一种基于压痕法的海洋平台测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压痕法的海洋平台测量方法，其特征在于，若干根支撑件在海洋平台甲板模块的底部，测量方法包括，第一：计算支撑件轴向应力，其中a)确定测量点，b)在测量点处安装测量仪器，c)压痕试验，测量工作应力，d)数据处理，消除弯曲应力并得到轴向应力。第二：计算海洋平台的重量和/或重心，包括：a)计算测量点工作力：F＝σT·A，b)计算海洋平台重量：

A measurement method of offshore platform based on indentation

The invention discloses a method for measuring platform based on indentation method, which is characterized in that a plurality of support in the offshore platform deck module at the bottom of the measuring method includes: first, calculate the support axial stress, which determine the measurement point, a) b) installed measuring instrument at the measuring point, C) indentation test, stress measurement, data processing, d) to eliminate the bending stress and axial stress. Second: calculating the weight and / or center of gravity of the ocean platform, including: a) calculating the working force of the measuring point: F = Sigma T. A, b) calculation of the weight of the ocean platform:

【技术实现步骤摘要】
一种基于压痕法的海洋平台测量方法
：本专利技术涉及一种海洋平台的测量方法，特别涉及一种通过压痕法进行海洋平台的重量及重心的测量方法。
技术介绍
：大型海洋平台的重量和重心的测量，可采用焊接前的单件称重、磅秤测量、应变片测量、液压千斤顶称重等方法。其中焊接前的单件称重和磅秤测量，测量精度低，并无法准确测出重心位置；应变片测量精度高，但应变传感器易受温度、湿度和电磁干扰等因素影响，其稳定性和精确度受到影响；液压千斤顶法测量准确度高，但购买维护费用高，引进设备周期较长。然而，在役平台由于在海上作业，需要在海洋平台整体状态不变的情况下，进行重量和重心的测量，这就需要行之有效的方法，并且考虑到海上风浪的影响，测量方法的选取时，要考虑到环境因素的影响。目前根据海洋石油开采的需要，海洋平台设计和建造在不断发展，海洋平台的设计和建造也趋于全面的功能性和结构的复杂性。由于建造过程中焊接材料、局部修改等因素影响，使得海洋平台重量与设计重量相差较大，同时，海洋平台结构大、重量分布不均、支撑点跨距大等特点，使得平台的海上安装作业也提出了更高的要求，所以精准的测量海洋平台的重量和重心对于海上安装施工、后期拆解吊装起到至关重要的作用。平台重量和重心位置决定吊装位置和承载能力的选择，如果测算不准确，一旦超出浮吊极限重量时，吊装过程将存在严重的安全隐患。因此，对海洋平台进行重量和重心测量有着重要的工程背景和实践意义。为了保证海上施工安全，确保平台的重量小于浮吊的极限载荷，在最大程度上发挥吊装能力，对平台进行称重，确定海洋平台准确的重量和重心，对海上吊装的安全性保证起到决定性的作用。称重技术由传统的机械式称重向现代称重装置发展，由机电元件发展到电阻测力法、点动力平衡等方法。随着计算机的普及和使用，称重传感器制作的电子衡器在各行各业中得到广泛应用，实现了对大型罐体、料斗等重量计测，使现代传感技术在重量测量应用方面有着实际的意义和基础。目前对于海洋平台重量和重心的测量有较多的方法，主要可采用焊接前单件称重、磅秤测量、应变片法测量、液压千斤顶称重等方法。上文提到的平台重量和重心的测量方法中各自都存在缺点：1)焊接前单件称重的方法对于在役海洋平台重量和重心的测量，由于平台在建造过程中焊接材料和局部结构修改的影响，在役平台重量和重心只能通过相关设计资料进行估算，无法保证大型海洋平台重量测量的精准性，同时缺乏直接测量的方法；2)磅秤测量的方法对在役海洋平台重量测量难以实施，精度低，由于平台重量较大，磅秤的测量能力有限，同时无法准确的测量出重心位置；3)应变片法测量的方法，是通过平台桩腿上的应变传感器测量弹性元件应力应变的方法，该方法测量精度高，但由于应变传感器易受温度、湿度和电磁干扰等因素的影响，传感器长期测量的稳定性和精确度都受到较大影响，并且传感器设备的安装精度高，测量周期长，期间需要经常调零，成本高；4)液压千斤顶称重的方法，工艺较成熟，并得到广泛使用，但大型液压称重系统购买和维护费用较高，引进设备的周期较长。本专利技术采用压痕法，在无损状态下对海洋平台桩腿的材料力学性能进行测量，获得在役平台桩腿的工作应力，并计算出海洋平台结构的重量和重心。1.主要应用范围目前市面上的海洋平台类型众多，按照结构特性和工作状态可分为固定式、活动式和半固定式，其中固定式中分为桩基式平台和重力式平台，本专利主要应用于桩基式平台中的导管架平台。