CN108639265B - 一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，包括船体立柱、甲板、甲板主梁、主支柱和次支柱；所述船体立柱通过主支柱、次支柱和甲板主梁与所述甲板固定连接，所述甲板包括甲板上层和甲板下层，所述甲板主梁水平布置在所述主支柱与所述次支柱之间，所述甲板主梁的上表面与所述甲板下层固定连接，所述甲板主梁的下表面与所述船体立柱的顶面固定连接；所述主支柱、次支柱的下部没入所述船体立柱且与所述船体立柱固定连接，所述主支柱、次支柱的上部固定连接所述甲板上层与甲板下层；在所述主支柱上斜向上设置有斜撑，所述斜撑的顶端与所述甲板上层固定连接。

Description

一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构
技术领域
本发明涉及一种海洋工程浮式平台，特别是涉及一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构。
背景技术
随着我国海洋油气开发的需要，越来越多的浮式平台开始从研究走向工程实施，平台的规模也随着油气田的产量越来越大。四立柱浮式平台是国际上较为成熟的一种平台形式，抗台风、运动好、承载重量均衡等，也是我国海洋油气开采的重要设施之一。
对于四立柱浮式平台而言，上部模块与船体的连接结构是关系到平台结构安全的重要构件，也是平台在役期间安全运营的核心基础，该结构如果出现结构损伤，将带来严重的后果，甚至引发平台整体损毁，因此，在平台的设计、建造和实施阶段，上部模块与船体的连接结构都是结构设计的重中之重。
同时，上部模块与船体连接的结构也是设计上的难点。最常见的连接方式是每个立柱通过3-4米高度的多个支柱支撑上部模块的连接方式(也就是上部模块与船体之间有3-4米的间隙，每个立柱通过2-3根支柱支撑上部模块)，这种连接方式的缺点是，这些支柱与立柱连接的位置会引起高应力和疲劳寿命较小的问题，传统的方式是通过增加支柱的数量、壁厚和直径来减小应力，但随着上部模块重量越来越大，每个支柱承担的重量会越来越大，导致的结构应力和疲劳问题越来越严重，虽然可以通过增加支柱数、或增大支柱的壁厚和直径，但支柱数量越多，成本越高，并且多支柱的对接精度控制会增加难度，而壁厚越厚，直径越大成本也越高，壁厚增大到一定的时候，就需要进口采购，因此对于无法通过细节设计来降低应力和提高疲劳寿命的时候，也会通过采用铸件(casting)材料来制作支柱，该铸件一般为进口采购，这种模式会增加建造成本，并且对工期、项目采购等有较大影响，因此在这个连接结构的设计上需要通过创新设计，巧妙地将上部模块的重量分配到合适的结构上，再传递到立柱上。
而对于深水油气田开发，由于水深的增大，带来施工等费用增加，必然带来整个项目投资加大，只有大规模的油气田开采才有经济效益，也就要求采用的浮式平台需要承载非常多的油气开采设施，平台的上部模块就会比较重，如果加上考虑后期其他油气田开发预留重量、需要储存部分原油或凝析油等需求，上部模块的重量会更重，这也就是说深水油气田开发需要解决大型上部模块与船体连接的结构设计问题。由于上部模块较重，传统的上部模块与船体的连接结构形式在连接处容易产生结构应力较大和疲劳寿命较低等不满足规范要求的情况，带来结构安全风险，因此需要设计一种适合于承载重量较大的上部模块与船体连接结构，降低连接结构的结构应力，提高疲劳寿命，确保连接结构安全。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，该连接结构能够降低结构应力，提高疲劳寿命。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，包括船体立柱、甲板、甲板主梁、主支柱和次支柱；所述船体立柱通过主支柱、次支柱和甲板主梁与所述甲板固定连接，所述甲板包括甲板上层和甲板下层，所述甲板主梁水平布置在所述主支柱与所述次支柱之间，所述甲板主梁的上表面与所述甲板下层固定连接，所述甲板主梁的下表面与所述船体立柱的顶面固定连接；所述主支柱、次支柱的下部没入所述船体立柱且与所述船体立柱固定连接，所述主支柱、次支柱的上部固定连接所述甲板上层与甲板下层；在所述主支柱上斜向上设置有斜撑，所述斜撑的顶端与所述甲板上层固定连接。
在所述斜撑与所述主支柱之间、所述斜撑与所述甲板下层之间以及所述主支柱与所述甲板下层之间均设置有过渡肘板。
所述主支柱、次支柱和斜撑均为圆柱结构，所述甲板主梁为工型钢材。
在所述甲板主梁上水平焊接有肘板，所述甲板主梁一端的上、下板面及肘板分别通过环板与所述主支柱焊接，所述甲板主梁另一端的上、下板面及肘板分别通过环板与所述次支柱焊接。
在所述主支柱内设置十字相交的第一肘板和第二肘板，在所述第一肘板和第二肘板上设置有人孔。
所述过渡肘板为板材。
所述主支柱没入所述船体立柱的深度为10米，所述次支柱没入所述船体立柱的深度为4米。
所述肘板距离所述甲板主梁的下缘400毫米。
在所述次支柱上斜向上设置有斜撑，所述斜撑的顶端与所述甲板上层固定连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明可以有效地将大型上部组块甲板重量分配到主支柱、次支柱、甲板主梁和船体立柱表面上，减小应力集中现象。2、本发明提供的过渡肘板可以降低波浪等周期性载荷作用时该部位结构的应力幅值，有效提高疲劳寿命。3、本发明提供的连接结构设计能有效减小甲板与立柱连接的支柱尺寸，易于采购相关钢材，易于建造。
附图说明
图1是采用本发明所述的连接结构的四立柱浮式平台的整体结构示意图；
图2是本发明连接结构的俯视结构示意图；
图3是图2中A-A剖面示意图。
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1-3所示，本发明提出了一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，包括船体立柱1、甲板2、甲板主梁3、主支柱4和次支柱5。船体立柱1通过主支柱4、次支柱5和甲板主梁3与甲板2固定连接。甲板2包括甲板上层21和甲板下层22，甲板主梁3水平布置在主支柱4与次支柱5之间，甲板主梁3的上表面与甲板下层22固定连接，甲板主梁3的下表面与船体立柱1的顶面固定连接。主支柱4、次支柱5的下部没入船体立柱1且与船体立柱1固定连接，主支柱4、次支柱5的上部固定连接甲板上层21与甲板下层22。在主支柱4和次支柱5上斜向上设置有斜撑9，斜撑9的顶端与甲板上层21固定连接。
本发明实施例所述的四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，甲板2通过主支柱4、次支柱5、甲板主梁3与船体立柱1连接，将甲板2承担的重量分配到这三个结构上，从而合理分配了不同结构承担的荷载，减小了主支柱4和次支柱5承担的荷载，能有效降低主支柱4和次支柱5及其周边结构的应力，提高整个连接结构的疲劳寿命。
进一步地，在斜撑9与主支柱4之间、斜撑9与甲板下层22之间以及主支柱4与甲板下层22之间均设置有过渡肘板8。通过设置过渡肘板8，能有效减小应力集中现象，进一步减小应力和应力幅值。
进一步地，主支柱4、次支柱5和斜撑9均为圆柱结构，甲板主梁3为工型钢材，过渡肘板为板材。
进一步地，在甲板主梁3上水平焊接有肘板6，甲板主梁3一端的上、下板面及肘板6分别通过环板16、14、15与主支柱4焊接，甲板主梁3另一端的上、下板面及肘板6分别通过环板18、19、17与次支柱5焊接。
进一步地，在主支柱4内设置十字相交的第一肘板10和第二肘板11，在第一肘板10和第二肘板11上设置有人孔12。
在一个具体的实施例中，主支柱4没入船体立柱1的深度为10米，次支柱5没入船体立柱1的深度为4米，肘板距离甲板主梁的下缘400毫米。
具体地，上部甲板2与船体立柱1的连接方案实施过程如下：主支柱4以环板14为界、次支柱5以环板19为界为上下两部分，上部分与甲板2提前焊接在一起，下部分与船体立柱1焊接在一起，甲板主梁3以肘板6为界，上部分与甲板2焊接一起，下部分主梁腹板下部13单独建造，待甲板2与船体立柱1对接后，再焊接主梁腹板下部13。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接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)

