CN114348193B - 自发电深海可移动海洋平台体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种自发电深海可移动海洋平台体系及其施工方法，涉及建筑设备技术领域，它包括FRP减震浮箱平台、自发电平台、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；上层结构顶部通过加劲肋和柱腿连接口与自发电平台连接；下层结构通过张力筋和连接套筒与独立方形基础连接；自发电平台通过可调节系泊索和沉底电缆与FRP减震浮箱平台连接。本自发电深海可移动海洋平台体系及施工方法施工简便、装配效率高、抗腐蚀性强、平台减震效果好、可自发电、可移动。

Description

自发电深海可移动海洋平台体系及其施工方法

技术领域：

本发明涉及建筑设备技术领域，具体涉及一种自发电深海可移动海洋平台体系及其施工方法。

背景技术：

牵索塔式海洋平台使用工作水域为240m到1000m，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。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。自发电深海可移动平台体系利用多个固定基础的悬浮式牵索塔发电平台为基准平台，并在一定范围内通过移动浮箱平台，实现一种无需拆卸即可转移作业地点，并通过可调节系泊索固定平台的新形式，可以在一片海域进行探索。

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，而提供一种施工简便、装配效率高、抗腐蚀性强、平台减震效果好、可自发电、可移动、建造成本不会随工作深度的增大而大幅提升的的深海平台体系及其施工方法。

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FRP减震浮箱平台、自发电平台、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；所述的上层结构顶部通过加劲肋和柱腿连接口与自发电平台连接；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；所述的FRP混凝土桁架结构个数为若干个，若干个FRP混凝土桁架结构上的自发电平台均通过可调节系泊索和沉底电缆与FRP减震浮箱平台连接。

所述的FRP减震浮箱平台包括减震箱体、FRP钢板浮箱和可调节沉锚，减震箱体顶部安装FRP钢板，减震箱体外壁均匀分布了若干个横向阻尼器，减震箱体底部通过铅芯橡胶垫层与FRP钢板浮箱连接，FRP钢板浮箱相对两侧壁分别通过可调节沉锚连接处与可调节沉锚连接，所述FRP减震浮箱平台上安装若干个系泊索轴轮，系泊索轴轮通过可调节系泊索连接处和可调节系泊索与自发电平台上的系泊索轴轮连接。

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。

所述的分层模块连接构件包括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。

所述的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，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。

所述的自发电平台包括注水仓、发电蓄能室和发电风车，发电风车与发电蓄能室接，发电蓄能室下部为注水仓，自发电平台内安装系泊索轴轮，系泊索轴轮上缠绕可调节系泊索的一端，可调节系泊索的另一端穿过可调节系泊索连接处缠绕在FRP减震浮箱平台上的系泊索轴轮上。

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，形式一是由内至外依次为核心混凝土、钢管和FRP管，形式二是由内至外依次为核心混凝土、钢管、夹层混凝土和FRP管，形式三是由内至外依次为钢管、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FRP混凝土桁架结构施工方法为首先将工厂预制的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型套筒二，并向C型套筒二内部放置橡胶垫片；在每个设定分层模块单体立柱下端焊接C型套筒一,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，桁架分层中底层的分层模块单体立柱下端面形成带螺栓孔连接耳及焊接设计长度的带锥头内管，向内管浇灌自密实混凝土，直至将带锥头内管填满；所述的FRP减震浮箱平台施工方法为采用工厂预制一体式FRP-钢板及钢制箱体组成减震平台结构，将铅芯橡胶垫层、横向阻尼器布置于减震平台与浮箱平台之间，并通过高强螺栓连接固定。

首先对多个设定自发电平台的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，首先将自发电平台的桁架分层中底层模块沉下规定位置，底层模块下端带锥头内管与方形独立式基础的4个连接套筒对接后，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；然后依次将分层模块沉入水中，并应用水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；在分层模块组装至顶层模块时，在系泊索连接点系上系泊索，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；最后吊起自发电平台上部平台结构，将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；自发电平台体系布置完毕后，通过驳船将FRP浮箱平台拉至设定位置，将各个自发电平台的可调节系泊索、沉底电缆与FRP浮箱平台相连接，并逐渐拉紧，最后放下可调节沉锚至海床底部，达到固定效果。

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、本发明中自发电平台的牵索塔式结构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、形变要求；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；桁架平台在水下可对沉底电缆提供保护，提高电能输送的保障性；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、本发明中采用新型减震平台，橡胶垫层与横向阻尼器将减震箱体与浮箱平台隔开，减小了平台在风浪中平台自身的震动效应，保证了钻井平台的稳定性及工作人员在工作过程时的舒适性。

