CN114348179A - 浮箱系泊式海洋平台及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种浮箱系泊式海洋平台及其施工方法，涉及建筑设备技术领域，它包括浮箱平台、若干个上层模块单体、分层模块连接构件、若干个下层模块单体和独立方形基础，若干个上层模块单体和若干个下层模块分别组成的上层结构和下层结构又组成FRP混凝土桁架结构；浮箱平台通过加劲肋和柱腿连接口与上层结构连接；所述下层结构通过若干个张力筋和连接套筒与独立方形基础连接，FRP混凝土桁架结构侧壁延伸多束系泊索，系泊索上设有系泊索浮箱。本浮箱系泊式海洋平台及其施工方法装配效率高、抗腐蚀性强、可减小浮箱平台尺寸、建造成本不会随工作深度的增大而大幅提升。
Description
技术领域：
本发明涉及建筑设备技术领域，具体涉及一种浮箱系泊式海洋平台及其施工方法。
背景技术：
牵索塔式海洋平台使用工作水域为240m到1000m，属于深水海洋平台，相对于导管架平台，具有结构简单、构件尺寸相对较小，对各种环境荷载具有较强的适应能力。由于工作应用水域多为深海，环境较为恶劣，平台构件在强度、刚度、稳定性、抗腐蚀性能上有比较严格的要求，所以牵索塔式海洋平台具有造价高，设计建造、安装技术难度大等特点。在目前深水钻井资源长期过剩的大背景下，高昂的造价与施工成本使得该类平台没有大范围应用。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种装配效率高、抗腐蚀性强、可减小浮箱平台尺寸、建造成本不会随工作深度的增大而大幅提升的新型浮箱系泊式海洋平台结构体系及其施工方法。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：包括浮箱平台、若干个上层模块单体、分层模块连接构件、若干个下层模块单体和独立方形基础，若干个上层模块单体和若干个下层模块单体分别通过整体式节点、环式阻尼器、FRP混凝土组合立柱、FRP混凝土组合斜撑以及FRP混凝土组合桁撑组装形成刚接体系的上层结构和下层结构，上层结构和下层结构形成FRP混凝土桁架结构；所述浮箱平台通过加劲肋和柱腿连接口与上层结构连接；所述下层结构通过若干个张力筋和连接套筒与独立方形基础连接，张力筋之间通过张力筋浮箱连接；所述FRP混凝土桁架结构侧壁延伸多束系泊索，系泊索一端通过系泊索连接点与FRP混凝土桁架结构侧壁连接，系泊索另一端与系泊重块连接，系泊索上设有系泊索浮箱。
所述的系泊索浮箱设有若干个，若干个系泊索浮箱等间距的分布在系泊索上，相邻两个系泊索浮箱之间通过浮箱牵连索连接，顶部和底部的系泊索浮箱端部分别通过浮箱连接环一与系泊索连接；所述的一侧的两个张力筋之间通过张力筋浮箱，张力筋浮箱两端分别通过浮箱连接环二与两侧的张力筋连接。
所述的整体式节点包括竖向半管、斜向半管、和横向半管，竖向半管顶部和底部分别通过环式阻尼器与内管连接，内管外壁设有垫板，垫板外壁设有高强螺栓，高强螺栓与FRP混凝土组合立柱连接，内管插入FRP混凝土组合立柱内，FRP混凝土组合立柱端部设有连接耳；竖向半管侧壁设有斜向半管和横向半管，斜向半管和横向半管分别与FRP混凝土组合斜撑和FRP混凝土组合桁撑连接。
所述的分层连接构件包括C型套筒一、C型套筒二和液压固定器，C型套筒一通过液压固定器与C型套筒二连接，C型套筒一上部和C型套筒二下部分别通过环式阻尼器与内管连接，内管外壁设有垫板，垫板外壁设有高强螺栓，高强螺栓与FRP混凝土组合立柱连接，内管插入FRP混凝土组合立柱内，FRP混凝土组合立柱31端部设有连接耳24；所述C型套筒一侧壁上设有斜向半管和横向半管，斜向半管和横向半管分别与FRP混凝土组合斜撑和FRP混凝土组合桁撑连接，C型套筒一底部为FRP带锥头内管；所述C型套筒二内设有橡胶垫层，C型套筒二外壁设有斜向半管和横向半管，斜向半管和横向半管分别与FRP混凝土组合斜撑和FRP混凝土组合桁撑连接。
所述下层结构通过张力筋和连接套筒与独立方形基础连接，张力筋一端通过张力筋连接环与下层结构连接，张力筋另一端通过张力筋连接器与内杆连接，内杆内嵌于连接套筒内，连接套筒固定于独立方形基础上，所述的独立方形基础包括混凝土底座和钢板基础板，混凝土底座四圈外壁设有钢板基础板。
所述的浮箱平台包括FRP钢板浮箱和FRP钢板，FRP钢板浮箱上部与FRP钢板连接，FRP钢板浮箱内设有注水仓，FRP钢板浮箱底部通过柱腿连接口与上层结构的FRP混凝土组合立柱连接，柱腿连接口外壁设有加劲肋。
所述的FRP混凝土组合立柱、FRP混凝土组合斜撑以及FRP混凝土组合桁撑分别分为三种形式，形式一是由内之外依次为核心混凝土、钢管和FRP管，形式二是由内之外依次为核心混凝土、钢管、夹层混凝土和FRP管，形式三是由内之外依次为钢管、夹层混凝土和FRP管。
