(57)【要約】  【課題】本発明は海上プラットフォーム用建築構造技術分野に関し、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムを提供する。  【解決手段】本発明のシステムは、海上プラットフォームと、剛性リンクと、バネと、スイングポストと、ボールジョイントスタンドと、同調質量ダンパーと、金属ダンパーとを含む。海上プラットフォームの底端部は基礎に固設され、スイングポストはパイプジャケットの内部の中央に設けられ、スイングポストの底端部と海底基礎とはボールジョイントスタンドを利用してヒンジ接続される。スイングポストは新しいジャケット構造システムを採用し、内側ポストと外側鋼管との間に粘弾性減衰材料が充填され、ポストの上部に同調質量ダンパーが設けられる。剛性リンクまたはバネがスイングポストと海上プラットフォームとを接続し、スイングポスト外部の金属ダンパーを介して接続される。当該システムのスイングポストは海上プラットフォームにおける各方向からの大きな変位や変形を制御し、層間変形が均一になるようにして、海上プラットフォーム構造が全体で力を受けるようにさせ、局所的降伏により海上プラットフォーム構造全体が降伏し崩壊するのを防止して、さらなる制振効果を実現する。  【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底端部が海底基礎（５）に固設される海上プラットフォームを含み、
前記海上プラットフォームのパイプジャケット（１）の間にスイングポスト（４）が設けられ、スイングポスト（４）の底端部と海底基礎（５）とはボールジョイントスタンド（７）を介してヒンジ接続され、スイングポスト（４）の側壁の外周に金属ダンパー（８）が締結され、金属ダンパー（８）とパイプジャケット（１）とは複数セットの剛性リンク（２）によりヒンジ接続されるか、または複数セットのバネ（３）により締結され、各セットの剛性リンク（２）または各セットのバネ（３）がそれぞれ画定する平面はスイングポスト（４）の中心軸線に対して垂直となる、ことを特徴とする内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項２】
前記スイングポスト（４）は内側鋼管ポスト（４２）と、内側鋼管ポスト（４２）の側壁及び底部に外挿されている外側鋼管（４１）とを含み、内側鋼管ポスト（４２）と外側鋼管（４１）との間には粘性減衰材料（４３）が充填され、
前記外側鋼管（４１）の外壁には、その中心軸線の方向に沿って複数の帯状鋼板（４４）が設けられ、帯状鋼板（４４）は外側鋼管（４１）の外壁に沿って均一に配置され、前記帯状鋼板（４４）には、その中心軸線の方向に沿って複数セットのボルト孔（４５）が設けられ、各セットのボルト孔（４５）はそれぞれ各セットの剛性リンク（２）または各セットのバネ（３）がそれぞれ画定する平面内に位置し、金属ダンパー（８）はボルト孔（４５）及び高強度ボルト（８４）を介してスイングポスト（４）に締結され、外側鋼管（４１）の底部には、ボールジョイントスタンド（７）に締結される外側鋼管台座（７８）が溶接される、ことを特徴とする請求項１に記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項３】
前記スイングポスト（４）の上部には、質量体（６１）、ダンパーバネ（６２）、ダンパー（６３）及び固定部材（６４）を含む同調質量ダンパー（６）が設けられ、固定部材（６４）は内側鋼管ポスト（４２）の上部に締結され、質量体（６１）と固定部材（６４）とはダンパーバネ（６２）を介して接続され、質量体（６１）及び固定部材（６４）はダンパー（６３）の両端にそれぞれ締結され、ダンパー（６３）は質量体（６１）と固定部材（６４）との間に懸架され、質量体（６１）の底部には平滑なホイールが設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項４】
前記金属ダンパー（８）は、スイングポスト（４）に接続される複数セットのエネルギー吸収金属ウェブ（８１）と、スイングポスト（４）の周りに設けられる八角形固定鋼製リング（８３）とを含み、エネルギー吸収金属ウェブ（８１）の両端はそれぞれ組立溝形板（８２）と組立背板（８５）に一体成形され、組立溝形板（８２）には、帯状鋼板（４４）に合わせる溝と、高強度ボルト（８４）に合わせるボルト孔が設けられ、
前記八角形固定鋼製リング（８３）は、中空な正八角柱構造とし、各セットのエネルギー吸収金属ウェブ（８１）の端部の組立背板（８５）は、いずれも八角形固定鋼製リング（８３）の側壁の中央に締結される、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項５】
前記バネ（３）の一端はバネ組立ベース（２２４）に締結され、バネ組立ベース（２２４）は八角形固定鋼製リング（８３）の側壁の中央に締結され、バネ組立ベース（２２４）及びエネルギー吸収金属ウェブ（８１）の組立背板（８５）はそれぞれ八角形固定鋼製リング（８３）の側面の両側に位置して、八角形固定鋼製リング（８３）を固定し、バネ（３）の他端は、締結可動クリップ（２２８）を介してパイプジャケット（１）に締結される、ことを特徴とする、請求項４に記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項６】
