CN115559287B - 用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑装置及导管架结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑装置及导管架结构。防屈曲支撑装置包括：球形节点，包括轴承内套、外壳以及轴承固定外套，轴承内套至少部分地由外壳包围并且能够相对于外壳转动，轴承固定外套至少部分地设置在外壳内并且耦接至轴承内套；多个连接套管，套管的一端耦接至球形节点；多个防屈曲支撑体，支撑体一端耦接至多个连接套管中的相应套管的另一端并且包括多个防屈曲支撑体单元，每个单元顺序耦接并且包括外围约束构件和核心屈服构件，核心屈服构件由外围约束构件包围并且被截面削弱，以在受到外力时发生屈服。以此方式，截面削弱防屈曲支撑与相对转动轴承彼此配合高效耗能，可配置化程度高，显著提升结构抗冲击和抗震性能。

Description

用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑装置及导管架结构

技术领域

本发明一般地涉及建筑技术领域，特别地涉及用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑装置及相应导管架结构。

背景技术

近年来地震频发，为了满足高层结构和大跨结构对于抗震的要求，防屈曲支撑逐步发展起来。近十年来对于防屈曲支撑的研究多表现为一阶模式，即允许核心单元（核心屈服构件）发生一次屈服，而对于要求核心单元发生两次或更多次屈服的双阶或多阶模式的研究较少。由于海上经济的发展，海洋结构增多，对于海洋结构的抗震和抗海水冲击的研究非常有必要。在海洋结构中，导管架结构经常受到海水冲击荷载的反复作用，对于保持其上部结构的稳定非常不利，将防屈曲支撑应用于海上吸力桶式导管架结构的技术显得特别重要。同时，对于将防屈曲支撑和其他耗能构件结合使用的研究就更少。

因此，如何将防屈曲支撑与其它耗能构件有效结合并且应用于海上导管架结构是现今需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑结构及导管架，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑装置。该防屈曲支撑装置包括：球形节点，包括轴承内套、外壳以及轴承固定外套，轴承内套至少部分地由外壳包围并且能够相对于外壳转动，轴承固定外套至少部分地设置在外壳内并且耦接至轴承内套；多个连接套管，多个连接套管中的每个连接套管的一端耦接至球形节点；以及多个防屈曲支撑体，多个防屈曲支撑体中的每个支撑体的一端耦接至多个连接套管中的相应套管的另一端并且包括多个防屈曲支撑体单元，多个防屈曲支撑体单元中的每个单元顺序耦接并且包括外围约束构件和核心屈服构件，核心屈服构件由外围约束构件包围并且被截面削弱，以在受到外力作用时发生屈服。

在一些实施例中，核心屈服构件包括第一屈服强度子构件和第二屈服强度子构件，其中第一屈服强度子构件的屈服强度小于第二屈服强度子构件的屈服强度。

在一些实施例中，第一屈服强度子构件包括削弱截面的H型钢，并且第二屈服强度子构件包括方形钢。

在一些实施例中，轴承内套包括轴承外圈、轴承内圈、多个滚珠以及滚珠支架，多个滚珠设置在轴承外圈和轴承内圈之间，并且多个滚珠的相邻滚珠由滚珠支架隔开，其中轴承外圈和轴承内圈能够在径向平面内相对转动。

在一些实施例中，外壳包括上固定外壳、下固定外壳以及连接螺栓，连接螺栓连接上固定外壳和下固定外壳；和/或：轴承固定外套包括圆形套筒、内套固定环、外部固定螺栓和内套固定螺栓，圆形套筒与轴承内圈在远离螺栓孔一侧耦接，内套固定环与上固定外壳和下固定外壳耦接，并且外部固定螺栓用于固定内套固定环，内套固定螺栓用于固定圆形套筒和内套固定环。

在一些实施例中，连接套管包括顺序耦接的小径钢管、钢管连接段和大径钢管，其中钢管连接段包括小径套管和大径套管，其中小径套管和大径套管经由螺栓连接，并且其中小径套管和小径钢管耦接。

在一些实施例中，大径钢管包括钢管外套和圆环限位器，圆环限位器的外径等于钢管外套的内径并且位于钢管外套内部邻近接口处，其中圆环限位器与钢管外套焊接，用于限制小径钢管由于轴向力所产生的位移。

在一些实施例中，多个防屈曲支撑体单元中位于端部的两个单元还包括节点钢管连接件、一对法兰盘、螺栓群、竖向加劲肋、横向加劲肋，节点钢管连接件耦接至法兰盘上，竖向加劲肋和横向加劲肋一端耦接于另一法兰盘上、另一端耦接至核心屈服构件，一对法兰盘通过螺栓群耦接。