所述的FRP混凝土组合结构立柱的施工方法为首先用外层无缝的缠绕式FRP管包裹钢管，然后在钢管两端通过横向高强螺栓固定半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，钢管下部内管端口密封，上部内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；所述的FRP混凝土组合桁撑施工方法，首先用外层无缝的缠绕式FRP管包裹钢管，然后在钢管两端通过横向高强螺栓半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，钢管一端内管端口密封，另一端内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；所述的整体式节点的施工方法，首先按照设计要求设计出多平面节点，用外层无缝的缠绕式FRP管包裹多平面节点外壁，单体节点的竖向半管、横向半管、斜向半管端头预留嵌入空间并密封，在半管端面焊接连接耳，最后向浇筑孔浇筑自密实混凝土，填满多平面节点内部空间。
所述的下层结构的施工方法，首先将工厂预制的FRP混凝土桁撑、FRP混凝土立柱套入环式阻尼器，对接FRP整体式多平面节点，通过高强螺栓连接固定，并组成基本桁架单元结构，以5～6个基本桁架单元构成桁架的分层模块单体；然后在每个设定的分层模块单体立柱上端焊接C型套筒2，并向C型套筒2内部放置橡胶垫片，在每个设定分层模块单体立柱下端焊接C型套筒1,并在立柱侧壁通过高强螺栓安装固定液压固定器；桁架分层中顶层的分层模块单体立柱上端面形成带螺栓孔连接耳及伸出设计长度内管，向内管浇灌自密实混凝土，混凝土高度与内管顶部相平，桁架分层中底层模块立柱下端面形成张力筋连接环，并伸出多束结合浮箱的张力筋；所述的浮箱平台的施工方法，首先将工厂预制的FRP外层钢板焊接为一体式箱体，组成浮箱平台结构；浮箱平台底部按设计要求焊接柱腿连接口。
首先对采油地点开挖至相应深度并找平处理，安放模板并浇筑方形独立式基础，其中，上部设置带连接套筒的钢材基础板。基础成型后，将工厂预制好的桁架分层模块单体按顺序排列并在水下组装，将浮箱平台下部柱腿连接口与下部结构的顶层模块内管对接，通过连接耳上的高强螺栓连接并焊接固定。在浮箱平台内注入一定量的水，使平台下沉设定高度，采用驳拉船将平台结构拉至规定位置，将底层模块底部张力筋连接环伸出的多束结合浮箱的张力筋与方形独立式基础的4个连接套筒连接，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；同时，逐渐排出浮箱平台中的水，平台上浮至张力筋绷紧状态，最后在系泊索连接处点上结合系泊索浮箱的系泊索，并将系泊索下端的系泊重块放置于设计位置，对塔式结构形成固定作用。
本发明的有点为：
1、本发明将FRP混凝土结构运用在海上平台领域，FRP层大大提高了平台结构的耐腐蚀性，降低了构件的后期维护成本和延长了结构的寿命；钢管层对内层混凝土起约束变形，充分发挥混凝土强度的作用；构件中混凝土层提升了结构整体刚度，减小了下部桁架结构在水下荷载作用下的变形。
2、通过设置环形阻尼器，桁撑、立柱在受荷载作用下的形变性能得到了改善，同时，提高了杆件使用的耐久性，结构消能减震的能力整体上得到了提升。
3、本发明中平台结构体系连接方式由工厂预制的整体式节点连接立柱和桁撑，通过内管嵌套连接、高强螺栓连接固定的方式，简化了牵索塔式平台结构体系的施工工艺；连接处通过内管抵抗剪切力，高强螺栓抵抗拉力，符合结构的强度、变形要求；海上现场施工时，只需把下部结构按分层模块拼装对接，利用水下机器人拧紧螺丝，依次对接的施工过程简便，耗时短，无污染；下部桁架结构在水下可对钻井油管提供保护，提高原油输送的保障性；平台需要拆卸时，仅需分层按模块拆卸运走，转移到其他目的地后，待基础浇筑成型后便可直接安装，平台结构可以随时拆卸随时组装，起到一种重复利用、减小成本的效果。
4、本发明中采用FRP钢板浮箱平台，提高了平台在海洋环境中的抗腐蚀能力。
5、本发明采用浮箱平台和张力筋代替部分桁架，在深海工作时建造成本不会随着深度而大幅提升。
6、采用结合浮箱的系泊索、张力筋，可抵消系泊索、张力筋的自重，从而可以减小主体平台的浮箱尺寸。
附图说明：
图1是本发明浮箱平台示意图；
图2是本发明浮箱平台剖面图示意图；
图3是本发明浮箱平台仰视示意图；
图4是本发明顶层模块顶部示意图；
图5是本发明分层模块单体示意图；
图6是本发明分层模块连接示意图；
图7是本发明下部结构-基础连接示意图；
图8是本发明独立式方形基础示意图；
图9是本发明组合桁架连接示意图；