前記帯状鋼板（４４）の数は４枚であり、各セットのバネ（３）のは４本であり、各セットのバネ（３）は上から下へ一定の間隔を開けて順次金属ダンパー（８）に締結される、ことを特徴とする、請求項５に記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項７】
前記剛性リンク（２）の両端はそれぞれヒンジ接続ジョイント（２３）及びジョイント（２７）を介して金属ダンパー（８）及びパイプジャケット（１）にヒンジ接続され、前記ヒンジ接続ジョイント（２３）は、中央に円形孔（２２２）が開設された単一平滑歯（２２１）と、単一平滑歯（２２１）に対して垂直となるように設置される組立背板（２２３）を含み、単一平滑歯（２２１）と組立背板（２２３）とは一体成形され、組立背板（２２３）は八角形固定鋼製リング（８３）の側壁の中央に締結され、ヒンジ接続ジョイント（２３）の組立背板（２２３）及びエネルギー吸収金属ウェブ（８１）の組立背板（８５）はそれぞれ八角形固定鋼製リング（８３）の側面の外側と内側に位置して、八角形固定鋼製リング（８３）を固定し、
前記ジョイント（２７）は、中央に円形孔（２２２）が開設された単一平滑歯（２２１）と、単一平滑歯（２２１）に対して平行となるように設置されるヒンジ接続可動クリップ（２２５）とを含み、ヒンジ接続可動クリップ（２２５）の内径はパイプジャケット（１）の外径と同じであり、ヒンジ接続可動クリップ（２２５）と単一平滑歯（２２１）とは一体成形される、ことを特徴とする請求項４に記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項８】
前記剛性リンク（２）は、金属両側二重平滑歯ロッド（２１）とピン（２２）とを含み、金属両側二重平滑歯ロッド（２１）は、その両端に位置して単一平滑歯（２２１）に組み合わせる二重歯と中間部のクロスバーとを含み、２つの二重歯とクロスバーとの間に長方形接続プレート（２５）が設けられ、
前記二重歯には、ピン（２２）に組み合わせる円形孔（２４）が設けられ、ピン（２２）は二重歯と、ヒンジ接続ジョイント（２３）及びジョイント（２７）の単一平滑歯（２２１）とをそれぞれ固定し、
前記長方形接続プレート（２５）は、同じ側面の二重歯の末端に対して垂直となるように設けられ、金属両側二重平滑歯ロッド（２１）のクロスバーは２つの長方形接続プレート（２５）の間に位置し、長方形接続プレート（２５）の側面はクロスバーの横断面より大きい、ことを特徴とする、請求項７に記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項９】
前記金属両側二重平滑歯ロッド（２１）のクロスバーの両端の上下にはそれぞれ１枚の補強プレート（２６）が設けられ、補強プレート（２６）は長方形接続プレート（２５）の側面に締結される、ことを特徴とする、請求項８に記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【請求項１０】
前記帯状鋼板（４４）の数は４枚であり、各セットの剛性リンク（２）の数は２本であり、各セットの２本の剛性リンク（２）は互いに９０°を成して配置され、各セットの剛性リンク（２）は上から下へ一定の間隔を開けて順次金属ダンパー（８）に締結される、ことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つに記載の、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海上プラットフォーム用建築構造技術分野に関し、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
中国の海域には、豊富な石油及びガスの資源が存在する。経済の発展に伴い、エネルギー需要が高まり、海洋石油・ガス探査及び開発には、大きな可能性が秘められている。海洋資源開発の基礎施設である海上プラットフォームとして、パイプ型海上プラットフォームは、沿海海上プラットフォームの主要な構造方式である。杭をパイプの脚部に貫通させ、予備成形したパイプジャケットを海上に固定するパイプ型海上プラットフォームにおいて、パイプジャケットおよび杭は主要な耐荷重部材を構成しており、それ以外の装置層及び作業エリアはプラットフォーム上に位置する。海洋環境においては、風、波、海流、氷、地震など動力学的負荷により、構造体の振動反応は激しいものとなる。
【０００３】
スイングポストシステムは新型の復帰可能な耐震構造であり、建物の片側に剛性の極めて大きい柱体を設けて、柱体の底部と基礎はボールジョイントスタンドを介して接続され、柱体は水平剛性リンクを介して建築物に接続される。スイング構造システムは、構造自体の変形を利用して地震のエネルギーを散逸させる代わりに、構造システムの制約を解放してスイング部材を構成するものであり、構築された構造がスイングすることにより構造変形が一致するようにし、変形をスイングポストの境界面に集中させ、且つそこにダンパーを設けてエネルギーを散逸させる。研究によると、スイングポストシステムを使用することで、構造各層の層間変形領域が均一になり、構造変形が集中することを効果的に制御し、層降伏機序の発生を防止して、構造全体の耐震性及びエネルギー吸収能力を発揮させることができることが示される。
