[实用新型]桁架桩腿结构及其非对称主弦管

说明书

技术领域

本实用新型涉及海洋工程及大型船舶建造技术领域，尤其涉及一种桁架桩腿结构及其非对称主弦管。

背景技术

自升式平台的船体由桩腿支撑，船体可沿位于船体围井区内的桩腿，通过上下导向结构以及升降装置完成升降运动，当船体升降到指定位置后，缩紧装置锁定，船体重量从升降装置转移到锁紧装置，并保持船体与桩腿的相对静止状态。例如通过升降装置完成插桩预压载动作后锁紧装置锁定船体与桩腿相对位置，平台将站位于海洋之中作业；作业结束后，升降装置完成拔桩收桩腿动作将桩腿升到船体上方，船体漂浮于海面，然后锁紧装置锁定桩腿与船体相对位置，将平台拖航到其他海域。

如图1所示，现有的自升式平台桁架桩腿结构通常由三个主弦管和若干撑管12通过焊接连接而成。其中，主弦管包括一个带有对称齿的齿条板111和对称布置的内半圆板112和外半圆板113，主弦管之间通过撑管12连接，且撑管12焊接在内半圆板112上。

现有的主弦管通常采用屈服强度为690Mpa的高强调制钢制成，这种钢材的价格约为7000-9000元/吨。撑管通常采用屈服强度为520Mpa的高强钢，这种钢材价格约5000-6000元/吨。由于桩腿尺寸主要由平台尺寸、风浪流环境载荷和水深等因素决定，因此主流船型桁架桩腿结构长度一般在125-250米之间，单根桁架桩腿结构重量约700-2500吨，材料成本昂贵。为有效控制成本，桁架桩腿结构在满足强度的前提下，需尽量节省钢材。

为了降低成本，本领域内现已形成配套的围井区设计以及升降装置和锁紧装置产品，其中主流船型配套升降锁紧装置售价约7000-10000万元，围井区以及升降装置和锁紧装置的设计成本昂贵。

随着自升式平台规格和作业水深的不断增大，对桩腿强度提出更高要求，按照目前的桁架桩腿结构形式，通过增大主弦管整体尺寸、增加板厚来提高桩腿强度，钢材用量增加明显，与之配套的围井区以及升降装置和锁紧装置要重新设计。

此外，如图2所示，按照现有的主弦管的结构形式，齿条板111宽度确定后，内、外半圆板112、113的最大直径即已确定。当焊接在主弦管的内半圆板112上的两根撑管12交于同一节点时，由于焊接面积受限而出现搭接情况。当多根撑管12交于同一节点时，撑管12的搭接情况更加复杂。作为复杂管节点，节点疲劳问题明显，撑管12焊接相贯面加工困难、精度不易控制，打磨耗时长，焊接操作空间小、难度高，焊接质量难于控制。

为避免上述搭接问题，且能配合现有主流配套升降锁紧装置使用。在不改变现有主流桩腿主弦管结构形式的前提下，本领域技术人员提出将撑管交错焊接到主弦管上，避免多根撑管交于主弦管的同一点。这种结构的主弦管要承受额外的弯矩，对桩腿强度不利，需要进行相应的结构补强，增加额外工作量，且材料成本增加。另有本领域技术人员提出增加一根主弦管，将桩腿设计为四根主弦管及撑管组成的方形结构，这种结构增大了各撑管间的夹角，一定程度上避免了搭接问题。但是这种结构的成本增加明显，四根主弦管组成的方形桩腿稳定性需要进一步补强，并且与其配套的围井区以及升降装置和锁紧装置的设计，完全不同于现有主流配备三个主弦管桩腿的自升平台的设计。

因此，在不改变现有三根主弦管的桁架桩腿结构的前提下，设计出一种保证结构强度、成本较低、制造简便且有效减缓撑管搭接问题的桁架桩腿结构及其主弦管结构，已成为本领域内亟待解决的一大技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决现有技术中桁架桩腿结构的主弦管与撑管的搭接问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提出的一种非对称主弦管，其中，所述非对称主弦管包括：齿条板、小弧面板以及大弧面板；所述齿条板具有相对的第一面及第二面；所述小弧面板截面呈圆弧状，所述小弧面板的两侧边固定于所述齿条板的第一面；所述大弧面板截面呈一半径大于或等于所述小弧面板截面半径的圆弧状，且大弧面板截面的弧长大于所述小弧面板，所述大弧面板的两侧边固定于所述齿条板的第二面。

根据本实用新型的一实施方式，所述小弧面板截面的弧度为0～π，所述大弧面板截面的弧度为π～2π。

根据另一实施方式，所述小弧面板截面的弧度为π，且所述大弧面板截面的弧度为π～5π/3。

根据另一实施方式，所述小弧面板的截面由所述齿条板截得的弦长，等于所述大弧面板的截面由所述齿条板截得的弦长。

根据另一实施方式，所述大弧面板的厚度大于所述小弧面板。