根据本发明的第二方面，提供了一种海上吸力桶式导管架结构，包括根据本发明第一方面的防屈曲支撑装置。

在一些实施例中，海上吸力桶式导管架结构还包括导管架和吸力桶式基础，导管架设置在吸力桶式基础上；以及防屈曲支撑装置包括1个球形节点和4个防屈曲支撑体，4个防屈曲支撑体中的每个支撑体一端以预设角度经由连接套管耦接至球形节点，另一端耦接至导管架，并且所述预设角度能够根据海上吸力桶式导管架结构的构造而调整。

本发明的各个实施例至少可以起到如下有益效果：

（1）通过将防屈曲支撑进行截面削弱，并且与相对转动轴承相耦接配合耗能。遭遇小冲击（如海水冲击）和小震时，设置截面缺陷的防屈曲支撑发生屈服并且轴承内套与球形节点外壳在径向平面内相对转动同时耗能；而遭遇大震或强力冲击时，设置截面缺陷的防屈曲支撑先发生两次或更多次屈服，同时伴随着轴承内套和外壳相对转动，两者配合耗能，避免结构（如吸力桶式导管架结构）失稳破坏。通过这种配合的方式，能够应对不同等级的冲击和地震，实现能量的高效耗散。

（2）双屈服强度材料的设置可以实现防屈曲支撑的多阶段屈服，首先较弱屈服强度的构件发生屈服，其次高屈服强度的构件再次发生屈服，而且连接套管的多阶段性结构能够有效传递能量给球形节点，并且连接套管结构本身同样能够耗散部分能量，三构件协同作用使得能量快速高效耗散，进一步整体地提升结构的抗冲击和抗震性能。

（3）各构件均可在工厂预制后到现场施工，可配置化程度高，操作简便，而且各部件和构件可安装性和可拆卸性较好，破坏后的构件可以拆除损坏的构件，替代以新的完好构件。

（4）双阶或更多阶防屈曲支撑抗冲击和抗震效果好。两种不同屈服强度的钢构件共同作为防屈曲支撑的核心单元（核心屈服构件），可以抗击不同强度的地震，更好地保护主要结构。

（5）将防屈曲支撑用于海上吸力桶式导管架结构具有形式上的新颖性，为海上建筑的抗冲击和抗震研究提供了新方案。

（6）耗能构件能够根据实际需要改变装配的角度，并且用于海上吸力桶式导管架结构的防屈曲支撑能够预先根据具体结构尺寸设计焊接角度。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例而非限制性的方式示出了本发明的若干实施例，其中：

图1为根据本发明示例性实施例的海上吸力桶式导管架结构整体示意图。

图2为根据本发明示例性实施例的用于海上吸力桶式导管架结构的双阶四肢防屈曲支撑装置整体示意图。

图3为根据本发明示例性实施例的带轴承可转动球形节点示意图。

图4为根据本发明示例性实施例的轴承内套示意图。

图5为根据本发明示例性实施例的球形节点外壳示意图。

图6为根据本发明示例性实施例的轴承固定外套示意图。

图7为根据本发明示例性实施例的连接套管示意图。

图8为根据本发明示例性实施例的钢管连接段示意图。

图9为根据本发明示例性实施例的大径钢管示意图。

图10为根据本发明示例性实施例的双阶或更多阶可拆卸式防屈曲支撑体示意图。

图11为根据本发明示例性实施例的防屈曲支撑体常规单元拆分细部示意图。

图12为根据本发明示例性实施例的防屈曲支撑体连接单元拆分细部示意图。

图13为根据本发明示例性实施例的吸力桶式基础示意图。

图14为根据本发明示例性实施例的导管架与X形支撑件的连接示意图。

图15为根据本发明示例性实施例的导管架与可拆卸式防屈曲支撑体的连接示意图。

图中：海上吸力桶式导管架结构1000；防屈曲支撑装置100、球形节点1、轴承内套101、轴承外圈1011、轴承内圈1012、滚珠1013、滚珠支架1014、外壳102、上固定外壳1021、下固定外壳1022、连接螺栓1023、轴承固定外套103、圆形套筒1031、内套固定环1032、外部固定螺栓1033、内套固定螺栓1034；连接套管2、小径钢管201、钢管连接段202、小径套管2021、大径套管2022、大径钢管203、钢管外套2031、圆环限位器2032；防屈曲支撑体3、防屈曲支撑体单元30、防屈曲支撑体常规单元301、外围约束构件3011、核心屈服构件3012、第一屈服强度子构件3014、第二屈服强度子构件3013、弹簧阻尼器3015、防屈曲支撑体节点连接单元302、节点钢管连接件3021、法兰盘3022、螺栓群3023、竖向加劲肋3024、横向加劲肋3025；风机安装平台4；平台连接管5；导管架6、X形钢管支撑件7；吸力桶式基础8、吸力桶801、圆盘加劲肋802、圆盘803、钢管支撑加劲肋804、钢管支撑805。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