图10是本发明环式阻尼器和高强螺栓垫板示意图；
图11是本发明分层模块连接构件示意图；
图12是本发明FRP混凝土结构截面示意图；
图13是本发明结合浮箱的张力腿示意图；
图14是本发明结合系泊浮箱的系泊式示意图；
图15是本发明浮箱系泊式海洋平面示意图。
附图标记说明：1张力筋浮箱、2系泊索浮箱、3浮箱平台、4加劲肋、5系泊索连接点、6系泊索、7FRP混凝土桁架结构、8环式阻尼器、9连接套筒、10独立方形基础、11系泊重块、12FRP钢板、13浮箱牵连索、14张力筋、15张力筋连接环、16C型套筒二、17分层模块单体、18整体式节点、19FRP混凝土组合桁撑、20基本桁架单元、21C型套筒一、22FRP带锥头内管、23液压固定器、24连接耳、25内管、26螺栓孔、27垫板、28横向高强螺栓、29注水仓、30竖向半管、31FRP混凝土组合立柱、32斜向半管、33横向半管、34FRP混凝土组合斜撑、35上层模块单体、36分层模块连接构件、37下层模块单体、38钢板基础板、39混凝土底座、40柱腿连接口、41柱腿连接处、42FRP钢板浮箱、43内杆、44张力筋连接器、45FRP外层、46核心混凝土、47钢管、48FRP管、49夹层混凝土、50浮箱连接环一、51浮箱连接环二
具体实施方式：
参照各图，本发明具体采用如下实施方式：包括浮箱平台3、若干个上层模块单体35、分层模块连接构件36、若干个下层模块单体37和独立方形基础10，若干个上层模块单体35和若干个下层模块单体37分别通过整体式节点18、环式阻尼器8、FRP混凝土组合立柱31、FRP混凝土组合斜撑34以及FRP混凝土组合桁撑19组装形成刚接体系的上层结构和下层结构，上层结构和下层结构形成FRP混凝土桁架结构7；所述浮箱平台3通过加劲肋4和柱腿连接口40与上层结构连接；所述下层结构通过若干个张力筋14和连接套筒9与独立方形基础10连接，张力筋14之间通过张力筋浮箱1连接；所述FRP混凝土桁架结构7侧壁延伸多束系泊索6，系泊索6一端通过系泊索连接点5与FRP混凝土桁架结构7侧壁连接，系泊索6另一端与系泊重块11连接，系泊索6上设有系泊索浮箱2。所述的系泊索浮箱2设有若干个，若干个系泊索浮箱2等间距的分布在系泊索6上，相邻两个系泊索浮箱2之间通过浮箱牵连索13连接，顶部和底部的系泊索浮箱2端部分别通过浮箱连接环一50与系泊索6连接；所述的一侧的两个张力筋14之间通过张力筋浮箱1，张力筋浮箱1两端分别通过浮箱连接环二51与两侧的张力筋14连接。所述的整体式节点18包括竖向半管30、斜向半管32、和横向半管33，竖向半管30顶部和底部分别通过环式阻尼器8与内管25连接，内管25外壁设有垫板27，垫板27外壁设有横向高强螺栓28，横向高强螺栓28与FRP混凝土组合立柱31连接，内管25插入FRP混凝土组合立柱31内，FRP混凝土组合立柱31端部设有连接耳24；竖向半管30侧壁设有斜向半管32和横向半管33，斜向半管32和横向半管33分别与FRP混凝土组合斜撑34和FRP混凝土组合桁撑19连接。所述的分层连接构件36包括C型套筒一21、C型套筒二16和液压固定器23，C型套筒一21通过液压固定器23与C型套筒二16连接，C型套筒一21上部和C型套筒二16下部分别通过环式阻尼器8与内管25连接，内管25外壁设有垫板27，垫板27外壁设有横向高强螺栓28，横向高强螺栓28与FRP混凝土组合立柱31连接，内管25插入FRP混凝土组合立柱31内，FRP混凝土组合立柱31端部设有连接耳24；所述C型套筒一21侧壁上设有斜向半管32和横向半管33，斜向半管32和横向半管33分别与FRP混凝土组合斜撑34和FRP混凝土组合桁撑19连接，C型套筒一21底部为FRP带锥头内管22；C型套筒二16外壁设有斜向半管32和横向半管33，斜向半管32和横向半管33分别与FRP混凝土组合斜撑34和FRP混凝土组合桁撑19连接所述下层结构通过张力筋14和连接套筒9与独立方形基础10连接，张力筋14一端通过张力筋连接环15与下层结构连接，张力筋14另一端通过张力筋连接器44与内杆43连接，内杆43内嵌于连接套筒9内，连接套筒9固定于独立方形基础10上，独立方形基础10包括混凝土底座39和钢板基础板38，混凝土底座39四圈外壁设有钢板基础板38。所述的浮箱平台3包括FRP钢板浮箱42和FRP钢板12，FRP钢板浮箱42上部与FRP钢板12连接，FRP钢板浮箱42内设有注水仓29，FRP钢板浮箱42底部通过柱腿连接口10与上层结构的FRP混凝土组合立柱31连接，柱腿连接口40外壁设有加劲肋4。