CN109281307A - 一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系 - Google Patents

一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系 Download PDF

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白久林
李超
程峰
金双双
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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

Abstract

本发明公开了一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，包括导管架支撑腿、用于连接相邻支撑腿的传统水平连接撑管和屈曲约束支撑；用屈曲约束支撑替代斜支撑管，即安置在相邻支撑腿和相邻的水平连接撑管组成的梯形区域范围内；上述结构通过屈曲约束支撑的设置，充分利用了屈曲约束支撑强度高、刚度大以及良好的滞回性能的特点，使结构在地震下具有较传统导管架平台更好的抗震性能。

Description

一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系
技术领域
本发明涉及导管架海洋平台结构，特别涉及一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系。
背景技术
随着我国海洋战略的实施，海洋工程装备的研制和应用越来越引起人们的关注，越来越多的海洋工程装备正在被投入开发和使用。其中，导管架海洋平台因结构形式相对简单、安全性能相对较好，成为目前海洋能源开发装备中的主流形式之一。现行的导管架海洋平台结构，由支撑腿、水平撑管及斜向撑杆组成，其主要为由圆钢管或型钢焊接而成的三维空间桁架。圆钢管的截面为各向同性，便于加工成型，结构制造方便，且呈封闭截面，与海水接触面积相对较小，有利于防腐；在施工中，还可以利用浮力，减轻结构在海水中重量。由于导管架平台处于重力、施工、风以及波浪甚至地震等十分复杂的海洋环境中，其所受荷载也非常复杂。相对于风、浪、流、冰等环境载荷，地震的不确定性和随机性更为显著，对于海底地震尤为如此。平台服役期一般较长，且很多平台位于沿海地震高发区域，在平台设计中须考虑地震荷载作用，并保证结构遭受设防烈度地震后不需要或经过一般维修后能够继续服役。现在往往是通过改善材料性质和增加结构尺寸来提高结构的抗震性能，并没有针对结构体系做出改进来提高其抗震性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系：
方案一：
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑。
所述平台由导管架支撑。所述导管架由导管架支撑腿和水平连接撑管组合而成。
所述导管架支撑腿具有N条，N≥4。这些导管架支撑腿下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台。
所有的水平连接撑管均平行于水平面。每一个水平连接撑管的两端连接相邻的导管架支撑腿。N条水平连接撑管为一组，同一组水平连接撑管处于同一个水平面，从而组成一个N边形。
上下两组水平连接撑管及其上下两组水平连接撑管之间的导管架支撑腿共同构成一个子框架。所述子框架的N个侧面均为四边形框。所述四边形框的四个角为节点。
每个四边形框配置一个屈曲约束支撑。所述屈曲约束支撑的两端分别连接或铰接在两个节点上。这两个节点处于所述四边形框的对角。
进一步，N等于四。即具有四条导管架支撑腿。
一个四边形框的节点依次记为A节点、B节点、C节点和D节点。A节点和C节点处于四边形框的对角，A节点和B节点位于C节点和D节点的上方。
若一个四边形框的A节点和C节点安装有屈曲约束支撑，与这个四边形框相邻的两个四边形框的B节点和D节点安装有屈曲约束支撑。
