基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统技术方案

本发明专利技术属于海洋平台用的建筑结构技术领域，涉及基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统。该系统包括海洋平台、刚性链杆、弹簧、摇摆柱、球铰支座、调谐质量阻尼器、金属阻尼器。海洋平台底端固定设置在地基上，摇摆柱设置在导管架内部中央位置，利用球铰支座铰接在海底基础上；摇摆柱采用新型套管结构体系，内柱与外管中间填充粘弹性阻尼材料，柱顶端设置调谐质量阻尼器；刚性拉杆或者弹簧连接摇摆柱和海洋平台，通过摇摆柱外金属阻尼器连接。该系统的摇摆柱控制海洋平台各个方向的大位移和大变形，使得层间变形趋于均匀，海洋平台结构整体受力，不会发生因局部屈曲破坏而导致海洋平台整体坍塌，从而取得更好的减振效果。

【技术实现步骤摘要】
基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统
本专利技术属于海洋平台用的建筑结构
，涉及基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统。
技术介绍
我国海域有着丰富的油气资源。随着经济建设对能源的需求不断加大，海洋油气勘探开发具有良好的发展前景和巨大的发展潜力。海洋平台作为海洋资源开发的基础设施，导管式海洋平台是中浅海海洋平台的主要结构形式。它采用将桩穿过导管腿使预制的导管架固定在海上，导管架和桩是主要的承重部件，其它设备层及工作区则坐落在平台上。在风、浪、流、冰和地震等海洋环境动力荷载作用下，结构的振动反应十分剧烈。摇摆柱体系是一种新型可恢复抗振结构，即在建筑物一侧设置一根刚度非常大的柱体，柱底部与基础通过球铰支座连接，用水平刚性链杆与建筑物相连，摇摆结构体系不是利用结构本身的变形来耗散地震能量，而是放松结构体系约束构成摇摆构件，通过结构构建的摇摆，使结构变形趋于一致，将变形集中在摇摆柱界面上，并在这些部位设置阻尼器来消耗。研究结果表明摇摆柱体系可以使结构各层层间变形区于均匀，有效控制结构变形的集中，可防止层屈服机制的出现，发挥结构整体抗振及耗能能力。调谐质量阻尼器(简称TMD)是结构振动控制领域中较为成熟的一种被动控制装置，TMD由质量块、弹簧与阻尼器构成。由质量块将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减振目的。调谐质量阻尼器的主要工作原理是结构受到振动作用时，通过微小的外部能源，调整半主动控制系统的刚度或者阻尼，使结构的动力特性改变，以减小结构的振动反应。目前，摇摆柱体系和TMD已分別应用于建筑物结构中，在一定程度上提高了建筑整体的抗振及耗能能力。目前已有方案只是将摇摆柱设置在海洋平台刚度较弱的一侧，只能控制单方向的大位移和大变形。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了完善目前摇摆体系的使用功能，优化摇摆构件的布置位置，增加摇摆体系的耗能能力，提高海洋平台体系的抗震性能。本专利技术提供的基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，可以根据实际需求合理的设置连接摇摆柱和平台的连接装置数量及位置，可在震后随意更换受损部件。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：本专利技术提供了一种基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，包括底端固定设置在海底基础上的海洋平台，其特征在于，所述海洋平台的导管架之间设置有摇摆柱，摇摆柱底端与海底基础通过球铰支座铰接，摇摆柱侧壁外周固接金属阻尼器，金属阻尼器与导管架之间通过若干组刚性链杆铰接或通过若干组弹簧固接；每组刚性链杆或每组弹簧限定的平面均垂直于摇摆柱的中轴线。