一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法

本发明属于传感器的布设，更具体地，涉及一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法。

背景技术：

1、海洋平台长期暴露于恶劣的海洋环境载荷中，其结构强度和耐久性对于平台的安全服役至关重要。海洋平台结构健康监测对于海洋平台保持足够的结构安全性水平以及操作性能非常重要。

2、半潜式海洋平台主要采用定期评估监测、计算评估及特定区域传感器监测三种手段来评估平台的健康状态。平台的定期监测覆盖面积有限，对实时变化没有监控能力，尤其不能反映平台水下区域健康状态；计算评估手段依据半潜式平台出厂时的数据进行计算，无法做到实时更新海洋平台健康状态，同时计算数据通常采用保守计算，与实际情况可能差别较大；特定区域传感器监测一般为在特定区域布置传感器，通过计算机对采集数据进行收集，最终对特定区域进行结构健康状态评估，这种评估虽可以做到实时监测，但受限于传感器布置位置，无法对海洋平台整体进行结构状态评估。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提出一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法，包括：

2、在半潜式海洋平台的桩靴区域、平台甲板区域、围井及安装架、桩腿以及平台上层建筑布设传感器；在桩靴区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器,用于监测桩靴区域的应变；在平台甲板区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器,用于监测平台甲板的应变；在围井及安装架的相关部位布设电阻式应变传感器和非接触式激光位移计,用于监测围井及安装架的应变和位移；在桩腿内部不同高度布设电阻式应变传感器,用于监测桩腿的应变；在平台上层建筑顶部布设非接触式激光位移计和加速度传感器,用于监测上层建筑的位移和加速度。

3、具体的，在桩靴区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器包括：桩腿与桩靴连接处的4个位置,以及桩靴折角处的4个位置。

4、具体的，在平台甲板区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器包括：在平台甲板后侧平台围井连接折角处2个位置,平台甲板与纵向隔断强框架连接处2个位置,平台甲板前侧平台围井连接折角处2个位置以及平台甲板边缘处2个位置。

5、具体的，还包括：在半潜式海洋平台最高处布设气象数据采集传感器,用于采集风信息、波浪信息和气流信息；

6、在半潜式海洋平台水中部分的最底部设置地震传感器，用于采集地震信息。

7、本发明还提出一种半潜式海洋平台健康监测方法，包括：

8、获取风荷载、波浪荷载、地震荷载、半潜式海洋平台的结构材料的屈服强度、半潜式海洋平台的结构材料的挠度和半潜式海洋平台的结构材料的弹性模量，计算半潜式海洋平台的结构强度；

9、获取半潜式海洋平台的实际使用年限、半潜式海洋平台的设计使用年限、半潜式海洋平台的水平速度和半潜式海洋平台的结构强度，计算半潜式海洋平台的结构疲劳度；

10、获取半潜式海洋平台的长度、半潜式海洋平台的宽度、半潜式海洋平台的高度和半潜式海洋平台的结构疲劳度，计算地质变化对半潜式海洋平台的影响指数；

11、获取半潜式海洋平台周围海水的含盐度、腐蚀点的数量和地质变化对半潜式海洋平台的影响指数，计算海水腐蚀对半潜式海洋平台的影响指数；

12、通过所述半潜式海洋平台的结构强度、所述半潜式海洋平台的结构疲劳度、所述地质变化对半潜式海洋平台的影响指数和所述海水腐蚀对半潜式海洋平台的影响指数，完成对半潜式海洋平台的健康监测。

13、具体的，计算半潜式海洋平台的结构强度包括：

14、

15、其中，sstructural为半潜式海洋平台的结构强度，mwind为风荷载，mwave为波浪荷载，mearthquake为地震荷载，fyield为半潜式海洋平台的结构材料的屈服强度，ddeflection为半潜式海洋平台的结构材料的挠度，emodulus为半潜式海洋平台的结构材料的弹性模量。

16、具体的，计算半潜式海洋平台的结构疲劳度包括：

17、

18、其中，sfatigue_creep为半潜式海洋平台的结构疲劳度，ffatigue为半潜式海洋平台的结构疲劳系数，fcreep为半潜式海洋平台的结构蠕变系数，tservice为半潜式海洋平台的实际使用年限，tdesign为半潜式海洋平台的设计使用年限，creduction为蠕变系数的修正因子，vvelocity为半潜式海洋平台的水平速度。