所述的FRP混凝土组合立柱31、FRP混凝土组合斜撑34以及FRP混凝土组合桁撑19分别分为三种形式，形式一是由内之外依次为核心混凝土46、钢管47和FRP管48，形式二是由内之外依次为核心混凝土46、钢管47、夹层混凝土49和FRP管48，形式三是由内之外依次为钢管47、夹层混凝土49和FRP管48。所述的FRP混凝土组合结构立柱31的施工方法为首先用外层无缝的缠绕式FRP管48包裹钢管47，然后在钢管两端通过横向高强螺栓固定半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，钢管下部内管端口密封，上部内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；所述的FRP混凝土组合桁撑19施工方法，首先用外层无缝的缠绕式FRP管48包裹钢管47，然后在钢管两端通过横向高强螺栓半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，钢管一端内管端口密封，另一端内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；所述的整体式节点18的施工方法，首先按照设计要求设计出多平面节点，用外层无缝的缠绕式FRP管包裹多平面节点外壁，单体节点的竖向半管、横向半管、斜向半管端头预留嵌入空间并密封，在半管端面焊接连接耳，最后向浇筑孔浇筑自密实混凝土，填满多平面节点内部空间。所述的下层结构的施工方法，首先将工厂预制的FRP混凝土桁撑、FRP混凝土立柱套入环式阻尼器，对接FRP整体式多平面节点，通过高强螺栓连接固定，并组成基本桁架单元结构，以5～6个基本桁架单元构成桁架的分层模块单体；然后在每个设定的分层模块单体立柱上端焊接C型套筒2，并向C型套筒2内部放置橡胶垫片，在每个设定分层模块单体立柱下端焊接C型套筒1,并在立柱侧壁通过高强螺栓安装固定液压固定器；桁架分层中顶层的分层模块单体立柱上端面形成带螺栓孔连接耳及伸出设计长度内管，向内管浇灌自密实混凝土，混凝土高度与内管顶部相平，桁架分层中底层模块立柱下端面形成张力筋连接环，并伸出多束结合浮箱的张力筋；所述的浮箱平台3的施工方法，首先将工厂预制的FRP外层钢板焊接为一体式箱体，组成浮箱平台结构；浮箱平台底部按设计要求焊接柱腿连接口。
首先对采油地点开挖至相应深度并找平处理，安放模板并浇筑方形独立式基础，其中，上部设置带连接套筒的钢材基础板。基础成型后，将工厂预制好的桁架分层模块单体按顺序排列并在水下组装，将浮箱平台下部柱腿连接口与下部结构的顶层模块内管对接，通过连接耳上的高强螺栓连接并焊接固定。在浮箱平台内注入一定量的水，使平台下沉设定高度，采用驳拉船将平台结构拉至规定位置，将底层模块底部张力筋连接环伸出的多束结合浮箱的张力筋与方形独立式基础的4个连接套筒连接，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；同时，逐渐排出浮箱平台中的水，平台上浮至张力筋绷紧状态，最后在系泊索连接处点5上结合系泊索浮箱2的系泊索6，并将系泊索6下端的系泊重块11放置于设计位置，对塔式结构形成固定作用。
这种浮箱系泊式海洋平台结构体系的下部桁架结构由预制的FRP混凝土组合立柱、FRP混凝土组合桁撑、FRP整体式多平面节点构成，浮箱系泊式海洋减震平台的上部平台结构为FRP浮箱平台结构，下部桁架结构部分为四方形剖面的塔式结构；其中，FRP混凝土组合立柱、FRP混凝土组合桁撑端部形成带螺栓孔的连接耳，端部延伸内管贯穿环式阻尼器后嵌入节点半管并通过高强螺栓连接固定；整体式多平面节点由横向半管、竖向半管、斜向半管交汇构成，半管的延伸端面形成连接耳，连接耳有螺栓孔；下部桁架结构由2～3个分层模块单体构成，上层-下层模块单体以分层连接构件连接并通过纵向高强螺栓连接并焊接固定；桁架侧面设置多束结合系泊浮箱的系泊索并固定于系泊重块上，底部设置张力筋连接环并伸出多束结合浮箱的张力筋，通过连接套筒、张力筋连接器连接于独立基础。
上述方案中FRP混凝土组合结构形式包括且不限于以下方式：由FRP管、钢管、核心混凝土构成；由FRP管、夹层混凝土、钢管、核心混凝土构成；由FRP管、夹层混凝土、钢管构成。其中，FRP混凝土组合结构中FRP外层能够防止杆件内层的钢管、混凝土遭受海水腐蚀；钢管和FRP层对混凝土层起约束变形作用；混凝土层对杆件结构刚度及强度的提升起很大作用。
上述方案中所述的整体式节点的半管预留内管嵌套的空间；所述的整体式节点的半管延伸端面形成连接耳并设有螺栓孔；所述的内管截面半径为单体节点半管内壁的半径。
上述方案中所述结合环式阻尼器的FRP钢管混凝土组合柱和结合环式阻尼器的FRP钢管混凝土桁撑在其端头设有预制内管，通过侧壁的横向高强螺栓固定，内管半径为FRP钢管混凝土组合柱和结合环式阻尼器的FRP钢管混凝土桁撑的内壁半径，内管贯穿环式阻尼器并嵌入单体节点半管，通过高强螺栓固定连接。
