專利名稱：海洋平臺防護與減振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋平臺防護與減振裝置，屬于海洋結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國渤海及北方海域冬季常受寒潮侵襲，每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，海冰災(zāi)害頻率。我國渤海己探明和開發(fā)出多個油田并建立了多座石油平臺，石油開發(fā)過程中面臨海冰災(zāi)害。在結(jié)冰海域，海冰對海洋結(jié)構(gòu)的作用遠大于波浪和風(fēng)的影響。海冰在潮流與風(fēng)的作用下發(fā)生漂移，會與海洋平臺結(jié)構(gòu)發(fā)生相互碰撞。在冰區(qū)結(jié)構(gòu)的施工和服役期間，海洋平臺樁腿間的大量堵塞冰，因潮流與風(fēng)力作用，與樁柱之間會發(fā)生擠壓切割破碎，對海洋結(jié)構(gòu)物的安全造成威脅。歷史上曾發(fā)生過數(shù)起海洋結(jié)構(gòu)被海冰破壞的事故:1963年庫克灣兩個簡易平臺被冰推倒；1969年“海二井”鉆井平臺在巨大的海冰推力下倒塌；1977年，“海四井”的烽火臺也被海冰推倒；1990年I月，JZ20—2海域“渤八”和“渤十”兩條鉆井船受海冰影響而損壞。2000年I月，JZ20 — 2中南平臺在海冰作用下發(fā)生劇烈的穩(wěn)態(tài)振動，造成8號井排空管線疲勞斷裂，天然氣泄漏，平臺關(guān)斷停產(chǎn)。由于海洋平臺體積龐大，造價昂貴，一旦發(fā)生事故，經(jīng)濟損失巨大且修復(fù)困難，甚至危害到工作人員的生命安全。強烈的冰激振動是危害海洋平臺安全的重要因素，因此對于現(xiàn)役的一些海洋結(jié)構(gòu)，需要進行相應(yīng)的改造來降低海冰對結(jié)構(gòu)的影響。對于現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的桁架結(jié)構(gòu)剛性海洋平臺，為減少惡劣載荷下平臺的振動，傳統(tǒng)的方式是在設(shè)計時增加平臺的剛度，用“硬碰硬”的方法抵抗載荷引起的振動。即通過進一步增加立柱間聯(lián)結(jié)斜撐直徑的方法增加平臺的剛度來避免共振，減小平臺的響應(yīng)。但隨著平臺向深水發(fā)展，該振動控制方式表現(xiàn)出很大的局限性，會使結(jié)構(gòu)體積進一步增大，制造、安裝和運輸?shù)荣M用急劇增加。因此，傳統(tǒng)的“硬碰硬”抗振方法面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在臨冰排結(jié)構(gòu)上安裝破冰錐體，這雖然在很大程度上避免了直立結(jié)構(gòu)上發(fā)生的穩(wěn)態(tài)振動問題，但這并不意味著安裝破冰錐體就可以有效地避免冰激振動。渤海多年的現(xiàn)場錐體結(jié)構(gòu)冰激振動監(jiān)測表明，安裝破冰錐體后，結(jié)構(gòu)在特定的冰況下同樣會發(fā)生強烈的冰激振動。作用在錐體結(jié)構(gòu)上的冰激勵具有一定的周期性，當這個周期與平臺的固有周期接近時，便會引起了平臺的共振。結(jié)構(gòu)在海冰作用下發(fā)生振動，會引起結(jié)構(gòu)疲勞破壞或上部設(shè)施損壞。因此如何有效地減少冰、波浪激勵對結(jié)構(gòu)的擠壓、摩擦、振動影響，降低平臺的振動響應(yīng)，從根本上解決海洋平臺的冰激振動問題變得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服背景技術(shù)的不足，提供一種海洋平臺防護與減振裝置。該裝置既能不降低破冰效果，較少地降低錐體水平剛度，同時又具有較好恢復(fù)力和耗能減振性能，從而有效地減少冰、波浪激勵對結(jié)構(gòu)的振動影響。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種海洋平臺防護與減振裝置，設(shè)置于海洋平臺樁腿波浪變動區(qū)，包括“剪刀型”位移放大裝置，疊層橡膠支座，上部支承平臺，中部支承平臺，下部支承平臺，限位裝置，破冰錐面體，槽型連接板和螺栓；所述上部支承平臺，中部支承平臺，下部支承平臺固定于樁腿上，所述“剪刀型”位移放大裝置由兩支曲桿構(gòu)成，曲桿之間通過鉸連接；其中一支曲桿的一端焊接于上部承平臺上，另一端焊接于限位裝置上，另一支曲桿的一端鉸接于破冰錐面體上，另一端固定于槽型連接板中，槽型連接板采用螺栓固定于疊層橡膠支座上，疊層橡膠支座固定于中部支承平臺上；限位裝置固定于中部支承平臺上。本裝置以中部支承平臺呈軸對稱，并以樁腿呈軸對稱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)點:
本裝置既能較少地降低錐體水平剛度，同時又具有較好恢復(fù)力和耗能減振性能，能夠有效地減少冰、波浪激勵對結(jié)構(gòu)的擠壓、摩擦、振動影響，降低平臺的響應(yīng)，從根本上解決海洋平臺的冰激振動問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，能避免共振，具有較好的耗能減振性能。


