海洋平台分段甲板及其建造实施方法、吊臂支撑系统

摘要

本发明提供了一种具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板及其建造实施方法、吊臂支撑系统。该海洋平台分段甲板包括：主甲板分段、主甲板、上层建筑甲板分段、上层建筑甲板、安装在主甲板上的吊机筒体、安装在吊机筒体上的吊机主体、吊臂以及安装在上层建筑甲板上的吊臂支撑结构。该海洋平台分段甲板建造实施方法包括：建造上层建筑甲板及分段、主甲板及分段；将吊臂支撑结构焊接在上层建筑甲板上的预定位置以及合拢组装上层建筑甲板及分段、主甲板及分段。该吊臂支撑系统包括上层建筑甲板、吊臂支撑结构和加强组件。本发明通过将上述吊臂支撑结构安装在上层建筑甲板上，降低了吊臂支撑结构的高度，减轻了吊臂支撑结构的重量。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程及船舶领域，特别涉及一种具有吊臂支撑结构的海 洋平台分段甲板及其建造实施方法、吊臂支撑系统。

背景技术

海工产品，例如：半潜式钻井平台、自升式平台、半潜式起重平台等， 其船体结构及总体布置设计与常规船舶有所不同。一般地，半潜式钻井平台、 自升式平台、半潜式起重平台等海工产品的主甲板上通常需要布置钻井架、 重型起重设备及其吊臂支撑结构、救生设备、通风设备和上层建筑等，同时 主甲板的露天甲板区域往往还是货物运载和船员进行多项施工作业的场所， 因此，如何形成并实现海洋工程露天甲板区域的大面积存储支持及大空间起 重操作功能，是海洋工程建造企业及研发设计部门必须要面对的一个实际问 题。

目前，海洋平台上的重型起重设备的吊臂支撑结构由于受限于吊臂及其 吊臂支撑结构重量，业界研究人员普遍认为只能将其布置在强度较强的主甲 板露天甲板的预定区域内，而至于分段甲板的其它区域，例如，上层建筑甲 板，因其强度不够，往往无法支撑起吊臂及其吊臂支撑结构的重量。因此， 目前吊臂支撑结构主要布置在主甲板上的露天甲板区域，如专利号 201220482058.0公开的一种吊机及具有其的海洋平台，该吊机20的吊臂27 的一端连接于上转柱26的下端部上，该吊臂27另一端支撑在位于海洋平台 的支撑平台19，该吊臂支撑结构(即支撑平台19)设置在主甲板20露天甲 板的预定区域内。

目前，吊臂支撑结构主要有两种结构形式，第一种是该吊臂支撑结构采 用桁架刚性构架形式，该桁架刚性构架是由钢管焊接构成的若干三角形组合。 第二种是该吊臂支撑结构的主体采用独立竖直钢管型材(例如，圆管)，这 种结构需要在主甲板的露天甲板的某一区域设置垂直于露天甲板的圆管作为 吊臂的支撑结构，圆管下部需设计加强肘板和腹板，上部设计搁架。但无论 是桁架结构形式还是竖直圆管支撑形式，其不足之处都是显而易见的：缺点 一因两者的吊臂支撑结构均建造在露天甲板的预定区域内，使得吊臂支撑结 构的高度较高，使用的钢型材较长较重，导致船体的总体重量和材料成本的 增加，同时较高的支撑结构也不便于作业者的施工操作及交船后船员的维修 使用保养；缺点二两者的吊臂支撑结构的结构复杂，零部件多，需要大量的 钢型材，这样需要在船体甲板结构上进行大量的焊接作业，除了焊接吊臂支 撑结构的腹板、加强肘板及圆钢，还要焊接大量的扶手、阶梯以及吊耳，并 且在焊接作业结束后，还需要对主甲板进行焊点缺陷处理，这样就容易损坏 主甲板的钢结构分段，出现质量问题；缺点三是由于吊臂支撑结构在主甲板 结构固定焊接安装，因主甲板的材料较厚且其材料等级较高，若因为某种原 因需要改变吊臂支撑结构的位置，则作业难度较高，这样就会直接导致人工 成本增加和辅材成本增加；缺点四因吊臂支撑结构安装在主甲板上，过多的 占据了宝贵的露天甲板存储面积和作业空间，使得本来就显狭窄的主甲板空 间变的更加拥挤不堪。