方案二：
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑。
所述平台由导管架支撑。所述导管架由导管架支撑腿和水平连接撑管组合而成。
所述导管架支撑腿具有N条，N≥4。这些导管架支撑腿下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台。
所有的水平连接撑管均平行于水平面。每一个水平连接撑管的两端连接相邻的导管架支撑腿。N条水平连接撑管为一组，同一组水平连接撑管处于同一个水平面，从而组成一个N边形。
上下两组水平连接撑管及其上下两组水平连接撑管之间的导管架支撑腿共同构成一个子框架。所述子框架的N个侧面均为四边形框。所述四边形框的四个角为节点。
每个四边形框配置两个屈曲约束支撑。这两个屈曲约束支撑呈V字形布置。每一个屈曲约束支撑的一端连接在节点另一端连接在水平连接撑管上。
方案三：
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑。
所述平台由导管架支撑。所述导管架由导管架支撑腿和水平连接撑管组合而成。
所述导管架支撑腿具有N条，N≥4。这些导管架支撑腿下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台。
所有的水平连接撑管均平行于水平面。每一个水平连接撑管的两端连接相邻的导管架支撑腿。N条水平连接撑管为一组，同一组水平连接撑管处于同一个水平面，从而组成一个N边形。
上下两组水平连接撑管及其上下两组水平连接撑管之间的导管架支撑腿共同构成一个子框架。所述子框架的N个侧面均为四边形框。所述四边形框的四个角为节点。
每个四边形框配置两个屈曲约束支撑。这两个屈曲约束支撑呈倒V字形布置。每一个屈曲约束支撑的一端连接在节点另一端连接在水平连接撑管上。
进一步，
N等于四。即具有四条导管架支撑腿。
两个屈曲约束支撑的一端固定于水平撑管中点处。
进一步，所述导管架支撑腿和水平连接撑管均为圆钢管制成。
进一步，所述导管架支撑腿环绕平台的垂直中轴线分布。
最上一组水平连接撑管下方的导管架支撑腿的底部向外叉开、顶部向内收拢，使得所述四边形框为梯形框架。
进一步，最上一组水平连接撑管上方的导管架支撑腿的底部向内收拢、顶部向外叉开，以支撑起所述平台。
进一步，所述屈曲约束支撑的芯材外筒为圆筒。
所述屈曲约束支撑的两端为连接端。所述连接端是芯材的两端或者是连接在屈曲约束支撑两端的端板。
所述连接端与连接板相连。
进一步，所述连接板焊接在节点。所述连接板焊接在水平连接撑管的管壁。
采用上述方案的含屈曲约束支撑的导管架抗震结构新体系，通过屈曲约束支撑替代传统导管架(包括四腿导管架，八腿导管架等)上的斜向撑杆，形成了一个完整的导管架抗震结构新体系。在受力较小或者静力作用下，屈曲约束支撑起着传统撑杆的作用；在强震时则可发挥传统撑杆不具备的减震耗能的特性。
含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系充分利用支撑高承载-耗能的特点，克服了传统撑杆受压易发生屈曲失稳、耗能不足的弱点，从而满足抗震的要求。
附图说明
图1为屈曲约束支撑的结构示意图
图2为采用单斜方式安装屈曲约束支撑时的结构示意图
图3为采用V字型方式安装屈曲约束支撑时的结构示意图
图4为采用“人”字型方式安装屈曲约束支撑时的结构示意图
图中：1、导管架支撑腿，2、水平连接撑管，3、屈曲约束支撑，12、节点，21连接板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于:
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑3。
所述平台由导管架支撑。所述导管架由导管架支撑腿1和水平连接撑管2组合而成。
所述导管架支撑腿具有四条。这些导管架支撑腿1下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台。