【０００４】
同調質量ダンパー（「ＴＭＤ」と略称される）とは、構造振動制御分野においてよく用いられている受動的制御装置であり、質量体、バネ及びダンパーから構成される。質量体によりその振動周波数を主構造の固有周波数の近傍まで調整し、構造の共振特性を変更して、制振を実現させる。同調質量ダンパーの主な動作原理は、構造が振動を受けたとき、微小な外部エネルギー源により、セミアクティブ制御システムの剛性又は減衰を調整し、構造の動力学的特性を変化させることで、構造の振動反応を低減させるものである。
【０００５】
現在、スイングポストシステム及びＴＭＤはそれぞれ建築物構造に応用されており、建築物全体の耐震性及びエネルギー吸収能力を著しく向上させている。従来の解決手段においては、スイングポストが海上プラットフォームの剛性の弱い側のみに設置されており、一方向の大きな変位や変形を制御できるに過ぎない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来のスイングシステムの使用機能を改善し、スイング部材の配置を最適化し、スイングシステムのエネルギー吸収能力及び海上プラットフォームシステムの耐震特性を向上させることを目的としている。本発明が提供する、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備えた海上プラットフォーム構造システムにおいて、スイングポストとプラットフォームの接続装置の数及び位置は、実際の必要に応じて合理的に配置することができ、地震発生後には損傷した部品をいつでも交換することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は下記の技術的解決手段により実現される。
本発明は、前記海上プラットフォームのパイプジャケットの間にスイングポストが設けられ、スイングポストの底端部と海底基礎とはボールジョイントスタンドを介してヒンジ接続され、スイングポスト側壁の外周に金属ダンパーが締結され、金属ダンパーとパイプジャケットの間は、複数セットの剛性リンクを介してヒンジ接続されるか、または複数セットのバネを介して締結される。各セットの剛性リンクまたは各セットのバネが画定する平面は、いずれもスイングポストの中心軸線に対して垂直となる、ことを特徴とする底端部が海底基礎に固設された海上プラットフォームを含み、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備えた海上プラットフォーム構造システムを提供する。
【０００８】
さらに、前記スイングポストは内側鋼管ポストと、内側鋼管ポストの側壁及び底部に外挿されている外側鋼管とを含み、内側鋼管ポストと外側鋼管との間には粘性減衰材料が充填されている。
【０００９】
前記外側鋼管の外壁には、その中心軸線の方向に沿って複数の帯状鋼板が設けられ、帯状鋼板は外側鋼管の外壁に沿って均一に配置され、前記帯状鋼板には、その中心軸線の方向に沿って複数セットのボルト孔が設けられ、各セットのボルト孔はそれぞれ各セットの剛性リンクまたは各セットのバネがそれぞれ画定する平面内に位置し、スイングポストはボルト孔及び高強度ボルトを介して金属ダンパーに締結される。外側鋼管の底部には、ボールジョイントスタンドに締結される外側鋼管台座が溶接される。
【００１０】
さらに、スイングポストの上部には、質量体、ダンパーバネ、ダンパー及び固定部材を含む同調質量ダンパーが設けられ、固定部材は内側鋼管ポストの上部に締結され、質量体と固定部材とはダンパーバネを介して接続され、質量体及び固定部材はダンパーの両端にそれぞれ締結され、ダンパーは質量体と固定部材との間に懸架され、質量体の底部には平滑なホイールが設けられる。
【００１１】
さらに、前記金属ダンパーは、スイングポストに接続される複数セットのエネルギー吸収金属ウェブと、スイングポストの周りに設けられる八角形固定鋼製リングとを含み、エネルギー吸収金属ウェブの両端はそれぞれ組立溝形板と組立背板に一体成形され、組立溝形板には、帯状鋼板に組み合わせる溝と、高強度ボルトに組み合わせるボルト孔が設けられる。
【００１２】
前記八角形固定鋼製リングは、中空の正八角柱構造であり、各セットのエネルギー吸収金属ウェブの端部の組立背板は、いずれも八角形固定鋼製リングの側壁の中央に締結される。
【００１３】
さらに、前記バネの一端はバネ組立ベースに締結され、バネ組立ベースは八角形固定鋼製リングの側壁の中央に締結され、バネ組立ベース及びエネルギー吸収金属ウェブの組立背板はそれぞれ八角形固定鋼製リングの側面の両側に位置して八角形固定鋼製リングを固定する。バネの他端は、締結可動クリップを介してパイプジャケットに締結される。
【００１４】
さらに、前記帯状鋼板の数は４枚であり、各セットのバネに含まれるバネの数は４本であり、各セットのバネは上から下へ一定の距離を開けて順次金属ダンパーに締結される。
