Глубоководная опора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЯ4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU, 124910 (5l) 4 Г 02 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3877113/29-15 (22) 01.04.85 (46) 07.08.86. Бюл. № 29 (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова (72) К.В. Поляк, Л.М. Симкин и Л.В. Виноградов (53) 627.2(088.8) (56) Патент США № 3859804, кл. E 02 B 17/00, 1975.

Патент США № 4007598, кл. 61-90, 1977. (54). (57) 1 . ГЛУБОКОВОДНАЯ ОПОРА, включающая рабочую площадку, несущую-конструкцию башенного типа с опорными стойками и сконсольно закрепленными цилиндрическими понтонами-поплавками, о т л и ч а ю щ а я— с я тем, что, с целью снижения металлоемкости, понтоны-поплавки, выполненные с регулируемой плавучестью, соединены с несущей конструкцией жесткой диафрагмой и расположены в плоскосТи, перпендикулярной направлению распространения максимальной волны, при этом расстояние от вертикальной оси несущей конструкции до вертикальной оси понтонов-поплавков определяется по формуле где и — масса глубоководной опоры, кг;

Ц вЂ” модуль Юнга материала опоры, Н/м2;

g — ускорение свободного падения . м/с2; — момент инерции сечения несущей конструкции, м

Н вЂ” глубина моря, м, а верхний торец понтонов-поплавков расположен ниже минимального уровня поверхности моря.

2. Опора по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, диаметр понтона-поплавка определяется по формуле где К вЂ” число понтонов-поплавков;

d — диаметр опорной стойки, м;

1249105 и -- количество стоек; 4 — частота собственных колебаний несущей конструкции, рад/с; — длина понтона-поплавка, м.

3. Опора по п.2, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что часть внутреннего пространства понтонов-поплавков заполнена нефтью.

Изобретение относится к области . строительства морских сооружений и может быть использовано в опорах глу, боководных платформ для морской добычи нефти и газа °

Цель изобретения — снижение материалоемкости.

На фиг. 1 схематично показана глубоководная опора, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг,. 1; на фиг. 3 — график функций, определяющих реакцию глубоководной опоры на волновые воздействия; на фиг. 4 — расчетная схема для определения частоты собственных колебаний (ы,); на фиг. 5 — схема приложения сил на опору; на фиг. 6 — график длин поп— лавков.

Рабочая площадка 1 опирается на несущую конструкцию 2 башенного типа с опорными стойками 3, установленную на дне моря, к которой консольно прикреплены понтоны-поплавки 4 с помощью жесткой диафрагмы 5. В некоторых случаях диафрагма 5 может быть снабжена оттяжками б. Понтоны-поплавки 4 расположены в плоскости, перпендикулярной распространению максимальной волны. Внутренняя полость понтона-поплавка 4 имеет балластную камеру 7 и емкость 8 для заполнения их воздухом или нефтью.

Понтоны-поплавки 4 используются для снижения деформаций глубоководной опоры. Этим учитывается специфика волнового воздействия на несущую конструкцию.

Морское волнение представляет собой случайный стационарный эргодический процесс с нулевым гауссов .ским распределением, который может быть представлен спектральной плотностью волновых осцилляций (колебаний) на поверхности моря. Спектр перемещений несущей конструкции от

5 воздействия волн является произведением спектра поверхностных волн S> на передаточную функцию Г, характеризующую жесткостные и демпфирующие свойства конструкции в водной среде, и на функцию fо характеризующую корреляцию волновой нагрузки вдоль направления распространения волн (фиг. 3).

Перемещение конструкции будет минимальным при совпадении частоты ее собственных колебаний (т.е. частоты максимума функции Рз ) с нулевой точкой функции f . Причем частота нуФ левых точек функции f< соответствущ ет длинам волн, которые находятся . в следующей зависимости от расстояния между вертикальной осью несущей конструкции 2 и плоскостью, в которой расположены вертикальные оси

25 понтонов-поплавков 4:

0,5+i где 1 =0,1,2 .. ° — порядковый номер нулевой точки по направлению возрастания частот;

L — расстояние между понтонами и вертикальной осью несущей конструкции, м.

