CN108118673A - 一种改进柔性锥体海洋平台结构抗冰性能的破冰装置 - Google Patents

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季顺迎
龙雪
刘璐
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/0017—Means for protecting offshore constructions
    • E02B17/0021—Means for protecting offshore constructions against ice-loads

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Abstract

本发明属于海洋平台结构技术领域，一种改进柔性锥体海洋平台结构抗冰性能的破冰装置，在原有锥体桩腿的表面、沿竖直方向安装有棱条型抗冰结构。所述的棱条型抗冰结构由三角形截面的钢条构成。所述的钢条的截面尺寸根据锥体桩腿的直径确定，钢条的长度和加固位置由水线位置确定。所述的钢条按照圆周上每20度一根均匀焊接于锥体桩腿表面，共18根共同棱条型抗冰结构。该破冰装置能够有效避免冰与锥体结构作用过程中局部持续冰压力的形成，从而减小挤压破碎产生冰载荷和结构振动。该破冰装置具有制造加工方便和装配简单的特点，有效节约了生产成本和人工成本。

Description

一种改进柔性锥体海洋平台结构抗冰性能的破冰装置
技术领域
本发明属于海洋平台结构技术领域，涉及针一种对固定式海洋平台结构的抗冰性能改进方法，特别涉及通过加装棱条型破冰装置对锥体桩腿抗冰性能的改进。
背景技术
在冰区的油气开发过程中，海冰作为主要的环境荷载对工程结构的安全有着重要的影响。因此，冰区海洋平台结构的抗冰性能，需要综合考虑海冰参数的影响，例如冰的类型、冰与结构作用时的破坏模式及冰荷载情况等。在海冰与锥体结构相互过程中，海冰的破坏模式主要为弯曲破碎。与挤压破碎相比，弯曲破碎的海冰具有较低冰载荷。因此，破冰锥体结构在提高锥体结构的抗冰性能方面有着广泛应用。但是锥体结构的破冰效果同时受到锥角和锥体直径的影响，存在较大差异。锥体的冰载荷有明显的周期性特点，破碎过程的周期性变化可能引起结构的冰激振动。海洋平台结构的振动对生产作业和人员安全都造成严重影响。
本发明针对锥体结构抗冰性能的不足，设计一种新型的棱条型抗冰装置，有效改善锥体结构冰激振动特点，提高结构的破冰性能。
发明内容
为柔性锥体海洋平台结构建立合理可行的抗冰方案，本发明提出了一种棱条型破冰装置，加装在锥体桩腿结构的水平面附近。
本发明的技术方案：
一种改进海洋平台结构中锥体桩腿破冰性能的破冰装置，在原有锥体桩腿的表面、沿竖直方向安装有棱条型抗冰结构。
所述的棱条型抗冰结构由三角形截面的钢条构成。
所述的钢条的截面尺寸根据锥体桩腿的直径确定，钢条的长度和加固位置由水线位置确定。
所述的钢条按照圆周上每20度一根均匀焊接于锥体桩腿表面，共18根共同棱条型抗冰结构。
海冰与锥体桩腿相互作用时以弯曲破坏为主，冰载荷表现为明显的周期性。周期性的载荷造成平台结构的冰激振动，当振动严重时可威胁到平台结构和人员安全。针对冰的破碎特点，通过冰的压缩试验分析了冰与结构接触面形状的影响。试验证明在压板上增加不同形状的均匀分布的凸起使得冰与结构接触面变为非光滑平面，得到的冰的破坏模式和冰载荷形式变化明显。结果表明接触面上的凸起可以有效防止冰与结构作用过程中高压区的产生，降低冰载荷并减小结构振动的产生。其中接触面上凸起形状为金字塔型时，海冰与结构作用的高压区明显消失，降低冰载荷和冰激振动的效果最为明显。当该理论应用于真实海洋平台结构时，应综合考虑凹凸接触面对海冰破冰模式的影响以及具体的海洋环境。海冰与海洋平台结构作用后破碎成粉末后若未被及时清除会再次冻结，甚至会影响结构的外形，导致冰载荷变化。为消除这一影响，本发明采用截面为三角形的钢条材料，均匀布置在桩腿表面，并将该钢条组合称为棱条型破冰装置。该装置的目的在于抵消冰与锥体结构作用产生的高压区所形成的持续较高冰载荷和结构振动的影响。
本发明的有益效果：
1、该破冰装置能够有效避免冰与锥体结构作用过程中局部持续冰压力的形成，从而减小挤压破碎产生冰载荷和结构振动。
2、该破冰装置具有制造加工方便和装配简单的特点，有效节约了生产成本和人工成本。
3、本发明为海洋平台结构的破冰结构外形构造上提供新思路。在该设计思路的指导下，关于不同棱条形状、尺寸和分布规律下的抗冰性能可以得到进一步讨论。
附图说明
图1为本发明的加装棱条型破冰装置的锥体结构示意图。其中(a)为该破冰装置主视图；(b)该破冰装置俯视图；(c)为棱条截面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明包括以下部分：钢条类型的选择、分布和破冰装置的加固。
本发明的具体实施过程如下：
(1)钢条类型的选择：包括钢条的材料、截面形状和尺寸。应选择具有抗腐蚀性的角钢材料，如316L不锈钢，可用于海水中的建筑材料和生产设备。钢条的尺寸需根据具体应用海域内的平均冰厚设定，冰厚较大时应选取截面面积较大的钢条。根据海域内水线的浮动范围确定棱条的长度。本发明选取三角形截面的钢条，截面边长a为10cm，钢条长度为3m。
(2)钢条的布点分布：由于海水的流向不断变化，冰与结构的作用方向也随之改变。因此需要在锥体结构表明均匀布点安装钢条，使得冰在不同流向下都能与钢条发生碰撞，达到降低冰载荷的预期效果。同时钢条的布点不宜过于密集，会造成破碎冰的堵塞和淤积，无法及时清除而再次冻结，使该破冰装置破冰性能降低。在本发明中采用每隔20度一根的分布方式，在结构表面共布置18根角钢构成抗冰装置。
(3)棱条型抗冰结构破冰装置的加固过程：首先将分布好的钢条采用焊接方式固定在锥体桩腿上，在上下两端再用抱箍进行加固。

Claims (5)

1.一种改进海洋平台结构中锥体桩腿破冰性能的破冰装置，其特征在于，在原有锥体桩腿的表面、沿锥体桩腿竖直方向安装有棱条型抗冰结构。
2.根据权利要求1所述的破冰装置，其特征在于，所述的棱条型抗冰结构由三角形截面的钢条构成。
3.根据权利要求1或2所述的破冰装置，其特征在于，所述的钢条按照圆周上每20度一根均匀焊接于锥体桩腿表面，共18根共同棱条型抗冰结构。
4.根据权利要求1或2所述的破冰装置，其特征在于，所述的钢条的截面尺寸根据锥体桩腿的直径确定，钢条的长度和加固位置由水线位置确定。
5.根据权利要求3所述的破冰装置，其特征在于，所述的钢条的截面尺寸根据锥体桩腿的直径确定，钢条的长度和加固位置由水线位置确定。
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