在本发明的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

应当理解，在上下文中，“耦接”在合适情境下可以替换为“连接”，“耦接”可以以“焊接”、“螺栓连接”等合适的耦接方式来实现；“防屈曲支撑装置”在特定情境下与“防屈曲支撑”属于相同或相似的概念，因此是可替换的。

如前所提及，针对目前的技术中核心屈服构件缺少两次或更多次屈服的双阶或多阶模式、屈服构件和其他耗能构件无法有效结合而实现快速耗能、以及目前针对海水冲击和海洋抗震的海上吸力桶式导管架结构上不存在较好的耗能结构等技术问题。

针对以上问题，本发明提供了一种用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑结构及包括该结构的导管架，通过将防屈曲支撑进行截面削弱，并且与相对转动轴承相耦接配合耗能。该防屈曲支撑结构在遭遇小冲击（如海水冲击）和小震时，设置截面缺陷的防屈曲支撑发生屈服并且轴承内套与球形节点外壳在径向平面内相对转动同时耗能，而在遭遇大震时，设置截面缺陷的防屈曲支撑先发生两次或更多次屈服，同时伴随着轴承内套和外壳相对转动，两者配合耗能，避免结构（如吸力桶式导管架结构）失稳破坏。通过这种配合的方式，能够应对不同等级的冲击和地震，实现能量的高效耗散。双屈服强度材料的设置可以实现防屈曲支撑的多阶段屈服，首先较弱屈服强度的构件发生屈服，其次高屈服强度的构件再次发生屈服，进一步提升结构的抗冲击和抗震性能。此外，各构件均可在工厂预制后到现场施工，可配置化程度高，操作简便，各部件和构件可安装性和可拆卸性较好，破坏后的构件可以拆除损坏的构件，替代以新的完好构件。而且，将防屈曲支撑用于海上吸力桶式导管架结构具有形式上的新颖性，为海上建筑的抗冲击和抗震研究提供了新方案。另外，耗能构件能够根据实际需要改变装配的角度，并且用于海上吸力桶式导管架结构的防屈曲支撑可以预先根据具体结构尺寸设计焊接角度。而且，防屈曲支撑由低屈服强度的核心屈服单元和高屈服强度的外围约束构件组成，在地震荷载下，核心屈服构件先发生屈服，外围约束构件可以约束其横向位移，防止其发生屈曲失稳。

下面将结合附图1至附图14对本发明的示例实施方式进行详细介绍。其中，图1为根据本发明示例性实施例的海上吸力桶式导管架结构1000的整体示意图。如图1所示，整体上，海上吸力桶式导管架结构1000可以包括防屈曲支撑装置100、风机安装平台4、平台连接管5、导管架6、X形钢管支撑件7以及吸力桶式基础8。其中，在一个实施例中，风机安装平台4用于安装风机并且可以与平台连接管5相耦接，例如可以将风机安装平台4焊接在平台连接管5上，或者风机安装平台4可以设置插入孔，从而与平台连接管5经由插入孔插接。在一个实施例中，平台连接管5与导管架6相互耦接并且由导管架6支撑。导管架6的数目例如可以是如图1所示的4个并且呈椎台形分布，也即，4个导管架6分别为椎台的斜边。导管架6可以为适用于海上吸力桶式导管架结构的任何导管架，本发明对此不作限制。

在一些实施例中，继续参考图1，导管架6可以与吸力桶式基础8相耦接，并且由吸力桶式基础8支撑。下文将结合附图13对吸力桶式基础8的示例性结构进行详细介绍。在一些实施例中，参照图1，导管架6可以与X形钢管支撑件7耦接。例如，可以将X形钢管支撑件7焊接到导管架6上。X形钢管支撑件7可以是任意材质的钢管支撑件，并且其角度可以根据导管架6的间距和布置进行调整。这样一来，可以使得导管架6整体架构稳固。在一个实施例中，参照图1，X形钢管支撑件7可以设置在导管架6的下部靠近吸力桶式基础8的位置。对于导管架6和X形钢管支撑件7的示例性连接方式，下文将结合附图14进行更详细地介绍。

