海洋平臺減震系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種減震系統(tǒng)，尤其涉及一種應(yīng)用在海洋平臺上的減震系統(tǒng)。本發(fā)明的海洋平臺減震系統(tǒng)，包括支撐平臺（1），支撐平臺（1）與減震裝置連接；所述的減震裝置包括橫向撐桿Ⅰ（2），橫向撐桿Ⅰ（2）與支撐平臺（1）固定連接，橫向撐桿Ⅰ（2）的兩端分別鉸接豎向撐桿Ⅰ（4），豎向撐桿Ⅰ（4）上設(shè)有阻尼器Ⅰ（3），阻尼器Ⅰ（3）與豎向撐桿Ⅰ（4）鉸接且將豎向撐桿Ⅰ（4）分成上下兩部分。本發(fā)明的減震系統(tǒng)可使導(dǎo)管架式海洋平臺結(jié)構(gòu)整體抵御外部荷載的能力增加，大大增加抵御冰荷載、浪荷載、風(fēng)荷載以及地震荷載，甚至抵御海嘯的能力也大大增強(qiáng)，不會因局部桿件的破壞而導(dǎo)致海洋平臺結(jié)構(gòu)破壞。
【專利說明】海洋平臺減震系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減震系統(tǒng)，尤其涉及一種應(yīng)用在海洋平臺上的減震系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋平臺是一種海洋工程的結(jié)構(gòu)裝置，它為海洋資源的開發(fā)與利用提供了海上作業(yè)與生活的場所。全球的經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越需要海洋資源的開發(fā)和利用，而海洋平臺作為開發(fā)資源的基礎(chǔ)設(shè)施，處于惡劣復(fù)雜的壞境中，會受到各種荷載的作用。引起海洋平臺振動和破壞的荷載主要有地震、冰載、波浪、風(fēng)力及平臺上的機(jī)器和設(shè)備。其中地震作用的破壞能力巨大，并具有不可預(yù)測性。海洋平臺的振動會讓工人產(chǎn)生恐慌心理，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，造成平臺倒塌等重大災(zāi)難，最終會產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成嚴(yán)重的人員傷亡。
[0003]我國是一個地震多發(fā)的國家，多數(shù)近海地區(qū)都處在地震活動強(qiáng)烈的大陸板塊邊緣，發(fā)生過多次海洋平臺破壞的事件。為了提高平臺的可靠性和安全性，平臺振動控制成為海洋工程的技術(shù)人員的熱門課題。
[0004]隔振技術(shù)，在振源和減振體之間插進(jìn)彈性隔振體，依靠它的變形減輕振源對減振體的激勵?；A(chǔ)隔振是將隔振器置于結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間，作為彈性支撐，通過合理的參數(shù)選擇達(dá)到減振的目的。在海洋平臺減振措施中，基礎(chǔ)隔振主要針對地震引起的振動，是限制地震能量進(jìn)入平臺上部結(jié)構(gòu)的有效方法，其基本方法是在平臺甲板底部和導(dǎo)管架端帽之間加上隔振裝置，如橡膠墊、阻尼器等。
[0005]耗能減振技術(shù)，耗能減振是將振源輸入結(jié)構(gòu)的能量引向特別設(shè)置的耗能元件加以吸收和耗散，以保護(hù)主體的安全。這種方式比傳統(tǒng)的依靠結(jié)構(gòu)本身耗散能量的方式顯然強(qiáng)得多。
[0006]材料阻尼減振，材料阻尼主要是應(yīng)用材料的應(yīng)力-應(yīng)變塑性滯回的特性進(jìn)行振動能量的消耗。在一個應(yīng)力循環(huán)過程中，加載期間外界對材料所做的功大于卸載期間材料放出的能量，材料把一部分能量轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。一般來講，高強(qiáng)度的金屬阻尼性能很低，相反，阻尼性能好的材料，常常強(qiáng)度低而且昂貴。同時，材料的阻尼受溫度和振動頻率的影響很大。因此，在設(shè)計平臺結(jié)構(gòu)時應(yīng)該合理選擇各部分的材料。
[0007]阻尼器減振，阻尼器減振措施是在平臺原結(jié)構(gòu)上并聯(lián)或串聯(lián)一個阻尼器從而獲得具有接近雙線性滯回特性的阻尼耗散效果。常用的阻尼器包括摩擦阻尼器、軟鋼和合金阻尼器、鉛阻尼器、粘滯流體阻尼器、粘彈性阻尼器等。這些阻尼器都可以利用普通的材料制造，結(jié)構(gòu)和加工工藝相對簡單，適合在多層和高層土木建筑結(jié)構(gòu)中使用。摩擦阻尼器本身沒有自動復(fù)位功能，只能依靠結(jié)構(gòu)本身的剛度復(fù)位。由于其鎖緊力固定不變，因此只能對較窄的振動頻率起到減振效果。
[0008]TMD與TLD系統(tǒng)，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)和調(diào)諧流體阻尼器(TLD)是利用二次系統(tǒng)吸收主體結(jié)構(gòu)的振動能量而使主體結(jié)構(gòu)減振的元件。用于海洋平臺的振動控制理論和應(yīng)用研究已經(jīng)非常活躍，并且取得了明顯的減振效果。[0009]目前在海洋平臺振動控制中，已有的研究成果主要是采用隔振以及隔振與阻尼器相結(jié)合的措施。
