海洋平臺的k型樁腿節(jié)點沖擊試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋平臺粧腿沖擊試驗裝置及方法，尤其是一種用于落錘沖擊載荷下K型粧腿的損傷與變形動態(tài)響應的試驗裝置及方法，屬于海洋工程技術領域。
【背景技術】
[0002]海洋平臺作為海洋能源勘探開發(fā)的主要組成部分，是海洋油氣探井、鉆井、開采的主要作業(yè)基地。在各類海洋平臺結構物中，自升式海洋平臺的上層結構物通過其下部的管形粧腿支撐，海洋平臺周邊海域通常會有船舶作業(yè)，或海洋平臺本身就位于主要航道上，大大增加船舶碰撞概率，船舶碰撞沖擊管形粧腿致使海洋平臺結構損傷破壞。海洋平臺粧腿有多種結構，其中，管及管節(jié)點是自升式海洋平臺的主要支撐構件，對海洋平臺起到主要的支撐作用且通常會直接受到工作船舶的撞擊。因此，開展碰撞沖擊載荷下平臺結構的動態(tài)響應研究具有重要的意義。
[0003]關于海洋平臺碰撞性能方面的研究主要集中在試驗、解析及數(shù)值仿真三個方面。其中，試驗是最為真實可靠的研究手段，而解析計算及數(shù)值仿真都需要基于試驗現(xiàn)象開展或需要試驗驗證完善。目前，由于受到試驗條件的限制，關于海洋平臺粧腿及粧腿節(jié)點的試驗不多，特別是現(xiàn)有的試驗工裝只能用于單一規(guī)格的管及管節(jié)點的沖擊試驗，更換一種管及管節(jié)點必須專門設計加工一套試驗工裝，增大了試驗成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)。
[0005]一種海洋平臺的K型粧腿節(jié)點沖擊試驗裝置，包括中部固定框、兩個開口相對的移動框、移動框鎖定機構、兩個移動框驅動機構、兩個移動框支承機構、四個移動框升降機構、K型粧腿固定機構和K型粧腿測量機構，所述中部固定框呈矩形，固定在基礎底板上；移動框為一側開口的槽形，兩個移動框開口端分別包容中部固定框兩端，移動框和中部固定框之間通過移動框鎖定機構固定連接；兩個移動框驅動機構對稱設置在移動框縱向兩端外，在每個移動框和基礎底板之間設置一個移動框支承機構，在每個移動框支承機構縱向兩側下各設置一個移動框升降機構；K型粧腿固定機構設置在兩個移動框和中部固定框內(nèi)，Κ型粧腿測量機構設置在Κ型粧腿固定機構上側；移動框驅動機構包括水平油缸，油缸前鉸耳座和油缸中鉸耳座，油缸前鉸耳座固定在移動框外側，油缸中鉸耳座固定在移動框夕卜側的基礎底板上；活塞桿前端與油缸前鉸耳座鉸接，油缸中鉸軸與油缸中鉸耳座鉸接。
[0006]一種使用海洋平臺的Κ型粧腿節(jié)點沖擊試驗裝置的方法，包括以下步驟:
1)在Κ型粧腿上側水平管兩端分別焊接垂直安裝板，再將安裝底板分別焊在Κ型粧腿兩根斜管底部，在Κ型粧腿上側水平管端頭與垂直安裝板之間，Κ型粧腿兩根斜管底部和安裝底板之間，分別焊接數(shù)塊筋板加固；
2)在Κ型粧腿上標出應變測點位置和初始位移測點位置，打磨應變測點至光滑，清潔Κ型粧腿表面，貼上應變片和板基，連接上導線并檢查應變片是否完好； 3)根據(jù)被試K型粧腿的不同規(guī)格，確定垂直支撐板之間的距離，從而確定移動框的移動距離；
4)正向啟動移動框升降機構，兩個移動框下側數(shù)個柱塞油缸的柱塞同步上升，通過兩對導軌推動與之對應的滾輪同步上升，移動框隨之上升，直至移動框底面脫離基礎底板，然后關閉移動框升降機構；
