專利名稱：一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冰區(qū)海洋工程設(shè)施的破冰結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種安裝在海洋平臺樁腿上的海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在極區(qū)和亞極區(qū)的海洋中，冬季海水表面會結(jié)冰。海冰在潮汐、海流和風(fēng)的作用下在海面上漂移，這種漂移的海冰對海洋工程結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生影響。漂移的海冰作用在海上石油平臺結(jié)構(gòu)時，海冰會發(fā)生破碎，同時對海洋平臺產(chǎn)生荷載作用。在海冰較嚴(yán)重的區(qū)域，這種海冰荷載是海洋石油平臺的設(shè)計控制荷載，對海洋平臺結(jié)構(gòu)有著很大影響。為了降低作用在海洋平臺上的冰荷載，目前工程界采用在海洋平臺的樁腿上加裝破冰錐體的措施，工程經(jīng)驗(yàn)表明這一措施可以降低作用在海上平臺上的最大冰荷載。如圖1、圖2所示，現(xiàn)有的導(dǎo)管架海洋平臺破冰錐體I為簡單的圓錐結(jié)構(gòu)，冰板2作用在破冰錐體I上形成徑向、環(huán)向裂紋，導(dǎo)致冰板2彎曲破壞。冰本身是一種脆性材料，其破碎行為與海洋平臺結(jié)構(gòu)的接觸形式有著極其敏感的關(guān)系，若冰與豎直面接觸，會發(fā)生擠壓破碎；若冰與傾斜面接觸，其破碎形式則會由擠壓破碎轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢扑椤Ｆ票F體帶來的問題是:由于冰破碎具有一定的周期性，這種周期性的破碎行為會在破冰錐體上施加具有一定周期性的動態(tài)荷載，這種荷載的周期通常與海洋平臺的固有周期接近，容易導(dǎo)致海洋平臺振動，長期的振動會給海洋平臺造成不良影響，導(dǎo)致海洋平臺結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，而且由于將海洋平臺樁腿與冰作用位置改成了錐體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致冰與海洋平臺結(jié)構(gòu)接觸寬度增大，最大冰力也相應(yīng)的有所增大。此外，由于破冰錐體增大了海洋平臺結(jié)構(gòu)水線面的位置，導(dǎo)致波浪作用在樁腿的作用力明顯增大，不利于海上平臺結(jié)構(gòu)的安全。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種破冰和消浪效果都比較好的海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，不僅可以降低作用在海洋平臺結(jié)構(gòu)上的冰荷載，能夠降低冰板引起的海洋平臺結(jié)構(gòu)振動，而且不會增加作用在海洋平臺樁腿上的波浪載荷，進(jìn)一步保證海洋平臺的安全。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于:它包括一上錐環(huán)、一中錐環(huán)和一下錐環(huán)，所述上錐環(huán)、中錐環(huán)和下錐環(huán)從上到下依次套設(shè)在海洋平臺的樁腿上，所述上錐環(huán)和下錐環(huán)分別與所述樁腿焊接固定，所述中錐環(huán)內(nèi)部通過間隔設(shè)置的若干支撐橫梁與所述樁腿焊接固定，所述中錐環(huán)頂部通過周向間隔設(shè)置的若干上傾斜角棱體與所述上錐環(huán)底部固定連接，所述中錐環(huán)底部通過周向間隔設(shè)置的若干下傾斜角棱體與所述下錐環(huán)頂部固定連接；每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體的棱角均向外側(cè)設(shè)置，且所述上傾斜角棱體與所述下傾斜角棱體關(guān)于所述中錐環(huán)對稱。所述上錐環(huán)和下錐環(huán)的大小、形狀和結(jié)構(gòu)完全相同。每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體采用三角形截面梁和矩形截面梁中的一種。每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體與水平方向的夾角為45度 60度。所述中錐環(huán)的直徑根據(jù)所述上傾斜角棱體和下傾斜角棱體與水平方向的夾角進(jìn)行確定。