

位于所述大截面立柱周向、中央通道的内壁面周向、小截面立柱的外壁面周向以及小截面立柱顶甲板上都间隔设置有若干环向加强筋和若干纵向加强筋，位于所述小截面立柱及所述小截面立柱顶甲板上的所述若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成小截面立柱舱壁；位于所述大截面立柱上的所述若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成大截面立柱舱壁。

若干所述肘板沿所述小截面立柱顶甲板周向均匀布置，每个所述肘板上都预制有若干根加强筋；每个所述肘板的底端都焊接在所述小截面立柱顶甲板上，与所述小截面立柱舱壁连接成一体；每个所述肘板的侧面都焊接在所述中央通道的内壁面上，与所述大截面立柱舱壁连接成一体。

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。

位于所述大截面立柱底部，在所述环形空间底部开口处设置有封隔器。

位于所述环形空间内，在所述中央通道的内壁面上、小截面立柱的外壁面上都间隔设置有若干剪切键，所述剪切键沿所述中央通道的内壁面和小截面立柱的外壁面环向设置，且所述中央通道的内壁面和小截面立柱的外壁面上的所述剪切键为交错布置。

一种实现上述深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点的海上施工方法，其包括以下步骤：1)临时固定：当小截面立柱到达预先设定位置时，采用上层固定装置和下层固定装置将小截面立柱与大截面立柱之间固定，使小截面立柱与大截面立柱之间无相对运动；2)排载：采用封隔器封住小截面立柱与大截面立柱的中央通道底部之间的间隙，排干中央通道内海水；3)灌浆：启动灌浆系统，通过主灌浆阀、回流阀和辅注浆阀实施灌浆作业；4)焊接前准备：待灌浆料凝固，通过现场检验后，开始进行焊接作业，通过升降装置将人员和预制好的肘板从中央通道下放至小截面立柱顶甲板的平台上；5)焊接作业：将每块预制有加强筋的肘板底部焊接在小截面立柱顶甲板与中央通道的内壁之间，实现将小截面立柱与大截面立柱之间稳固连接成一整体。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用将灌浆与焊接相结合，两种方法都具有较高的技术成熟度、成本低、水下作业少和操作方便等优点。2、本发明采油灌浆与焊接组合连接节点，以灌浆为主要承力结构，焊接肘板为辅助承力结构。采用灌浆连接将大截面立柱和小截面立柱连接成一个整体，可实现结构间的荷载有效转移；通过肘板主要承担轴向剪切力，减小水泥浆所受交变剪切力，增大水泥浆疲劳寿命，提高系统整体结构可靠性和冗余。3、本发明由于采用了双层固定装置，使得在深水环境条件下进行灌浆连接作业时，仍可保证大截面立柱与小截面立柱间无相对运动，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设计预想效果。综上所述，本发明具有可适应于不同尺度立柱，海上施工简便，结构安全可靠性高，成本低等优点，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是本发明的灌浆与焊接组合连接节点结构示意图；

图2是图1中A-A剖面俯视图；

图3是图1中B处放大示意图；

图4是图1中D处放大示意图；

图5是图1中C-C剖面俯视图；

图6是在无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台上本发明的施工位置示意图，图中虚线圆圈处即为本发明的施工位置。

具体实施方式

本发明提供一种深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点及其海上施工方法，该节点可用于深水浮式采油平台钢结构间的连接，适应用于包括无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台等需要在海上漂浮状态下进行大尺度钢结构间的连接节点型式及其海上施工方法。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5所示，本发明的深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点包括大截面立柱1和小截面立柱2，沿轴线方向在大截面立柱1内设置有中央通道。小截面立柱2顶部一段伸入大截面立柱1的中央通道内，中央通道的内壁面3与小截面立柱2顶部的外壁面4之间形成环形空间，环形空间内设置有灌浆料5。位于与小截面立柱2顶部连接的小截面立柱顶甲板6和中央通道的内壁面3之间焊接有若干肘板7，以有效保证在灌浆期间大截面立柱1与小截面立柱2之间无相对运动。在小截面立柱2顶部，通过上层固定装置8将小截面立柱2顶部与大截面立柱1固定连接；位于大截面立柱1底部，通过下层固定装置9将大截面立柱1底部与小截面立柱2固定连接，进一步有效保证在灌浆期间大截面立柱1与小截面立柱2之间无相对运动，进而保证了灌浆效果。

如图1、图2所示，位于环形空间底部，在中央通道的内壁面3上，由下至上依次设置有主灌浆阀10和辅注浆阀11；位于环形空间顶部，在中央通道的内壁面3上设置有回流阀12。其中，主灌浆阀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，通过主灌浆阀10由中央通道底部向环形空间内灌浆，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向环形空间内灌浆。

上述实施例中，位于大截面立柱1底部，在环形空间底部开口处设置有封隔器13。灌浆作业前，通过封隔器13封隔住环形空间底部，防止底部漏浆，确保灌浆成功。

上述各实施例中，如图1～图3所示，位于环形空间内，在中央通道的内壁面3上、小截面立柱2的外壁面4上都间隔设置有若干剪切键14，剪切键14沿中央通道的内壁面3和小截面立柱2的外壁面4环向设置，且中央通道的内壁面3和小截面立柱2的外壁面4上的剪切键14为交错布置(如图3所示)。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，位于大截面立柱1周向、中央通道的内壁面3周向、小截面立柱2的外壁面4周向以及小截面立柱顶甲板6上都间隔设置有若干环向加强筋和若干纵向加强筋，位于小截面立柱2及小截面立柱顶甲板6上的若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成小截面立柱舱壁16；位于大截面立柱1上的若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成大截面立柱舱壁17。

