CN114348198A - 装配式frp混凝土组合牵索塔式小位移平台及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台及其施工方法，涉及建筑设备技术领域，它包括小位移平台、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组合成的上层结构和下层结构又通过分层模块构件形成FRP混凝土桁架结构；所述上层结构的顶部通过平台连接口、加劲肋和柱腿连接口与小位移平台连接；所述下层结构通过连接套筒与独立方形基础连接。本装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台及其施工方法施工简便、装配效率高、抗腐蚀性强、平台位移小、可重复利用。
Description
技术领域：
本发明涉及建筑设备技术领域，具体涉及一种装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台及其施工方法。
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，而提供一种施工简便、装配效率高、抗腐蚀性强、平台位移小、可重复利用的新型装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移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：包括小位移平台、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混凝土组合横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通过分层模块构件形成FRP混凝土桁架结构；所述上层结构的顶部通过平台连接口、加劲肋和柱腿连接口与小位移平台连接；所述下层结构通过连接套筒与独立方形基础连接。
所述的FRP混凝土桁架结构侧壁通过系泊索连接点与系泊索的一端连接，系泊索的另一端与系泊重块连接。
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混凝土组合横撑连接。
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混凝土组合立柱端部设有连接耳；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混凝土组合横撑连接，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混凝土组合横撑连接。
所述的下部结构-基础连接构件包括连接套筒，下层结构底部设有的FRP带锥头内管插入连接套筒内，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。
所述的小位移平台包括小位移箱体、外层箱体和内层箱体，小位移箱体置于内层箱体内，小位移箱体外侧壁通过横向阻尼器与内层箱体内壁连接，内层箱体置于外层箱体内，内层箱体外侧壁通过横向阻尼器与外层箱体内壁连接，所述小位移箱体、内层箱体和外层箱体侧壁上贯穿轴纽，所述小位移箱体上通过铅芯橡胶垫层与FRP钢板连接，所述外层箱体底部通过平台连接口与FRP混凝土桁架结构连接。
所述的FRP混凝土组合立柱、FRP混凝土组合斜撑以及FRP混凝土组合横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、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混凝土组合横撑施工方法，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；所述的上层结构施工方法，采用工厂预制一体式钢板及钢制箱体、橡胶层组成小位移箱体、外层钢板箱体、内层钢板箱体结构，并在箱体中间设计与轴纽匹配的圆孔以及布置通过高强螺栓连接固定的铰接阻尼器，首先小位移箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的一方向连接，然后外层箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的另一方向连接，三者形成小位移平台，最后在小位移平台下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，基础四周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，运输至海上相应地点。首先将桁架分层中底层模块单体沉下规定位置，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单体沉入水中，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，在系泊索连接处点系上系泊索，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；最后吊起上部平台结构，将小位移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。
本发明的优点为：
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、本发明中装配式FRP组合牵索塔式小位移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，下部桁架结构可简单快速地将分层模块单体起吊施工，并按顺序拼装对接，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；平台需要拆卸时，仅需将分层模块单体依次拆卸运走，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、本发明中采用新型小位移平台，发生小角度偏转时，外层箱体、内层箱体通过产生相对转角位移消耗外部输入能量，同时通过轴纽与内层箱体连接的小位移箱体仍保持稳定。小位移平台可以海浪冲击下保持不摇晃，减小了平台在风浪中平台自身的位移所带来的影响，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。
附图说明：
图1是本发明小位移箱体+阻尼器+剖面示意图；
图2是本发明内外层钢板箱体示意图；
图3是本发明小位移平台仰视示意图；
图4是本发明小位移平台+剖面示意图；
图5是本发明顶层模块顶部示意图；
图6是本发明分层模块单体示意图；
图7是本发明分层模块连接示意图；
图8是本发明下部结构-基础连接示意图；
图9是本发明独立式方形基础示意图；
图10是本发明组合桁架连接示意图；
图11是本发明阻尼器、垫板、轴纽示意图；
图12是本发明分层模块连接构件示意图；
图13是本发明FRP混凝土结构截面示意图；
图14是本发明装配式牵索塔式小位移平台平面示意图。
附图标记说明：1铅芯橡胶垫层、2横向阻尼器、3平台连接口、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轴纽、14小位移平台、15夹层混凝土、16C型套筒二、17分层模块单体、18整体式节点、19FRP混凝土组合横撑、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、29FRP管、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、42外层箱体、43内层箱体、44钢管、45FRP外层、46核心混凝土、47小位移箱体
具体实施方式：
