自复位导管架海洋平台及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土木工程中的结构工程领域，特别涉及一种自复位导管架海洋平台及 其制作方法。
【背景技术】
[0002] 我国海域有着丰富的油气资源。随着经济建设对能源的需求不但加大，海洋油气 勘探开发具有良好的发展前景和巨大的发展潜力。海洋平台作为海洋资源开发的基础设 施，导管式海洋平台是中浅海海洋平台的主要结构形式。它采用将粧穿过导管腿使预制的 导管架固定在海上，导管架和粧是主要的承重部件，其它设备层及工作区则坐落在平台上。 在风、浪、流、冰和地震等海洋环境动力荷载作用下，结构的振动反应十分剧烈。
[0003] 传统的抗振方法主要是通过提高结构构件强度和刚度来减少结构振动，但通过这 种方法来抵抗结构振动时，结构的舒适度通常不能满足要求。近些年提出的土木工程结构 耗能减振体系和基底隔震体系虽然可以有效减轻结构的振动反应但也存在一定的问题。
[0004] 在现已知的可行技术方案中，针对导管式海洋平台结构的振动控制，一方面，主要 是采用隔振措施或者采用各种阻尼器进行抗振，但隔振措施虽然能较好地控制导管架端帽 位移和生活区加速度，却不适合海啸、飓风等荷载，容易倾覆。专利号CN1414183A虽然考 虑到普通隔震层会产生不可接受的过大位移，设置了限位器，将局部阻尼转化为整体结构 的阻尼，从而减轻结构整体振动反应。但导管架海洋平台结构刚度较大、位移较小，位移相 关型耗能器并不能发挥太大作用。同样道理，对于速度相关型耗能器，也发挥空间也不太 大。另一方面，在海洋平台外部添加阻尼器，来实现对海洋平台的振动控制，如专利号CN 103572853A减振系统可使导管架式海洋平台结构整体抵御外部荷载的能力增加，如冰荷 载、浪荷载、风荷载、地震荷载，甚至是海啸。但结构阻尼器采用记忆合金阻尼器造价较高。 同时，专利号CN103195040A提到通过组合结构来减小钢管支架接触面积可以减小振动。 然而单纯通过在中空夹层钢管内浇筑混凝土来提高强度和刚度的效果较为明显，但对改善 结构的抗振性效果不大。
[0005] 在以往的海洋平台振动控制研宄中，往往很少考虑结构的复位功能，所以导致结 构在遭受极端荷载后不能复位，不能投入使用，而导致巨大的经济损失。因此急需一种技术 方案来解决这一技术缺陷。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种刚度大、强度高、施工便捷、抗振效果好、耐久性高的自复位 导管架海洋平台及其制作方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明的一种自复位导管架海洋平台，由平台架和平台构成， 平台安装在平台架上，所述平台架由平台导管、平台横撑、平台斜撑、预应力外置钢拉杆构 成，平台导管在竖直方向上设置，平台导管之间设有若干根平台横撑和平台斜撑，平台导管 的顶端连接平台处为海洋平台上下连接部，平台导管的底端固定连接在海底，平台内部设 有若干根平台横撑和平台斜撑，平台外设有多根预应力外置钢拉杆，所述平台导管包括外 钢管、内钢管、波纹管、夹层混凝土、预应力内置钢拉杆、定位栓钉和加劲肋，其中外钢管、内 钢管、波纹管由外到内套设且同轴，外钢管与内钢管之间、内钢管与波纹管之间均设有夹层 混凝土，定位栓钉设置在外钢管上，其与内钢管可活动连接，预应力内置钢拉杆设置在波纹 管内部，加劲肋固定连接在外钢管的外侧，平台导管的顶端固定设有法兰盘，法兰盘上端连 接平台或续接一根平台导管。
[0008] 平台导管与平台之间包括法兰盘连接或变直径连接。