发明内容

鉴于上述公知技术中的缺失，本发明的一个目的在于解决现有技术中海 洋平台分段甲板的吊臂支撑结构建造材料成本高、作业施工难度大、人工成 本高及露天甲板空间受限的的技术问题，提供一种能解决上述技术问题的具 有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板。

本发明的另一个目的在于解决现有技术海洋平台分段甲板的建造方法中 建造材料成本高、作业施工难度大及人工成本高的技术问题，提供一种具有 本发明吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板建造实施方法。

本发明的又一个目的在于解决现有技术海洋平台分段甲板的建造方法中 建造材料成本高、作业施工难度大及人工成本高的技术问题，提供一种吊臂 支撑系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板，包括：主甲板 分段、主甲板、位于所述主甲板上的上层建筑甲板分段、位于所述上层建筑 甲板分段上的上层建筑甲板、安装在所述主甲板上的吊机筒体、安装在所述 吊机筒体上的吊机主体、吊臂以及安装在所述上层建筑甲板上的吊臂支撑结 构，所述吊臂的一端安装在所述吊机主体上，所述吊臂支撑结构用于支撑所 述吊臂的另一端。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板，所述吊臂支撑结构包括：

至少两桁架弦杆，所述至少两桁架弦杆相互平行；

至少一搁架，所述搁架安装在所述至少两桁架弦杆的顶端；以及

至少一桁架腹杆，所述桁架腹杆连接在所述搁架和所述桁架弦杆之间或 连接在所述两桁架弦杆之间。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板，所述桁架腹杆为三根， 其中两桁架腹杆分别连接在所述搁架和所述桁架弦杆之间，另一桁架腹杆连 接在所述两桁架弦杆之间，三根桁架腹杆形成一三角形结构。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板，所述搁架包括一底梁和 分别位于所述底梁两端部的侧梁，所述底梁设置在所述桁架弦杆的顶端，所 述底梁和所述侧梁形成一U型槽形结构。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板，所述上层建筑甲板的顶 面设置一垫板，所述桁架弦杆焊接在所述垫板上。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板，上层建筑甲板的底面设 置有加强结构。

本发明另提供一种具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方 法，包括：

建造上层建筑甲板、上层建筑甲板分段、主甲板及主甲板分段；

将吊臂支撑结构焊接在所述上层建筑甲板上的预定位置；以及

合拢组装所述上层建筑甲板、所述上层建造甲板分段、所述主甲板及所 述主甲板分段。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方法，所述上 层建筑甲板、所述上层建筑甲板分段、所述主甲板及所述主甲板分段同步建 造。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方法，所述吊 臂支撑结构在上层建筑甲板上预定位置的确定，具体包括以下步骤：

根据吊机的位置确定所述吊臂支撑结构在所述上层建筑甲板上的位置范 围；

在确定的位置范围内，确定所述上层建筑甲板的强度是否满足吊臂和吊 臂支撑结构自身的重量要求；以及

在确定的位置范围内，再进一步确定所述吊臂支撑结构在所述上层建筑 甲板上的具体安装位置。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方法，在建造 所述上层建筑甲板时，在对应所述吊臂支撑结构的具体安装位置处焊接加强 结构。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方法，将所述 吊臂支撑结构焊接在所述上层建筑甲板上的步骤具体包括：