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明包括上錐環(huán)、中錐環(huán)和下錐環(huán)，上錐環(huán)、中錐環(huán)和下錐環(huán)從上到下依次套設(shè)在海洋平臺的樁腿上，上錐環(huán)和下錐環(huán)分別與樁腿焊接固定，中錐環(huán)與上錐環(huán)和下錐環(huán)之間分別周向間隔設(shè)置若干傾斜角棱體，當(dāng)冰板過來時，首先與上傾斜角棱體或下傾斜角棱體的棱角接觸，冰板集中受力內(nèi)部發(fā)生裂紋，由于冰板僅僅與上傾斜角棱體或下傾斜角棱體的棱角接觸，接觸面積較小，海洋平臺結(jié)構(gòu)受力較小，有效保證了海洋平臺的安全。2、本發(fā)明由于采用上傾斜角棱體或下傾斜角棱體分別將上錐環(huán)、下錐環(huán)與中錐環(huán)連接，因此冰板與棱角接觸產(chǎn)生裂紋后，冰板將沿著上傾斜角棱體或下傾斜角棱體爬升，同時冰板沿著接觸階段形成的裂紋開始裂紋擴(kuò)展，并發(fā)生斷裂，在此過程中，由于有初始裂紋生成，冰板的裂紋容易傳播，冰板的斷裂更加容易，冰力的作用周期會減小，因此冰力的作用周期遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)固有周期，降低了海洋平臺結(jié)構(gòu)的振動，進(jìn)一步減小海洋平臺結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。3、本發(fā)明由于上傾斜角棱體或下傾斜角棱體間隔設(shè)置，則上傾斜角棱體或下傾斜角棱體與樁腿之間為中空，當(dāng)處于結(jié)冰季時，破碎后的冰會進(jìn)入中空位置，形成冰的堆積，使后續(xù)冰不與樁腿直接發(fā)生作用，間接降低海洋平臺的冰荷載。4、當(dāng)處于無冰季時，由于本發(fā)明上傾斜角棱體或下傾斜角棱體間隔設(shè)置，波浪作用在海洋平臺時，可以通過上傾斜角棱體或下傾斜角棱體對波浪形成破碎作用，破碎后的波浪再與樁腿發(fā)生作用，因此不增加對海洋平臺結(jié)構(gòu)上的波浪荷載，有利于無冰季節(jié)海洋平臺的安全。5、本發(fā)明的中錐環(huán)內(nèi)部通過間隔設(shè)置的若干支撐橫梁與樁腿焊接固定，因此使整個海洋平臺在破冰過程中具有足夠的強(qiáng)度，不容易被冰破壞。綜上所述，本發(fā)明制造、安裝難度均不大，可以廣泛應(yīng)用于海洋平臺破冰過程中，尤其適用于樁腿直徑較大，受波浪荷載影響較大的海洋平臺結(jié)構(gòu)。


圖1是現(xiàn)有的破冰錐體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視示意圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖3所示，本發(fā)明的海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)包括一上錐環(huán)3、一中錐環(huán)4和一下錐環(huán)5，上錐環(huán)3、中錐環(huán)4和下錐環(huán)5從上到下依次套設(shè)在海洋平臺的樁腿6上，上錐環(huán)3和下錐環(huán)5分別與樁腿6的柱面焊接固定，中錐環(huán)4頂部通過周向間隔設(shè)置的若干上傾斜角棱體7與上錐環(huán)3底部固定連接，中錐環(huán)4底部通過周向間隔設(shè)置的若干下傾斜角棱體8與下錐環(huán)5頂部固定連接；每一上傾斜角棱體7和每一下傾斜角棱體8的棱角均向外側(cè)設(shè)置，且上傾斜角棱體7與下傾斜角棱體8關(guān)于中錐環(huán)4對稱設(shè)置。為了保證中錐環(huán)4的強(qiáng)度，中錐環(huán)4內(nèi)部通過間隔設(shè)置的若干支撐橫梁9與樁腿6的柱面焊接固定。
上述實(shí)施例中，上錐環(huán)3和下錐環(huán)5的大小、形狀和結(jié)構(gòu)完全相同，均可以采用鋼板焊接或者鑄件焊接而成。上述各實(shí)施例中，每一上傾斜角棱體7和每一下傾斜角棱體8均可以采用三角形截面梁或矩形截面梁，若采用三角截面梁需保證三角截面梁的棱角向外側(cè)設(shè)置；若采用矩形截面梁需保證矩形截面梁的其中一棱角向外側(cè)設(shè)置。每一上傾斜角棱體7和每一下傾斜角棱體8的傾斜角度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定，本發(fā)明每一上傾斜角棱體7和每一下傾斜角棱體7與水平方向的夾角為45度 60度，另外上傾斜角棱體7和下傾斜角棱體8的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定，在此不作限定。上述各實(shí)施例中，中錐環(huán)4可以采用鋼板焊接或者鑄件焊接而成，中錐環(huán)4的直徑可以根據(jù)上傾斜角棱體7和下傾斜角棱體8的傾斜角度進(jìn)行確定。上述各實(shí)施例中，每一支撐橫梁9可以采用鑄件或者鋼板焊接而成，支撐橫梁9的截面形式可以采用矩形或圓形等易于加工的形狀，在此不作限定，支撐橫梁9的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定，在此不作限定。