1.一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，包括船体立柱、甲板、甲板主梁、主支柱和次支柱；所述船体立柱通过主支柱、次支柱和甲板主梁与所述甲板固定连接，所述甲板包括甲板上层和甲板下层，所述甲板主梁水平布置在所述主支柱与所述次支柱之间，所述甲板主梁的上表面与所述甲板下层固定连接，所述甲板主梁的下表面与所述船体立柱的顶面固定连接；所述主支柱、次支柱的下部没入所述船体立柱且与所述船体立柱固定连接，所述主支柱、次支柱的上部固定连接所述甲板上层与甲板下层；在所述主支柱上斜向上设置有斜撑，所述斜撑的顶端与所述甲板上层固定连接；
在所述斜撑与所述主支柱之间、所述斜撑与所述甲板下层之间以及所述主支柱与所述甲板下层之间均设置有过渡肘板；
在所述甲板主梁上水平焊接有肘板，所述甲板主梁一端的上、下板面及肘板分别通过环板与所述主支柱焊接，所述甲板主梁另一端的上、下板面及肘板分别通过环板与所述次支柱焊接。
2.如权利要求1所述的一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，所述主支柱、次支柱和斜撑均为圆柱结构，所述甲板主梁为工型钢材。
3.如权利要求1或2所述的一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，在所述主支柱内设置十字相交的第一肘板和第二肘板，在所述第一肘板和第二肘板上设置有人孔。
4.如权利要求1所述的一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，所述过渡肘板为板材。
5.如权利要求1或2所述的一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，所述主支柱没入所述船体立柱的深度为10米，所述次支柱没入所述船体立柱的深度为4米。
6.如权利要求1所述的一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，所述肘板距离所述甲板主梁的下缘400毫米。
7.如权利要求1或2所述的一种四立柱浮式平台的船体与大型上部组块的连接结构，其特征在于，在所述次支柱上斜向上设置有斜撑，所述斜撑的顶端与所述甲板上层固定连接。
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