在一些实施例中，参照图1，防屈曲支撑装置100可以包括球形节点1、连接套管2以及防屈曲支撑体3。在一个实施例中，球形节点1例如可以是带轴承可转动的球形节点，并且防屈曲支撑体3可以是双阶或更多阶的可拆卸式防屈曲支撑体。其中，连接套管2的一端与球形节点1耦接，例如连接套管2可以焊接至球形节点1，并且焊接的角度可以根据吸力桶式导管架6结构的实际尺寸而改变。在一个实施例中，如图1所示，球形节点1的数目可以为1个，并且防屈曲支撑体3的数目可以为4个，4个防屈曲支撑体3在两个方向上呈X形，并且每个防屈曲支撑体3的一端耦接至连接套管2，另一端耦接（例如焊接）至导管架6。

这样一来，防屈曲支撑装置100实现了与海上吸力桶式导管架结构1000的导管架6的耦接，并且能够利用其特定的结构实现高效耗能，提升整体结构的抗冲击和抗震性能。下文将结合图2至图12对防屈曲支撑装置100的示例性结构进行详细介绍，并且结合图15对防屈曲支撑体3连接至导管架6的示例性实施例进行介绍。

图2为根据本发明示例性实施例的用于海上吸力桶式导管架结构的双阶四肢防屈曲支撑装置100的整体示意图。在一些实施例中，如图2所示，防屈曲支撑装置100包括带轴承可转动球形节点1、与球形节点1耦接的连接套管2、以及与连接套管2耦接的防屈曲支撑体3。在图2所示的实施例中，连接套管2和防屈曲支撑体3的数目均为4个，但在其他实施例中，连接套管2和防屈曲支撑体3还可以为其他数目，例如6个、8个或9个等，只要能够与导管架6耦接并且实现相应的耗能功效即可，本发明对此不作限制。在图2所示的实施例中，带轴承可转动球形节点1、连接套管2和双阶或更多阶可拆卸式防屈曲支撑体3共同组成的四肢防屈曲支撑构件，能够用于吸力桶式导管架结构的4个不同平面内，达到支撑与抗震的效果。

在这样的实施例中，能够将四肢防屈曲支撑构件应用在包括4个导管架6的海上吸力桶式导管架结构1000上，实现了最常见的海上吸力桶式导管架结构1000的应用。

在一些实施例中，防屈曲支撑体3经由连接套管2以预设角度耦接至球形节点1，该预设角度能够根据海上吸力桶式导管架结构1000的具体构造、具体地可以根据海上吸力桶式导管架结构1000的导管架6的实际布置而调整。这样一来，防屈曲支撑装置100能够具有更多的适用场景。

图3为根据本发明示例性实施例的带轴承可转动球形节点1的示意图。在一些实施例中，如图3所示，带轴承可转动球形节点1可以包括轴承内套101、球形节点外壳102和轴承固定外套103。其中，轴承内套101可以至少部分地由外壳102包围并且能够相对于外壳102转动，轴承固定外套103可以至少部分地设置在外壳102内并且耦接至轴承内套101。图4至图6则示出了轴承内套101、球形节点外壳102和轴承固定外套103的具体示例性结构。

以此方式，能够以便于安装的部件实现球形节点1，并且轴承内套101、球形节点外壳102和轴承固定外套103外壳的球形节点便于制备，能够有效降低材料成本。

图4示出了根据本发明示例性实施例的轴承内套101的示意图。在一些实施例中，如图4所示，轴承内套101可以包括轴承外圈1011、轴承内圈1012、滚珠1013和滚珠支架1014，轴承固定外套103可以被固定于球形节点外壳102内，多个所述滚珠1013可以设置在轴承外圈1011和轴承内圈1012之间，多个所述滚珠1013的相邻滚珠可以由滚珠支架1014彼此隔开，并且轴承外圈1011和轴承内圈1012能够在径向平面内发生相对转动。轴承外圈1011和轴承内圈1012设置滚珠1013可以有效降低部件之间的摩擦力，减少部件摩擦损耗，提升结构使用寿命。而且，滚珠支架1014可以有效将各个滚珠1013隔离开来，防止滚珠1013之间的互相干涉，避免因滚珠1013的位置移动造成的轴承外圈1011转动失效。

这样一来，当地震或冲击来临时，由防屈曲支撑体3传来的力能够引起轴承内套101与球形节点外壳102能够在其径向平面内相对转动，由此达到耗能的目的。

图5示出了根据本发明示例性实施例的球形节点外壳102的示意图，并且图6示出了根据本发明示例性实施例的轴承固定外套103示意图。在一个实施例中，参照图5和图6，球形节点外壳102可以包括上固定外壳1021、下固定外壳1022和连接螺栓1023，并且轴承固定外套103可以包括圆形套筒1031、内套固定环1032、外部固定螺栓1033和内套固定螺栓1034。圆形套筒1031可以在远离螺栓孔的一侧耦接于轴承内圈1012上，并且内套固定环1032可以与上固定外壳1021和下固定外壳1022耦接。外部固定螺栓1033可以将内套固定环1032的上下各一半连接，并且内套固定螺栓1034可以耦接圆形套筒1031和内套固定环1032，并且圆形套筒1031和内套固定环1032在螺栓连接处可以为平面，以提升螺栓连接的结构强度。

通过这样的布置，外壳102和轴承固定外套103可以实现组装和固定，并且该组装结构强度稳定，便于力的传导。

图7为根据本发明示例性实施例的连接套管2的示意图。在一些实施例中，如图7所示，连接套管2可以包括小径钢管201、钢管连接段202和大径钢管203。小径钢管201可以经由钢管连接段202与大径钢管203耦接。在一个实施例中，连接套管2可以采用小径钢管201、钢管连接段202、大径钢管203、另一钢管连接段202与另一小径钢管201这样的结构布置。这样一来，连接套管2属于多段式结构，可以利用结构构造承担一部分冲击或者震动能量，提升防屈曲支撑装置100的整体能量耗散能力。

需要说明，图7所示的小径钢管201、钢管连接段202、大径钢管203、另一钢管连接段202与另一小径钢管201间隔布置的结构仅仅是示例性的，还可以采用其他阶段式结构来构造连接套管2，只要能够起到结合球形节点1和防屈曲支撑体3耗能即可。

图8为根据本发明示例性实施例的钢管连接段202示意图，图9为根据本发明示例性实施例的大径钢管203示意图。在一些实施例中，参考图8和图9，钢管连接段202可以包括小径套管2021和大径套管2022，小径套管2021和大径套管2022之间可以通过螺栓连接，螺栓连接处可以为平面，以增加螺栓的紧固力，小径套管2021与小径钢管201通过可以例如通过焊接而连接。大径钢管203可以包括钢管外套2031和圆环限位器2032，圆环限位器2032的外径可以等于钢管外套2031的内径，并且位于其内部贴近接口处；圆环限位器2032可以与钢管外套2031焊接，用于限制小径钢管201由于轴向力带来的位移。

以此方式，不仅可以有效地限制小径钢管201轴向力带来的位移，还能够在海上吸力桶式导管架结构1000受到冲击时，将防屈曲支撑体3传递过来的力进行消耗之后，进而传递给球形节点1，使得整个防屈曲支撑装置100能够实现三段式能量耗散，显著增强结构的抗冲击和抗震性能。

图10为根据本发明示例性实施例的双阶或更多阶可拆卸式防屈曲支撑体3的示意图。在一些实施例中，参照图10，防屈曲支撑体3包括多个彼此顺序耦接的防屈曲支撑体单元30。防屈曲支撑体单元30可以拆卸和组装，由此防屈曲支撑体3则可以根据防屈曲支撑体单元30的数目和长度来根据工程需要进行配置，以满足多种施工场合下的需求。在一些实施例中，防屈曲支撑体单元30可以包括防屈曲支撑体常规单元301和防屈曲支撑体节点连接单元302两类。

在一个实施例中，参照图10，防屈曲支撑体节点连接单元302通常数目为2个并且分别位于防屈曲支撑体单元30的两端，防屈曲支撑体常规单元301则位于2个防屈曲支撑体节点连接单元302之间，从而组成防屈曲支撑体3的整体结构。

在一些实施例中，防屈曲支撑体3或防屈曲支撑体单元30中的每个单元或者其中部分单元被截面削弱，以在受到超过预定阈值的外力时发生屈服，从而实现能量耗散。截面削弱通常是指由于各种意外产生变形、扭曲、伤残、凹陷等致使构件截面削弱，根据本发明的实施例则采用主动截面削弱从而主动屈曲耗能的方式来保护结构的整体性。在一个优选实施例中，可以采用界面削减的方式实现截面削弱，例如将截面设置为移除部分结构实体的特定形状，如将截面设置成削弱截面的H形或U形等。

在一些实施例中，截面削弱可以采用任意合适的方式进行，例如使得构件截面扭曲、主动伤残截面、使截面凹陷或移除部分截面、将型钢构件的腹板开洞或开槽等。这样一来，在防屈曲支撑体3被截面削弱后，其至少能够实现截面削弱段以及整体结构本身的两阶屈服，并且能够将两阶屈服后的外力传递给连接套管2和球形节点1，实现进一步的耗能。这种耗能方式效率高，耗能快，能够显著提升结构整体抗震级别。

图11为根据本发明示例性实施例的防屈曲支撑体常规单元301拆分细部示意图。在一些实施例中，参照图11，防屈曲支撑体常规单元301包括外围约束构件3011和核心屈服构件3012。外围约束构件3011可以包围核心屈服构件3012，在提升整体结构的美观性的同时，还能够约束核心屈服构件3012的横向位移，防止其发生屈曲失稳。

在一个实施例中，参照图11，核心屈服构件3012可以包括第一屈服强度子构件3014和第二屈服强度子构件3013。其中，第一屈服强度子构件3014的屈服强度小于第二屈服强度子构件3013的屈服强度。具体来说，第一屈服强度子构件3014可以被截面削弱，例如可以将第一屈服强度子构件3014设置为H型钢，H型钢的腹板可以部分开洞处理以进一步削弱截面。在一个实施例中，H型钢可以是沿长度方向贯通的，中间不设置间隔，并且每个H型钢之间可以用钢板和螺栓连接在一起，从而延伸H型钢的长度。相对应地，第二屈服强度子构件3013可以设置为方形钢管。两种不同屈服强度的屈服单元的设置能够使得遇到地震或其他冲击时，屈服强度较低的第一屈服强度子构件3014能够首先屈服，随后屈服强度较高的第二屈服强度子构件3013可以再次屈服，实现双阶屈服，大大提升了结构整体屈服能力，实现较大的能量耗散。

在一个实施例中，如图11所示，核心屈服构件3012还可以包括弹簧阻尼器3015。弹簧阻尼器3015例如可以设置在第一屈服强度子构件3014和第二屈服强度子构件3013任意一者的内部。在一个优选实施例中，弹簧阻尼器3015可以设置在第二屈服强度子构件3013（如方形钢管）内，其位置可以根据实际工程需要进行设置，例如可以设置在第二屈服强度子构件3013的两端，从而使得弹簧阻尼器3015可以先于第二屈服强度子构件3013在第二屈服强度子构件3013的长度方向上耗能。在一个实施例中，第二屈服强度子构件3013可以设置横向加强肋和竖向加强肋，弹簧阻尼器3015可以与横向加强肋和竖向加强肋中的一者或多者相耦接，以实现弹簧阻尼器3015在第二屈服强度子构件3013中的固定以及两者之间相互受力，从而更好地耗散能量。在一个实施例中，当第二屈服强度子构件3013的数目为多个时，每个第二屈服强度子构件3013都可以设置一个或多个弹簧阻尼器3015，以实现更高效率的能耗消散。

需要说明，弹簧阻尼器3015设置在第二屈服强度子构件3013（如方形钢管）的两端仅仅是示例性的，其位置还可以根据海上吸力桶式导管架结构1000的具体结构时进行设置和调整，例如弹簧阻尼器3015可以更多地设置在靠近导管架6的一侧，以便更快速地消散外部冲击力。

这样一来，在遭遇海水冲击荷载以及发生小震时，在核心屈服构件3012内设置截面缺陷的H型钢发生屈服、伴随着轴承内套101与球型节点外壳102在其径向平面内的相对转动，两者同时耗散能量；发生大震时，设置截面缺陷的H型钢先发生屈服，而后高屈服强度的方形钢管在弹簧阻尼器3015连接段发生屈服，高屈服强度的方形钢管自身再屈服，同时也伴随着轴承内套101与球型节点外壳102在其径向平面内的相对转动，两者一起耗能，以使吸力桶式导管架结构不发生失稳破坏，从而实现多阶耗散能量。地震后各构件均可拆卸、重新装配，方便简单。

在其他实施例中，取决于第一屈服强度子构件3014的具体结构，还可以在第一屈服强度子构件3014内设置一个或多个弹簧阻尼器3015，并且弹簧阻尼器3015的位置、数目以及阻尼器参数等可以根据实际工程需要进行设计。基于这样的结构，可以实现更多阶和更高效的能量耗散，从而将能量耗散效率和能力最大化。

图12为根据本发明示例性实施例的防屈曲支撑体接点连接单元302拆分细部示意图。在一些实施例中，如图12所示，防屈曲支撑体节点连接单元302包括与防屈曲支撑体常规单元301相同的外围约束构件3011和核心屈服构件3012，以保持结构的整体一致性。另外，防屈曲支撑体节点连接单元302还可以包括节点钢管连接件3021、一对法兰盘3022、螺栓群3023、竖向加劲肋3024、横向加劲肋3025，节点钢管连接件3021可以耦接（例如焊接）至法兰盘3022上，竖向加劲肋3024和横向加劲肋3025一端耦接（例如焊接）于另一法兰盘3022上、另一端耦接（例如焊接）至核心屈服构件3012，一对法兰盘3022通过螺栓群3023进行耦接（例如焊接）。

这样一来，通过一对法兰盘3022、竖向加劲肋3024、横向加劲肋3025的设置，能够保证结构强度的同时，便于外部冲击力快速及时地传递给防屈曲支撑体3的防屈曲支撑体单元30，从而进行能量耗散。