使用本發(fā)明時，當(dāng)海水處于無冰季，波浪作用在海洋平臺的樁腿6時，若干上傾斜角棱體7和下傾斜角棱體8會對波浪進(jìn)行破碎，破碎后的波浪再與樁腿6發(fā)生作用，不會增加海洋平臺結(jié)構(gòu)的波浪載荷；當(dāng)海水處于結(jié)冰季，通常中錐環(huán)4與海水的平均水位平齊，冰板向海上平臺漂移過來時，當(dāng)海水水位在平均水位以上時，冰板作用于若干上傾斜角棱體7，冰板首先與上傾斜角棱體7的棱角相接觸，由于冰板集中受力，冰板內(nèi)部將發(fā)生裂紋，然后冰板沿著上傾斜角棱體7向上爬升，此時冰板沿著裂紋開始擴(kuò)展，并發(fā)生斷裂，當(dāng)海水水位在平均水位以下時，冰板作用于下傾斜角棱體8，由于冰板集中受力，冰板內(nèi)部將發(fā)生裂紋，然后冰板沿著下傾斜角棱體8向下爬升，此時冰板沿著裂紋開始擴(kuò)展，并發(fā)生斷裂。上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)和連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于:它包括一上錐環(huán)、一中錐環(huán)和一下錐環(huán)，所述上錐環(huán)、中錐環(huán)和下錐環(huán)從上到下依次套設(shè)在海洋平臺的樁腿上，所述上錐環(huán)和下錐環(huán)分別與所述樁腿焊接固定，所述中錐環(huán)內(nèi)部通過間隔設(shè)置的若干支撐橫梁與所述樁腿焊接固定，所述中錐環(huán)頂部通過周向間隔設(shè)置的若干上傾斜角棱體與所述上錐環(huán)底部固定連接，所述中錐環(huán)底部通過周向間隔設(shè)置的若干下傾斜角棱體與所述下錐環(huán)頂部固定連接；每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體的棱角均向外側(cè)設(shè)置，且所述上傾斜角棱體與所述下傾斜角棱體關(guān)于所述中錐環(huán)對稱。
2.按權(quán)利要求1所述的一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上錐環(huán)和下錐環(huán)的大小、形狀和結(jié)構(gòu)完全相同。
3.按權(quán)利要求1所述的一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于:每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體采用三角形截面梁和矩形截面梁中的一種。
4.按權(quán)利要求2所述的一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于:每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體采用三角形截面梁和矩形截面梁中的一種。
5.按權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于:每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體與水平方向的夾角為45度 60度。
6.按權(quán)利要求5所述的一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述中錐環(huán)的直徑根據(jù)所述上傾斜角棱體和下傾斜角棱體與水平方向的夾角進(jìn)行確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋平臺消浪破冰結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括一上錐環(huán)、一中錐環(huán)和一下錐環(huán)，所述上錐環(huán)、中錐環(huán)和下錐環(huán)從上到下依次套設(shè)在海洋平臺的樁腿上，所述上錐環(huán)和下錐環(huán)分別與所述樁腿焊接固定，所述中錐環(huán)內(nèi)部通過間隔設(shè)置的若干支撐橫梁與所述樁腿焊接固定，所述中錐環(huán)頂部通過周向間隔設(shè)置的若干上傾斜角棱體與所述上錐環(huán)底部固定連接，所述中錐環(huán)底部通過周向間隔設(shè)置的若干下傾斜角棱體與所述下錐環(huán)頂部固定連接；每一所述上傾斜角棱體和每一下傾斜角棱體的棱角均向外側(cè)設(shè)置，且所述上傾斜角棱體與所述下傾斜角棱體關(guān)于所述中錐環(huán)對稱。本發(fā)明制造、安裝難度均不大，可以廣泛應(yīng)用于海洋平臺破冰過程中，尤其適用于樁腿直徑較大，受波浪荷載影響較大的海洋平臺結(jié)構(gòu)。
文檔編號E02B15/02GK103088799SQ20131000773
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者屈衍, 時忠民, 岳前進(jìn), 劉家悅, 畢祥軍, 劉圓, 李輝輝 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院