上述方案中所述系泊浮箱部分包括张力筋浮箱及系泊索浮箱，其中，张力筋浮箱通过浮箱连接环固定于张力筋上；系泊索浮箱与浮箱之间通过浮箱牵连索连接，形状呈空心圆筒状，同时，浮箱与系泊索通过浮箱连接环连接固定。
上述方案中所述下部桁架结构由2～3个桁架分层模块构成，其中，5～6个基本桁架单元连接组成一个高度为30米的分层模块单体。该分层模块单体易于吊装施工，在海上组装时可快速起吊并对接固定水下结构。
上述方案中所述分层模块连接构件由液压固定器、C型套筒1、C型套筒2、橡胶垫片、带锥头FRP混凝土内管、高强螺栓构成，C型套筒1、C型套筒2分别焊接固定于上下层模块的立柱两端，上层模块立柱的侧壁通过高强螺栓安装固定液压固定器，底部伸出焊接的带锥头FRP内管，下层模块立柱的顶部设有橡胶垫片，上层-下层模块的桁架结构以内管嵌套连接并应用液压固定器压实，然后通过纵向高强螺栓连接固定。
上述方案的上部结构-下部结构连接部分由柱腿连接口、加劲肋、连接耳、内管构成，内管半径为柱腿连接口内壁半径，加劲肋沿着柱腿连接口外壁呈十字形分布，连接部分以内管嵌套并通过纵向高强螺栓连接固定。
上述方案中所述的下部结构-基础连接部分由带连接套筒的方形独立式基础、张力筋连接环和多束结合浮箱的张力筋构成，多束张力筋端部的连接器连接独立基础的连接套筒并通过高强螺栓固定，通过张力筋提供拉力，下部桁架结构和浮箱平台、系泊浮箱达成平衡状态。
上述方案所述浮箱系泊式海洋平台结构的施工方法：
FRP混凝土组合结构的预制立柱的施工方法：首先用外层无缝的缠绕式FRP管包裹钢管，然后在钢管两端设置半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，并通过钢管侧壁的横向高强螺栓连接固定。钢管下部内管端口密封，上部内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；所述的FRP混凝土组合结构的预制桁撑的施工方法，首先用外层无缝的缠绕式FRP管包裹钢管，然后在钢管两端设置半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，并通过钢管侧壁的横向高强螺栓连接固定。钢管一端内管端口密封，另一端内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳。
FRP混凝土组合结构的预制整体式多平面节点的施工方法：首先按照设计要求设计出多平面节点，用外层无缝的缠绕式FRP管包裹多平面节点外壁，单体节点的竖向半管、横向半管、斜向半管端头预留嵌入空间并密封，在半管端面焊接连接耳。最后向浇筑孔浇筑自密实混凝土，直至填满多平面节点内部空间。
浮箱系泊式海洋平台结构的上部结构的施工方法：首先将工厂预制的FRP外层钢板焊接为一体式箱体，组成浮箱平台结构；浮箱平台下部按设计要求焊接柱腿连接口。
浮箱系泊式海洋平台结构体系的施工方法：对采油地点开挖至相应深度并找平处理，安放模板并浇筑方形独立式基础，其中，上部设置带连接套筒的钢材基础板。基础成型后，将工厂预制好的桁架分层模块单体按顺序排列并在水下组装，将浮箱平台下部柱腿连接口与下部结构的顶层模块内管对接，通过连接耳上的高强螺栓连接并焊接固定。在浮箱平台内注入一定量的水，使平台下沉设定高度，采用驳拉船将平台结构拉至规定位置，将底层模块底部张力筋连接环伸出的多束结合浮箱的张力筋与方形独立式基础的4个连接套筒连接，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；同时，逐渐排出浮箱平台中的水，平台上浮至张力筋绷紧状态。最后在系泊索连接处系上结合浮箱的系泊索，并将系泊索下端的系泊重块放置于设计位置，对塔式结构形成固定作用。
实施例1：
如图9、图10、图12所示，这种浮箱系泊式海洋平台结构体系的下部桁架部分由预制的FRP混凝土组合立柱、FRP混凝土组合桁撑、FRP整体式多平面节点构成，整体式多平面节点由横向半管、竖向半管、斜向半管交汇构成，延伸端面形成连接耳，连接耳有螺栓孔；FRP混凝土组合立柱、FRP混凝土组合桁撑端部形成带螺栓孔的连接耳，端部延伸的内管贯穿环式阻尼器后嵌入节点半管并通过高强螺栓连接固定。
本实施例中的施工方法：
预制整体式多平面节点的施工方法，首先按照设计要求设计出多平面节点，用外层无缝的缠绕式FRP管包裹多平面节点外壁，单体节点的竖向半管、横向半管、斜向半管端头预留嵌入空间并密封，在半管端面焊接连接耳。最后向浇筑孔浇筑混凝土，填满多平面节点内部空间；