将安装有桁架腹杆的桁架弦杆定位焊接在所述上层建筑甲板上已确定的 具体安装位置上；以及

将吊臂支撑结构的搁架安装在所述桁架弦杆的顶端。

所述的具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方法，焊接完 所述吊臂支撑结构后，检查所述吊臂支撑结构尺寸是否满足要求，并对超差 部分进行校正。

本发明另提供一种吊臂支撑系统，用于支撑海洋平台上的吊机吊臂，包 括一上层建筑甲板、安装在所述上层建筑甲板上的一吊臂支撑结构和一用于 加强上层建筑甲板支撑强度的加强组件。

所述的吊臂支撑系统，所述加强组件包括一垫板和一加强结构，所述垫 板设置在上层建筑甲板的顶面且位于所述吊臂支撑结构在所述上层建筑甲板 上的安装位置处，所述加强结构设置在所述上层建筑甲板的底面。

所述的吊臂支撑系统，所述吊臂支撑结构包括：

至少两桁架弦杆，所述至少两桁架弦杆相互平行，所述至少两桁架弦杆 焊接至所述上层建筑甲板上；

至少一搁架，所述搁架安装在所述至少两桁架弦杆的顶端；以及

至少一桁架腹杆，所述桁架腹杆连接在所述搁架和所述桁架弦杆之间或 连接在所述两桁架弦杆之间。

所述的吊臂支撑系统，所述两桁架弦杆与所述上层建筑甲板的焊接处远 离所述上层建筑甲板的板缝。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明克服现有技术存在的上层建筑甲板强度不够不适宜安装吊臂支撑 结构的技术偏见，反其道而行之，将吊臂支撑结构设置在上层建筑甲板上， 因上层建筑甲板与主甲板之间具有一高度差，且吊机筒体安装在主甲板上， 使得吊臂支撑结构对吊臂的支撑力臂变长，进而利用杠杆原理减轻了吊臂对 吊臂支撑结构的压力，降低了对吊臂支撑结构的支撑强度要求，同时也减小 了上层建筑甲板对吊臂及吊臂支撑结构的承载力。

本发明的海洋平台分段甲板通过将上述吊臂支撑结构安装在上层建筑甲 板上，而上层建筑甲板与主甲板之间具有一高度差，从而降低了吊臂支撑结 构的高度，简化了吊臂支撑结构的结构，进而减少了制造吊臂支撑结构的钢 材，减轻了吊臂支撑结构的重量，也降低了对船体主结构(主甲板)强度的 要求，同时具有安装灵活方便的优点。另外，还节约了主甲板面积及空间。

本发明海洋平台分段甲板的建造实施方法通过利用原有上层建筑甲板作 为吊臂的受力支撑，同时将吊臂支撑结构与上层建筑甲板同步建造的方法来 实现海洋平台分段的整体建造合拢，简化了建造流程，提高了生产效率。

本发明的吊臂支撑系统通过将吊臂支撑结构安装在上层建筑甲板上，并 通过加强组件来加强上层建筑甲板，克服了现有技术中认为上层建筑甲板强 度不够不适宜安装吊臂支撑结构的技术偏见，与现有技术相比，降低了对船 体主结构(主甲板)强度的要求，节约了主甲板面积及空间。

附图说明

图1为本发明具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的结构示意图。

图2为本发明吊臂支撑结构及上层建筑甲板的结构示意图。

图3为本发明具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方法流 程图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应 理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发 明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本 发明。

本发明的吊臂支撑结构，可应用于在海工产品上，例如半潜式钻井平台、 自升式平台、半潜式起重平台等。该吊臂支撑结构主要用于支撑起海洋平台 上的重型起重设备的吊臂。

如图1所示，其为本发明具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的结构 示意图。该海洋平台分段甲板包括主甲板分段1b、位于主甲板分段1b上的 主甲板1a、位于主甲板1a上的上层建筑甲板分段2b、位于上层建筑甲板分 段2b上的上层建筑甲板2a、安装在主甲板1a上的吊机筒体5、安装在吊机 筒体5上的吊机主体6、吊臂4以及安装在上层建筑甲板2a上的吊臂支撑结 构3，其中，吊臂4的一端安装在吊机主体6上，另一端放置在吊臂支撑结 构3上。其中，主甲板分段1b和主甲板1a构成一箱形状分段甲板。