【００１５】
さらに、前記剛性リンクの両端はそれぞれヒンジ接続ジョイント及びジョイントを介して金属ダンパー及びパイプジャケットの間をヒンジ接続し、前記ヒンジ接続ジョイントは、中央に円形孔が開設された単一平滑歯と、単一平滑歯に対して垂直となるように設置される組立背板を含み、単一平滑歯と組立背板とは一体成形され、組立背板は八角形固定鋼製リングの側壁の中央に締結され、ヒンジ接続ジョイントの組立背板及びエネルギー吸収金属ウェブの組立背板はそれぞれ八角形固定鋼製リングの側面の外側と内側に位置し、八角形固定鋼製リングを固定する。
【００１６】
前記ジョイントは、中央に円形孔が開設された単一平滑歯と、単一平滑歯に対して平行となるように設置されるヒンジ接続可動クリップとを含み、ヒンジ接続可動クリップの内径はパイプジャケットの外径と同じであり、ヒンジ接続可動クリップと単一平滑歯は一体成形される。
【００１７】
さらに、前記剛性リンクは、金属両側二重平滑歯ロッドとピンとを含み、金属両側二重平滑歯ロッドは、その両端に位置して単一平滑歯に組み合わせる二重歯と中間部のクロスバーとを含み、２つの二重歯とクロスバーとの間には長方形接続プレートが設けられる。
前記二重歯には、ピンに組み合わせる円形孔が設けられ、ピンは二重歯と、ヒンジ接続ジョイント及びジョイントの単一平滑歯とをそれぞれ固定する。
【００１８】
前記長方形接続プレートは、同じ側面の二重歯の末端に対して垂直となるように設けられ、金属両側二重平滑歯ロッドのクロスバーは２つの長方形接続プレートの間に位置し、長方形接続プレートの側面はクロスバーの横断面より大きい。
【００１９】
さらに、前記金属両側二重平滑歯ロッドのクロスバーの両端の上下にはそれぞれ１枚の補強プレートが設けられ、補強プレートは長方形接続プレートの側面に締結される。
【００２０】
さらに、前記帯状鋼板の数は４枚であり、各セットの剛性リンクの数は２本であり、各セットの２本の剛性リンクは互いに９０°を成して配置され、各セットの剛性リンクは上から下へ一定の距離を開けて順次金属ダンパーに締結される。
【００２１】
本発明は、さらなる耐震効果を実現するために、他のタイプの耐震手段、例えばロータリーダンパーなどの他のエネルギー吸収ダンパーと組み合わせることもできる。
【００２２】
本発明のスイングポストは、海上プラットフォーム構造システムに使用するだけでなく、土木工事分野におけるフレーム構造にも本発明装置を取り付けて応用することができる。本発明が提供する自己復帰型スイング部材は、せん断壁構造、フレーム・せん断壁構造、コンクリートレンガ構造、鋼構造、鉄骨コンクリート構造など一般的な建物構造にも応用することができ、建築物の全高に合わせて配置することができ、又は建築物の全高に合わせて配置せずに、いくつかの階だけに配置することもできる。自己復帰型スイングダンパーアセンブリの具体的な配置手段及びスイングポストを配置する高さは、事業主側の要件に応じて調整することができる。
【００２３】
好ましくは、自己復帰型スイングアセンブリをできる限り建物の中央に配置し、それにより、どの方向からの地震動によっても、予定外のねじれが発生せず、建築物が受ける力を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の有益な効果は下記のとおりである。
【００２５】
（１）本発明は、スイングポスト及び同調質量ダンパー（ＴＭＤ）の長所を活用して、スイングポストをプラットフォームの内部に取り付け、元の構造に対する変更及び影響を小さくし、元の構造の正常な使用に影響せず、かつ取付位置を合理的に選択して、柔軟に配置することができる。スイングポストとフレーム構造を組み合わせて、スイングポストアセンブリを構成することで、単一のフレーム構造に比べて、構造の一体性が向上し、プラットフォームに対する全方向からの振動を制御でき、パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造が全体で力を受けるようにさせ、局所的降伏により海上プラットフォームが破壊し崩壊するのを防止することにより、さらなる制振効果を実現する。
【００２６】
（２）本発明のスイングポストは組み合わせ型ジャケット構造を採用し、外部ジャケットと内部柱体との間の介在層に粘弾性減衰材料を充填する。これにより、スイングポストのエネルギー吸収能力が向上し、海上プラットフォーム構造の加速度を減少させて、生活エリアにおける作業者の快適性及び電子機器の安全な作動を保証することができる。
【００２７】
（３）スイングポストの上部には同調質量ダンパーが設けられる。同調質量ダンパーにより振動周波数を主構造周波数の近傍まで調整し、構造の共振特性を変更して、制振効果を実現する。第１固有振動数における構造振動の制御について、該装置はパラメータを最適化し、構造共振特性を変化させることで制振効果を達成する。
【００２８】