FRP混凝土组合结构的预制立柱的施工方法：首先用外层无缝的缠绕式FRP管包裹钢管，然后在钢管两端设置半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，通过钢管侧壁的横向高强螺栓连接固定，钢管下部内管端口密封，上部内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；
所述的FRP混凝土组合结构的预制桁撑的施工方法，首先用外层无缝的缠绕式FRP管包裹钢管，然后在钢管两端设置半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，通过钢管侧壁的横向高强螺栓连接固定，钢管一端内管端口密封，另一端内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳。
实施例2：
如图1、图2、图3、图4所示，上部平台结构由预制的FRP钢板焊接形成的一体式浮箱平台结构，浮箱平台下部按设计要求焊接柱腿连接口；其中，上部平台结构-下部桁架结构连接部分由柱腿连接口、加劲肋、连接耳、内管构成，以内管嵌套的方式连接，然后通过纵向高强螺栓连接固定。
实施例3：
如图5、图6、图11所示，下部桁架结构由2～3个桁架分层模块构成，其中，5～6个基本桁架单元连接组成一个高度为30米的分层模块单体；下部结构桁架分层连接构件由液压固定器、C型套筒1、C型套筒2、橡胶垫片、带锥头FRP混凝土内管、高强螺栓构成，C型套筒1、C型套筒2分别焊接固定于上下层桁架的立柱两端，上层桁架立柱的侧壁设置液压固定器，底部焊接带锥头的FRP内管，下层桁架立柱的顶部设有橡胶垫片。
本实施例中的施工方法：
首先将工厂预制的FRP混凝土桁撑、FRP混凝土立柱套入环式阻尼器，对接FRP整体式多平面节点，通过高强螺栓连接固定，组成单位桁架结构，以5～6个单位桁架构成的塔式结构为桁架分层中的单层模块；然后在单层模块立柱上端焊接C型套筒2，并向C型套筒2内部放置橡胶垫片；在单层模块立柱下端焊接C型套筒1,并在立柱侧壁通过高强螺栓固定液压固定器，上层-下层模块的桁架结构以内管嵌套连接并应用液压固定器压实，然后通过纵向高强螺栓连接固定。
实施例4：
如图7、图8、图13、图14所示，下部结构-基础连接部分由带连接套筒的方形独立式基础、张力筋连接环和多束结合浮箱的张力筋构成，多束张力筋连接独立基础的连接套筒，桁架部分侧面系有连接系泊重块的多束结合系泊浮箱的系泊式；其中，系泊浮箱部分包括张力筋浮箱及系泊索浮箱，其中，张力筋浮箱通过浮箱连接环固定于张力筋上；系泊索浮箱与浮箱之间通过浮箱牵连索连接，形状呈空心圆筒状，同时，浮箱与系泊索通过浮箱连接环连接固定；通过张力筋、系泊式提供拉力，下部桁架结构和浮箱平台、系泊浮箱达成平衡状态。
本实施例中的施工方法：
下部结构分层中底层模块立柱下端面形成带张力筋的连接环，然后向内管浇灌混凝土，直至将内管填满；水下工作时，底层模块下端伸出多束结合浮箱的张力筋与方形独立式基础的4个连接套筒连接后，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧，然后系上结合浮箱的系泊式，并将系泊式连接于系泊重块上。
实施例5：
如图15为浮箱系泊式海洋平台结构的整体示意图，该结构体系包括了上部结构部分、下部桁架结构部分和系泊浮箱部分。
本实施例中的施工方法：
对采油地点开挖至相应深度并找平处理，安放模板并浇筑方形独立式基础，其中，上部设置带连接套筒的钢材基础板。基础成型后，将工厂预制好的桁架分层模块单体按顺序排列并在水下组装，将浮箱平台下部柱腿连接口与下部结构的顶层模块内管对接，通过连接耳上的高强螺栓连接并焊接固定。在浮箱平台内注入一定量的水，使平台下沉设定高度，采用驳拉船将平台结构拉至规定位置，将底层模块底部张力筋连接环伸出的多束结合浮箱的张力筋与方形独立式基础的4个连接套筒连接，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；同时，逐渐排出浮箱平台中的水，平台上浮至张力筋绷紧状态。最后在系泊索连接处系上结合浮箱的系泊索，并将系泊索下端的系泊重块放置于设计位置，对塔式结构形成固定作用。
