用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点及施工方法技术

本发明专利技术属于海洋工程技术领域，公开了一种用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点及施工方法，用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点包括设置在大截面立柱中央孔道内壁和小截面立柱外壁形成的环形空间内部的机械系统、焊接于小截面立柱顶甲板与大截面立柱中央孔道内壁的肘板以及套置在大截面立柱中央孔道内壁和小截面立柱外壁形成的环形空间内部的灌浆系统。本发明专利技术通过简易机械系统承担主要总体弯矩和局部应力，且不需要借助大型作业设备；通过焊接肘板主要承担轴向剪切力，减小水泥浆所受交变剪切力，增大水泥浆疲劳寿命，提高系统整体结构可靠性和冗余；通过多种形式连接将受力有效地进行了分解，提高了整体节点的可靠性。

Mechanical and Welding Joints and Construction Method for Deep Water Floating Platform

The invention belongs to the field of marine engineering technology, and discloses a mechanical and welding combined connection node and construction method for deep-water floating platform. The mechanical and welding combined connection node for deep-water floating platform includes a mechanical system arranged in the annular space formed by the inner wall of the central channel of large cross-section column and the outer wall of small cross-section column, and a mechanical system welded to the top deck of small cross-section column and the outer wall of small cross-section column. The elbow plate of the inner wall of the central passage of the large cross-section column and the grouting system in the annular space formed by the inner wall of the central passage of the large cross-section column and the outer wall of the small cross-section column. The invention bears the main overall bending moment and local stress through a simple mechanical system without the aid of large-scale operation equipment; mainly bears the axial shear force by welding elbow plate, reduces the alternating shear force of cement slurry, enlarges the fatigue life of cement slurry, improves the reliability and redundancy of the overall structure of the system; effectively decomposes the stress through various forms of connection, and improves the integrity of the system. Reliability of bulk joints.