进一步地，所述摇摆柱包括内钢管柱、套设在内钢管柱侧壁和底部的外钢管，在内钢管柱和外钢管之间填充有粘滞性阻尼材料；所述外钢管外管壁上沿中轴线向设置有若干条形钢板，条形钢板沿外钢管外管壁均匀分布，所述条形钢板沿中轴线方向设置有若干组螺栓孔，每组螺栓孔分别位于每组刚性链杆或每组弹簧限定的平面内，摇摆柱通过螺栓孔和高强螺栓固接金属阻尼器；外钢管底部焊有外管底座，外管底座与球铰支座固接。进一步地，摇摆柱顶部设有调谐质量阻尼器，其包括质量块、阻尼器弹簧、阻尼器与固定件，固定件固接在内钢管柱顶部，质量块与固定件之间通过阻尼器弹簧连接，阻尼器两端分别固接质量块与固定件，阻尼器悬挂于质量块与固定件之间，质量块底部设有光滑轮子。进一步地，所述金属阻尼器包括连接摇摆柱的若干组耗能金属腹板和围绕摇摆柱设置的八边形固定钢圈，耗能金属腹板的两端分别与装配槽形板、装配背板一体成型，装配槽形板上设置有配合条形钢板的凹槽和配合高强螺栓的螺栓孔；所述八边形固定钢圈为中空正八角柱结构，每组耗能金属腹板端部的装配背板均与八边形固定钢圈的侧壁的中心固接。进一步地，所述弹簧的一端固接弹簧装配基座，弹簧装配基座和八边形固定钢圈的侧壁的中心固接，弹簧装配基座和耗能金属腹板的装配背板分别位于八边形固定钢圈的侧面两侧，紧固八边形固定钢圈；弹簧的另一端通过固接活动式卡箍与导管架固接。进一步地，所述条形钢板的数量为四条；每组弹簧的数量为四根，各组弹簧从上到下按一定距离依次固接金属阻尼器。进一步地，所述刚性链杆两端分别通过铰接接头、连接头与金属阻尼器、导管架之间铰接，所述铰接接头包括中心开有圆形孔洞的单支圆滑凸齿、垂直单支圆滑凸齿设置的装配背板，垂直单支圆滑凸齿与装配背板一体成型，装配背板和八边形固定钢圈的侧壁的中心固接，铰接接头的装配背板和耗能金属腹板的装配背板分别位于八边形固定钢圈的侧面内外两侧，紧固八边形固定钢圈；所述连接头包括中心开有圆形孔洞的单支圆滑凸齿、平行单支圆滑凸齿设置的铰接活动式卡箍，铰接活动式卡箍内径与导管架外径相同，铰接活动式卡箍与单支圆滑凸齿一体成型。进一步地，所述刚性链杆包括金属双侧双支圆滑凸齿杆和插销，金属双侧双支圆滑凸齿杆包括位于两端的配合单支圆滑凸齿的双支凸齿，以及中段的横杆，两个双支凸齿和横杆之间设置有矩形连接板；所述双支凸齿设置有一个配合插销的圆形孔洞，插销分别固定双支凸齿和铰接接头、连接头的单支圆滑凸齿；所述矩形连接板垂直设置于同侧的双支凸齿的末端，两个矩形连接板之间为金属双侧双支圆滑凸齿杆的横杆，矩形连接板的侧面大于横杆的横截面。进一步地，所述金属双侧双支圆滑凸齿杆的横杆两端上下各有一个加劲板，加劲板与矩形连接板的侧面固接。进一步地，所述条形钢板的数量为四条，每组刚性链杆的数量为两根，每组中两条刚性链杆互成90°排布，各组刚性链杆从上到下按一定距离依次固接金属阻尼器。本专利技术还可与其他类型的抗震手段结合，如其他类型的消能减震阻尼器，例如转角阻尼器等，以达到更好的抗震效果。本专利技术的摇摆柱不仅仅限制于海洋平台结构体系中使用，在土木工程领域的框架结构中依然可以安装应用本专利技术装置。本专利技术提供的摇摆自复位组件也可应用于剪力墙结构，框架-剪力墙结构，砖混结构，钢结构，型钢混凝土结构等常见建筑结构；同时，可按建筑物的全高布置，也可不按建筑物的全高布置，只布置到建筑物的若干层。摇摆阻尼自复位组件具体的布置方案和摇摆柱的布置高度，完全可以取决于业主的需求。较佳的，摇摆自复位组件应尽量在建筑物中心位置布置，在任何方向上的地震动作用下，也不会产生额外的扭转作用，使建筑物受力均匀。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术充分利用了摇摆柱和调谐质量阻尼器TMD的优点，将摇摆柱安装在平台内部，布置灵活，可合理选择安装位置，对原结构的改变和影响较小，不影响原结构的正常使用，摇摆柱与框架结构相结合，构成摇摆柱组件，该结构与纯框架结构相比，可以増强结构的整体性，全方位的对平台进行振动控制，使导管架式海洋台结构整体受力、保证海洋平台结构不会因局部屈服破坏而导致海洋平台倒塌，从而取得更好的减振效果。(2)本专利技术的摇摆柱采用套管组合结构，在外部套管和内部柱体之间的夹层填充粘弹性阻尼材料。可以增强摇摆柱的耗能能力，从而减小海洋平台结构的加速度，以保证生活区工作人员的舒适度以及电子设备的安全运行。