测量重量和重心时，平台可在海上服役期间除恶劣海况情况下，均可进行测量。2.压痕法原理说明在试验力的作用下，力学性能检测仪的球形压头在结构表面产生压痕深度，测量对应试验力下压痕深度，得到载荷-压痕深度曲线，如图1所示。当结构发生变形时，结构自身内部存在应力的变化。当结构处于拉伸状态，使结构产生一定压痕深度hm的载荷小于无应力状态下的载荷，反之，当结构处于压缩状态，使结构产生一定压痕深度hm的载荷大于无应力状态下的载荷。拉伸或压缩状态的应力改变了结构在无应力状态下的载荷-压痕深度曲线中的斜率，如图2所示的应力与载荷深度曲线的关系。在一定压痕深度下，将无应力的载荷-压痕深度曲线与存在应力的载荷-压痕深度曲线所对应的载荷作差，这个载荷差值与结构应力存在着换算关系。由于沿压痕测量方向的应力对载荷-压痕深度曲线的形状不会造成影响，只有表面内的轴向应力σx和σy需要考虑。则平面内的轴向应力可以分解为静水应力项和剪应力偏量项：其中只有剪应力偏量沿压痕测量方向(z)作用的分量σz,d能够影响载荷-压痕深度曲线，则分量σz,d与载荷差值有以下等式关系：从以上关系等式关系中可知结构的应力σ与载荷差值成比例，对于拉伸应力和压缩应力可分别由下式表示：其中，σ为应力，N/mm2；σz,d为剪应力偏量沿压痕测量方向(z)作用的分量；p为应力沿一个方向到法向的比率；ψ为平均接触压力与应力比值(塑性约束因子)；F0为无应力状态下的试验力，N；FT为拉伸应力状态下的试验力，N；FC为压缩应力状态下的试验力，N；h为试验力作用下的压痕深度，mm；hm为一定压痕深度，mm；As为接触面积；本专利技术是利用压痕法进行海洋平台的重量和重心测量，通过测量桩腿结构件的力学性能，包括弹性模量、工作应力等，能够精准高效地测算出在役平台的重量和重心，在不受环境因素影响的同时，也不需要大型的设备购买和维护，是一种经济高效的测量方案。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种基于压痕法的海洋平台重量重心的测量方法。根据本专利技术的一实施例，该方法包括将若干根支撑件支撑在海洋平台的底部，所述测量方法包括重量和/或重心的测量；步骤包括，计算支撑件的轴向应力；a)确定测量点：在支撑件的外表面均布若干个处于同一水平位置的测量点，所述测量点靠近所述海洋平台的底部，但需避开该处的焊缝及其他连接构件交汇处；b)安装检测仪：通过固定夹具将力学性能检测仪安装在所述测量点上；c)压痕试验：采用压痕法对所述测量点的工作应力σ进行测量；d)数据处理：根据所述支撑件的工作应力σ，消除弯曲应力的影响，计算轴向应力σT；计算海洋平台的重量；a)计算测量点工作力：F＝σT·A，b)计算平台重量：G为平台的重量，吨；(X,Y)为平台的重量重心坐标，m；F为测量点的工作力，KN；σT为测得的轴向应力，N/mm2；A为被测支撑件与平台的接触面积，cm2；n为被测构件的数量；i为任一被测支撑件；计算海洋平台的重心；b)设海洋平台的重心位置为(X，Y)，在一实施例中，在计算支撑件轴向应力的a)和b)之间还有一个e)步骤，所述测量点表面处理：通过对所述测量点进行包括表面平整或/和表面粗磨或/和除锈处理或/和表面抛光。在一实施例中，所述支撑件为导管型桩腿。在一实施例中，在每根所述导管型桩腿上均布四个所述测量点。在一实施例中，所述若干根支撑件支撑在所述海洋平台的甲板模块的底部。本专利技术的有益效果：利用压痕法测算在役海洋平台重量和重心的方法，通过测量支撑件的力学性能，包括弹性模量、工作应力等，能够精准高效地测算出在役平台的重量和重心，不受环境因素影响，也不需要大型的设备购买和维护，是一种经济高效的测量方案。同时利用压痕法检测结构件力学性能的方法应用于平台重量和重心测量，提出了一种新的测算重量和重心的方法，为测量重量和重心方法开辟了新思路、新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压痕法的海洋平台测量方法，其特征在于，若干根支撑件支撑在海洋平台的底部，所述测量方法包括重量和/或重心的测量；步骤包括，计算支撑件的轴向应力：a)确定测量点：在支撑件的外表面均布若干个处于同一水平位置的测量点，所述测量点靠近所述海洋平台的底部；b)安装检测仪：通过固定夹具将力学性能检测仪安装在所述测量点上；c)压痕试验：采用压痕法对所述测量点的工作应力σ进行测量；d)数据处理：根据所述支撑件的工作应力σ，消除弯曲应力的影响，计算轴向应力σT；计算海洋平台的重量：a)计算测量点工作力：F＝σT·A，b)计算平台重量：

【技术特征摘要】
1.一种基于压痕法的海洋平台测量方法，其特征在于，若干根支撑件支撑在海洋平台的底部，所述测量方法包括重量和/或重心的测量；步骤包括，计算支撑件的轴向应力：a)确定测量点：在支撑件的外表面均布若干个处于同一水平位置的测量点，所述测量点靠近所述海洋平台的底部；b)安装检测仪：通过固定夹具将力学性能检测仪安装在所述测量点上；c)压痕试验：采用压痕法对所述测量点的工作应力σ进行测量；d)数据处理：根据所述支撑件的工作应力σ，消除弯曲应力的影响，计算轴向应力σT；计算海洋平台的重量：a)计算测量点工作力：F＝σT·A，b)计算平台重量：G为平台的重量，吨；(X,Y)为平台的重量重心坐标，m；F为测量点的工作力，KN；σT为测得的轴向应力，N/mm2；A为被测支撑件与平台的接触面积，cm2；n为被测构件的数量；i为任一被测支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈震，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31