5)正向啟動兩個移動框驅動機構，兩個水平油缸活塞桿相對移動，拉動對應的移動框的滾輪沿著導軌滾動，兩個移動框同步移動，直至中部固定框內(nèi)側的第一垂直凹槽與移動框外側預定位置的第二垂直凹槽接合成封閉的垂直鎖定銷銷孔；
6)反向啟動移動框升降機構，兩個移動框下側的數(shù)個柱塞油缸的柱塞在移動框自重的作用下同步下降，兩對導軌和其上的滾輪同步下降，移動框及其內(nèi)側的齒條隨之下降，直至移動框底面落在基礎底板上；然后關閉移動框升降機構；
7)將垂直鎖定銷插進垂直鎖定銷銷孔中，從而將移動框和中部固定框固定連接成一體；將垂直支撐板下端插進移動框的橫向槽中，垂直支撐板外側的封板、垂直支撐板和移動框橫邊通過通過數(shù)組螺栓螺母固定在移動框的橫邊上側；
8)將Κ型粧腿吊運到兩個移動框上側的垂直支撐板之間，并將Κ型粧腿上側水平管兩端的垂直安裝板固定在垂直支撐板上端內(nèi)側面之間，Κ型粧腿兩根斜管底部下端的安裝底板固定在底部支撐板上；
9)在垂直支撐板頂面中部上安裝Κ型粧腿測量機構，激光測距儀測量各個初始位移測點的初始垂直距離；
10)拆下Κ型粧腿測量機構，采用落錘方式對Κ型粧腿節(jié)點進行沖擊試驗、；
11)再次安裝Κ型粧腿測量機構，激光測距儀測量Κ型粧腿節(jié)點各初始位移測點的垂直位移。
[0007]本發(fā)明的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現(xiàn)。
[0008]前述的海洋平臺的Κ型粧腿節(jié)點沖擊試驗裝置，其中所述移動框鎖定機構設置在移動框的縱向內(nèi)側面和中部固定框縱向外側面之間，包括垂直鎖定銷、垂直間隔設置在中部固定框外側面上的數(shù)條第一垂直凹槽，設置在相鄰的移動框內(nèi)側面上的一條第二垂直凹槽；中部固定框的第一垂直凹槽與移動框對應位置的第二垂直凹槽拼合成垂直鎖定銷銷孔，垂直鎖定銷分別插進移動框縱向內(nèi)側面和中部固定框縱向外側面之間的垂直鎖定銷銷孔中，將移動框和中部固定框固定連接成一體。
[0009]前述的海洋平臺的Κ型粧腿節(jié)點沖擊試驗裝置，其中所述移動框支承機構包括一對導軌和數(shù)個滾輪，所述一對導軌平行設置在移動框縱向兩側下，每個移動框縱向邊的外側面下側間隔設置至少兩個滾輪，所述滾輪支撐在導軌上，所述導軌嵌裝在低于基礎底板的導軌槽中。
[0010]前述的海洋平臺的Κ型粧腿節(jié)點沖擊試驗裝置，其中所述移動框升降機構包括數(shù)個間隔設置的柱塞油缸，所述柱塞油缸垂直設置在導軌下側的導軌槽底部上。
[0011]前述的海洋平臺的Κ型粧腿節(jié)點沖擊試驗裝置，其中所述Κ型粧腿固定機構包括分別固定在移動框橫向兩端上的垂直支撐板和分別設置在中部固定框縱向兩側內(nèi)的底部支撐板，所述垂直支撐板下端插進移動框的橫向槽中，垂直支撐板外側的封板、垂直支撐板和移動框橫邊下端通過數(shù)組螺栓螺母固定在移動框橫向邊上側，Κ型粧腿上側水平管兩端的垂直安裝板分別固定在對應的垂直支撐板內(nèi)側上端，K型粧腿底部兩根斜管的安裝底板固定在K型粧腿底部支撐板上。
[0012]前述的海洋平臺的K型粧腿節(jié)點沖擊試驗裝置，其中所述K型粧腿測量機構包括激光測距儀、支撐座和滑軌，所述滑軌與K型粧腿上側水平管平行，滑軌兩端分別固定垂直支撐板頂面中部，支撐座套裝在滑軌上，激光測距儀固定在支撐座垂直側面上。