综上所述，本发明将FRP混凝土结构运用在海上平台领域，FRP层大大提高了平台结构的耐腐蚀性，降低了构件的后期维护成本和延长了结构的寿命；钢管层对内层混凝土起约束变形，充分发挥混凝土强度的作用；构件中混凝土层提升了结构整体刚度，减小了下部桁架结构在水下荷载作用下的变形。通过设置环形阻尼器，桁撑、立柱在受荷载作用下的形变性能得到了改善，同时，提高了杆件使用的耐久性，结构消能减震的能力整体上得到了提升。本发明中平台结构体系连接方式由工厂预制的整体式节点连接立柱和桁撑，通过内管嵌套连接、高强螺栓连接固定的方式，简化了牵索塔式平台结构体系的施工工艺；连接处通过内管抵抗剪切力，高强螺栓抵抗拉力，符合结构的强度、变形要求；海上现场施工时，只需把下部结构按分层模块拼装对接，利用水下机器人拧紧螺丝，依次对接的施工过程简便，耗时短，无污染；下部桁架结构在水下可对钻井油管提供保护，提高原油输送的保障性；平台需要拆卸时，仅需分层按模块拆卸运走，转移到其他目的地后，待基础浇筑成型后便可直接安装，平台结构可以随时拆卸随时组装，起到一种重复利用、减小成本的效果。本发明中采用FRP钢板浮箱平台，提高了平台在海洋环境中的抗腐蚀能力。本发明采用浮箱平台和张力筋代替部分桁架，在深海工作时建造成本不会随着深度而大幅提升。采用结合浮箱的系泊索、张力筋，可抵消系泊索、张力筋的自重，从而可以减小主体平台的浮箱尺寸。
Claims (10)
1.一种浮箱系泊式海洋平台，其特征在于：包括浮箱平台(3)、若干个上层模块单体(35)、分层模块连接构件(36)、若干个下层模块单体(37)和独立方形基础(10)，若干个上层模块单体(35)和若干个下层模块单体(37)分别通过整体式节点(18)、环式阻尼器(8)、FRP混凝土组合立柱(31)、FRP混凝土组合斜撑(34)以及FRP混凝土组合桁撑(19)组装形成刚接体系的上层结构和下层结构，上层结构和下层结构形成FRP混凝土桁架结构(7)；所述浮箱平台(3)通过加劲肋(4)和柱腿连接口(40)与上层结构连接；所述下层结构通过若干个张力筋(14)和连接套筒(9)与独立方形基础(10)连接，张力筋(14)之间通过张力筋浮箱(1)连接；所述FRP混凝土桁架结构(7)侧壁延伸多束系泊索(6)，系泊索(6)一端通过系泊索连接点(5)与FRP混凝土桁架结构(7)侧壁连接，系泊索(6)另一端与系泊重块(11)连接，系泊索(6)上设有系泊索浮箱(2)。
2.根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台，其特征在于：所述的系泊索浮箱(2)设有若干个，若干个系泊索浮箱(2)等间距的分布在系泊索(6)上，相邻两个系泊索浮箱(2)之间通过浮箱牵连索(13)连接，顶部和底部的系泊索浮箱(2)端部分别通过浮箱连接环一(50)与系泊索(6)连接；所述的一侧的两个张力筋(14)之间通过张力筋浮箱(1)，张力筋浮箱(1)两端分别通过浮箱连接环二(51)与两侧的张力筋(14)连接。
3.根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台，其特征在于：所述的整体式节点(18)包括竖向半管(30)、斜向半管(32)、和横向半管(33)，竖向半管(30)顶部和底部分别通过环式阻尼器(8)与内管(25)连接，内管(25)外壁设有垫板(27)，垫板(27)外壁设有横向高强螺栓(28)，横向高强螺栓(28)与FRP混凝土组合立柱(31)连接，内管(25)插入FRP混凝土组合立柱(31)内，FRP混凝土组合立柱(31)端部设有连接耳(24)；竖向半管(30)侧壁设有斜向半管(32)和横向半管(33)，斜向半管(32)和横向半管(33)分别与FRP混凝土组合斜撑(34)和FRP混凝土组合桁撑(19)连接。
4.根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台，其特征在于：所述的分层连接构件(36)包括C型套筒一(21)、C型套筒二(16)和液压固定器(23)，C型套筒一(21)通过液压固定器(23)与C型套筒二(16)连接，C型套筒一(21)上部和C型套筒二(16)下部分别通过环式阻尼器(8)与内管(25)连接，内管(25)外壁设有垫板(27)，垫板(27)外壁设有横向高强螺栓(28)，横向高强螺栓(28)与FRP混凝土组合立柱(31)连接，内管(25)插入FRP混凝土组合立柱(31)内，FRP组合立柱(31)端部设有连接耳(24)；所述C型套筒一(21)侧壁上设有斜向半管(32)和横向半管(33)，斜向半管(32)和横向半管(33)分别与FRP混凝土组合斜撑(34)和FRP混凝土组合桁撑(19)连接，C型套筒一(21)底部为FRP带锥头内管(22)；C型套筒二(16)外壁设有斜向半管(32)和横向半管(33)，斜向半管(32)和横向半管(33)分别与FRP混凝土组合斜撑(34)和FRP混凝土组合桁撑(19)连接。
5.根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台，其特征在于：所述下层结构通过张力筋(14)和连接套筒(9)与独立方形基础(10)连接，张力筋(14)一端通过张力筋连接环(15)与下层结构连接，张力筋(14)另一端通过张力筋连接器(44)与内杆(43)连接，内杆(43)内嵌于连接套筒(9)内，连接套筒(9)固定于独立方形基础(10)上，独立方形基础(10)包括混凝土底座(39)和钢板基础板(38)，混凝土底座(39)四圈外壁设有钢板基础板(38)。