35, Рассмотренному случаю совпадения максимума функции Г с первой нулевой точкой функции f соответствует условие

1249105 где ы — частота собственных колеба- ний глубоководной опоры для расчетной схемы, показанной на фиг. 4.

Выражая частоту собственных колебаний опоры (ьз,) через жесткостные и весовые характеристики конструкции и глубину моря, получаем математическую зависимость длины волны для оптимального с точки зрения перемещения конструкции варианта:

При выполнении условия (1) нагрузки, действующие на несущую конструкцию и поплавки, имеют противоположные направления для волн с частотой, равной максимуму функции F< (фиг. 5).

Геометрические размеры понтоновпоплавков подбираются из условия максимальной компенсации волновой нагрузки на сооружение. При условии противонаправленности нагрузки диаметр цилиндрических понтонов-поплавков определяется из условия равенства по величине волновой нагрузки на несущую конструкцию 2 и на группу понтонов-поплавков 4.

Математическое выражение для определения диаметра поплавков

1 гдеn—число вертикальных стоек несущей конструкции; число понтонов-поплавков; диаметр стойки несущей конст.— рукции, м; частота собственных колебаний опоры, радиан/с; ускорение свободного падения, м/с ; глубина моря, м; — длина поплавка, м.

Н

При этом длина понтона-поплавка 4 определяется из условия нахождения на одной линии действия равнодействующих волновой нагрузки на несущую конструкцию 2 (Р„ ) и на группу поплавков-понто..ов 4 (Р„ ) (фиг. 5).

Выражение для определения длины цилиндрических понтонов-поплавков 4 имеет вид

2сд С (2 (4 „)

1 (s) (е 5 <)

7 где Š— уровень, на котором располагается линия действия рав15 нодействующих P „P (фиг, 5) .

Графики для определения длины поплавков при различных Z„ и частотах, соответствующих нулевым точкам функции f, приведены на фиг. 6.

При выполнении условий (1) — (3) волновое воздействие на сооружение будет минимальным, следовательно будут минимальными его деформации.

Для передачи на несущую конструкцию 2 уровня волновой нагрузки от группы понтонов-поплавков 4 предназначена жесткая диафрагма 5. В некоторых случаях диафрагма 5 может быть оснащена оттяжками б с целью ограничения вертикальных перемещений понтонов-поплавков 4 и снижения момента в узле соединения жесткой диафрагмы 5 с несущей конструкцией 2.

Понтоны-поплавки 4 оборудованы балластными камерами 7, при помощи которых регулируется нейтральная плавучесть группы понтонов-поплавков путем заполнения их водой или опорожнения. В процессе эксплуатации емкос40 ти 8 понтонов-поплавков 4 используются для хранения нефти. Для обеспечения нейтральной плавучести понтоновпоплавков 4 при заполнении емкости 8 нефтью балластные камеры 7 частична или полностью освобождаются от воды. .Предлагаемое изобретение, учитывая. особенности волнового воздействия, позволяет свести к минимуму деформации глубоководной опоры, что снижает

50 материалоемкость сооружения на 107.

12491 05 фИ,, У

l249l05

Щг.

Е =04ХраР/ ж и „=057polфж

g =Щ аз гл

Щ, =Р7У,мР/лх

l, t

040 350 10%%1%1Я12050Ж1%16 юлу j

p//Zb

Редактор И. Егорова

Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4206/29

Производственно-полиграфическое предприятие, г; Ужгород, ул. Проектная, 4,72

J0

28

2Е

24

zz

М

16

74

7Г

76

Составитель Р. Бесчастнова

Техред И.Попович Корректор В. Синицкая