横向和斜向的钢管分别称为横撑和斜撑,也叫横拉筋或斜拉筋,起着传递荷载及加强导管架强度的作用。导管架和通过其腿柱打入海床的钢管桩共同构成了导管架平台等固定设施的支撑结构(图1)。
导管架结构
由若干竖向大直径圆柱钢管(也称腿柱或导管)和连接腿柱的横向、斜向小直径钢管焊接而成的空间框架结构。
- 英文名称
- component of jacket platform
- 所属学科
- 石油与天然气工程
包括:①在桩基施工时,作为打桩定位和导向,保证打桩进度和质量,并使各单桩有机地联为一体。②在安装上部设施和设备时,可以利用导管架架设临时施工平台,保证施工安全和加快施工进度。③导管架作为支撑结构的一部分可以增加结构抗倾覆刚度,提高结构的整体稳定性。④导管架作为甲板与海床的连接结构,大量附属设施,如隔水套管、立管及防腐系统等都可用其作为支撑;在导管架结构上还可安装系靠船设备,用来停靠工作船。
导管架的主要构件是腿柱,导管架按腿柱的数目可分为单腿柱、两腿柱、三腿柱、四腿柱、八腿柱导管架等(图2)。此外,还有6、9、12、16、24腿柱的导管架。迄今已建的导管架平台绝大多数都是4腿柱和8腿柱的,导管架平台发展的总趋势是少腿柱结构。①单腿柱导管架(图2a)。采用单腿柱并辅以水下斜撑作为支承结构,从而大大减小了平台腿柱和桩的用钢量和海上施工量,相应地降低了平台造价。②两腿柱导管架(图2b)。采用两腿柱并辅以水下斜撑作为支承结构,结构简单,整体质量轻,建造容易,安装费用低,相应地提高了油气田开发效益。③三腿柱导管架(图2c)。有3条呈等边三角形布置的腿柱,通过腿柱可以打入海床3根主桩,主要用于井口保护平台、火炬塔平台以及一些机械设施支承结构。④四腿柱导管架(图2d)。海上油气田开发中常用的一种结构形式。有4条腿柱,一般腿柱布置呈正方形或矩形,通过腿柱可以打入海床4根主桩,主要用于井口保护平台、生活平台、生产平台和钻井平台。其腿柱可以设计成等斜度的,也可以设计成一侧垂直而另一侧倾斜的,以满足钻井和修井作业要求。⑤八腿柱导管架(图2e)。用于海上石油开发的典型的综合平台结构型式,有8条腿柱,通过腿柱可以打入海床8根主桩。腿柱一般按矩形布置,呈双斜对称型式,每行有4条腿柱,因此其甲板面积大,承载能力高。
导管架结构中的竖向大直径圆柱形钢管,通常在海面以上与穿过其内壁打入海底的钢管桩焊接,或采用灌浆方式与钢管桩连接成一体,成为承受和传递平台载荷的主要构件。桩腿主要承受重力、风、浪、流力及横向弯矩。导管架一般采用4个或8个桩腿,分别称为四桩腿导管架和八桩腿导管架。
导管架腿柱一般都布置成双斜对称型,水平剖面呈长方形。从平面上看,导管架上部小、下部大。导管架腿柱的倾斜度对导管架的重量、桩的轴向承载力、平台所受的波浪力、打桩效率以及海上接桩等都有明显的影响。导管架腿柱斜度增大,可以改善结构与基础抗倾覆能力。但是,腿柱的斜度又不能过大,过大不仅会使结构重量增加,而且还会给施工和结构布置等带来一系列问题。选择最佳的倾斜度要权衡协调各种因素,如土质特性、打桩机性能、钢材的牌号、是否使用辅桩、制造费用与安装费用等,通过技术与经济比较加以确定。海上导管架腿柱的典型斜度为1∶8。当环境载荷较小时,也可将腿柱设计成竖直。
垂直面的斜撑、水平面的水平撑和斜撑将导管架腿柱牢固地连接在一起,形成空间桁架系统,并将作用在导管架结构上的载荷传递到基础。撑杆一般为管材,也可用型材,这些撑杆主要承受轴向力。
撑杆的基本作用:①帮助把水平载荷传至基础;②在建造和安装期间保持结构的完整性;③防止安装导管架桩系统时的扭曲变形;④支撑牺牲阳极和油井导管,把这些构件产生的波浪力传至基础。弦杆是指彼此连接的撑杆中外径最大的,导管架结构中是指其腿柱。
导管架沿竖直方向被几个间距不等的水平平面桁架分隔,层间高程主要取决于导管架腿柱的柔度,桩的间距以及交于各结点的垂向支撑的交角。一般希望最大限度地减少立面的层数,交于各结点的支撑与腿柱的夹角应在30°~45°。典型的导管架平台,一般层间间距为12~18米,靠近水面附近的间距应取较小值。导管架的平面尺度随着水深增加而增大时,层间间距也要随之增大。
条目图册
扩展阅读
- 姜萌,李林普.近海工程结构物——导管架平台.大连:大连理工大学出版社,2009.
- 陈建民,娄敏,王天霖.海洋石油平台设计.北京:石油工业出版社,2012.