(3)摇摆柱顶部设有调谐质量阻尼器。利用调谐质量阻尼器将振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减振效果。针对第一自振频率进行结构振动控制，该设施可以通过参数优化，通过改变结构共振特性，而达到减振效果。(4)金属阻尼器的耗能金属腹板采用软钢或低屈服点的钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，包括底端固定设置在海底基础(5)上的海洋平台，其特征在于，所述海洋平台的导管架(1)之间设置有摇摆柱(4)，摇摆柱(4)底端与海底基础(5)通过球铰支座(7)铰接，摇摆柱(4)侧壁外周固接金属阻尼器(8)，金属阻尼器(8)与导管架(1)之间通过若干组刚性链杆(2)铰接或通过若干组弹簧(3)固接；每组刚性链杆(2)或每组弹簧(3)限定的平面均垂直于摇摆柱(4)的中轴线。

【技术特征摘要】
1.一种基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，包括底端固定设置在海底基础(5)上的海洋平台，其特征在于，所述海洋平台的导管架(1)之间设置有摇摆柱(4)，摇摆柱(4)底端与海底基础(5)通过球铰支座(7)铰接，摇摆柱(4)侧壁外周固接金属阻尼器(8)，金属阻尼器(8)与导管架(1)之间通过若干组刚性链杆(2)铰接或通过若干组弹簧(3)固接；每组刚性链杆(2)或每组弹簧(3)限定的平面均垂直于摇摆柱(4)的中轴线。2.根据权利要求1所述的基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，其特征在于，所述摇摆柱(4)包括内钢管柱(42)、套设在内钢管柱(42)侧壁和底部的外钢管(41)，在内钢管柱(42)和外钢管(41)之间填充有粘滞性阻尼材料(43)；所述外钢管(41)外管壁上沿中轴线方向设置有若干条形钢板(44)，条形钢板(44)沿外钢管(41)外管壁均匀分布，所述条形钢板(44)沿中轴线方向设置有若干组螺栓孔(45)，每组螺栓孔(45)分别位于每组刚性链杆(2)或每组弹簧(3)限定的平面内，摇摆柱(4)通过螺栓孔(45)和高强螺栓(84)固接金属阻尼器(8)；外钢管(41)底部焊有外管底座(78)，外管底座(78)与球铰支座(7)固接。3.根据权利要求2所述的基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，其特征在于，所述摇摆柱(4)顶部设有调谐质量阻尼器(6)，其包括质量块(61)、阻尼器弹簧(62)、阻尼器(63)与固定件(64)，固定件(64)固接在内钢管柱(42)顶部，质量块(61)与固定件(64)之间通过阻尼器弹簧(62)连接，阻尼器(63)两端分别固接质量块(61)与固定件(64)，阻尼器(63)悬挂于质量块(61)与固定件(64)之间，质量块(61)底部设有光滑轮子。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，其特征在于，所述金属阻尼器(8)包括连接摇摆柱(4)的若干组耗能金属腹板(81)和围绕摇摆柱(4)设置的八边形固定钢圈(83)，耗能金属腹板(81)的两端分别与装配槽形板(82)、装配背板(85)一体成型，装配槽形板(82)上设置有配合条形钢板(44)的凹槽和配合高强螺栓(84)的螺栓孔；所述八边形固定钢圈(83)为中空正八角柱结构，每组耗能金属腹板(81)端部的装配背板(85)均与八边形固定钢圈(83)的侧壁的中心固接。5.根据权利要求4所述的基于内置摇摆柱的自复位导管架海洋平台结构系统，其特征在于，所述弹簧(3)的一端固接弹簧装配基座(224)，弹簧装配基座(224)和八边形固定钢圈(83)的侧壁的中心固接，弹簧装配基座(224)和耗能金属腹板(81...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纪刚，赵迪，刘锦昆，张宗峰，刘菲菲，张君博，王胜，朱宝君，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37