【技术实现步骤摘要】
用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点及施工方法
本专利技术属于海洋工程
，尤其涉及一种用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点及施工方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着海洋工程技术的不断发展以及近海油气资源的不断减少，海洋油气的勘探与开发逐步由浅海走向深海。浮式平台是深水油气开发的主要装置，随着深水开发的推进和海洋工程技术的进步，一些新型的浮式生产平台应运而生。例如，无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台，相比传统平台，该平台具有无条件稳性和更好的运动性能。然而，此类新型平台一般船体吃水较深，受制于现有码头的吃水条件，这些平台常常需要在海上进行最后的局部结构安装。海上施工作业存在着施工窗口小、作业平台不稳定、施工效果差等问题，特别是对于关键结构及节点的海上安装，由于其是整个平台受外载荷最大的区域之一，在进行施工方式选择时更要慎之又慎，保证节点的结构安全。海上钢结构间连接方式选择要兼顾可靠性、易施工性和成本。目前，海洋结构物的钢结构连接通常采用焊接、机械连接、灌浆等方式。通常，由于机械安装的技术成熟度和可靠性高，海上安装以机械安装为主，例如自升式平台，对于新型海上浮式生产储油平台，在采用机械连接方式时存在以下挑战：海上浮式生产储油平台需要数十年长期作业，因此，所选择机械装置应不需要长期液压支持；深水条件下，平台运动较大，考虑到建造精度的问题，应用机械插销连接存在困难；由于齿轮齿条连接对建造精度要求很高，应避免使用；大型的液压、电动等机械结构成本一般很高，应综合考虑结构可靠性、操作难易和成本等因素；连接作业时，机械装置可能会短期浸泡在海水中，所选装置应可在湿式环境下短期作业。现有专利中曾提出通过液压模锻挤压产生塑性变形的方式将两个立柱结构连接在一起，然而，由于安装过程中大截面立柱和小截面立柱皆处于运动状态，操作空间狭小，此外受环境条件制约，安装作业时间受到限制。另外，也有专利提出用灌浆与焊接的组合形式，但该连接方式一方面需要灌浆卡桩器长期在位固定，同时，对于像“无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台”，其连接节点承受着垂向力、水平力、弯矩等外力，节点应力状态复杂，对于连接结构的荷载能力有很大挑战。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)海上施工作业存在着施工窗口小、作业平台不稳定、施工效果差等问题；(2)海上浮式生产储油平台需要数十年长期作业，因此，所选择机械装置应不需要长期液压支持；深水条件下，平台运动较大，考虑到建造精度的问题，应用机械插销连接存在困难；由于齿轮齿条连接对建造精度要求很高，应避免使用；大型的液压、电动等机械结构成本一般很高，应综合考虑结构可靠性、操作难易和成本等因素；连接作业时，机械装置可能会短期浸泡在海水中，所选装置应可在湿式环境下短期作业；(3)现有技术方式对于像“无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台”这类连接节点承受着垂向力、水平力、剪切力、弯矩等复杂外力条件的关键连接点，还缺少行之有效的施工方案。解决上述技术问题的难度：连接节点承受着垂向力、水平力、剪切力、弯矩等外力，这些外力节点应力状态复杂，不论是传统的灌浆、机械还是焊接，单一连接方式都无法处理节点复杂的应力问题，对于连接结构的荷载能力同样有很大挑战；对于组合连接节点，如何合理的设计施工流程，使得每项施工都在尽可能平稳地外界条件下作业，是施工设计的主要难点。解决上述技术问题的意义：对于像“无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台”这类新型平台，其运动性能和稳定性相比传统平台具有显著优势，然而，其海上安装方法是制约这类平台可行性的最为关键的因素之一。一旦海上安装方案存在可靠性问题、高成本问题，则整个平台的可行性就存在了疑问。因此，提出一个经济上可行、技术上可靠、安全可靠度高的海上安装方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点及施工方法。本专利技术提供一种可适应于不同尺度立柱，海上施工简便，结构安全可靠性和冗余度高，成本低的机械与焊接组合连接节点，并提供了其海上施工方法。本专利技术是这样实现的，一种用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法，所述用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法包括：机械固定作业：临时固定后，扭转双头螺栓通过铸件，挤压伸缩立柱壁，承担水平力；灌浆：安装上部固定装置、第一灌浆系统和第二灌浆系统灌注密封材料于大截面立柱与小截面立柱环空处，排干大截面立柱中央舱壁内海水后，安装封隔器封隔底部海水；焊接作业：将每块预制肘板底部焊接在小截面立柱顶甲板与大截面立柱中央孔道内壁上，承受向上垂向力和弯矩。进一步，机械固定作业前需进行：临时固定：小截面立柱到达设计位置后，支撑在大截面立柱中央舱壁卡槽中，用于临时固定；平台作业时，小截面立柱向下承受垂向力和弯矩。进一步，焊接作业后，还需进行：拆除临时安装设备，包括液压油缸或千斤顶执行机构、上部固定装置、第一灌浆系统和第二灌浆系统。本专利技术的另一目的在于提供一种用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点包括：设置在大截面立柱中央孔道内壁和小截面立柱外壁形成的环形空间内部的机械系统、焊接于小截面立柱顶甲板与大截面立柱中央孔道内壁的肘板以及套置在大截面立柱中央孔道内壁和小截面立柱外壁形成的环形空间内部的灌浆系统。进一步，所述机械系统包含若干个双头螺栓、配合双头螺栓的铸件导向槽以及临时使用的液压油缸或千斤顶；所述双头螺栓单侧进入小截面立柱预制的凹槽内，另外一侧通过与液压油缸或千斤顶等执行机构相连接；所述配合双头螺栓的铸件导向槽为圆孔导向槽，尺寸微小于双头螺栓尺寸，通过液压油缸或千斤顶等挤压双头螺栓通过挤压铸件，并与铸件连为一体。进一步，所述焊接结构用于将大截面立柱中央孔道内壁及小截面立柱连接为一体，包括连接肘板及连接肘板上的加强筋；所述肘板沿大截面立柱中央孔道周向均匀布置；每个肘板分别与小截面立柱舱壁、大截面立柱中央孔道内壁焊接在一起。进一步，肘板数量由结构计算结果确定，为弧形板、扇形板；肘板设置有若干根加强筋。进一步，所述灌浆系统包括有若干个剪切键、封隔器、灌浆料以及作业临时使用的两套灌浆系统、上部固定装置；灌浆区域位于大截面立柱内壁与小截面立柱外壁形成环形空间；所述剪切键沿大截面立柱内壁和小截面立柱外壁环向交错布置，并预制在大截面立柱中央孔道内壁及小截面立柱外壁；所述封隔器设置在环形空间底部；所述上部固定装置采用液压卡桩器。进一步，所述灌浆系统包括第一灌浆系统和第二灌浆系统；通过第一灌浆系统的主注浆阀对环形空间内进行灌浆，通过检测回流阀处回流浆液的比重判断灌浆结束标准；当第一灌浆系统出现故障时，通过第二灌浆系统的辅注浆阀对环形空间进行灌浆。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术所采用的机械连接和焊接技术皆具有较高的技术成熟度、成本低、水下作业少和操作方便等优点；仅采用了简易的机械结构系统，不需要长期液压支持，避免了齿轮齿条连接等形式，降低了施工成本；组合连接节点以一组双头螺栓及铸件作为主承载力结构，将大截面立柱和小截面立柱连接成一个整体，可实现结构间的荷载有效转移；通过肘板主要承担轴向剪切力，通过大截面立柱中央舱壁依托在大截面立柱卡槽中承受向下的垂向力和弯矩，通过大截面立柱与小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法，其特征在于，所述用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法包括：机械固定作业：临时固定后，通过液压装置扭转双头螺栓通过铸件，挤压伸缩立柱壁，承担水平力；作业完成后，将拆除液压装置；灌浆：安装上部固定装置、第一灌浆系统和第二灌浆系统灌注密封材料于大截面立柱与小截面立柱环空处，排干大截面立柱中央舱壁内海水，安装封隔器封隔底部海水；焊接作业：将每块预制肘板底部焊接在小截面立柱顶甲板与大截面立柱中央孔道内壁上，承受向上垂向力和弯矩。

