[发明专利]巨型框架结构导管架

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种固定式海洋平台的支撑结构，特别涉及一种的深海固定式海洋平台的巨型框架结构导管架。

(二)背景技术

巨型框架结构是以巨型构件组成的简单而巨型的桁架或框架结构作为主体结构，与其他结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系，其主结构是主要抗侧力体系，次结构只承担竖向荷载，并负责将其所承担的载荷通过巨型梁传给主结构。因此，巨型框架结构是一种超常规的具有巨大抗侧力刚度及整体工作性能的大型结构。由于巨型框架结构具有优良的性能，在陆地高层建筑中得到广泛地应用，取得很好的经济和社会效益。

近年来，由于经济的发展，石油的需求量也逐年递增。为了适应社会的发展和能源的供给，许多国家把石油开发的目光投向资源丰富的海洋，建造了许多海上石油平台。平台建筑在环境恶劣的海洋中，受到多种载荷的作用。概括起来，引起平台振动和破坏的载荷主要有以下几种：地震、波浪、风力、冰载及平台上机器和设备运转产生的激励载荷。在多数情况下，平台受到的载荷不是单一的，而是多种载荷的联合作用。在多种载荷的联合作用下，平台结构将产生剧烈的振动。轻者让工人产生恐慌，重者会导致平台结构的疲劳破坏，造成平台倒塌的灾难。

固定式平台是最常用的一种海洋平台，支撑结构是钢质导管架，一般是用优质钢材焊接而成的空间刚架结构。其功能主要是为海洋平台的上部结构提供支撑。为使平台上机电设备有一个良好而持久的工作环境，就必须使导管架具有足够的强度和刚度，以便在承受巨大的上部结构重力和环境载荷的作用下保持安全和稳定。

我国从1966年在渤海湾建成第一座固定式导管架平台起，已有40多年的历史。在这期间己建成使用的海洋平台有几十座，结构型式主要是钢质导管架式固定平台，主要应用在水深较浅的海域。随着石油勘探和开采向较深水域发展，导管架平台的发展面临许多困难和难以解决的问题。

(1)随着水深的增加，钢导管架平台结构的造价会急剧上升，海上运输和作业时间延长，受环境的影响变大。

(2)海洋平台总体上是垂直布置的悬臂梁，随着结构的增高变大，抗弯刚度下降，抗侧力能力减小，自振周期增长，逐渐接近海浪的振动频率，因此会引起共振。

(3)结构的增大，会使结构水下部分的迎流面积增加。迎流面积的增加，使海浪作用在平台上的拖曳力、惯性力和绕射力增加，加重平台所承受的水平荷载，引起平台整体过大的振动响应，最终导致平台结构的疲劳破坏。

(三)发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种在非均匀水平和垂直载荷作用下，各个桩腿受力更小，更均匀，具有比较好的静态特性的巨型框架结构导管架。

本发明是通过以下措施来实现的：

本发明的巨型框架结构导管架，是由主框架和次框架组成，其特别之处在于：所述的主框架是由立柱结构和2-6层桁架结构组成，所述的立柱结构是由6～20根竖立的巨型柱构成，所述的桁架结构是由焊接在巨型柱上并与巨型柱相垂直的巨型梁构成；次框架为安置在桁架结构上方的平台。

本发明的巨型框架结构导管架，所述的巨型柱的高度为60-500m，所述的桁架结构为高度4-20m空间格构式桁架，桁架结构的层高为20-60m。优选方案为：所述的巨型柱的高度为100-300m，所述的桁架结构为高度5-15m空间格构式桁架，桁架结构的层高为30-50m。

本发明的巨型框架结构导管架，所述的巨型柱为直径1000～3000mm、壁厚为15～30mm的钢管，所述的巨型梁为直径500～2000mm、壁厚为10～25mm的钢管。优选方案为：所述的巨型柱为直径1500～2500mm、壁厚为15～30mm的钢管，所述的巨型梁为直径500～1500mm、壁厚为10～25mm的钢管。

该发明在深海导管架的设计中引入巨型框架结构，使导管架的抗侧振能力大大提高。该导管架由主框架和次框架组成；主框架由巨型柱和巨型梁构成，是主要承载结构，具有很强的抗侧刚度，能有效承担垂直载荷和抵抗水平载荷；平台上部结构与导管架主框架联结，形成次框架或次结构。次框架或次结构只承担本身的载荷并把载荷传递给主框架。主次结构协调工作，构成刚度均匀，结构合理，传力明确的力学结构体系。该导管架在非均匀水平和垂直静载荷作用下，各个桩腿受力更小，更均匀，具有比较好的静态特性；前三阶振型变形小且协调，具有比较好的刚度质量匹配，没有振型畸变现象产生，具有比较好的动态性能。

本发明的效果：巨型框架结构具有良好的适应性和高效的材料利用率，受到越来越多的关注。概括说来，巨型框架结构具有如下鲜明的特点：