（４）金属ダンパーのエネルギー吸収金属ウェブは軟鋼または低降伏点鋼で構成され、小さな振動の場合、構造の層間変位が小さいため、エネルギー吸収装置は弾性を保ちつつ、建築物に剛性を付与し、構造が一定の初期剛性を有するように保証する。大きな振動の場合、構造の層間変位が大きいため、構造に取り付けられているエネルギー吸収装置は構造より早く降伏して、金属ダンパーが起動し、金属ダンパーのせん断ヒステリシス変形（主要）及び湾曲変形により振動エネルギーを吸収して、構造の反応及び損傷を効果的に低減させる。金属ダンパーの両端には孔が設けられ、ボルトを介してスイングポスト及びプラットフォームの両端に接続され、降伏しても容易に交換できる。
【００２９】
（５）スイングポスト、同調質量ダンパー及び金属ダンパーを追加することで、パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造は全体として、氷、波、風または地震による負荷、さらには大津波に耐える能力も大幅に向上し、局所的なロッド部材の破壊による海上プラットフォーム構造全体の崩壊を防止する。一例として、かつて渤海の海上プラットフォームが海氷により押し倒されたことがあり、その原因は、パイプジャケットの局所破損による降伏及び破壊につながる崩壊であり、スイングポスト構造を導入することで、氷による過大な局所的荷重による海上プラットフォーム構造の過大な変形を防止し、海上プラットフォーム構造の一体性及びバランスを確保すると同時に、海上プラットフォーム内部の導油管の破裂を防止することにも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
図面は本発明を更に理解するために提供され、且つ明細書の一部を構成しており、本発明の実施例と合わせて本発明を説明するものであり、本発明を限定するものではない。
【図１】は、本発明の実施例１に係る、自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムの構造概略図（その１）である。
【図２】は、本発明の実施例１に係る、自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムの構造概略図（その２）である。
【図３】は、本発明の実施例２に係る、自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムの構造概略図（その３）である。
【図４】は、本発明の実施例２に係る、自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムの構造概略図（その４）である。
【図５】は、図１のＡ−Ａ断面概略図である。
【図６】は、図３のＢ−Ｂ断面概略図である。
【図７】は、本発明の実施例１における同調質量ダンパーの構造概略図である。
【図８】は、本発明の実施例１におけるスイングポストの縦断面の構造概略図である。
【図９】は、本発明の実施例１におけるスイングポストの構造概略図である。
【図１０】は、本発明の実施例１におけるスイングポストと基礎底部構造との接続概略図である。
【図１１】は、本発明の実施例１におけるスイングポストと基礎底部との接続を示すＮ矢視図である。
【図１２】は、本発明の実施例１におけるスイングポストと剛性リンクの構造概略図である。
【図１３】は、本発明の実施例１におけるスイングポストと剛性リンクのＥ−Ｅ断面概略図である。
【図１４】は、本発明の実施例１における金属ダンパーとヒンジ接続ジョイントとの接続概略図である。
【図１５】は、本発明の実施例１における金属ダンパーとヒンジ接続ジョイントとの接続のＮ矢視図である。
【図１６】は、本発明の実施例１における海上プラットフォームパイプジャケットとジョイントとの接続概略図である。
【図１７】は、本発明の実施例１における海上プラットフォームパイプジャケットとジョイントとの接続のＮ矢視図である。
【図１８】は、本発明の実施例２におけるスイングポストとバネの構造概略図である。
【図１９】は、本発明の実施例２におけるスイングポストとバネのＥ−Ｅ断面概略図である。
【図２０】は、本発明の実施例２における金属ダンパーとバネとの接続概略図である。
【図２１】は、本発明の実施例２における金属ダンパーとバネとの接続のＮ矢視図である。
【図２２】は、本発明の実施例２における海上プラットフォームパイプジャケットとバネとの接続概略図である。
【図２３】は、本発明の実施例２における海上プラットフォームパイプジャケットとバネとの接続のＮ矢視図である。
【図２４】は、本発明の実施例１における剛性リンクの構造概略図である。
【図２５】は、図２４のＮ矢視図である。
【図２６】は、図２５のＥ−Ｅ断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の目的、内容及び有益な効果をさらに明確にするために、図面と実施例に合わせて、本発明の実施形態を下記の通りさらに詳しく説明する。下記の実施例は本発明の技術案をさらに明確に説明するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。
【００３２】
なお、本発明の説明において使用される「鉛直」、「上」、「下」、「水平」などの用語は、図面に基づく方位または位置の関係を示すものであり、本発明の説明を簡単にするためのものであって、言及される設備や要素が特定の方位を有し、それにより特定の方位において構成及び操作されることを明示または示唆するものではなく、よって本発明を限定するものであると理解すべきではない。