圖1是本發(fā)明海洋平臺防護與減振裝置的外觀示意圖。圖2是本發(fā)明海洋平臺防護與減振裝置的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。圖3是本發(fā)明錐體內(nèi)部的疊層橡膠支座布置位置示意圖。圖4是本發(fā)明構(gòu)件連接示意圖。圖5是本發(fā)明錐體內(nèi)部的曲桿與疊層橡膠阻尼器連接示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
參見圖1 5，一種海洋平臺防護與減振裝置，設(shè)置于海洋平臺樁腿I波浪變動區(qū)，其特征在于，包括“剪刀型”位移放大裝置2，疊層橡膠支座3，上部支承平臺4，中部支承平臺5，下部支承平臺6，限位裝置7，破冰錐面體8，槽型連接板9和螺栓10 ;所述上部支承平臺4，中部支承平臺5，下部支承平臺6固定于樁腿I上，所述“剪刀型”位移放大裝置2由兩支曲桿構(gòu)成，曲桿之間通過鉸連接；其中一支曲桿的一端焊接于上部承平臺4上,另一端焊接于限位裝置7上，另一支曲桿的一端鉸接于破冰錐面體8上，另一端固定于槽型連接板9中，槽型連接板9采用螺栓10固定于疊層橡膠支座3上，疊層橡膠支座3固定于中部支承平臺5上；限位裝置7固定于中部支承平臺5上。本裝置以中部支承平臺5呈軸對稱，并以樁腿I呈軸對稱。當海冰接觸破冰錐面體8時，“剪刀型”位移放大裝置2將海冰輸入錐面體結(jié)構(gòu)的能量傳遞給中部支承平臺5上的16個疊層橡膠支座3。疊層橡膠支座3通過自身產(chǎn)生的變形，將沖擊能量吸收耗散。破冰錐面體8的位移經(jīng)過“剪刀型”位移放大裝置2將位移放大三倍。由此，疊層橡膠支座3的水平行程被放大三倍，提高了其耗能能力。海冰在作用到錐體樁腿上之前破碎，此時疊層橡膠支座3提供回復(fù)力，使破冰錐面體8回擺至平衡位置。具體過程如下:
1.圖1 5，海冰開始與破冰錐體迎冰面發(fā)生接觸后，海冰不斷被向上挑起，海冰形成受彎板。破冰錐面體8受到海冰擠壓產(chǎn)生變形，將冰激勵逐漸傳遞給“剪刀型”位移放大裝置2?！凹舻缎汀蔽灰品糯笱b置2將海冰輸入錐面體結(jié)構(gòu)的能量傳遞給中部支承平臺5上的16個疊層橡膠支座3。疊層橡膠支座3具有良好的滯回特性，通過自身的反復(fù)變形將海冰激勵能量轉(zhuǎn)化為熱量耗散。2.隨著海冰前緣被破冰錐面體8傾斜的迎冰面逐漸挑起，錐體在冰力的作用下發(fā)生偏移，冰力在海冰破壞之前逐漸增大，破冰錐面體8和疊層橡膠支座3的位移隨之逐漸增大。海冰因達到抗彎剛度極限而脆性折斷，冰排破壞時破冰錐面體8和疊層橡膠支座3的位移達到最大值。3.海冰彎曲破壞后，冰激勵突然卸載。在疊層橡膠支座3的彈性回復(fù)力作用下，破冰錐面體8和疊層橡膠支座3開始同時作回擺運動。當結(jié)構(gòu)回擺至平衡位置時，冰力的第一次卸載過程基本完成。4.在達到平衡位置后，破冰錐面體8在系統(tǒng)彈性回復(fù)力的作用下繼續(xù)回擺。在結(jié)構(gòu)的回擺作用下，斷裂海冰中部發(fā)生二次斷裂，結(jié)構(gòu)的回擺達到最大值位移值。5.海冰前緣完全斷裂，破冰錐面體8上的冰力完全卸載，同時錐體回到靜力平衡位置。隨后，冰力開始第二次卸載，破冰錐面體8回到平衡位置。6、限位裝置7在極端冰災(zāi)下，防止破冰錐面體8撞擊到海洋平臺樁腿I上。
權(quán)利要求
1.一種海洋平臺防護與減振裝置，設(shè)置于海洋平臺樁腿(I)波浪變動區(qū)，其特征在于，包括“剪刀型”位移放大裝置(2)，疊層橡膠支座(3)，上部支承平臺(4)，中部支承平臺(5)，下部支承平臺(6)，限位裝置(7)，破冰錐面體(8)，槽型連接板(9)和螺栓(10);所述上部支承平臺(4)，中部支承平臺(5)，下部支承平臺(6)固定于樁腿(I)上，所述“剪刀型”位移放大裝置(2)由兩支曲桿構(gòu)成，曲桿之間通過鉸連接；其中一支曲桿的一端焊接于上部承平臺(4 )上，另一端焊接于限位裝置(7 )上，另一支曲桿的一端鉸接于破冰錐面體(8 )上，另一端固定于槽型連接板(9)中，槽型連接板(9)采用螺栓(10)固定于疊層橡膠支座(3)上，疊層橡膠支座(3)固定于中部支承平臺(5)上；限位裝置(7)固定于中部支承平臺(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋平臺防護與減振裝置，其特征在于，本裝置以中部支承平臺(5)呈軸對稱，并以樁腿(I)呈軸對稱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋平臺防護與減振裝置，屬于海洋結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。包括“剪刀型”位移放大裝置，疊層橡膠支座，上部支承平臺，中部支承平臺，下部支承平臺，限位裝置，破冰錐面體，槽型連接板和螺栓；本裝置以中部支承平臺呈軸對稱，并以樁腿呈軸對稱。該裝置既能較少地降低錐體水平剛度，同時又具有較好恢復(fù)力和耗能減振性能，能夠有效地減少冰、波浪激勵對結(jié)構(gòu)的擠壓、摩擦、振動影響，降低平臺的響應(yīng)，從根本上解決海洋平臺的冰激振動問題。
文檔編號E02D31/00GK103147428SQ20131007380
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者范道安, 劉文光, 何文福, 劉陽, 秦川, 呂春財 申請人:上海大學(xué)