上述各实施例中，如图4、图5所示，若干肘板7沿小截面立柱顶甲板6周向均匀布置，每个肘板7上都预制有若干根加强筋15，加强筋15在海上安装前已在船厂预制完成，与肘板7焊为一体。每个肘板7的底端都焊接在小截面立柱顶甲板6上，与小截面立柱舱壁16连接成一体；每个肘板7的侧面都焊接在中央通道的内壁面3上，与大截面立柱舱壁17连接成一体。肘板7与小截面立柱顶甲板6、中央通道的内壁面3之间焊接处都采用贴脚熔透焊。

上述各实施例中，灌浆料5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。

如图6所示，本发明还提供一种用于实现深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点的海上施工方法，其包括以下步骤：

1)临时固定：当小截面立柱2到达预先设定位置时，采用上层固定装置8和下层固定装置9将小截面立柱2与大截面立柱1之间固定，使小截面立柱2与大截面立柱1之间无相对运动；

2)排载：采用封隔器13封住小截面立柱2与大截面立柱1的中央通道底部之间的间隙，排干中央通道内海水；

3)灌浆：启动灌浆系统，通过主灌浆阀10、回流阀12和辅注浆阀11实施灌浆作业；

4)焊接前准备：待灌浆料5凝固，通过现场检验后，开始进行焊接作业，通过升降装置将人员和预制好的肘板7从中央通道下放至小截面立柱顶甲板6的平台上；

5)焊接作业：将每块预制有加强筋15的肘板7底部焊接在小截面立柱顶甲板6与中央通道的内壁3之间，实现将小截面立柱2与大截面立柱1之间稳固连接成一整体。

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)

1.一种深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点，其特征在于：它包括大截面立柱和小截面立柱，沿轴线方向在所述大截面立柱内设置有中央通道；所述小截面立柱顶部一段伸入所述大截面立柱的中央通道内，所述中央通道的内壁面与所述小截面立柱顶部的外壁面之间形成环形空间，所述环形空间内设置有灌浆料；位于与所述小截面立柱顶部连接的小截面立柱顶甲板和所述中央通道的内壁面之间焊接有若干肘板；在所述小截面立柱顶部，通过上层固定装置将所述小截面立柱顶部与所述大截面立柱固定连接；位于所述大截面立柱底部，通过下层固定装置将所述大截面立柱底部与所述小截面立柱固定连接。

2.如权利要求1所述的深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点，其特征在于：位于所述大截面立柱周向、中央通道的内壁面周向、小截面立柱的外壁面周向以及小截面立柱顶甲板上都间隔设置有若干环向加强筋和若干纵向加强筋，位于所述小截面立柱及所述小截面立柱顶甲板上的所述若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成小截面立柱舱壁；位于所述大截面立柱上的所述若干环向加强筋和若干纵向加强筋构成大截面立柱舱壁。

3.如权利要求2所述的深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点，其特征在于：若干所述肘板沿所述小截面立柱顶甲板周向均匀布置，每个所述肘板上都预制有若干根加强筋；每个所述肘板的底端都焊接在所述小截面立柱顶甲板上，与所述小截面立柱舱壁连接成一体；每个所述肘板的侧面都焊接在所述中央通道的内壁面上，与所述大截面立柱舱壁连接成一体。

4.如权利要求1或2或3所述的深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点，其特征在于：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。

5.如权利要求1或2或3所述的深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点，其特征在于：位于所述大截面立柱底部，在所述环形空间底部开口处设置有封隔器。

6.如权利要求1或2或3所述的深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点，其特征在于：位于所述环形空间内，在所述中央通道的内壁面上、小截面立柱的外壁面上都间隔设置有若干剪切键，所述剪切键沿所述中央通道的内壁面和小截面立柱的外壁面环向设置，且所述中央通道的内壁面和小截面立柱的外壁面上的所述剪切键为交错布置。

7.一种实现如权利要求1至6任意一项所述深水浮式平台灌浆与焊接组合连接节点的海上施工方法，其包括以下步骤：

1)临时固定：当小截面立柱到达预先设定位置时，采用上层固定装置和下层固定装置将小截面立柱与大截面立柱之间固定，使小截面立柱与大截面立柱之间无相对运动；

2)排载：采用封隔器封住小截面立柱与大截面立柱的中央通道底部之间的间隙，排干中央通道内海水；

3)灌浆：启动灌浆系统，通过主灌浆阀、回流阀和辅注浆阀实施灌浆作业；

4)焊接前准备：待灌浆料凝固，通过现场检验后，开始进行焊接作业，通过升降装置将人员和预制好的肘板从中央通道下放至小截面立柱顶甲板的平台上；

5)焊接作业：将每块预制有加强筋的肘板底部焊接在小截面立柱顶甲板与中央通道的内壁之间，实现将小截面立柱与大截面立柱之间稳固连接成一整体。