所有的水平连接撑管2均平行于水平面。每一个水平连接撑管2的两端连接相邻的导管架支撑腿1。四条水平连接撑管2为一组，同一组水平连接撑管2处于同一个水平面，从而组成一个四边形。
上下两组水平连接撑管2及其上下两组水平连接撑管2之间的导管架支撑腿1共同构成一个子框架。所述子框架的四个侧面均为四边形框。所述四边形框的四个角为节点12。
每个四边形框配置一个屈曲约束支撑3。所述屈曲约束支撑3的两端分别连接或铰接在两个节点12上。这两个节点12处于所述四边形框的对角。
进一步，参见图1，一个四边形框的节点12依次记为A节点、B节点、C节点和D节点。A节点和C节点处于四边形框的对角，A节点和B节点位于C节点和D节点的上方。
若一个四边形框的A节点和C节点安装有屈曲约束支撑3，与这个四边形框相邻的两个四边形框的B节点和D节点安装有屈曲约束支撑3。
实施例2：
一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于:
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑3。
所述平台由导管架支撑。所述导管架由导管架支撑腿1和水平连接撑管2组合而成。
所述导管架支撑腿1具有四条，四≥4。这些导管架支撑腿1下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台。
所有的水平连接撑管2均平行于水平面。每一个水平连接撑管2的两端连接相邻的导管架支撑腿1。四条水平连接撑管2为一组，同一组水平连接撑管2处于同一个水平面，从而组成一个四边形。
上下两组水平连接撑管2及其上下两组水平连接撑管2之间的导管架支撑腿1共同构成一个子框架。所述子框架的四个侧面均为四边形框。所述四边形框的四个角为节点12。
每个四边形框配置两个屈曲约束支撑3。这两个屈曲约束支撑3呈V字形布置。每一个屈曲约束支撑3的一端连接在节点12另一端连接在水平连接撑管2上。两个屈曲约束支撑3的下端固定于下侧水平撑管2中点处。
实施例3：
一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于:
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑3。
所述平台由导管架支撑。所述导管架由导管架支撑腿1和水平连接撑管2组合而成。
所述导管架支撑腿1具有四条，四≥4。这些导管架支撑腿1下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台。
所有的水平连接撑管2均平行于水平面。每一个水平连接撑管2的两端连接相邻的导管架支撑腿1。四条水平连接撑管2为一组，同一组水平连接撑管2处于同一个水平面，从而组成一个四边形。
上下两组水平连接撑管2及其上下两组水平连接撑管2之间的导管架支撑腿1共同构成一个子框架。所述子框架的四个侧面均为四边形框。所述四边形框的四个角为节点12。
每个四边形框配置两个屈曲约束支撑3。这两个屈曲约束支撑3呈倒V字形布置。每一个屈曲约束支撑3的一端连接在节点12另一端连接在水平连接撑管2上。两个屈曲约束支撑3的上端固定于上侧水平撑管2中点处。
实施例4：
本实施例的主要结构同实施例1、2或3。
进一步，所述导管架支撑腿1和水平连接撑管2均为圆钢管制成。所述导管架支撑腿1环绕平台的垂直中轴线分布。
最上一组水平连接撑管2下方的导管架支撑腿1的底部向外叉开、顶部向内收拢，使得所述四边形框为梯形框架。
所述屈曲约束支撑3的芯材外筒为圆筒。最上一组水平连接撑管2上方的导管架支撑腿1的底部向内收拢、顶部向外叉开，以支撑起所述平台。
实施例5：
本实施例的主要结构同实施例1、2或3。
进一步，所述屈曲约束支撑3的两端为连接端301。所述连接端301是芯材的两端或者是连接在屈曲约束支撑3两端的端板。
所述连接端301与连接板21相连。
实施例中，是通过高强螺栓或焊接的方式将连接端301与连接板21连接，保证其在荷载下的可靠连接。
所述连接板21焊接在节点12。
所述连接板21焊接在水平连接撑管2的管壁。