【００３３】
さらに、別途明確に指定または限定しない限り、本発明の説明において使用される「設置」、「取付」、「連接」、「接続」、「連通」などの用語は広義に解釈されるべきものであり、固定接続、取外し可能な接続または一体的な接続であってもよく、機械的な接続または電気的な接続であってもよく、直接的な接続、または中間媒体を介した間接的な接続であってもよく、二つの素子の内部の連通であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて、本発明における上記の用語の意味を理解することができる。
【００３４】
下記の実施例に採用される、スイングポストと海底基礎とを接続する台座部材はボールジョイントスタンド７であり、当該ボールジョイントスタンドは一般的な耐屈曲振動減衰防振ボールジョイントスタンドであり、上部台座７１、ステンレス鋼摺りプレート７２、平面テフロンプレート７３、コア７４、球面テフロンプレート７５、台座７６及び高強度ボルト７７から構成される。
実施例１
【００３５】
図１、図２、図５−１７及び図２４−２６に示すように、本発明は、底端部が海底基礎５に固設される海上プラットフォームを含み、内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムを提供しており、海上プラットフォームのパイプジャケット１の間にはスイングポスト４が設けられ、スイングポストは組み合わせ構造により組み立てられ、内側鋼管ポスト４２と、内側鋼管ポストの側壁及び底部に外挿されている外側鋼管４１とを含み、内側鋼管ポストの直径は外側鋼管の内径より若干小さく、内側鋼管ポストと外側鋼管との間には粘性減衰材料４３が充填され、これにより水平方向の外力によるスイングポスト構造の動的応答を減少させる。
【００３６】
外側鋼管の外壁には、スイングポストの中心軸線の方向に沿って４枚の帯状鋼板４４が溶接され、帯状鋼板は外側鋼管の外壁に沿って均一に配置され、前記帯状鋼板には、その中心軸線の方向に沿って複数セットのボルト孔４５が設けられ、各セットのボルト孔はそれぞれ各セットの剛性リンクまたは各セットのバネがそれぞれ画定する平面内に位置し、金属ダンパー８はボルト孔及び高強度ボルト８４を介してスイングポスト８に締結され、金属ダンパーとパイプジャケットとは複数セットの剛性リンク２を介してヒンジ接続される。
【００３７】
外側鋼管の底部には、方形の外側鋼管台座７８が溶接され、外側鋼管台座とボールジョイントスタンドの上部台座とは高強度ボルト７７を介して締結される。スイングポストの底部は全方向からの曲げモーメントをいずれも解消することができ、スイングポスト自体の湾曲による破壊を防止し、基礎のモーメント耐性に対する要件を低下させる。
【００３８】
実際の状況に応じ、スイングポストの上部に同調質量ダンパー６を取り付けて、スイングポスト構造のエネルギー吸収能力をさらに向上させることができる。同調質量ダンパーは質量体６１、ダンパーバネ６２、ダンパー６３及び固定部材６４を含み、固定部材は内側鋼管ポストの上部に溶接され、質量体と固定部材とはダンパーバネを介して接続され、質量体及び固定部材はダンパーの両端にそれぞれ締結され、ダンパーは質量体と固定部材との間に懸架され、質量体の底部には平滑なホイールが設けられ、ポストの上面に沿って移動可能である。
【００３９】
帯状鋼板は金属ダンパーに締結され、金属ダンパーは、スイングポストに接続される複数セットのエネルギー吸収金属ウェブ８１と、スイングポストの周りに設けられる八角形固定鋼製リング８３とを含み、エネルギー吸収金属ウェブの両端はそれぞれ組立溝形板８２と組立背板８５に一体成形され、組立溝形板には、帯状鋼板に組み合わせる溝と、高強度ボルトに組み合わせるボルト孔が設けられる。エネルギー吸収金属ウェブはスイングポストの４枚の帯状鋼板上に組み付けられ、金属ウェブのスイングポストに近い一端は組立溝形板と高強度ボルトを介して帯状鋼板を挟み、他端は組立背板を使用して八角形固定鋼製リングに接続される。
【００４０】
八角形固定鋼製リングは、中空の正八角柱構造であり、各セットのエネルギー吸収金属ウェブの端部の組立背板は、八角形固定鋼製リングの側壁の中央に締結される。
【００４１】
金属ダンパーと、海上プラットフォームのパイプジャケットとの間は複数セットの剛性リンク２によりヒンジ接続され、接続部材を組み立てることにより、スイングポストとパイプジャケット構造との接続を簡単に実現する。各セットの剛性リンクは、互いに対して垂直となる２本の剛性リンクから構成され、上から下へ一定の距離を開けて順次金属ダンパーに接続される。
【００４２】
剛性リンクの両端はそれぞれヒンジ接続ジョイント２３及びジョイント２７を介して金属ダンパー及びパイプジャケットとの間にヒンジ接続され、前記ヒンジ接続ジョイントは、中央に円形孔２２２が開設された単一平滑歯２２１と、単一平滑歯に対して垂直となるように設置される組立背板２２３を含み、単一平滑歯と組立背板とは一体成形され、組立背板は八角形固定鋼製リングの側壁の中央に締結され、ヒンジ接続ジョイントの組立背板及びエネルギー吸収金属ウェブの組立背板はそれぞれ八角形固定鋼製リングの側面の外側と内側に位置して、八角形固定鋼製リングを固定する。