[0010]隔振技術(shù)是在結(jié)構(gòu)中設(shè)置隔振墊，破壞了結(jié)構(gòu)本身的完整性和整體剛度。風(fēng)荷載和海嘯作用等都是作用在整個平臺結(jié)構(gòu)上，當(dāng)荷載比較大時，可能造成結(jié)構(gòu)在隔振處被剪斷而造成結(jié)構(gòu)的傾覆；再次，結(jié)構(gòu)內(nèi)部也存在振源，即平臺上機(jī)械設(shè)備和裝置振動所引起的連續(xù)、持久響應(yīng)。
[0011]在結(jié)構(gòu)內(nèi)部加阻尼器或防屈曲支撐也可以起到一定的減振效果，但效果不明顯，還是要結(jié)合隔振技術(shù)一同發(fā)揮作用，而平臺結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于剛度較大沒有合適的位置添加阻尼器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種海洋平臺減震系統(tǒng)，其在海洋平臺外部添加阻尼器，更好地實(shí)現(xiàn)海洋平臺的震動控制。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:其包括支撐平臺，支撐平臺與減震裝置連接；所述的減震裝置包括橫向撐桿I，橫向撐桿I與支撐平臺固定連接，橫向撐桿I的兩端分別鉸接豎向撐桿I，豎向撐桿I上設(shè)有阻尼器I，阻尼器I與豎向撐桿I鉸接且將豎向撐桿I分成上下兩部分。
[0014]將所述支撐平臺連接到減震裝置上，通過鉸接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減震裝置相對所述支撐平臺在設(shè)定角度范圍內(nèi)擺動。通過阻尼器的設(shè)置，具有釋放破壞力，允許扭轉(zhuǎn)的功能，是一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、施工方便、構(gòu)造簡單的海洋平臺減震系統(tǒng)。
[0015]阻尼器增加了減震裝置的阻尼比，減少了支撐平臺在水平外力，特別是地震力作用下的動力響應(yīng)，阻尼器可以增強(qiáng)海洋平臺結(jié)構(gòu)的耗能能力，同時，可使海洋平臺結(jié)構(gòu)的加速度明顯變小，以保證生活區(qū)工作人員的舒適度。
[0016]阻尼器I豎向設(shè)置。
[0017]減震裝置還包括橫向撐桿II，橫向撐桿II的一端與支撐平臺頂端固定連接，另一端與豎向撐桿II鉸接，橫向撐桿II上設(shè)有阻尼器II，阻尼器II與橫向撐桿II鉸接且將橫向撐桿II分成左右兩部分；豎向撐桿II的底端與橫向撐桿I鉸接。阻尼器II橫向設(shè)置。
[0018]阻尼器I和阻尼器II采用形狀記憶合金阻尼器或粘滯阻尼器或粘彈性阻尼器或摩擦阻尼器或防屈曲支撐阻尼器。
[0019]形狀記憶合金(SMA)作為智能材料之一，最早在航空航天、機(jī)器人、醫(yī)療等精密尖端領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。近年來，由于材料的加工技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)能力的提高，SMA在土木工程領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用也有了較快的發(fā)展。由于這種材料具有可恢復(fù)變形大、在受限回復(fù)時能產(chǎn)生很大的驅(qū)動力、高阻尼性能、抗疲勞性能好，并且可以實(shí)現(xiàn)多種變形形式，易于同混凝土、鋼材等材料相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)而日益受到重視，國內(nèi)外眾多學(xué)者對SMA在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。超彈性是SMA比較重要的力學(xué)性能之一，它是指當(dāng)合金受到應(yīng)力時，發(fā)生馬氏體逆相變，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于其超彈性極限的應(yīng)變，在卸載時應(yīng)變自動恢復(fù)的現(xiàn)象。利用SMA的超彈性和高阻尼特性可以制作SMA減震隔震裝置，抑制結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的響應(yīng)，同時產(chǎn)生足夠的回復(fù)力使結(jié)構(gòu)恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，從而達(dá)到減震隔震的目的。[0020]防屈曲支撐的原理是:支撐結(jié)構(gòu)在地震作用下所承受的軸向力作用全部由支撐中心的芯材承受，芯材在拉力和壓力作用下屈服耗能，而外圍鋼管和套管內(nèi)的混凝土或砂漿提供給芯材彎曲限制，避免芯材受壓時屈曲。由于泊松效應(yīng)，芯材在受壓的情況下會膨脹，因此在芯材和砂漿之間設(shè)有一層無粘結(jié)材料或者非常狹小的空氣層，避免芯材與約束機(jī)制接觸而引起的摩擦力迫使約束機(jī)構(gòu)承受軸向力。