Claims (10)

1.一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于:
包括所述平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑(3)。
所述平台由导管架支撑；所述导管架由导管架支撑腿(1)和水平连接撑管(2)组合而成；
所述导管架支撑腿(1)具有N条，N≥4；这些导管架支撑腿(1)下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台；
所有的水平连接撑管(2)均平行于水平面；每一个水平连接撑管(2)的两端连接相邻的导管架支撑腿(1)；N条水平连接撑管(2)为一组，同一组水平连接撑管(2)处于同一个水平面，从而组成一个N边形；上下两组水平连接撑管(2)及其上下两组水平连接撑管(2)之间的导管架支撑腿(1)共同构成一个子框架；所述子框架的N个侧面均为四边形框；所述四边形框的四个角为节点(12)；
每个四边形框配置一个屈曲约束支撑(3)；所述屈曲约束支撑(3)的两端分别连接在两个节点(12)上，连接方式有螺栓连接，铰接连接，焊接连接；这两个节点(12)处于所述四边形框的对角。
2.根据权利要求1所述的一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于：
N等于四；即具有四条导管架支撑腿(1)；
一个四边形框的节点(12)依次记为A节点、B节点、C节点和D节点；A节点和C节点处于四边形框的对角，A节点和B节点位于C节点和D节点的上方；
若一个四边形框的A节点和C节点安装有屈曲约束支撑(3)，与这个四边形框相邻的两个四边形框的B节点和D节点安装有屈曲约束支撑(3)。
3.一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于:
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑(3)；
所述平台由导管架支撑；所述导管架由导管架支撑腿(1)和水平连接撑管(2)组合而成；
所述导管架支撑腿(1)具有N条，N≥4；这些导管架支撑腿(1)下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台；
所有的水平连接撑管(2)均平行于水平面；每一个水平连接撑管(2)的两端连接相邻的导管架支撑腿(1)；N条水平连接撑管(2)为一组，同一组水平连接撑管(2)处于同一个水平面，从而组成一个N边形；
上下两组水平连接撑管(2)及其上下两组水平连接撑管(2)之间的导管架支撑腿(1)共同构成一个子框架；所述子框架的N个侧面均为四边形框；所述四边形框的四个角为节点(12)；
每个四边形框配置两个屈曲约束支撑(3)；这两个屈曲约束支撑(3)呈V字形布置；每一个屈曲约束支撑(3)的一端连接在节点(12)另一端连接在水平连接撑管(2)上。
4.一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于:
包括平台和导管架，以及若干设置在导管架上的屈曲约束支撑(3)；
所述平台由导管架支撑；所述导管架由导管架支撑腿(1)和水平连接撑管(2)组合而成；
所述导管架支撑腿(1)具有N条，N≥4；这些导管架支撑腿(1)下端固定在安装面、上端固定并支撑起所述平台；
所有的水平连接撑管(2)均平行于水平面；每一个水平连接撑管(2)的两端连接相邻的导管架支撑腿(1)；N条水平连接撑管(2)为一组，同一组水平连接撑管(2)处于同一个水平面，从而组成一个N边形；
上下两组水平连接撑管(2)及其上下两组水平连接撑管(2)之间的导管架支撑腿(1)共同构成一个子框架；所述子框架的N个侧面均为四边形框；所述四边形框的四个角为节点(12)；
每个四边形框配置两个屈曲约束支撑(3)；这两个屈曲约束支撑(3)呈倒V字形布置；每一个屈曲约束支撑(3)的一端连接在节点(12)另一端连接在水平连接撑管(2)上。
5.根据权利要求3或4所述的一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于：
N等于四；即具有四条导管架支撑腿(1)；
两个屈曲约束支撑(3)的一端固定于水平撑管(2)中点处。
6.根据权利要求1、3或4所述的一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于：所述导管架支撑腿(1)和水平连接撑管(2)均为圆钢管制成。
7.根据权利要求1、3或4所述的一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于：所述导管架支撑腿(1)环绕平台的垂直中轴线分布；
最上一组水平连接撑管(2)下方的导管架支撑腿(1)的底部向外叉开、顶部向内收拢，使得所述四边形框为梯形框架。
8.根据权利要求6或7所述的一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于：最上一组水平连接撑管(2)上方的导管架支撑腿(1)的底部向内收拢、顶部向外叉开，以支撑起所述平台。
9.根据权利要求1、3或4所述的一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于：
所述屈曲约束支撑(3)的芯材外筒为圆筒；
所述屈曲约束支撑(3)的两端为连接端(301)；所述连接端(301)是芯材的两端或者是连接在屈曲约束支撑(3)两端的端板。
所述连接端(301)与连接板(21)相连。
10.根据权利要求1、3或4所述的一种含屈曲约束支撑的导管架海洋平台抗震结构新体系，其特征在于：
所述连接板(21)连接在节点(12)，连接方式有螺栓连接、铰接连接和焊接连接；
所述连接板(21)焊接在水平连接撑管(2)的管壁。
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