6.根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台，其特征在于：所述的浮箱平台(3)包括FRP钢板浮箱(42)和FRP钢板(12)，FRP钢板浮箱(42)上部与FRP钢板(12)连接，FRP钢板浮箱(42)内设有注水仓(29)，FRP钢板浮箱(42)底部通过柱腿连接口(10)与上层结构的FRP混凝土组合立柱(31)连接，柱腿连接口(40)外壁设有加劲肋(4)。
7.根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台，其特征在于：所述的FRP混凝土组合立柱(31)、FRP混凝土组合斜撑(34)以及FRP混凝土组合桁撑(19)分别分为三种形式，形式一是由内之外依次为核心混凝土(46)、钢管(47)和FRP管(48)，形式二是由内之外依次为核心混凝土(46)、钢管(47)、夹层混凝土(49)和FRP管(48)，形式三是由内之外依次为钢管(47)、夹层混凝土(49)和FRP管(48)。
8.一种根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台的施工方法，其特征在于：所述的FRP混凝土组合结构立柱(31)的施工方法为首先用外层无缝的缠绕式FRP管(48)包裹钢管(47)，然后在钢管两端通过横向高强螺栓固定半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，钢管下部内管端口密封，上部内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；所述的FRP混凝土组合桁撑(19)施工方法，首先用外层无缝的缠绕式FRP管(48)包裹钢管(47)，然后在钢管两端通过横向高强螺栓半径为钢管内壁半径的内管，伸出设计长度，钢管一端内管端口密封，另一端内管的顶端开设有浇筑口，向FRP钢管浇筑自密实混凝土，FRP钢管内浇筑的混凝土高度与内管顶部相平，在混凝土成型后，在钢管两端面焊接连接耳；所述的整体式节点(18)的施工方法，首先按照设计要求设计出多平面节点，用外层无缝的缠绕式FRP管包裹多平面节点外壁，单体节点的竖向半管、横向半管、斜向半管端头预留嵌入空间并密封，在半管端面焊接连接耳，最后向浇筑孔浇筑自密实混凝土，填满多平面节点内部空间。
9.一种根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台的施工方法，其特征在于：所述的下层结构的施工方法，首先将工厂预制的FRP混凝土桁撑、FRP混凝土立柱套入环式阻尼器，对接FRP整体式多平面节点，通过高强螺栓连接固定，并组成基本桁架单元结构，以5～6个基本桁架单元构成桁架的分层模块单体；然后在每个设定的分层模块单体立柱上端焊接C型套筒2，并向C型套筒2内部放置橡胶垫片，在每个设定分层模块单体立柱下端焊接C型套筒1,并在立柱侧壁通过高强螺栓安装固定液压固定器；桁架分层中顶层的分层模块单体立柱上端面形成带螺栓孔连接耳及伸出设计长度内管，向内管浇灌自密实混凝土，混凝土高度与内管顶部相平，桁架分层中底层模块立柱下端面形成张力筋连接环，并伸出多束结合浮箱的张力筋；所述的浮箱平台(3)的施工方法，首先将工厂预制的FRP外层钢板焊接为一体式箱体，组成浮箱平台结构；浮箱平台底部按设计要求焊接柱腿连接口。
10.一种根据权利要求1所述的浮箱系泊式海洋平台的施工方法，其特征在于：首先对采油地点开挖至相应深度并找平处理，安放模板并浇筑方形独立式基础，其中，上部设置带连接套筒的钢材基础板，基础成型后，将工厂预制好的桁架分层模块单体按顺序排列并在水下组装，将浮箱平台下部柱腿连接口与下部结构的顶层模块内管对接，通过连接耳上的高强螺栓连接并焊接固定，在浮箱平台内注入一定量的水，使平台下沉设定高度，采用驳拉船将平台结构拉至规定位置，将底层模块底部张力筋连接环伸出的多束结合浮箱的张力筋与方形独立式基础的4个连接套筒连接，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；同时，逐渐排出浮箱平台中的水，平台上浮至张力筋绷紧状态，最后在系泊索连接处点(5)上结合系泊索浮箱(2)的系泊索(6)，并将系泊索(6)下端的系泊重块(11)放置于设计位置，对塔式结构形成固定作用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |