桁架樁腿結構及其非對稱主弦管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋工程及大型船舶建造技術領域，尤其涉及一種桁架樁腿結構及其非對稱主弦管。
【背景技術】
[0002]自升式平臺的船體由樁腿支撐，船體可沿位于船體圍井區(qū)內的樁腿，通過上下導向結構以及升降裝置完成升降運動，當船體升降到指定位置后，縮緊裝置鎖定，船體重量從升降裝置轉移到鎖緊裝置，并保持船體與樁腿的相對靜止狀態(tài)。例如通過升降裝置完成插樁預壓載動作后鎖緊裝置鎖定船體與樁腿相對位置，平臺將站位于海洋之中作業(yè)；作業(yè)結束后，升降裝置完成拔樁收樁腿動作將樁腿升到船體上方，船體漂浮于海面，然后鎖緊裝置鎖定樁腿與船體相對位置，將平臺拖航到其他海域。
[0003]如圖1所示，現有的自升式平臺桁架樁腿結構通常由三個主弦管和若干撐管12通過焊接連接而成。其中，主弦管包括一個帶有對稱齒的齒條板111和對稱布置的內半圓板112和外半圓板113，主弦管之間通過撐管12連接，且撐管12焊接在內半圓板112上。
[0004]現有的主弦管通常采用屈服強度為690Mpa的高強調制鋼制成，這種鋼材的價格約為7000-9000元/噸。撐管通常采用屈服強度為520Mpa的高強鋼，這種鋼材價格約5000-6000元/噸。由于樁腿尺寸主要由平臺尺寸、風浪流環(huán)境載荷和水深等因素決定，因此主流船型桁架樁腿結構長度一般在125-250米之間，單根桁架樁腿結構重量約700-2500噸，材料成本昂貴。為有效控制成本，桁架樁腿結構在滿足強度的前提下，需盡量節(jié)省鋼材。
[0005]為了降低成本，本領域內現已形成配套的圍井區(qū)設計以及升降裝置和鎖緊裝置產品，其中主流船型配套升降鎖緊裝置售價約7000-10000萬元，圍井區(qū)以及升降裝置和鎖緊裝置的設計成本昂貴。
[0006]隨著自升式平臺規(guī)格和作業(yè)水深的不斷增大，對樁腿強度提出更高要求，按照目前的桁架樁腿結構形式，通過增大主弦管整體尺寸、增加板厚來提高樁腿強度，鋼材用量增加明顯，與之配套的圍井區(qū)以及升降裝置和鎖緊裝置要重新設計。
[0007]此外，如圖2所示，按照現有的主弦管的結構形式，齒條板111寬度確定后，內、夕卜半圓板112、113的最大直徑即已確定。當焊接在主弦管的內半圓板112上的兩根撐管12交于同一節(jié)點時，由于焊接面積受限而出現搭接情況。當多根撐管12交于同一節(jié)點時，撐管12的搭接情況更加復雜。作為復雜管節(jié)點，節(jié)點疲勞問題明顯，撐管12焊接相貫面加工困難、精度不易控制，打磨耗時長，焊接操作空間小、難度高，焊接質量難于控制。
[0008]為避免上述搭接問題，且能配合現有主流配套升降鎖緊裝置使用。在不改變現有主流樁腿主弦管結構形式的前提下，本領域技術人員提出將撐管交錯焊接到主弦管上，避免多根撐管交于主弦管的同一點。這種結構的主弦管要承受額外的彎矩，對樁腿強度不利，需要進行相應的結構補強，增加額外工作量，且材料成本增加。另有本領域技術人員提出增加一根主弦管，將樁腿設計為四根主弦管及撐管組成的方形結構，這種結構增大了各撐管間的夾角，一定程度上避免了搭接問題。但是這種結構的成本增加明顯，四根主弦管組成的方形樁腿穩(wěn)定性需要進一步補強，并且與其配套的圍井區(qū)以及升降裝置和鎖緊裝置的設計，完全不同于現有主流配備三個主弦管樁腿的自升平臺的設計。
[0009]因此，在不改變現有三根主弦管的桁架樁腿結構的前提下，設計出一種保證結構強度、成本較低、制造簡便且有效減緩撐管搭接問題的桁架樁腿結構及其主弦管結構，已成為本領域內亟待解決的一大技術問題。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明要解決現有技術中桁架樁腿結構的主弦管與撐管的搭接問題。
[0011]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0012]本發(fā)明提出的一種非對稱主弦管，其中，所述非對稱主弦管包括:齒條板、小弧面板以及大弧面板；所述齒條板具有相對的第一面及第二面；所述小弧面板截面呈圓弧狀，所述小弧面板的兩側邊固定于所述齒條板的第一面；所述大弧面板截面呈一半徑大于或等于所述小弧面板截面半徑的圓弧狀，且大弧面板截面的弧長大于所述小弧面板，所述大弧面板的兩側邊固定于所述齒條板的第二面。
[0013]根據本發(fā)明的一實施方式，所述小弧面板截面的弧度為O?π，所述大弧面板截面的弧度為31?2 31。
[0014]根據另一實施方式，所述小弧面板截面的弧度為η，且所述大弧面板截面的弧度為 Ji ~ 5 π /3ο
[0015]根據另一實施方式，所述小弧面板的截面由所述齒條板截得的弦長，等于所述大弧面板的截面由所述齒條板截得的弦長。
[0016]根據另一實施方式，所述大弧面板的厚度大于所述小弧面板。
[0017]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案還包括:提出一種桁架樁腿結構，其中，所述桁架樁腿結構包括:多根主弦管以及多根水平撐管；所述多根主弦管豎直設置且環(huán)繞排列，所述主弦管為所述的非對稱主弦管，所述非對稱主弦管的大弧面板相對向內；所述多根水平撐管分別連接于相鄰所述非對稱主弦管的大弧面板之間。
[0018]根據另一實施方式，所述非對稱主弦管的數目為三根，且均勻環(huán)繞排列。
[0019]根據另一實施方式，所述多根水平撐管分布呈間隔均勻的多層，且每層所述水平撐管的數量相同。
[0020]根據另一實施方式，所述非對稱主弦管的數目為三根，且均勻環(huán)繞排列，每層所述水平撐管的數目為三根，且位于同一層的所述三根水平撐管分別連接于三根所述非對稱主弦管的大弧面板之間。
[0021]根據另一實施方式，所述桁架樁腿結構還包括多根斜撐管，所述斜撐管傾斜地連接于相鄰所述非對稱主弦管的大弧面板之間。
[0022]由上述技術方案可知，本發(fā)明提出的有益效果在于:本發(fā)明提出的桁架樁腿結構及其非對稱主弦管，可在有效控制主弦管耗材的同時提高樁腿的強度。本發(fā)明不影響現有圍井區(qū)設計以及升降裝置和鎖緊裝置的配套，節(jié)約設計成本。其中，非對稱主弦管避免了桁架樁腿結構同一水平高度節(jié)點內撐管搭接焊接，可緩解節(jié)點疲勞問題，撐管焊接相貫面加工相對簡單、精度容易控制，降低廢品率，減少打磨時間，焊接操作空間增大、方便工人操作，提高焊接質量。
【附圖說明】
[0023]圖1是現有桁架樁腿結構的主弦管的截面示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明提出的桁架樁腿結構的非對稱主弦管的截面示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明提出的桁架樁腿結構的結構示意圖；
[0026]圖4是圖3的俯視圖。
[0027]其中，附圖標記說明如下:
[0028]111.齒條板；112.內半圓板；113.外半圓板；12.撐管；2.桁架樁腿結構；21.主弦管；211.齒條板；212.大弧面板；213.小弧面板；22.水平撐管；23.斜撐管。
【具體實施方式】
[0029]體現本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質上是作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0030]非對稱主弦管實施方式
[0031]如圖2所示，本發(fā)明提出的非對稱主弦管21—實施方式。在本實施方式中，該非對稱主弦管21包括:齒條板211、小弧面板213以及大弧面板212。
[0032]如圖2所示，在本實施方式中，小弧面板213的兩側邊固定于齒條板211的一面。其中，小弧面板213截面的弧度為Tad1，且Tad1 = π。S卩，小弧面板213的截面呈半圓弧狀，且該半圓弧的兩端固定于齒條板211。
[0033]如圖2所示，在本實施方式中，大弧面板212的兩側邊固定于齒條板211的另一面。其中，大弧面板212截面的弧度為rad2，且Ji <rad2<5Ji/3。并且，在本實施方式中，小弧面板213的截面由齒條板211截得的弦長，等于大弧面板212的截面由齒條板211截得的弦長。即，小弧面板213與齒條板211相交的兩邊位置對應于大弧面板212與齒條板211相交的兩邊位置。大弧面板212截面呈圓弧狀且其弧度大于小弧面板213。
[0034]具體來說，小弧面板213及大弧面板212截面弧度的范圍可進一步擴展為，O< Tad1 ^ π彡rad2<2Ji。另外，為了便于描述，如圖4所示，R1為小弧面板213截面所在圓弧的半徑，R2為大弧面板212截面所在圓弧的半徑。
[0035]當Tad1 = η且rad2 = η時，由于小弧面板213的截面由齒條板211截得的弦長，等于大弧面板212的截面由齒條板211截得的弦長，則R1 = R2。此時該非對稱主弦管21的結構與現有主弦管的結構相同，大弧面板212即為現有主弦管的內半圓板112，小弧面板213即為現有主弦管的外半圓板113。
[0036]當O < radi < Ji < rad2 < 2 π時，由于小弧面板213的截面由齒條板211截得的弦長，等于大弧面板212的截面由齒條