5、悬浮式自发电平台平面布局成多边形，平台自带风能发电机，通过沉底电缆为主要工作的可移动FRP浮箱平台提供电能；可移动FRP浮箱平台由可调节系泊索、可调节沉锚固定，可以在多边形范围内通过调节系泊索移动工作位置，适合深海工作，并降低了海域内探索的成本。

6、本发明中自发电平台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的增加而大幅增大。

附图说明：

图1是本发明减震箱体+阻尼器+剖面示意图；

图2是本发明钢板浮箱平台+橡胶垫层示意图；

图3是本发明减震平台+剖面示意图；

图4是本发明自发电箱体平台+剖面图示意图；

图5是本发明自发电箱体平台仰视示意图；

图6是本发明自发电平台顶层模块顶部示意图；

图7是本发明自发电平台分层模块单体示意图；

图8是本发明自发电平台分层模块连接示意图；

图9是本发明自发电平台下部结构-基础连接示意图；

图10是本发明方形独立基础示意图；

图11是本发明组合桁架连接示意图；

图12是本发明阻尼器、高强螺栓垫板示意图；

图13是本发明分层模块连接构件示意图；

图14是本发明FRP混凝土结构截面示意图；

图15是本发明自发电悬浮式平台单体示意图；

图16是本发明自发电深海可移动平台体系平面示意图。

附图标记说明：1铅芯橡胶垫层、2横向阻尼器、3自发电平台、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减震箱体、14可调节系泊索、15FRP钢板箱体、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系泊索轴轮、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可调节沉锚、44发电蓄能室、45FRP外层、46核心混凝土、47钢管、48FRP管、49夹层混凝土、50沉底电缆、51发电风车、52可调节系泊索连接处、53可调节沉锚连接处、54FRP减震浮箱平台、55注水仓、56张力筋、57张力筋连接环、58内杆、59张力筋连接器

具体实施方式：

参照各图，本发明具体采用如下实施方式：包括包括FRP减震浮箱平台54、自发电平台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；所述的上层结构顶部通过加劲肋4和柱腿连接口40与自发电平台3连接；所述下层结构通过张力筋56和连接套筒9与独立方形基础10连接；所述的FRP混凝土桁架结构7个数为若干个，若干个FRP混凝土桁架结构7上的自发电平台3均通过可调节系泊索14和沉底电缆50与FRP减震浮箱平台54连接。所述的FRP减震浮箱平台54包括减震箱体13、FRP钢板浮箱42和可调节沉锚43，减震箱体13顶部安装FRP钢板12，减震箱体13外壁均匀分布了若干个横向阻尼器2，减震箱体13底部通过铅芯橡胶垫层1与FRP钢板浮箱42连接，FRP钢板浮箱42相对两侧壁分别通过可调节沉锚连接处53与可调节沉锚43连接，所述FRP减震浮箱平台54上安装若干个系泊索轴轮29，系泊索轴轮29通过可调节系泊索连接处52和可调节系泊索14与自发电平台3上的系泊索轴轮29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。所述的分层模块连接构件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。所所述的张力筋56一端通过张力筋连接环57与下层结构连接，张力筋56另一端通过张力筋连接器59与内杆58连接，内杆58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。所述的自发电平台3包括注水仓55、发电蓄能室44和发电风车51，发电风车51与发电蓄能室44连接，发电蓄能室44下部为注水仓55，自发电平台3内安装系泊索轴轮29，系泊索轴轮29上缠绕可调节系泊索14的一端，可调节系泊索14的另一端穿过可调节系泊索连接处52缠绕在FRP减震浮箱平台54上的系泊索轴轮29上。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，形式一是由内至外依次为核心混凝土46、钢管47和FRP管48，形式二是由内至外依次为核心混凝土46、钢管47、夹层混凝土49和FRP管48，形式三是由内至外依次为钢管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FRP混凝土桁架结构7施工方法为首先将工厂预制的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型套筒二，并向C型套筒二内部放置橡胶垫片；在每个设定分层模块单体立柱下端焊接C型套筒一,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，桁架分层中底层的分层模块单体立柱下端面形成带螺栓孔连接耳及焊接设计长度的带锥头内管，向内管浇灌自密实混凝土，直至将带锥头内管填满；所述的FRP减震浮箱平台54施工方法为采用工厂预制一体式FRP-钢板及钢制箱体组成减震平台结构，将铅芯橡胶垫层、横向阻尼器布置于减震平台与浮箱平台之间，并通过高强螺栓连接固定。首先对多个设定自发电平台的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，首先将自发电平台的桁架分层中底层模块沉下规定位置，底层模块下端带锥头内管与方形独立式基础的4个连接套筒对接后，通过水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；然后依次将分层模块沉入水中，并应用水下机器人将连接耳上的高强螺栓拧紧；在分层模块组装至顶层模块时，在系泊索连接点5系上系泊索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；最后吊起自发电平台上部平台结构，将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；自发电平台体系布置完毕后，通过驳船将FRP浮箱平台拉至设定位置，将各个自发电平台的可调节系泊索、沉底电缆与FRP浮箱平台相连接，并逐渐拉紧，最后放下可调节沉锚至海床底部，达到固定效果。

