СЕЙСМОСТОЙКАЯ МОРСКАЯ ПЛАТФОРМА

Техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в морских стационарных платформах для разведки и добычи углеводородов на континентальном шельфе морей в районах с высокой сейсмической активностью, а также в стационарных сооружениях, строящихся в материковых зонах.
Известны конструктивные решения стационарных платформ, включающие подводные конструкции в виде опорных ростверков, обеспечивающих возможность свайных закреплений к морскому дну [Симаков Г.В., Шхинек К.Н., Смелов В.А. и др. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе. - Л.: Судостроение, 1989. - 328 с., Доусон Т. Проектирование сооружений морского шельфа. - Л.: Судостроение, 1986. - 288 с.].
Недостатком таких технических решений является их относительная неустойчивость при сейсмических воздействиях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату и избранным в качестве прототипа является сейсмостойкая стационарная платформа, содержащая каркас, представляющий собой многоячеистую структуру, образованную колоннами, распорками, крестовыми связями, в пересечениях которых установлены сейсмопоглотители, выполненные в виде узловой крестообразной фасонки, снабженной по концам пластинами и диафрагмами, прикрепленными к торцам пластин. [«Морская сейсмостойкая платформа» (авторское свидетельство СССР №960373. Опубл. бюл. 35 от 23.09.1982 г.)].
Недостатками конструктивного решения являются:
1. Сложность изготовления сейсмопоглотителей с заданными параметрами рассеивания кинетической энергии, вошедшей в сооружение во время землетрясения.
2. Учитывая, что для опорной конструкции потребуется установка нескольких десятков сейсмопоглотителей, невозможно сделать оценку величины общей поглощенной кинетической энергии, т.к. сейсмопоглотители будут установлены в различных местах по высоте (влияние форм колебаний).
3. Упругопластические показатели сейсмопоглотителей зависят не только от размеров его элементов, определяемых по приведенным формулам, но и от химического состава стали, механических характеристик металла элементов, начальных напряжений от сварки при наложении швов и их формы, от конструктивного решения. Вышеуказанные факторы могут формировать концентраторы напряжений, которые повлияют на циклическую прочность.
4. Невозможность замены или ремонта сейсмопоглотителя после экстремальных сейсмических воздействий.
5. Система защиты включается только тогда, когда кинетическая энергия колебаний от грунта вошла в сооружение, вызывала его колебания, а в элементах - напряжения и деформации.
Технической задачей является повышение сейсмической устойчивости сооружения при одновременном снижении его металлоемкости.
Поставленная задача достигается тем, что сейсмостойкая морская платформа, включающая палубу, опорную конструкцию платформы, оттяжки, закрепленные на платформе, установленной на фундаменте, сейсмопоглощающие элементы, фундамент выполнен с коническими отверстиями, с расположенными в них фиксаторами, сейсмопоглощающие элементы выполнены в виде шаров, расположенных в сферических углублениях, выполненных в фундаменте, а оттяжки закреплены вверху к опорной конструкции и внизу к сваям, забитым в морское дно.
Наличие в месте опирания опоры на фундамент устанавленных шаровых элементов в углублениях фундамента; кривизна поверхности этих углублений позволяет шаровым элементам перемещаться, обеспечивая период собственных колебаний опоры платформы, превышающий спектр колебаний грунта при землетрясении не менее, чем в четыре раза. В этом случае кинетическая энергия колебания грунта в сооружение передаваться не будет, соответственно, исключаются резонансные проявления в опорной части платформы.
Существенными признаками, совпадающими с прототипом, являются следующие:
- опорная конструкция платформы, установленная на платформе, расположенной на фундаменте;
- наличие сейсмопоглощающих устройств.
Отличительными от прототипа существенными признаками являются:
- фундамент выполнен с коническими отверстиями, с расположенными в них фиксаторами;
- наличие сферических углублений в фундаменте, в которых располагаются шаровые элементы;
- оттяжки закреплены вверху к опорной конструкции и внизу к сваям.
Между существенными признаками заявляемого технического решения и достигаемым с их помощью техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь: достижение технического результата - обеспечение сейсмостойкости платформы и снижение металлоемкости сооружения - невозможно при отсутствии любого существенного признака, указанного в формуле полезной модели.
Проведенный анализ уровня техники, включая поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, содержащих информацию об аналогах заявляемого технического решения, позволяет установить, что не выявлены аналоги, идентичные заявляемому устройству. Поэтому можно утверждать, что заявляемое техническое решение отвечает условиям охраноспособности по критерию «новизна». Кроме того, техническое решение применимо, т.к. позволяет использовать его при сооружении морских платформ для разведки и добычи углеводородов на шельфе морей, а также при строительстве промышленных и гражданских зданий в материковых условиях в регионах с повышенной сейсмической активностью.
Возможность осуществления технического решения подтверждается приводимым ниже описанием его практической реализации и иллюстрируется чертежом.
На фиг. 1 изображена сейсмостойкая платформа, общий вид.
На фиг. 2 - узел А опирания опоры платформы на фундамент.
На фиг. 3 - работа устройства, поглощающего энергию горизонтального колебания грунта при землетрясении (на фиг. 3 - перемещение грунта вправо).
Сейсмостойкая морская платформа содержит (фиг. 1) палубу 1, опорную конструкцию 2, оттяжки 3, закрепленные вверху опорной конструкции 2, а внизу - к сваям, забитым в морское дно (на чертеже не показано). Устройство содержит (фиг. 2) опорную плиту 4, установленную на фундаменте 5, сферические углубления 6, выполненные в фундаменте 5, шары 7, расположенные в сферических углублениях 6, фиксатор 8, закрепленный в фундаменте 5 для облегчения точной установки опоры 2 на фундамент 5, коническое отверстие 9 в опорной плите 4, которых расположены фиксаторы 8 и ограничитель перемещений 10 фундамента 5. Шары могут быть выполнены с диаметром порядка 50 см, а сферические углубления менее 50 см. Количество углублений определяется размером опорной конструкции.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
После установки фундамента 5 на морское дно он может закрепляться ко дну за счет сил гравитации или за счет фиксации сваями. Затем в сферические углубления 6, выполненные в бетонном фундаменте 5, устанавливаются шары 7, диаметры которых превышает наибольший размер сферического углубления 6. Размер и кривизна поверхности углубления 6 в фундаменте 5 обеспечивают собственные периоды горизонтальных перемещений плиты 4, которые превышают спектр возможных горизонтальных колебаний при землетрясении. После этого устанавливается опора 2. Для обеспечения точной установки используется фиксатор 8.
При подвижке грунта во время землетрясения (фиг. 3) фундамент 5 начинает перемещаться (например, вправо); шары 7, на которые опирается опорная плита 4, перемещаются по наклонной поверхности сферического углубления 6 в фундаменте влево, опорная плита 4 приподнимается, надавливая на шары 7, заставляя их вернуться в нижнюю точку. Горизонтальные колебания грунта не передаются на опору 2 морской платформы, обеспечивая ей сейсмостойкость. При этом даже самые сильные землетрясения не влияют на технологические процессы, происходящие на палубе 1.
Предложенное техническое решение повышает сейсмостойкость сооружения, снижает металлоемкость опорных конструкций и снижает расход стали на сваи для закрепления опорной части платформы к морскому дну, который может быть соизмерим с расходом стали на опорную часть платформы.