[0013]本發(fā)明的試驗裝置采用中間的中部固定框和兩端的移動框通過垂直鎖定銷的鎖定連接的結構，一套試驗裝置就可適用于多種規(guī)格不同尺寸的K型粧腿的沖擊試驗，通用性強，安裝拆卸方便、大大降低了試驗成本。本發(fā)明的移動框支承機構和升降機構使得移動框移動方便，并能迅速從浮動的調(diào)節(jié)狀態(tài)轉為落地鎖定的工作狀態(tài)。試驗裝置穩(wěn)定可靠，便于安裝拆卸。本發(fā)明的試驗方法可精確地得到K型粧腿的塑性變形值，對改進海洋平臺粧腿的K型粧腿設計，提高海洋平臺可靠性提供了堅實的基礎。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋，這些實施例，是參照附圖僅作為例子給出的。
[0015]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的主視圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為圖1的A-A剖視圖；
圖4為圖3的I部放大圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖1?圖4所示，本發(fā)明包括中部固定框1、兩個開口相對的移動框2、移動框鎖定機構3、兩個移動框驅動機構4、兩個移動框支承機構5、四個移動框升降機構6、K型粧腿固定機構7和Κ型粧腿測量機構8，中部固定框1呈矩形，本實施例的中部固定框1和移動框2均為厚板焊成的鋼結構框架，其上開有減輕孔11，通過地腳螺栓固定在基礎底板100上。移動框2為一側開口的槽形，兩個移動框2開口端分別包容中部固定框1兩端，移動框2和中部固定框1之間通過移動框鎖定機構3固定連接。
[0018]移動框鎖定機構3設置在移動框2的縱向內(nèi)側面和中部固定框1縱向外側面之間，包括垂直鎖定銷31、垂直設置在中部固定框1外側面上的一條第一垂直凹槽12，間隔設置在相鄰移動框2內(nèi)側面上的10條第二垂直凹槽21。本實施例可實現(xiàn)移動框2的五檔移動，每檔間距150mm，以適應不同的管件長度。移動框2的第二垂直凹槽21與中部固定框1對應位置的第一垂直凹槽12拼合成垂直鎖定銷銷孔，垂直鎖定銷31插進垂直鎖定銷銷孔中，將移動框2和中部固定框1固定連接成一體。本實施例的垂直鎖定銷31為圓柱形，對應的垂直鎖定銷銷孔橫截面也為圓形，在保持垂直鎖定銷31剪切面積不變的情況下，圓柱形的垂直鎖定銷比正方形的垂直鎖定銷重量減輕了 21.5%，既便于操作，也降低了垂直鎖定銷的制造成本。K型粧腿固定機構7設置在兩個移動框2外端上，K型粧腿測量機構8設置在K型粧腿固定機構7設置上側。
[0019]兩個移動框驅動機構4對稱設置在移動框縱向兩端外，每個移動框驅動機構4包括水平油缸41，油缸前鉸耳座42和油缸中鉸耳座43，油缸前鉸耳座42固定在移動框1外側，油缸中鉸耳座43固定在移動框2外側的基礎底板100上；活塞桿411前端與油缸前鉸耳座42鉸接，油缸中鉸軸412與油缸中鉸耳座43鉸接。
[0020]在每個移動框2和基礎底板100之間設置一個移動框支承機構5，在每個移動框支承機構5縱向兩側下各設置一個移動框升降機構6。K型粧腿固定機構7設置在兩個移動框2外端上，K型粧腿測量機構8設置在K型粧腿固定機構7上側。
[0021]移動框支承機構5包括一對導軌51和4個滾輪52，一對導軌51平行設置在移動框2縱向兩側下，每個移動框縱向邊22的外側面下側間隔設置至少兩個滾輪52，所述滾輪52支撐在導軌51上，導軌51嵌裝在低于基礎底板100的導軌槽101中。移動框升降機構5包括數(shù)個間隔設置的柱塞油缸61，所述柱