19、具体的，计算地质变化对半潜式海洋平台的影响指数包括：

20、

21、其中，sgeotechnical为地质变化对半潜式海洋平台的影响指数，gcf为地质修正因子，scf为海床修正因子，bfriction为摩擦系数，llength为半潜式海洋平台的长度，wwidth为半潜式海洋平台的宽度，hthickness为半潜式海洋平台的高度。

22、具体的，计算海水腐蚀对半潜式海洋平台的影响指数包括：

23、

24、其中，socean为海水腐蚀对半潜式海洋平台的影响指数，g为海水腐蚀影响因子，nbacteria为半潜式海洋平台周围海水的含盐度，ncorrosion为腐蚀点的数量。

25、本发明还提出一种半潜式海洋平台健康监测系统，包括：

26、计算结构强度模块，用于获取风荷载、波浪荷载、地震荷载、半潜式海洋平台的结构材料的屈服强度、半潜式海洋平台的结构材料的挠度和半潜式海洋平台的结构材料的弹性模量，计算半潜式海洋平台的结构强度；

27、计算结构疲劳度模块，用于获取半潜式海洋平台的实际使用年限、半潜式海洋平台的设计使用年限、半潜式海洋平台的水平速度和半潜式海洋平台的结构强度，计算半潜式海洋平台的结构疲劳度；

28、计算地质影响模块，用于获取半潜式海洋平台的长度、半潜式海洋平台的宽度、半潜式海洋平台的高度和半潜式海洋平台的结构疲劳度，计算地质变化对半潜式海洋平台的影响指数；

29、计算海水腐蚀影响模块，用于获取半潜式海洋平台周围海水的含盐度、腐蚀点的数量和地质变化对半潜式海洋平台的影响指数，计算海水腐蚀对半潜式海洋平台的影响指数；

30、监测模块，用于通过所述半潜式海洋平台的结构强度、所述半潜式海洋平台的结构疲劳度、所述地质变化对半潜式海洋平台的影响指数和所述海水腐蚀对半潜式海洋平台的影响指数，完成对半潜式海洋平台的健康监测。

31、通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

32、本发明通过对半潜式海洋平台不同区域健康状态进行监测，同时通过系统综合处理对采集到的数据进行处理及反衍，实时得到半潜式海洋平台整体结构健康状态，并将结构信息上传至云端进行保存，为业主提供结构的健康状态，评估和预测结构的损伤，并为更安全和更优化的船舶和海洋结构物运营、检查和维修提供决策支持。

技术特征：

1.一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法，其特征在于，在桩靴区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器包括：桩腿与桩靴连接处的4个位置,以及桩靴折角处的4个位置。

3.如权利要求1所述的一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法，其特征在于，在平台甲板区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器包括：在平台甲板后侧平台围井连接折角处2个位置,平台甲板与纵向隔断强框架连接处2个位置,平台甲板前侧平台围井连接折角处2个位置以及平台甲板边缘处2个位置。

4.如权利要求1所述的一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法，其特征在于，还包括：在半潜式海洋平台最高处布设气象数据采集传感器,用于采集风信息、波浪信息和气流信息；

5.一种利用如权利要求1-4任一项采集的数据的半潜式海洋平台健康监测方法，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的一种半潜式海洋平台健康监测方法，其特征在于，计算半潜式海洋平台的结构强度包括：

7.如权利要求6所述的一种半潜式海洋平台健康监测方法，其特征在于，计算半潜式海洋平台的结构疲劳度包括：

8.如权利要求7所述的一种半潜式海洋平台健康监测方法，其特征在于，计算地质变化对半潜式海洋平台的影响指数包括：

9.如权利要求8所述的一种半潜式海洋平台健康监测方法，其特征在于，计算海水腐蚀对半潜式海洋平台的影响指数包括：

10.一种半潜式海洋平台健康监测系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开一种半潜式海洋平台结构健康监测用传感器的布设方法，该方法包括：在半潜式海洋平台的桩靴区域、平台甲板区域、围井及安装架、桩腿以及平台上层建筑布设传感器；在桩靴区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器,用于监测桩靴区域的应变；在平台甲板区域的8个位置布设电阻式应变传感器和光栅式应变传感器,用于监测平台甲板的应变；在围井及安装架的相关部位布设电阻式应变传感器和非接触式激光位移计,用于监测围井及安装架的应变和位移；在桩腿内部不同高度布设电阻式应变传感器,用于监测桩腿的应变；在平台上层建筑顶部布设非接触式激光位移计和加速度传感器,用于监测上层建筑的位移和加速度。

技术研发人员：刘敬喜,刘羿阳,王鸣鹤,殷彩玉
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6