参照各图，本发明具体采用如下实施方式：包括小位移平台14、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混凝土组合横撑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通过分层模块构件36形成FRP混凝土桁架结构7；所述上层结构的顶部通过平台连接口3、加劲肋4和柱腿连接口40与小位移平台14连接；所述下层结构通过连接套筒9与独立方形基础10连接。所述的FRP混凝土桁架结构7侧壁通过系泊索连接点5与系泊索6的一端连接，系泊索6的另一端与系泊重块11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混凝土组合横撑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混凝土组合横撑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混凝土组合横撑19连接。所述的下层结构底部设有的FRP带锥头内管22插入连接套筒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。所述的小位移平台14包括小位移箱体47、外层箱体42和内层箱体43，小位移箱体47置于内层箱体43内，小位移箱体47外侧壁通过横向阻尼器2与内层箱体43内壁连接，内层箱体43置于外层箱体42内，内层箱体43外侧壁通过横向阻尼器2与外层箱体42内壁连接，所述小位移箱体47、内层箱体43和外层箱体42侧壁上贯穿轴纽13，所述小位移箱体47上通过铅芯橡胶垫层1与FRP钢板12连接，所述外层箱体43底部通过平台连接口50与与FRP混凝土桁架结构7连接。所述的FRP混凝土组合立柱31、FRP混凝土组合斜撑34以及FRP混凝土组合横撑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44和FRP管29，形式二是由内之外依次为核心混凝土46、钢管44、夹层混凝土15和FRP管29，形式三是由内之外依次为钢管44、夹层混凝土15和FRP管29。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混凝土组合横撑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；所述的上层结构施工方法，采用工厂预制一体式钢板及钢制箱体、橡胶层组成小位移箱体、外层钢板箱体、内层钢板箱体结构，并在箱体中间设计与轴纽匹配的圆孔以及布置通过高强螺栓连接固定的铰接阻尼器，首先小位移箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的一方向连接，然后外层箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的另一方向连接，三者形成小位移平台，最后在小位移平台下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，基础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，运输至海上相应地点。首先将桁架分层中底层模块单体沉下规定位置，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单体沉入水中，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，在系泊索连接处点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；最后吊起上部平台结构，将小位移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。
这种新型装配式FRP混凝土组合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，装配式FRP混凝土组合牵索塔式平台的上部结构小位移箱体及FRP双层钢板箱体组成的小位移平台，装配式FRP混凝土组合牵索塔式平台的下部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；下部桁架结构由多个分层模块单体构成，上层-下层模块单体通过桁架分层连接构件连接并以纵向高强螺栓连接。
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。
上述方案中所述下部结构塔式结构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。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。
上述方案中所述桁架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桁架的立柱两端，上层桁架分层单体立柱的侧壁设置液压固定器，底部伸出带锥头的FRP内管，其中，下层桁架分层单体立柱的顶部设有橡胶垫片，对立柱连接截面起密封作用和减缓冲击的不利影响；上层-下层分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。
上述方案的上部结构部分由由小位移箱体及FRP双层钢板箱体组成，小位移箱体由一体式钢制箱体及钢板组成；布置于FRP双层钢板箱体中部，FRP双层钢板箱体由外层箱体和内层钢板箱体组成，外层箱体外层为FRP层，小位移箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的一方向连接，外层箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的另一方向连接，三者形成小位移平台，其中，小位移箱体在钢板底部设置橡胶层可防止小位移箱体与内外层箱体碰撞损伤。
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、带锥头FRP混凝土内管构成，以内管嵌套的方式连接，然后通过纵向高强螺栓连接固定。
上述方案所述装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移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。
装配式FRP组合牵索塔式小位移平台结构的上部结构的施工方法：采用工厂预制一体式钢板及钢制箱体组成小位移箱体、外层箱体、内层箱体结构，并在箱体中间设计与轴纽匹配的圆孔以及布置通过高强螺栓连接固定的铰接阻尼器，首先小位移箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的一方向连接，然后外层箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的另一方向连接，三者形成小位移平台，最后在小位移平台下部按设计要求焊接柱腿连接口。
装配式FRP组合牵索塔式小位移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，基础四周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，运输至海上相应地点。首先将桁架分层中底层模块单体沉下规定位置，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单体沉入水中，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；最后吊起上部小位移平台结构，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。
实施例1：
如图10、图11、图12所示，这种新型装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移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；
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、图5所示，装配式FRP组合牵索塔式小位移上部结构的小位移箱体结构、FRP双层钢板箱体结构由钢板焊接成一体化箱体，并在连接阻尼器位置布置高强螺栓孔，并在箱体设计位置保留匹配轴纽尺寸的圆孔，其中FRP双层钢板箱体由外层箱体和内层钢板箱体组成，外层箱体外层为FRP层，小位移箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的一方向连接，外层箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的另一方向连接，三者形成小位移平台，小位移箱体钢板设置橡胶层，防止小位移箱体与内外层箱体碰撞损伤。平台下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3：
如图6、图7、图13所示，下部塔式结构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。下部桁架结构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4：