【技术特征摘要】
1.一种用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法，其特征在于，所述用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法包括：机械固定作业：临时固定后，通过液压装置扭转双头螺栓通过铸件，挤压伸缩立柱壁，承担水平力；作业完成后，将拆除液压装置；灌浆：安装上部固定装置、第一灌浆系统和第二灌浆系统灌注密封材料于大截面立柱与小截面立柱环空处，排干大截面立柱中央舱壁内海水，安装封隔器封隔底部海水；焊接作业：将每块预制肘板底部焊接在小截面立柱顶甲板与大截面立柱中央孔道内壁上，承受向上垂向力和弯矩。2.如权利要求1所述的用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法，其特征在于，机械固定作业前需进行：临时固定：小截面立柱到达设计位置后，支撑在大截面立柱中央舱壁卡槽中，用于临时固定；平台作业时，小截面立柱向下承受垂向力和弯矩。3.如权利要求1所述的用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点的施工方法，其特征在于，焊接作业后，还需进行：拆除临时安装设备，包括液压油缸或千斤顶执行机构、上部固定装置、第一灌浆系统和第二灌浆系统。4.一种利用权利要求1所述施工方法的用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点，其特征在于，所述用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点包括设置在大截面立柱中央孔道内壁和小截面立柱外壁形成的环形空间内部的机械系统、焊接于小截面立柱顶甲板与大截面立柱中央孔道内壁的肘板以及套置在大截面立柱中央孔道内壁和小截面立柱外壁形成的环形空间内部的灌浆系统。5.如权利要求4所述的用于深水浮式平台的机械与焊接组合连接节点，其特征在于，所述机械系统包含若干个双头螺栓、配...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜哲，王芳，孙涛，罗瑞龙，张锦飞，崔维成，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：上海,31