专利名称：一种用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋工程领域中用于模型试验的装置，具体来说，涉及一种用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置。
背景技术：
海洋平台作为海洋油气资源开发的基础设施，同时也是人们进行其他海上生产生活的主要基地。目前，浮式平台是深海海洋平台中最主要的类型。浮式平台主要包括张力腿平台(Tension Leg Platform)、浮柱式平台(Spar Platform)、浮船式生产储油卸油系统(Floating Production Storage and Offload System)、半潜式生产系统(Semi-Submersible Production System),这些浮式平台结构型式一般都是通过锚链或钢筋束系统与埋置在海床土体中的基础进行连接。随着这些新型海洋平台的广泛应用，大型浮式平台结构在深海海底的锚泊稳定是涉及工程成败的重要问题。基于上述原因，吸力式沉箱基础(Suction Caisson Foundation,也称桶形基础)应运而生。吸力式沉箱是一种底部敞开、顶面封闭的大直径钢质圆桶结构，且在顶面设有连接泵系统的出水孔。吸力式沉箱顶部设有吊耳，吊耳通过锚链或缆索与上部平台相连。吸力式沉箱的直径一般在3-12m之间，长径比一般在1-10之间变化。吸力式沉箱基础在安装时，首先靠沉箱的自重沉入到海底一定深度，形成有效密封后，再通过泵系统抽出沉箱内的空气和水形成负压，利用沉箱内外的压力差把沉箱沉入到设计深度。自吸力式沉箱基础出现以来，其造价低、施工时间短、重量轻、海上施工安装简便、可重复使用等优点正逐渐得到世界工程界的认可。自吸力式沉箱基础问世以来，一直受到国内外学术界和工程界的重视。因吸力式沉箱基础的发展历史很短，且已投入使用的吸力式沉箱基础平台较少，所以关于吸力式沉箱基础的研究是海洋结构基础研究的热点之一。吸力式沉箱基础因其尺寸巨大，研究时多以模型试验为主，在开展吸力式沉箱基础的模型试验时，需保证沉箱垂直贯入地基中去。因此，如何在模型试验中保证吸力式沉箱的沉贯垂直度是重要的试验技术问题，也是试验难点之一。
发明内容
技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，该控制装置可以满足模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的要求，确保在模型试验中，吸力式沉箱可以沿竖直方向沉贯。
技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
一种用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，该控制装置包括定位板、悬臂梁、套管和导杆，悬臂梁呈水平状态，悬臂梁的一端固定连接在定位板的侧面，悬臂梁的 另一端固定连接在套管的外表面；导杆的横截面为设有棱角的平面；套管中设有与导杆相匹配的轴向通孔，该轴向通孔呈竖直状态；套管套在导杆的外侧；导杆的底端设有凹槽，并且凹槽的侧壁上设有两个相对的径向通孔，凹槽与吸力式沉箱的吊耳相配合。
进一步，所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，还包括筋板，筋板的底面固定连接在悬臂梁的顶端，筋板的一个侧面固定连接在定位板的侧面。进一步，所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，还包括限位块，该限位块固定连接在导杆的顶面，且限位块的底面面积大于套管的轴向通孔的横截面面积。进一步，所述的套管的高度为导杆的高度的五分之一至三分之二。有益效果与现有技术相比，本发明具有以下有益效果 I.满足模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的要求，确保在模型试验中，吸力式沉箱可以沿竖直方向沉贯。本发明的控制装置包括定位板、悬臂梁、套管和导杆。由于导杆的横截面为设有棱角的平面，套管中设有与导杆相匹配的轴向通孔，套管内的轴向通孔呈竖直状态。这样，插入套管中的导杆也就处于竖直状态，且导杆在套管中不会发生定轴转动和竖向偏转。因此，与导杆固定连接的吸力式沉箱只能垂直的贯入地基中去。