【００４３】
ジョイントは、中央に円形孔が開設された単一平滑歯と、単一平滑歯に対して平行となるように設置されるヒンジ接続可動クリップ２２５とを含み、ヒンジ接続可動クリップは回転軸２２７を介して開閉可能にパイプジャケットに外挿されて、さらに高強度ボルト２２６を介して固定され、ヒンジ接続可動クリップと単一平滑歯とは一体成形される。
【００４４】
剛性リンクは、金属両側二重平滑歯ロッド２１とピン２２とを含み、金属両側二重平滑歯ロッドは、その両端に位置して単一平滑歯に合わせる二重歯と中間部のクロスバーとを含み、２つの二重歯とクロスバーとの間には長方形接続プレート２５が設けられる。
【００４５】
二重歯には、ピンに組み合わせる円形孔２４が設けられ、ヒンジ接続ジョイント及びジョイントの単一平滑歯にぴったり嵌め合わされ、孔のサイズが同じであるため、ピンを円形孔に挿入して固定すると、相対的に回転可能な自由度を有する。
【００４６】
長方形接続プレートは、同側の二重歯の末端に対して垂直となるように設けられ、金属両側二重平滑歯ロッドのクロスバーは２つの長方形接続プレートの間に位置し、長方形接続プレートの側面はクロスバーの横断面より大きい。金属両側二重平滑歯ロッドのクロスバーの両端の上下にはそれぞれ補強プレート２６が１枚設けられ、補強プレートは長方形接続プレートの側面に締結され、長方形接続プレートの強度を向上させる。
本実施例の構造システムの取付方法は下記のとおりである。
ステップ１：スイングポストを海底基礎に接続する。
【００４７】
海上プラットフォーム全体の工事を実施する際に、基礎としての４つのパイプジャケットの中央位置にボールジョイントスタンドを埋め込み、ボールジョイントスタンドは海底基礎にアンカー固定され、スイングポストの外側鋼管の底部はボルトを使用してボールジョイントスタンドの上部台座に接続され、さらにボールジョイントを介して海底基礎にヒンジ接続される。スイングポストの上端部を仮固定しておく。
ステップ２：接続部材を組み立てる。
【００４８】
スイングポストの外壁に設けられる４枚の帯状鋼板において、所定の高さのボルト孔を選択して、上から下へ金属ダンパーを順次組み立てて、金属ダンパーの末端に八角形固定鋼製リングを取り付けて、リンク及びバネの取付位置を自由に選択できるようにする。所定の間隔を開けて金属ダンパーを組み立て、金属ダンパーの末端に八角形固定鋼製リングを取り付ける。
ステップ３：スイングポストとパイプジャケットとを接続する。
【００４９】
ヒンジ接続ジョイントを八角形固定鋼製リングの外面に組み立て、海上プラットフォームのパイプジャケット構造に、対応するジョイントを取り付ける。剛性リンクの二重歯と単一平滑歯を接続して、ピンを円形孔に挿入し固定する。取り付ける際に各層の剛性リンクは同じ水平面に位置する必要があり、そうすることで、スイングポストが海上プラットフォーム構造システムに対して所定の角度範囲内で揺動することが可能となる。
ステップ４：同調質量ダンパーをスイングポストの上部に取り付ける。
【００５０】
スイングポストと海上プラットフォームとの間の剛性リンクは、海上プラットフォームの制振効果に大きく影響する。地震及び氷による荷重について数値シミュレーション解析を行った結果、リンクの剛性及び数は、海上プラットフォーム構造の変位及び加速度反応に大きく影響し、それが所定の数値または範囲内にあるときに、海上プラットフォームの振動制御効果は最も顕著なものとなる。
【００５１】
地震波、及び氷による押圧荷重のシミュレーション結果を総合し、実際の工事状況に応じて剛性リンクの適切な剛性を算出するが、多少の範囲での上下浮動は許容される。剛性リンクの剛性が大きすぎる、または小さすぎると、スイングポストとプラットフォーム構造との変形同調能力、エネルギー吸収能力が低下し、構造の動力学的反応が増大することになる。剛性リンクの剛性には経済的利益と制振効果も合わせて考慮する必要があり、剛性が大きすぎるとロスが生じる。剛性リンクを増やすにつれて、層間変位が一致する傾向に進み、高さの異なる接続点において好ましい制振効果を得ることが出来るが、一定の数を超えると、スイングポストシステムはすでに確立されているため、それ以上リンクを増設してもエネルギー吸収能力を発揮することはない。
実施例２
【００５２】
図３、４及び図１８−２３に示す、本発明の内蔵スイングポストに基づく自己復帰型パイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システムであって、実施例１との相違点は、金属ダンパーとパイプジャケットとの間が複数セットのバネにより締結されることである。
【００５３】
バネの一端はバネ組立ベース２２４に溶接され、バネ組立ベースは八角形固定鋼製リングの側壁の中央に締結され、バネ組立ベース及びエネルギー吸収金属ウェブの組立背板はそれぞれ八角形固定鋼製リングの側面の両側に位置し、八角形固定鋼製リングを固定し、バネの他端は、締結可動クリップ２２８に溶接されることでパイプジャケットに締結される。各セットのバネ数は４本であり、４本のバネは互いに９０°を成して配列され、各セットのバネは上から下へ一定の間隔を開けて順次金属ダンパーに締結される。
