CN110130294B - 海洋结构物的漂浮式抗冰结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种海洋结构物的漂浮式抗冰结构及其安装方法。该漂浮式抗冰结构包括一轴向中空的破冰壳体，在破冰壳体的内部安装有一减振构件，减振构件与破冰壳体之间构成多个容纳空间，在容纳空间内设有至少一个浮体，破冰壳体通过减振构件可沿轴向移动地套装在海洋结构物的支撑桩上。该安装方法包括步骤一、在陆地上预制破冰壳体、减振构件和支撑桩，将减振构件安装在破冰壳体上；步骤二、将支撑桩打入海底目标位置；步骤三、在破冰壳体内部与减振构件之间放置浮体；步骤四、将减振构件安装到支撑桩上；步骤五、调节浮体的浮力，使破冰壳体浮于海面。安装便利，可降低海洋结构物主体所受到的冰力和冰激振动。

Description

海洋结构物的漂浮式抗冰结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种海洋结构物的漂浮式抗冰结构以及该漂浮式抗冰结构的安装方法。

背景技术

随着冰区海洋结构物的发展，发现海冰直接作用于海洋结构物主体上，对其危害非常大，因此需要设置抗冰结构。传统的抗冰结构通常是固定设置在海洋结构物主体上的上下锥体结构，这种结构需要覆盖整个冬季的潮位变动范围，由于海洋潮位变化较大，抗冰结构的体积和重量往往都较大，且时常需要在海上进行焊接，安装不方便。由此，传统的抗冰结构存在以下问题：一是经济性较差；二是在非冰冻期，庞大的抗冰结构会增加海洋结构物整体的波浪载荷；三是抗冰结构与海洋结构物主体呈刚性固定连接，使得冰激振动会严重影响海洋结构物主体的疲劳寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、安装便利、能够降低海洋结构物主体所受到的冰力和冰激振动的海洋结构物的漂浮式抗冰结构及其安装方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种海洋结构物的漂浮式抗冰结构，包括一轴向中空的破冰壳体，在破冰壳体的内部安装有一减振构件，减振构件与破冰壳体之间构成多个容纳空间，在容纳空间内设有至少一个浮体，破冰壳体通过减振构件可沿轴向移动地套装在海洋结构物的支撑桩上。

优选地，减振构件采用吸能材料制成。

优选地，减振构件具有与支撑桩的外周面相连接的装配面，在装配面上设有至少一个沿轴向延伸的凹槽，在支撑桩的外周面上设有至少一个凸台，凸台可沿轴向滑动地插接于凹槽内。

优选地，减振构件包括一可沿轴向移动地套装在支撑桩上的套环和多个间隔分布在套环外周面上的连接件，连接件与破冰壳体相连接，相邻的两个连接件与破冰壳体之间构成容纳空间。

优选地，在破冰壳体的内周面上间隔地设有多个肋板，肋板与减振构件相连接，相邻的两个肋板与减振构件之间构成容纳空间。

优选地，浮体为可充气或放气的气囊。

优选地，破冰壳体的上端具有一环形上盖板，在环形上盖板上安装有靠泊构件。

优选地，靠泊构件与一爬梯相连接，爬梯安装在一套笼上，套笼可活动地外套在支撑桩上。

一种上述海洋结构物的漂浮式抗冰结构的安装方法，包括以下步骤：步骤一、在陆地上预制破冰壳体、减振构件和支撑桩，并将减振构件安装在破冰壳体上；步骤二、将支撑桩打入海底目标位置；步骤三、在破冰壳体内部与减振构件之间的容纳空间内放置浮体；步骤四、将减振构件安装到支撑桩上；步骤五、调节浮体的浮力，使破冰壳体浮于海面。