如图8、图9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、带锥头FRP混凝土内管构成，以内管嵌套连接，通过纵向高强螺栓连接固定。
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螺栓孔连接耳及焊接设计长度带锥头FRP内管，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。
实施例5：
如图14为装配式FRP组合牵索塔式平台结构的整体示意图，该结构体系包括了上部结构部分和下部桁架结构部分。
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，基础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，运输至海上相应地点。首先将桁架分层中底层模块单体沉下规定位置，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单体沉入水中，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；最后吊起上部小位移平台结构，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。
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。本发明中装配式FRP组合牵索塔式小位移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，下部桁架结构可简单快速地将分层模块单体起吊施工，并按顺序拼装对接，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；平台需要拆卸时，仅需将分层模块单体依次拆卸运走，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。本发明中采用新型小位移平台，小位移平台发生小角度偏转时，外层箱体、内层箱体通过产生相对转角位移消耗外部输入能量，同时通过轴纽与内层箱体连接的小位移箱体仍保持稳定。小位移平台可以海浪冲击下保持不摇晃，减小了平台在风浪中平台自身的位移所带来的影响，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。
Claims (10)
1.一种装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台，其特征在于：包括小位移平台(14)、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混凝土组合横撑(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通过分层模块构件(36)形成FRP混凝土桁架结构(7)；所述上层结构的顶部通过平台连接口(3)、加劲肋(4)和柱腿连接口(40)与小位移平台(14)连接；所述下层结构通过连接套筒(9)与独立方形基础(10)连接。
2.根据权利要求1所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台，其特征在于：所述的FRP混凝土桁架结构(7)侧壁通过系泊索连接点(5)与系泊索(6)的一端连接，系泊索(6)的另一端与系泊重块(11)连接。
3.根据权利要求1所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台，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混凝土组合横撑(19)连接。
4.根据权利要求1所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台，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混凝土组合横撑(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混凝土组合横撑(19)连接。
5.根据权利要求1所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台，其特征在于：所述的下层结构底部设有的FRP带锥头内管(22)插入连接套筒(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所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台，其特征在于：所述的小位移平台(14)包括小位移箱体(47)、外层箱体(42)和内层箱体(43)，小位移箱体(47)置于内层箱体(43)内，小位移箱体(47)外侧壁通过横向阻尼器(2)与内层箱体(43)内壁连接，内层箱体(43)置于外层箱体(42)内，内层箱体(43)外侧壁通过横向阻尼器(2)与外层箱体(42)内壁连接，所述小位移箱体(47)、内层箱体(43)和外层箱体(42)侧壁上贯穿轴纽(13)，所述小位移箱体(47)上通过铅芯橡胶垫层(1)与FRP钢板(12)连接，所述外层箱体(43)底部通过平台连接口(3)与FRP混凝土桁架结构(7)连接。
7.根据权利要求1所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台，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混凝土组合横撑(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(44)和FRP管(29)，形式二是由内之外依次为核心混凝土(46)、钢管(44)、夹层混凝土(15)和FRP管(29)，形式三是由内之外依次为钢管(44)、夹层混凝土(15)和FRP管(29)。
8.一种根据权利要求1所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台的施工方法，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混凝土组合横撑(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所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台的施工方法，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；所述的上层结构施工方法，采用工厂预制一体式钢板及钢制箱体、橡胶层组成小位移箱体、外层钢板箱体、内层钢板箱体结构，并在箱体中间设计与轴纽匹配的圆孔以及布置通过高强螺栓连接固定的铰接阻尼器，首先小位移箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的一方向连接，然后外层箱体通过铰接阻尼器、轴纽与内层箱体的另一方向连接，三者形成小位移平台，最后在小位移平台下部按设计要求焊接柱腿连接口。
10.一种根据权利要求1所述的装配式FRP混凝土组合牵索塔式小位移平台的施工方法，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，基础四周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，运输至海上相应地点，首先将桁架分层中底层模块单体沉下规定位置，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单体沉入水中，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，在系泊索连接处点(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；最后吊起上部平台结构，将小位移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。
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