[0009] 本发明的重点是在于提供了一种平台导管及其制作方法，结合平台导管，其内部 设置的预应力内置钢拉杆和平台架外部设置的预应力外置钢拉杆配合使用更好的起到了 自复位的功能，其次，平台导管的内部填充混凝土，增强了钢结构的抗震能力。所述三管同 轴为外钢管、内钢管和波纹管三管轴线相同，主要通过设置定位栓钉来实现；所述限位栓钉 主要指在外钢管和内钢管上等间距设置的等长栓钉；所述夹层混凝土是指内外钢管间和内 钢管与波纹管间填充的夹层混凝土；所述平台导管需要根据抗弯、抗剪要求在外钢管上焊 接加劲肋和法兰；由于钢管对核心混凝土套箍的约束作用，核心混凝土除承受纵向压力外， 还受到钢管的侧向约束，处于三向受压的应力状态，从而使核心混凝土具有更高的轴向抗 压强度和压缩变形能力。钢管借助内填混凝上的支撑作用，增强了其几何稳定性，改变了空 钢管的失稳状态，并延缓钢管过早地发生局部屈曲，从而提高了钢管的承载能力，与普通平 台导管相比，具有更优越的力学性能。理论分析和工程实践都表明，钢管混凝土与结构钢相 比，在保持自重相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材约50 %，焊接工作量可大幅度减 小。
[0010] 还包括预应力钢销具，预应力外置钢拉杆及预应力内置钢拉杆通过预应力钢销具 固定连接在海底。
[0011] 平台导管为3-8根。
[0012] 定位栓钉设置在外钢管的两端内侧，定位栓钉设置在内钢管和波纹管之间。
[0013] 预应力外置钢拉杆在连接平台的连接点为单根或双根设置。
[0014] 所述变直径连接为内钢管的上端面为高出外钢管上端面。
[0015] 所述变直径连接为内钢管的上端为变直径内钢管，其直径小于内钢管的直径。
[0016] 外钢管、内钢管、波纹管的截面为圆形或矩形，外钢管材料为不锈钢，内钢管、波纹 管材料为不锈钢、普通钢材或高强钢材。所述外钢管材料为不锈钢，内钢管材料为普通钢 材、高强钢材或不锈钢；外钢管采用不锈钢能够有效地提高结构的耐久性、节省维护费用。 同时具相关研宄表明：不锈钢钢管混凝土相较于普通钢管混凝土在受荷后期具有更强的对 核心混凝土的约束能力。
[0017] 所述夹层混凝土材料为自密实高强混凝土、自密实高强再生混凝土，自密实混凝 土具有较好的流动性、均匀性和稳定性，能够有效地保证混凝土的填充效果和密实度。
[0018] 所述平台连接方式-法兰连接为：所述法兰内侧与内钢管、外钢管分别进行焊接； 所述法兰外侧需根据要求同外钢管上的加劲肋进行焊接；所述平台架和平台间法兰盘通过 高强螺栓进行连接；所述螺栓为高强螺栓；所述法兰盘材料为高强钢材或不锈钢。
[0019] 所述平台连接方式-承插连接为：所述承插连接为平台架内管外伸部分插入平台 内管；所述平台内管外伸部分为内钢管接近平台架与平台相连接部分口径逐渐缩小，但缩 小范围不得影响混凝土浇筑，且平台架内钢管高出外钢管一段距离。所述平台和平台架外 钢管直径相同，平台架外钢管和平台外钢管间的连接通过焊接实现。
[0020] 所述预应力钢锚具包括单孔锚具、扁锚或群锚。
[0021] 一种制作自复位导管架海洋平台的方法，包括以下步骤：
[0022] 第一步，平台导管的制作：在空心外钢管内插入内钢管，浇筑内外钢管夹层混凝 土，外钢管上焊接加劲肋，混凝土强度满足要求后，将法兰盘同内外钢管、加劲肋进行焊接。
[0023] 第二步：平台工厂预制完成后，通过驳运或者浮运到海上施工现场，就位后将钢粧 及平台导管打入海底。
[0024] 与普通海洋平台不同的是，自复位导管架海洋平台的钢粧底端预留有预应力钢锚 具，便于内置和外置预应力外置钢拉杆进行张拉。
[0025] 第三步：进行平台架的最终调平，调平完成后在内钢管中安装波纹管，并进行灌 浆。
[0026] 第四步：灌浆完成后，进行预应力外置钢拉杆的张拉和平台架端帽法兰盘的固定。
[0027] 本发明的有益效果为：
[0028] (1)和目前常用的海洋平台相比，本平台最大的特点是在海洋平台结构外部和内 部加入了预应力外置钢拉杆。本发明提出的的导管架可以按照普通导管架安装工艺流程进 行，仅是在粧顶预留有预应力外置钢拉杆预埋件便于预应力外置钢拉杆张拉，在导管架最 终调平后增加安装波纹管，在灌浆之后增加预应力外置钢拉杆张拉与导管架端帽法兰盘固 定，之后按正常程序安装即可。本发明的安装同普通钢质导管架的安装程序相似，仅多了预 应力外置钢拉杆的固定与张拉，不会增加施工难度。但由于增加了预应力外置钢拉杆，对结 构的减振、鲁棒性及复位功能等方面都有很大提高。
[0029] (2)该海洋平台采用的平台导管采用管中管钢管混凝土，其主要特点为导管架截 面小、刚度大、强度高。施工时，海洋平台可以先在陆上用钢管焊成一个锥台形空间框架，然 后驳运或者浮运至海上施工现场，就位后将钢粧从导管