图13为根据本发明示例性实施例的吸力桶式基础8的示意图。在一些实施例中，参考图8，吸力桶式基础8包括吸力桶801、圆盘加劲肋802、圆盘803、钢管支撑加劲肋804、钢管支撑805。圆盘加劲肋802和圆盘803设置在吸力桶801上，圆盘803上还设置有钢管支撑805，钢管支撑805用钢管支撑加劲肋804进行支撑和加固，保证基础的稳定性。在一个实施例中，圆盘803可以焊接于吸力桶801上，圆盘加劲肋802的一边可以焊接于吸力桶801上、另一边可以焊接于圆盘803上，钢管支撑805可以焊接于圆盘803上，钢管支撑加劲肋804一边可以焊接于钢管支撑805上、一边可以焊接于圆盘803上。在一个实施例中，钢管支撑805可以与钢管架6焊接。

在这样的实施例中，吸力桶式基础8能够提供稳定的支撑，确保整个海上吸力桶式导管架结构1000稳固。相比于传统的单桩式基础，该吸力桶导管架基础能够适用于海底土层厚的海域，具有海上安装方便，安装无噪音，安装周期短，可重复利用，方便拆除等优点。吸力桶式基础8对于水深与土壤类型有更好的适用性，大大增加了可利用风能的区域性体量，采用更高效的负压沉贯安装，不需打桩，既缩短了安装施工周期、节约嵌岩打桩费用，又减少了对海洋环境的污染、降低了海上施工风险。

图14为根据本发明示例性实施例的导管架6与X形支撑件7的连接示意图。在一些实施例中，导管架6与X形钢管支撑件7通过焊接而连接，同时也可以采用其他合适的结构来实现该连接，本发明对此不作限制。X形钢管支撑件7与导管架6的连接方式具体可以取决于导管架6的设计参数，本发明对此不作限制。

图15为根据本发明示例性实施例的导管架6与可拆卸式防屈曲支撑体3的连接示意图。在一个实施例中，参照图15，防屈曲支撑体3可以通过节点钢管连接件3021与导管架6焊接或其他合适的方式实现耦接。

在一些实施例中，节点钢管连接件3021与导管架6的连接角度和方式可以取决于导管架6的设计参数，本发明对此不作限制。

需要说明，导管架6与X形支撑件7的连接方式以及导管架6与可拆卸式防屈曲支撑体3的连接方式都是示例性的，不构成对本发明的限制。

综上所述，本发明的各个实施例通过将防屈曲支撑进行截面削弱，并且与相对转动轴承相耦接配合耗能。遭遇小冲击（如海水冲击）和小震时，设置截面缺陷的防屈曲支撑发生屈服并且轴承内套与球形节点外壳在径向平面内相对转动同时耗能；而遭遇大震或强力冲击时，设置截面缺陷的防屈曲支撑先发生两次或更多次屈服，同时伴随着轴承内套和外壳相对转动，两者配合耗能，避免结构（如吸力桶式导管架结构）失稳破坏；通过这种配合的方式，能够应对不同等级的冲击和地震，实现能量的高效耗散；双屈服强度材料的设置可以实现防屈曲支撑的多阶段屈服，首先较弱屈曲强度的构件发生屈服，其次高屈服强度的构件再次发生屈服，而且连接套管的多阶段性结构能够有效传递能量给球形节点，并且结构本身同样能够耗散部分能量，进一步提升结构的抗冲击和抗震性能；各构件均可在工厂预制后到现场施工，可配置化程度高，操作简便，而且各部件和构件可安装性和可拆卸性较好，破坏后的构件可以拆除损坏的构件，替代以新的完好构件；双阶或更多阶防屈曲支撑抗冲击和抗震效果好。两种不同屈服强度的钢构件共同作为防屈曲支撑的核心单元（核心屈服构件），可以抗击不同强度的地震，更好地保护主要结构；将防屈曲支撑用于海上吸力桶式导管架结构具有形式上的新颖性，为海上建筑的抗冲击和抗震研究提供了新方案。耗能构件能够根据实际需要改变装配的角度，并且用于海上吸力桶式导管架结构的防屈曲支撑可以预先根据具体结构尺寸设计焊接角度。

虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本发明的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种用于海上吸力桶式导管架的防屈曲支撑装置（100），其特征在于，所述防屈曲支撑装置（100）包括：

球形节点（1），包括轴承内套（101）、外壳（102）以及轴承固定外套（103），所述轴承内套（101）至少部分地由所述外壳（102）包围并且能够相对于所述外壳（102）转动，所述轴承固定外套（103）至少部分地设置在所述外壳（102）内并且耦接至所述轴承内套（101）；