本发明的控制装置满足模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的要求，可以确保在模型试验中，吸力式沉箱可以沿竖直方向沉贯。2.结构简单，易于安装和拆卸，便于重复使用。本发明的控制装置包括定位板、悬臂梁、套管和导杆。整个控制装置仅由这四个部件组成，组成的零件数量少，结构简单。在装配时，导杆和吸力式沉箱之间采用可拆卸的连接方式，例如用螺栓和螺帽连接。在吸力式沉箱沉贯之后，可以拆卸螺栓和螺帽，使得吸力式沉箱和导杆分离，然后在利用该控制装置去沉贯其他吸力式沉箱。也就是说，本发明的控制装置可以多次使用在不同的吸力式沉箱上。3.吸力式沉箱沉贯工作效率高、准确度高。本发明的控制装置，当将定位板固定在墙壁或构件上，保证悬臂梁呈水平状态和套管内的轴向通孔呈竖直状态时，即可进行吸力式沉箱沉贯工作。在沉贯过程中，无需再调整垂直度，简化了沉贯步骤，加快了沉贯进度，提高了沉贯工作效率高。另外，吸力式沉箱沉贯的垂直度是依靠本发明的控制装置来实现的，排除了人的主观判断，保证的吸力式沉箱沉贯垂直度的准确度。4.应用范围广。本发明的控制装置应用并不局限于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制，同样也适用于模型试验中其他物件沉贯垂直度的控制。
图I为本发明的结构示意图。图2为图I中A-A剖视图。图3为本发明与吸力式沉箱的装配示意图。图中有定位板I、悬臂梁2、套管3、导杆4、凹槽5、筋板6、限位块7、径向通孔8、吸力式沉箱9、吊耳10。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。如图I和图2所示，本发明的一种用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，包括定位板I、悬臂梁2、套管3和导杆4。定位板I、悬臂梁2和套管3的材质优选由钢制成。钢材质可以减小零件的变 形量，使得零件保持自身的形状。悬臂梁2的纵截面优选呈工字形，当然悬臂梁2的纵截面也可以是其他形状，例如矩形。悬臂梁2呈水平状态。悬臂梁2的一端固定连接在定位板I的侧面，悬臂梁2的另一端固定连接在套管3的外表面。导杆4的横截面为设有棱角的平面。导杆4的横截面不能是圆形。导杆4的横截面优选为正多边形，例如正三角形、正方形、正五边形。导杆4的横截面为正多边形时，导杆4在套管3中就不能发生转动，且制作便利。套管3中设有与导杆4相匹配的轴向通孔。该轴向通孔呈竖直状态。套管3套在导杆4的外侧。套管3的轴向通孔的横截面形状与导杆4的横截面形状相同，且套管3与导杆4相匹配。套管3与导杆4之间的空隙，可以通过机械制造工艺进行控制。套管3与导杆4之间的空隙越小，导杆4在套管3中产生的倾斜就越小，越有利于保证导杆4处于竖直方向。导杆4的底端设有凹槽5,并且凹槽5的侧壁上设有两个相对的径向通孔8，凹槽5与吸力式沉箱9的吊耳10相配合。设置凹槽5是为了与位于吸力式沉箱9顶面的吊耳10相配合。即凹槽5起到连接吸力式沉箱9和本发明的控制装置的作用。为加强定位板I和悬臂梁2之间连接的牢靠性，所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，还包括筋板6，筋板6的底面固定连接在悬臂梁2的顶端，筋板6的一个侧面固定连接在定位板I的侧面。通过筋板6，减小悬臂梁2所受的弯矩，从而减小悬臂梁2的变形，最大程度上保持悬臂梁2与定位板之间垂直。所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，还包括限位块7，该限位块7固定连接在导杆4的顶面，且限位块7的底面面积大于套管3的轴向通孔的横截面面积。因为限位块7的底面面积大于套管3的轴向通孔的横截面面积，所以限位块7不会进入套管3的轴向通孔中。这样，导杆4就不会完全穿过套管3的轴向通孔。另外，设置限位块7，有利于操作人员通过手握限位块7，将导杆4插入套管3的轴向通孔中。进一步，所述的套管3的高度为导杆4的高度的五分之一至三分之二。这样，一方面可以发挥套管3高度的作用，从而达到限制导杆4竖向偏转的目的；另一方面，套管3的高度小于导杆4的高度，这样为吸力式沉箱9与导杆4的连接，以及通过导杆4顶部施加下压荷载使得吸力式沉箱9沉贯到预设位置留下了足够的操作空间。