本发明可自发电的深海可移动的海上平台体系由多个自发电悬浮式牵索塔平台及一个FRP浮箱平台构成，自发电平台的上部结构由钢制箱体和风能发电蓄能设备构成，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，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。下部桁架结构由多个分层模块单体构成，上层-下层模块单体通过桁架分层模块连接构件连接并以纵向高强螺栓连接；桁架底部设置张力筋连接环并伸出多束张力筋，通过连接套筒连接于独立基础；可移动FRP浮箱平台由减震箱体及FRP钢板浮箱构成，两者通过铅芯橡胶垫、横向阻尼器连接，形成减震浮箱平台。浮箱平台通过可调节系泊索与多个自发电平台相连，并利用可调节沉锚固定位置；自发电平台通过发电蓄能室及沉底电缆可为移动浮箱平台提供电能。

上述方案的可移动FRP浮箱平台由FRP钢板浮箱与减震箱体组成，减震箱体布置于FRP钢板浮箱中部，通过横向阻尼器以及铅芯橡胶垫连接，并通过高强螺栓连接固定。

上述方案中自发电平台下部桁架结构中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。

上述方案中所述自发电平台下部结构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。

上述方案中所述自发电平台下部结构的结合环式阻尼器的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。

上述方案中所述自发电平台的下部桁架部分由多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；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。

上述方案自发电平台的的上部结构-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。

上述方案中所述自发电平台的下部结构-基础连接部分由带连接套筒的方形独立式基础、张力筋连接环和带连接器的多束张力筋构成，多束张力筋端部的连接器连接独立基础的连接套筒，通过张力筋提供拉力，下部桁架结构和浮箱平台达成平衡状态。

上述方案所述自发电深海可移动平台体系的施工方法：

自发电平台桁架结构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。

自发电平台桁架部分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。

可移动FRP钢板浮箱平台结构的施工方法：减震箱体、FRP钢板浮箱由钢板焊接为一体式箱体，并在连接阻尼器位置布置高强螺栓孔，减震箱体平台通过高强螺栓、将横向阻尼器、铅芯橡胶垫、桁架平台连接固定，形成减震浮箱平台。平台中设置有可调节轴轮，可控制沉锚的伸长长度，并在浮箱平台下部按设计要求焊接柱腿连接口。

自发电深海可移动平台体系的施工方法：对多个设定自发电平台的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，首先将自发电平台的桁架结构按模块分层的方式组装，将自发电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张力筋的连接器与方形独立式基础的4个连接套筒连接固定，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。最后在系泊连接处系上系泊索，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。自发电平台体系布置完毕后，通过驳船将FRP浮箱平台拉至设定位置，将各个自发电平台的可调节系泊索、沉底电缆与FRP浮箱平台相连接，并逐渐拉紧，最后放下可调节沉锚至海床底部，达到固定效果。

实施例1：

如图11、图12、图14所示，这种自发电平台的牵索塔式平台结构体系由预制的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；

自发电平台的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所示，可移动FRP浮箱平台的减震箱体结构、FRP钢板浮箱由钢板焊接成一体化箱体，其中，减震箱体在连接阻尼器位置布置高强螺栓孔，通过高强螺栓、将横向阻尼器、铅芯橡胶垫与浮箱平台连接固定，形成减震平台，

实施例3：

如图4、图5、图6所示，自发电箱体平台由一体式钢板浮箱及风能发电系统组成，形成自发电平台系统，箱体平台底部按设计要求焊接柱腿连接口；其中，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，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4：

如图7、图8、图13所示，下部塔式结构由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，下部分层模块的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设置液压固定器，底部焊接带锥头的FRP内管，下层模块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，组成基本桁架单元，其中，5～6个基本桁架单元构成一个桁架分层模块单体；然后在各个设定的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，并在立柱下端焊接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-下层模块单体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5：