多个连接套管（2），多个所述连接套管（2）中的每个连接套管的一端耦接至所述球形节点（1）；以及

多个防屈曲支撑体（3），多个所述防屈曲支撑体（3）中的每个支撑体的一端耦接至多个所述连接套管（2）中的相应套管的另一端并且包括多个防屈曲支撑体单元（30），多个所述防屈曲支撑体单元（30）中的每个单元顺序耦接并且包括外围约束构件（3011）和核心屈服构件（3012），所述核心屈服构件（3012）由所述外围约束构件（3011）包围并且被截面削弱，以在受到外力作用时发生屈服；并且

所述核心屈服构件（3012）包括第一屈服强度子构件（3014）和第二屈服强度子构件（3013），其中所述第一屈服强度子构件（3014）的屈服强度小于所述第二屈服强度子构件（3013）的屈服强度。

2.根据权利要求1所述的防屈曲支撑装置（100），其特征在于，第一屈服强度子构件（3014）包括削弱截面的H型钢，并且所述第二屈服强度子构件（3013）包括方形钢。

3.根据权利要求1所述的防屈曲支撑装置（100），其特征在于，所述轴承内套（101）包括轴承外圈（1011）、轴承内圈（1012）、多个滚珠（1013）以及滚珠支架（1014），多个所述滚珠（1013）设置在所述轴承外圈（1011）和所述轴承内圈（1012）之间，并且多个所述滚珠（1013）的相邻滚珠由所述滚珠支架（1014）隔开，其中所述轴承外圈（1011）和所述轴承内圈（1012）能够在径向平面内相对转动。

4.根据权利要求3所述的防屈曲支撑装置（100），其特征在于，所述外壳（102）包括上固定外壳（1021）、下固定外壳（1022）以及连接螺栓（1023），所述连接螺栓（1023）连接所述上固定外壳（1021）和所述下固定外壳（1022）；和/或

所述轴承固定外套（103）包括圆形套筒（1031）、内套固定环（1032）、外部固定螺栓（1033）和内套固定螺栓（1034），所述圆形套筒（1031）与所述轴承内圈（1012）在远离螺栓孔一侧耦接，所述内套固定环（1032）与所述上固定外壳（1021）和所述下固定外壳（1022）耦接，并且所述外部固定螺栓（1033）用于固定所述内套固定环（1032），所述内套固定螺栓（1034）用于固定所述圆形套筒（1031）和所述内套固定环（1032）。

5.根据权利要求1所述的防屈曲支撑装置（100），其特征在于，所述连接套管（2）包括顺序耦接的小径钢管（201）、钢管连接段（202）和大径钢管（203），其中所述钢管连接段（202）包括小径套管（2021）和大径套管（2022），其中所述小径套管（2021）和所述大径套管（2022）经由螺栓连接，并且其中所述小径套管（2021）和所述小径钢管（201）耦接。

6.根据权利要求5所述的防屈曲支撑装置（100），其特征在于，所述大径钢管（203）包括钢管外套（2031）和圆环限位器（2032），所述圆环限位器（2032）的外径等于所述钢管外套（2031）的内径并且位于所述钢管外套（2031）内部邻近接口处，其中所述圆环限位器（2032）与所述钢管外套（2031）焊接，用于限制所述小径钢管（201）由于轴向力所产生的位移。

7.根据权利要求1所述的防屈曲支撑装置（100），其特征在于，多个所述防屈曲支撑体单元（30）中位于端部的两个单元还包括节点钢管连接件（3021）、一对法兰盘（3022）、螺栓群（3023）、竖向加劲肋（3024）、横向加劲肋（3025），所述节点钢管连接件（3021）耦接至所述法兰盘（3022）上，所述竖向加劲肋（3024）和所述横向加劲肋（3025）一端耦接于另一法兰盘（3022）上、另一端耦接至所述核心屈服构件（3012），一对所述法兰盘（3022）通过所述螺栓群（3023）耦接。

8.一种海上吸力桶式导管架结构（1000），其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的防屈曲支撑装置（100）。

9.根据权利要求8所述的海上吸力桶式导管架结构（1000），其特征在于，所述海上吸力桶式导管架结构（1000）还包括导管架（6）和吸力桶式基础（8），所述导管架（6）设置在所述吸力桶式基础（8）上；以及

所述防屈曲支撑装置（100）包括1个球形节点（1）和4个防屈曲支撑体（3），4个所述防屈曲支撑体（3）中的每个支撑体一端以预设角度经由连接套管（2）耦接至所述球形节点（1），另一端耦接至所述导管架（6），并且所述预设角度能够根据所述海上吸力桶式导管架结构（1000）的构造而调整。

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