防屈曲支撐在受拉與受壓時能達(dá)到屈服而不發(fā)生屈曲，較傳統(tǒng)的支撐有更穩(wěn)定的力學(xué)性能，經(jīng)過合理設(shè)計的防屈曲支撐具有高剛度和良好的滯回耗能能力，因此，防屈曲耗能支撐具有普通支撐和滯回型耗能元件的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價值。防屈曲支撐桿包括套管以及設(shè)置在套管內(nèi)的芯板。屈曲約束支撐又稱無粘結(jié)支撐，是一種新型鋼結(jié)構(gòu)支撐，也是一種耗能支撐，屈曲約束支撐的中心是芯板，為避免芯板受壓時整體屈曲，即在受拉和受壓時都能達(dá)到屈服，芯板被置于一個套管內(nèi)，然后在套管內(nèi)灌注砂漿。為了減小或消除芯板受軸力時傳給砂漿的力，而且，由于泊松效應(yīng)，芯板在受壓情況下會膨脹，因此在套管與芯板之間填充砂漿層，砂漿層與芯板之間設(shè)置空氣間隔層或無粘結(jié)材料層。這樣以來，此支撐在受壓時亦能達(dá)到完全屈服，使支撐受壓承載力與受拉承載力相當(dāng)，克服了傳統(tǒng)支撐受壓屈曲的缺陷，改善了支撐承載能力。
[0021]本發(fā)明的減震系統(tǒng)可使導(dǎo)管架式海洋平臺結(jié)構(gòu)整體抵御外部荷載的能力增加，大大增加抵御冰荷載、浪荷載、風(fēng)荷載以及地震荷載，甚至抵御海嘯的能力也大大增強(qiáng)，不會因局部桿件的破壞而導(dǎo)致海洋平臺結(jié)構(gòu)破壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3阻尼器的示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例4阻尼器的示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例5阻尼器的示意圖；
[0027]圖6為本發(fā)明的實(shí)施例6阻尼器的示意圖。
[0028]圖中:1.支撐平臺；2.橫向撐桿I ;3.阻尼器I ;4.豎向撐桿I ;5.橫向撐桿II ；
6.阻尼器II ；7.油缸；8.活塞桿；9.活塞；10.外鋼板；11.粘彈性層；12.黃銅墊板；13.中間鋼板；14.芯板；15.套管；16.砂漿層；17.豎向撐桿II。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的海洋平臺減震系統(tǒng)包括支撐平臺1，支撐平臺I與減震裝置連接；所述的減震裝置包括橫向撐桿I 2，橫向撐桿I 2與支撐平臺I固定連接，橫向撐桿I 2的兩端分別鉸接豎向撐桿I 4，豎向撐桿I 4上設(shè)有阻尼器I 3，阻尼器I 3與豎向撐桿I 4鉸接且將豎向撐桿I 4分成上下兩部分。
[0031]阻尼器I 3豎向設(shè)置，阻尼器I 3采用形狀記憶合金阻尼器。
[0032]天津波作用下的結(jié)果分析:在海洋平臺減震系統(tǒng)上設(shè)置監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。
[0033]表I天津波作用下各節(jié)點(diǎn)的位移:
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種海洋平臺減震系統(tǒng)，包括支撐平臺(I)，其特征在于，支撐平臺(I)與減震裝置連接；所述的減震裝置包括橫向撐桿I (2)，橫向撐桿I (2)與支撐平臺(I)固定連接，橫向撐桿I (2)的兩端分別鉸接豎向撐桿I (4)，豎向撐桿I (4)上設(shè)有阻尼器I (3)，阻尼器I(3)與豎向撐桿I (4)鉸接且將豎向撐桿I (4)分成上下兩部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺減震系統(tǒng)，其特征在于，阻尼器I(3)豎向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋平臺減震系統(tǒng)，其特征在于，阻尼器I(3)采用形狀記憶合金阻尼器或粘滯阻尼器或粘彈性阻尼器或摩擦阻尼器或防屈曲支撐阻尼器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋平臺減震系統(tǒng)，其特征在于，減震裝置還包括橫向撐桿II (5)，橫向撐桿II (5)的一端與支撐平臺(I)頂端固定連接，另一端與豎向撐桿II (17)鉸接，橫向撐桿II (5)上設(shè)有阻尼器II (6)，阻尼器II (6)與橫向撐桿II (5)鉸接且將橫向撐桿II (5)分成左右兩部分；豎向撐桿II (17)的底端與橫向撐桿I (2)鉸接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海洋平臺減震系統(tǒng)，其特征在于，阻尼器II(6)橫向設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海洋平臺減震系統(tǒng)，其特征在于，阻尼器II(6)采用形狀記憶合金阻尼器或粘滯阻尼器或粘彈性阻尼器或摩擦阻尼器或防屈曲支撐阻尼器。
【文檔編號】E02B17/00GK103572853SQ201210256212
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月23日
【發(fā)明者】張紀(jì)剛, 禚煥雯, 王勝, 江志偉, 寧偉, 劉振華 申請人:青島理工大學(xué), 青建集團(tuán)股份公司