如图9、图10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张力筋构成，多束张力筋的连接器连接独立基础的连接套筒，通过张力筋提供拉力，下部桁架结构和浮箱平台达成平衡状态。

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，直至将带锥头内管填满；水下工作时，底层模块下端伸出多束张力筋，端板的连接器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。

实施例6：

如图15、图16为自发电深海可移动海上平台体系的整体及单体示意图，该结构体系包括了自发电平台部分和可移动FRP浮箱平台结构部分。

本实施例中的施工方法：

对多个设定自发电平台的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，首先将自发电平台的桁架结构按模块分层的方式组装，将自发电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张力筋的连接器与方形独立式基础的4个连接套筒连接固定，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。最后在系泊连接处系上系泊索，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。自发电平台体系布置完毕后，通过驳船将FRP浮箱平台拉至设定位置，将各个自发电平台的可调节系泊索、沉底电缆与FRP浮箱平台相连接，并逐渐拉紧，最后放下可调节沉锚至海床底部，达到固定效果。

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。本发明中自发电平台的牵索塔式结构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、形变要求；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；桁架平台在水下可对沉底电缆提供保护，提高电能输送的保障性；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。本发明中采用新型减震平台，橡胶垫层与横向阻尼器将减震箱体与浮箱平台隔开，减小了平台在风浪中平台自身的震动效应，保证了钻井平台的稳定性及工作人员在工作过程时的舒适性。悬浮式自发电平台平面布局成多边形，平台自带风能发电机，通过沉底电缆为主要工作的可移动FRP浮箱平台提供电能；可移动FRP浮箱平台由可调节系泊索、可调节沉锚固定，可以在多边形范围内通过调节系泊索移动工作位置，适合深海工作，并降低了海域内探索的成本。本发明中自发电平台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的增加而大幅增大。

Claims (6)

1.一种自发电深海可移动海洋平台体系，其特征在于：包括FRP减震浮箱平台（54）、自发电平台（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）；所述的上层结构顶部通过加劲肋（4）和柱腿连接口（40）与自发电平台（3）连接；所述下层结构通过张力筋（56）和连接套筒（9）与独立方形基础（10）连接；所述的FRP混凝土桁架结构（7）个数为若干个，若干个FRP混凝土桁架结构（7）上的自发电平台（3）均通过可调节系泊索（14）和沉底电缆（50）与FRP减震浮箱平台（54）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；所述的分层模块连接构件（36）将上层结构和下层结构连接起来，分层模块连接构件（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。

2.根据权利要求1所述的自发电深海可移动海洋平台体系，其特征在于：所述的FRP减震浮箱平台（54）包括减震箱体（13）、FRP钢板浮箱（42）和可调节沉锚（43），减震箱体（13）顶部安装FRP钢板（12），减震箱体（13）外壁均匀分布了若干个横向阻尼器（2），减震箱体（13）底部通过铅芯橡胶垫层（1）与FRP钢板浮箱（42）连接，FRP钢板浮箱（42）相对两侧壁分别通过可调节沉锚连接处（53）与可调节沉锚（43）连接，所述FRP减震浮箱平台（54）上安装若干个系泊索轴轮（29），系泊索轴轮（29）通过可调节系泊索连接处（52）和可调节系泊索（14）与自发电平台（3）上的系泊索轴轮（29）连接。

3.根据权利要求1所述的自发电深海可移动海洋平台体系，其特征在于：所述的张力筋（56）一端通过张力筋连接环（57）与下层结构连接，张力筋（56）另一端通过张力筋连接器（59）与内杆（58）连接，内杆（58）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）。

4.根据权利要求1所述的自发电深海可移动海洋平台体系，其特征在于：所述的自发电平台（3）包括注水仓（55）、发电蓄能室（44）和发电风车（51），发电风车（51）与发电蓄能室（44）连接，发电蓄能室（44）下部为注水仓（55），自发电平台（3）内安装系泊索轴轮（29），系泊索轴轮（29）上缠绕可调节系泊索（14）的一端，可调节系泊索（14）的另一端穿过可调节系泊索连接处（52）缠绕在FRP减震浮箱平台（54）上的系泊索轴轮（29）上。

5.根据权利要求1所述的自发电深海可移动海洋平台体系，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，形式一是由内至外依次为核心混凝土（46）、钢管（47）和FRP管（48），形式二是由内至外依次为核心混凝土（46）、钢管（47）、夹层混凝土（49）和FRP管（48），形式三是由内至外依次为钢管（47）、夹层混凝土（49）和FRP管（48）。

6.一种根据权利要求1所述的自发电深海可移动海洋平台体系的施工方法，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。