如图1所示，吊机筒体5和吊机主体6安装在主甲板1a的露天甲板区域 内，且邻近上层建筑甲板2a。主甲板1a和上层建筑甲板2a之间具有一高度 差，吊臂支撑结构3安装于上层建筑甲板2a的顶面的一侧，且邻近主甲板 1a的露天甲板区域。

如图2所示，其为本发明吊臂支撑结构及上层建筑甲板的结构示意图。 该吊臂支撑结构3包括两相互平行的桁架弦杆31、连接在两桁架弦杆31顶 端之间搁架33以及三根桁架腹杆32。

该桁架弦杆31为一圆钢结构，其一端与搁架33相焊接，其另一端焊接 在上层建筑甲板2a上。其中，为了加强上层建筑甲板2a强度，在上层建筑 甲板2a的顶面且对应吊臂支撑结构3的安装位置处可设置一垫板23，桁架 弦杆31焊接在该垫板23上。此外，桁架弦杆31焊接在上层建筑甲板2a上 时，应避开上层建筑甲板2a的板缝21。同时，为了使上层建筑甲板2a的强 度满足吊臂支撑结构3和吊臂4的自身的重量，在上层建筑甲板2a的底面即 与顶面相对的另一面设置有加强结构22。该加强结构22相互间隔地设置在 吊臂支撑结构3的下方。该加强结构22可为工字型钢T型钢、H型钢、角 钢或槽钢等型材。

搁架33包括连接在桁架弦杆31的顶端的底梁331以及分别位于底梁331 两端部的侧梁332。该底梁331与两侧梁332连接形成一U型槽形结构。该 底梁331与侧梁332可均由板材焊接形成，底梁331与侧梁332也可为一型 材。在本实施例中，底梁331与侧梁332为一工字型钢，但并不限于此，该 底梁331与侧梁332可为T型钢、H型钢、角钢或槽钢。

桁架腹杆32可为一圆钢。在本实施例中，吊臂支撑结构3包括三根桁架 腹杆32，该三根桁架腹杆32形成一三角结构焊接在桁架弦杆31和搁架33 形成的框架内，其中两根焊接在桁架弦杆31与搁架33之间，另一根则焊接 在两桁架弦杆31之间。

在上述实施例中，桁架弦杆31为2根，桁架腹杆32为3根，但并不限 于此，在其它实施例中，该桁架弦杆31和桁架腹杆32的数量是可变的。

请参阅图1和图2，本发明提供一种吊臂支撑系统，该吊臂支撑系统包括 上述的上层建筑甲板2a、安装在上层建筑甲板2a上的上述吊臂支撑结构3 和一用于加强上层建筑甲板2a支撑强度的加强组件。该加强组件包括一垫板 23和一加强结构22，该垫板23设置在上层建筑甲板2a的顶面且位于吊臂支 撑结构3在上层建筑甲板2a上的安装位置处，加强结构22则设置在上层建 筑甲板2a的底面。此外，为了进一步加强上层建筑甲板2a的支撑能力，在 将吊臂支撑结构3焊接在上层建筑甲板2a上时，使其焊接处远离上层建筑甲 板2a的板缝21。