优选地，在步骤一中，还包括在陆地上预制靠泊构件、爬梯以及套笼，将爬梯安装在套笼上，并将爬梯与靠泊件连接，将靠泊件安装在破冰壳体上端的环形上盖板上。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的海洋结构物的漂浮式抗冰结构以及该漂浮式抗冰结构的安装方法，通过在破冰壳体与支撑桩之间设置减振构件，由减振构件吸收振动能量，可以有效减小破冰壳体受到的冰载荷向支撑桩的传递，从而降低与支撑桩连接的海洋结构物主体所受到的冰力和冰激振动，延长海洋结构物主体的疲劳寿命；通过在减振构件与破冰壳体之间的容纳空间内设置浮体，由浮体提供浮力，可以维持漂浮式抗冰结构整体的浮力和吃水深度，使其随潮位高低变化而在支撑桩上上下浮动，始终漂浮于海面，从而能够适应海洋潮位的变化，使冰始终作用在抗冰壳体上，因此可以有效减少漂浮式抗冰结构的钢材用量；破冰壳体、减振构件及浮体可以在陆地上预制完成并装配在一起，构成一个整体结构，则在海面上可一次性将漂浮式抗冰结构安装在支撑桩上，结构简单，且减少了海上作业工序，安装过程十分便捷。

附图说明

图1是本发明实施例的海洋结构物的漂浮式抗冰结构的立体示意图。

图2是图1中沿A-A的断面示意图。

图3是本发明实施例的海洋结构物的漂浮式抗冰结构去掉靠泊构件、爬梯及套笼后的俯视示意图。

图4是图3中沿B-B的剖视示意图。

图5是本发明实施例的减振构件的结构示意图。

图6是本发明实施例的支撑桩的结构示意图。

图7是本发明实施例的破冰壳体的结构示意图。

图中：

1、破冰壳体 10、环形上盖板

11、肋板 111、第三连接板

112、第四连接板 2、减振构件

20、装配面 201、凹槽

21、套环 22、连接件

221、第一连接板 222、第二连接板

3、容纳空间 4、浮体

5、支撑桩 501、凸台

6、螺栓 7、靠泊构件

8、爬梯 9、套笼

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图7所示，本发明海洋结构物的漂浮式抗冰结构的一种实施例。

参见图1和图2，本实施例的漂浮式抗冰结构包括一轴向中空的破冰壳体1，在破冰壳体1的内部安装有一减振构件2，减振构件2用于吸收振动能量。减振构件2与破冰壳体1之间构成多个容纳空间3，在容纳空间3内设有至少一个浮体4，浮体4用于提供浮力。破冰壳体1通过减振构件2可沿轴向移动地套装在海洋结构物的支撑桩5上，支撑桩5可以为海洋结构物的桩腿结构，例如风机基础桩或海洋石油平台基础桩，支撑桩5可以是直桩，也可以是斜桩。则通过浮体4提供浮力，可以维持漂浮式抗冰结构整体的浮力和吃水深度，使其随潮位高低变化而在支撑桩5上上下浮动，始终漂浮于海面，从而能够适应海洋潮位的变化，使冰始终作用在抗冰壳体1上，因此可以有效减少本实施例的漂浮式抗冰结构的钢材用量。通过减振构件2吸收振动能量，可以有效减小破冰壳体1受到的冰载荷向支撑桩5的传递，从而降低与支撑桩5连接的海洋结构物主体所受到的冰力和冰激振动，延长海洋结构物主体的疲劳寿命。

优选地，本实施例中的减振构件2采用吸能材料制成，则可通过减振构件2自身材质特性吸收破冰壳体1传递的冰载荷。所述吸能材料是指能够吸收振动能量的材料，吸能材料的材质并不局限，例如可以为橡胶，也可以为其它能够吸收振动能量的材质。

进一步，参见图2、图3、图4和图5，本实施例中的减振构件2包括套环21和连接件22，套环21可沿轴向移动地套装在支撑桩5上，连接件22设有多个，所有的连接件22间隔分布在套环21的外周面上。每个连接件22均与破冰壳体1相连接，且相邻的两个连接件22与破冰壳体1之间构成容纳空间3。

优选地，参见图5，减振构件2具有与支撑桩5的外周面相连接的装配面20，在本实施例中，减振构件2的套环21的内周面即为与支撑桩5的外周面相连接的装配面20，在该装配面20上设有至少一个沿轴向延伸的凹槽201。参见图6，在支撑桩5的外周面上设有至少一个凸台501。则减振构件2套装在支撑桩5上时，支撑桩5上的凸台501可沿轴向滑动地插接于减振构件2装配面20的凹槽201内(参见图2)。由此实现破冰壳体1通过减振构件2可沿轴向移动地套装在海洋结构物的支撑桩5上，且通过凸台501与凹槽201的配合对减振构件2在支撑桩5上的轴向移动起到导向和限位的作用，可防止减振构件2在支撑桩5上发生周向转动，以保证本实施例的漂浮式抗冰结构工作的稳定性和可靠性。优选地，所有的凹槽201在装配面20上呈均匀分布，相应地，所有的凸台501在支撑桩5的外周面上也呈均匀分布，且与凹槽201一一对应。

优选地，参见图5，每个连接件22均在套环21的外周面上沿套环21的轴向延伸，且所有的连接件22在套环21的外周面上等间隔地分布，以使减振构件2能够对破冰壳体1传递的冰载荷进行均匀吸收。本实施例中连接件22的数量并不局限。为保证连接强度，优选地，每个连接件22的长度均与套环21的长度相等。本实施例中，每个连接件22均包括相互垂直的第一连接板221和第二连接板222，且第一连接板221和第二连接板222构成断面形状呈“T”型的连接件22。第一连接板221与套环21的外周面呈垂直连接，第二连接板222与第一连接板221远离套环21外周面的一侧相连接，则连接件22可通过第二连接板222与破冰壳体1相连接。

进一步，参见图2、图4和图7，本实施例中的破冰壳体1呈圆锥台状，使其具有破冰功能，能够有效降低冰载荷，使冰块发生弯曲破坏。圆锥台状的破冰壳体1外周面的竖向斜度值并不局限，应根据冰区的波浪载荷和冰载荷作用的大小对比确定。破冰壳体1的具体尺寸也不局限，应根据冰区的冰厚、冰载荷作用位置、海洋潮位变动范围以及支撑桩5的尺寸进行设计。

优选地，破冰壳体1内部的轴向中空部分也呈圆锥台状，在破冰壳体1的内周面上间隔地设有多个肋板11，肋板11与减振构件2相连接，相邻的两个肋板11与减振构件2之间构成容纳空间3。肋板11除了用于与减振构件2连接外，还可以增加破冰壳体1的刚度，提高破冰壳体1的抗冰能力。

本实施例中，肋板11与减振构件2上连接件22的第二连接板222相连接。肋板11的数量并不局限，可以与减振构件2上连接件22的数量相同，则破冰壳体1上的肋板11与减振构件2上的连接件22一一对应地连接。优选地，肋板11包括第三连接板111和第四连接板112，第三连接板111与减振构件2的第二连接板222相对接，第四连接板112的一侧与第三连接板111垂直连接，第四连接板112的另一侧则与破冰壳体1的内周面相匹配且与破冰壳体1的内周面相连接。由此实现破冰壳体1与减振构件2之间的连接，且在破冰壳体1相邻的两个肋板11及与之对应的减振构件2相邻的两个连接件22之间构成容纳空间3。本实施例中，肋板11的第四连接板112与连接件22的第三连接板111之间的连接方式并不局限，可以采用螺栓6连接，也可以采用其它能够实现第四连接板112与第三连接板111之间有效连接的方式连接。

进一步，本实施例中的浮体4可以采用可充气或放气的气囊，气囊可以为橡胶气囊，具有安装方便、且便于调节浮力的优点。浮体4的数量并不局限，可以根据破冰壳体1与减振构件2之间的容纳空间3的大小、漂浮式抗冰结构的整体尺寸及重量以及单个浮体4可提供的浮力的大小进行设计。浮体4采用气囊时，气囊的充气量则可根据本实施例漂浮式抗冰结构安装阶段的便利性和海洋结构物正常运行阶段所受浮力和吃水深度进行调整。

进一步，参见图1，本实施例中，破冰壳体1的上端具有一环形上盖板10，在环形上盖板10上安装有靠泊构件7，通过靠泊构件7使得本实施例的漂浮式抗冰结构具有船舶靠泊功能，以方便海洋结构物的运维。靠泊构件7的具体形式并不局限，可以采用常规的靠泊构件。

进一步，靠泊构件7与一爬梯8相连接，爬梯8安装在一套笼9上，套笼9可活动地外套在支撑桩5上。通过爬梯8和套笼9可以实现人员在船舶与海洋结构物之间的可靠通行。由此，本实施例的漂浮式抗冰结构够成为组合了抗冰、靠泊、爬梯功能的一体式结构。

本实施例的漂浮式抗冰结构在安装时，破冰壳体1、减振构件2、靠泊构件7、爬梯8和套笼9均可以在陆地上预制完成并装配在一起，浮体4也可以在陆地上预先放置在破冰壳体1与减振构件2之间的容纳空间3内，由此构成一个整体结构，则在海面上可一次性将漂浮式抗冰结构安装在支撑桩5上，结构简单，且减少了海上作业工序，安装过程十分便捷。

基于上述海洋结构物的漂浮式抗冰结构，本实施例还提供了一种海洋结构物的漂浮式抗冰结构的安装方法。本实施例的漂浮式抗冰结构的安装方法包括以下步骤：

步骤一、在陆地上预制破冰壳体1、减振构件2和支撑桩5，并将减振构件2安装在破冰壳体1上。优选地，在陆地上还预制靠泊构件7、爬梯8以及套笼9，将爬梯8安装在套笼9上，并将爬梯8与靠泊件7连接，将靠泊件7安装在破冰壳体1上端的环形上盖板10上。优选地，减振构件2具有与支撑桩5的外周面相连接的装配面20，在该装配面20上设有至少一个沿轴向延伸的凹槽201，同时，在预制的支撑桩5的外周面上设有多个凸台501。

步骤二、将支撑桩5打入海底目标位置。

步骤三、在破冰壳体1内部与减振构件2之间的容纳空间3内放置浮体4。优选地，浮体4为气囊，气囊可以为橡胶气囊。气囊的充气量应满足漂浮式抗冰结构安装的便利性。

步骤四、将减振构件2安装到支撑桩5上，并使减振构件2装配面20上的凹槽201与支撑桩5上的凸台501滑动配合连接，由此一次性完成漂浮式抗冰结构在海面上的安装。

步骤五、调节浮体4的浮力，使破冰壳体1浮于海面。浮体4为气囊时，可以通过调节气囊的充气量来调节其浮力，使其提供足够的浮力，以保证破冰壳体1能够始终处于浮态，亦即使漂浮式抗冰结构始终浮于海面。

至此，完成漂浮式抗冰结构在海面上的安装。

综上所述，本实施例的海洋结构物的漂浮式抗冰结构及该漂浮式抗冰结构的安装方法具有以下优点：

(1)通过在破冰壳体1与支撑桩5之间设置减振构件2，由减振构件2吸收振动能量，可以有效减小破冰壳体1受到的冰载荷向支撑桩5的传递，从而降低与支撑桩5连接的海洋结构物主体所受到的冰力和冰激振动，延长海洋结构物主体的疲劳寿命。

(2)通过在减振构件2与破冰壳体1之间的容纳空间3内设置浮体4，由浮体4提供浮力，可以维持漂浮式抗冰结构整体的浮力和吃水深度，使其随潮位高低变化而在支撑桩5上上下浮动，始终漂浮于海面，从而能够适应海洋潮位的变化，使冰始终作用在抗冰壳体1上，因此可以有效减少漂浮式抗冰结构的钢材用量。

(3)通过在破冰壳体1上设置靠泊构件7、爬梯8和套笼9，使得漂浮式抗冰结构同时具有抗冰、靠泊和爬梯功能，且破冰壳体1、减振构件2、靠泊构件7、爬梯8和套笼9均可以在陆地上预制完成并装配在一起，浮体4也可以在陆地上预先放置在破冰壳体1与减振构件2之间的容纳空间3内，由此构成一个整体结构，则在海面上可一次性将漂浮式抗冰结构安装在支撑桩5上，结构简单，且减少了海上作业工序，安装过程十分便捷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种海洋结构物的漂浮式抗冰结构，其特征在于，包括一轴向中空的破冰壳体(1)，在所述破冰壳体(1)的内部安装有一减振构件(2)，所述减振构件(2)与所述破冰壳体(1)之间构成多个容纳空间(3)，在所述容纳空间(3)内设有至少一个浮体(4)，所述破冰壳体(1)通过所述减振构件(2)可沿轴向移动地套装在海洋结构物的支撑桩(5)上，所述减振构件(2)具有与所述支撑桩(5)的外周面相连接的装配面(20)，在所述装配面(20)上设有至少一个沿轴向延伸的凹槽(201)，在所述支撑桩(5)的外周面上设有至少一个凸台(501)，所述凸台(501)可沿轴向滑动地插接于所述凹槽(201)内，所述减振构件(2)包括一可沿轴向移动地套装在所述支撑桩(5)上的套环(21)和多个间隔分布在所述套环(21)外周面上的连接件(22)，所述连接件(22)与所述破冰壳体(1)相连接，相邻的两个所述连接件(22)与所述破冰壳体(1)之间构成所述容纳空间(3)。

2.根据权利要求1所述的海洋结构物的漂浮式抗冰结构，其特征在于，所述减振构件(2)采用吸能材料制成。

3.根据权利要求1所述的海洋结构物的漂浮式抗冰结构，其特征在于，在所述破冰壳体(1)的内周面上间隔地设有多个肋板(11)，所述肋板(11)与所述减振构件(2)相连接，相邻的两个所述肋板(11)与所述减振构件(2)之间构成所述容纳空间(3)。

4.根据权利要求1所述的海洋结构物的漂浮式抗冰结构，其特征在于，所述浮体(4)为可充气或放气的气囊。

5.根据权利要求1所述的海洋结构物的漂浮式抗冰结构，其特征在于，所述破冰壳体(1)的上端具有一环形上盖板(10)，在所述环形上盖板(10)上安装有靠泊构件(7)。

6.根据权利要求5所述的海洋结构物的漂浮式抗冰结构，其特征在于，所述靠泊构件(7)与一爬梯(8)相连接，所述爬梯(8)安装在一套笼(9)上，所述套笼(9)可活动地外套在所述支撑桩(5)上。

7.一种如权利要求1至6中任意一项所述的海洋结构物的漂浮式抗冰结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在陆地上预制破冰壳体(1)、减振构件(2)和支撑桩(5)，并将减振构件(2)安装在破冰壳体(1)上；

步骤二、将支撑桩(5)打入海底目标位置；

步骤三、在破冰壳体(1)内部与减振构件(2)之间的容纳空间(3)内放置浮体(4)；

步骤四、将减振构件(2)安装到支撑桩(5)上；

步骤五、调节浮体(4)的浮力，使破冰壳体(1)浮于海面。

8.根据权利要求7所述的海洋结构物的漂浮式抗冰结构的安装方法，其特征在于，在所述步骤一中，还包括在陆地上预制靠泊构件(7)、爬梯(8)以及套笼(9)，将爬梯(8)安装在套笼(9)上，并将爬梯(8)与靠泊件连接，将靠泊件安装在破冰壳体(1)上端的环形上盖板(10)上。