【００５４】
実施例１に比べて、本実施例に記載の技術的解決手段においては、装置の柔軟性が不足する状況に対して一般的に弾性支持部材が用いられる。スイングポスト構造全体において、バネは最初に外力による荷重を受け、その変形の増加に伴って、変形エネルギーがさらにバネに蓄積され、装置の柔軟性及び緩衝圧力を効果的に増加する。構造の剛性を十分に利用し、均衡した動力学的効果を得るために、本実施例では、４つの方向にいずれもバネ支持部材を取り付けている。片側のバネが引張応力を受けると、対向側のバネが押圧応力を受けて、全方向の立体弾性支持作用を発揮する。
【００５５】
本発明に記載の内蔵スイングポストに基づくパイプジャケットを備える海上プラットフォーム構造システム及びその取付方法について、その構築プロセスはシンプルな組立工程からなり、建築物の使用に影響を与えることなく工事が完了するため、本発明の施工は容易である。本発明のスイングポストは柱体であり、海上プラットフォームの内部に柔軟に配置することができ、海上プラットフォームの機能、役割や美観に影響しないため、本発明の配置は柔軟性がある。本発明は海上プラットフォームの実際の必要に応じてスイングポストの高さ、または接続する機器の数や位置などを選択することができ、部品が損傷しても、損傷した部品のみを交換すればよいため、本発明は大変経済的且つ合理的である。本発明は同調質量ダンパー及び金属ダンパーを導入することで、エネルギー吸収能力を向上させ、建築物の地震応答を著しく低減すると同時に、復帰機能を有するため、本発明は優れたエネルギー吸収性能と復帰性能を有する。
【００５６】
本発明が採用する複合ジャケット柱体は優れた力学的特性を有し、スイング構造が必要とする大きな剛性を提供することができ、海上プラットフォームが地震の作用を受けた場合、スイングポストは柱体の底部を中心として全方向に揺動し、海上プラットフォームが１次振動の形だけに従って振動するようにして、その層間変位を制限し、各層の層間変位角度を一致させることで、地震荷重による海上プラットフォームの崩壊を効果的に防止することができる。
【００５７】
本発明が採用する同調質量ダンパーは、スイングシステムに必要な減衰及び弾性を提供することができ、スイングポストが地震荷重により変位すると、効果的に地震エネルギーを吸収し、地震による海上プラットフォームの破壊を減少させ、さらにシンプルな構造、取り付け易さ、経済的且つ合理的であるなどの特徴を有する。
【００５８】
本発明が採用する金属ダンパーの両端には孔が設けられ、ボルトを介してスイングポスト及びプラットフォームの両端に接続されており、降伏しても容易に交換できる。
【００５９】
本発明が採用する剛性リンク、組立型接続部材、基礎接続部材などの部材も、シンプルな構造、使いやすさ、経済的かつ合理的であり簡単に取り付けられるなどの特徴を有する。
【００６０】
言うまでもなく、以上は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。前記の実施例を参照して本発明を詳しく説明したが、当業者であれば前記各実施例に記載の技術的解決手段に対して変更、またはその一部の技術的特徴に対して同等置換を行うことができる。本発明の趣旨や原則から逸脱せずになされる変更、同等置換、改良などは、いずれも本発明の保護範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６１】
１、パイプジャケット
２、剛性リンク
３、バネ
４、スイングポスト
５、海底基礎
６、同調質量ダンパー
７、ボールジョイントスタンド
８、金属ダンパー
２１、金属両側二重平滑歯ロッド
２２、ピン
２３、ヒンジ接続ジョイント
２４、円形孔
２５、長方形接続プレート
２６、補強プレート
２７、ジョイント
２２１、単一平滑歯
２２２、円形孔
２２３、組立背板
２２４、バネ組立ベース
２２５、ヒンジ接続可動クリップ
２２６、高強度ボルト
２２７、回転軸
２２８、締結可動クリップ
４１、外側鋼管
４２、内側鋼管ポスト
４３、粘弾性減衰材料
４４、帯状鋼板
４５、ボルト孔
６１、質量体
６２、ダンパーバネ
６３、ダンパー
６４、固定部材
７１、上部台座
７２、ステンレス鋼摺りプレート
７３、平面テフロンプレート
７４、コア
７５、球面テフロンプレート
７６、台座
７７、高強度ボルト
７８、外側鋼管台座
８１、エネルギー吸収金属ウェブ
８２、組立溝形板
８３、八角形固定鋼製リング
８４、高強度ボルト
８５、組立背板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2021530637.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2021530637.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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