如图3所示，该结构的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置的使用过程是第一步，将定位板I固定在墙体或构件上，保证悬臂梁2的顶面处于水平位置，同时与悬臂梁2固定连接的套管3内的轴向通孔处于竖直位置；第二步，将导杆4的底端从套管3的上部插入套管3的轴向通孔中；第三步将位于吸力式沉箱9顶面的吊耳10嵌入导杆4底端的凹槽5中，并用一根螺栓穿过凹槽5侧壁上的两个径向通孔8和吊耳10，用螺帽拧紧，从而固定连接吊耳10和导杆4，也就是固定连接了吸力式沉箱9和本发明的装置；第四步，用真空泵通过吸力式沉箱9顶面设置的孔抽取吸力式沉箱9内的空气或水，利用内外压差产生的吸力使吸力式沉箱9沉入到地基中去，若压差无法使吸力式沉箱9下沉至预设深度，则在导杆4的顶端施加向下的竖向力，将吸力式沉箱9压入到预设深度；第五步，吸力式沉箱9达到预设深度后，拆卸螺帽和螺栓，使得吸力式沉箱9和本发明的控制装置分离。在上述用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置的使用过程中，通过水平的悬臂梁2、与悬臂梁2相垂直且具有一定高度的套管3内的轴向通孔和横截面具有棱角的导杆4，保证了导杆4垂直且不能发生定轴转动和竖向偏转。当将吸力式沉箱9通过吊耳10与导杆4固定连接后，吸力式沉箱9也不 能发生转动和竖向偏转，从而保证了吸力式沉箱9只能垂直的贯入地基中去。
权利要求
1.一种用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，该控制装置包括定位板(I)、悬臂梁(2)、套管(3)和导杆(4)，悬臂梁(2)呈水平状态，悬臂梁(2)的一端固定连接在定位板(I)的侧面，悬臂梁(2)的另一端固定连接在套管(3)的外表面；导杆(4)的横截面为设有棱角的平面；套管(3)中设有与导杆(4)相匹配的轴向通孔，该轴向通孔呈竖直状态；套管(3)套在导杆(4)的外侧；导杆(4)的底端设有凹槽(5)，并且凹槽(5)的侧壁上设有两个相对的径向通孔(8)，凹槽(5)与吸力式沉箱(9)的吊耳(10)相配合。
2.按照权利要求I所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，还包括筋板(6)，筋板(6)的底面固定连接在悬臂梁(2)的顶端，筋板(6)的一个侧面固定连接在定位板(I)的侧面。
3.按照权利要求I所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，还包括限位块(7)，该限位块(7)固定连接在导杆(4)的顶面，且限位块(7)的底面面积大于套管(3)的轴向通孔的横截面面积。
4.按照权利要求I所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的套管(3)的高度为导杆(4)的高度的五分之一至三分之二。
5.按照权利要求I所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的定位板(I)、悬臂梁(2)和套管(3)均由钢制成。
6.按照权利要求I所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的悬臂梁(2)的纵截面呈工字形。
7.按照权利要求I所述的用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，其特征在于，所述的导杆(4)的横截面为正多边形。
全文摘要
本发明公开了一种用于模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的控制装置，该控制装置包括定位板、悬臂梁、套管和导杆，悬臂梁呈水平状态，悬臂梁的一端固定连接在定位板的侧面，悬臂梁的另一端固定连接在套管的外表面；导杆的横截面为设有棱角的平面；套管中设有与导杆相匹配的轴向通孔，该轴向通孔呈竖直状态；套管套在导杆的外侧；导杆的底端设有凹槽，并且凹槽的侧壁上设有两个相对的径向通孔，凹槽与吸力式沉箱的吊耳相配合。该控制装置可以满足模型试验中吸力式沉箱沉贯垂直度的要求，确保在模型试验中，吸力式沉箱可以沿竖直方向沉贯。
文档编号E02D33/00GK102635131SQ20121010645
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者吴勇信, 沙成明, 童小东, 邱月, 郑翔, 高玉峰, 黎冰 申请人:东南大学