以下重点说明具有上述吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造实施方 法。

请参阅图3，其为本发明具有吊臂支撑结构的海洋平台分段甲板的建造 实施方法流程图。并请同时参阅图1至图2，本发明海洋平台分段甲板的建 造实施方法主要包括以下步骤：

S1：建造上层建筑甲板、上层建筑甲板分段、主甲板及主甲板分段。该 上层建筑甲板、上层建筑甲板分段、主甲板及主甲板分段可同步建造。

S2：将吊臂支撑结构3焊接在上层建筑甲板的预定位置上。其中，吊臂 支撑结构3在上层建筑甲板预定位置的确定包括以下步骤：

第一步根据吊机筒体5在主甲板1a的露天甲板船体结构底座的位置确定 吊臂支撑结构3的大致位置范围，因吊臂通常沿海洋平台的长度方向布置， 因此吊臂支撑结构的位置应在海洋平台的艏部或艉部区域，在大致位置范围 确定后，在作业操作安全范围内检查与其它设备有无干涉，进一步缩小可以 布置吊臂支撑结构的范围；

第二步在上述合适的位置范围内，检查上层建筑甲板2a的强度，确保其 强度满足吊臂支撑结构3和吊臂4自身的重量要求，同时预留一定的安全余 量，在此基础上，选择最有利的安装位置，并使上层建筑甲板上焊接的加强 结构22最少；

第三步确定吊臂支撑结构3的具体安装位置，完成位置的确定。

待吊臂支撑结构3的位置确定后，即可根据吊臂4的重量设计该吊臂支 撑结构3的具体形式和型材型号，并在初步设计完成后进行屈服强度的校核。

完成屈服强度的校核后，将吊臂支撑结构3焊接至上层建筑甲板2a上， 具体操作步骤如下：

第一步：在已确定安装吊臂支撑结构3的具体位置处，定位焊接垫板23， 此时垫板23的焊接位置应避开上层建筑甲板2a的板缝21，同时在上层建筑 甲板2a的底面焊接加强结构22。

第二步：在垫板23上焊接吊臂支撑结构3。具体安装方式如下：首先， 建造吊臂支撑结构3的基本构架，即先完成桁架弦杆31和桁架腹杆32的焊 接接合，再将带有桁架腹杆32的桁架弦杆31定位焊接在垫板23上；然后把 搁架33安装在桁架弦杆31的顶部；接着检查吊臂支撑结构3的尺寸精度， 并对超差部分应采取一定的校正措施，复核吊臂支撑结构3部件及中心、上 下端、编号、艏艉、左右方向标记的完整性，复测吊臂支撑结构3的同轴度、 直线度，上端面的平面度及水平度，上下端面的平行度及与中心线的垂直度， 吊臂支撑结构3高度(包括高度余量)，使其安装精度满足以下要求：吊臂支 撑结构3高度标准偏差在正负2.5毫米之内、极限偏差正负5毫米之内；垂 直度偏差不大于4毫米、极限偏差正负8毫米之内；中心线位置偏差不大于 4毫米、极限偏差正负6毫米之内。

S3：将带有吊臂支撑结构3的上层建筑甲板、上层建筑甲板分段、主甲 板及主甲板分段进行分段合拢组装。

S4：合拢完成后，进行吊机吊重试验。

S5：完成海洋平台相关分段甲板的建造过程。

本发明具有以下显著效果：

本发明克服了现有技术存在的上层建筑甲板材料等级不高而强度不够不 适宜安装吊臂支撑结构的技术偏见，反其道而行之，将吊臂支撑结构设置在 上层建筑甲板上，因上层建筑甲板与主甲板之间具有一高度差，且吊机筒体 安装在主甲板上，使得吊臂支撑结构对吊臂的支撑力臂变长，进而利用杠杆 原理减轻了吊臂对吊臂支撑结构的压力，降低了对吊臂支撑结构的支撑强度 要求，同时也减小了上层建筑甲板对吊臂及吊臂支撑结构的承载力。

由于本发明的吊臂支撑结构安装在上层建筑甲板上，因上层建筑甲板的 高度高于主甲板，且上层建筑甲板及上层建筑甲板分段承受了吊臂的部分重 量，使得本发明的吊臂支撑结构不必设置太多的钢支撑结构，即可支撑起吊 臂，因此，简化了结构，节约了钢材等原材料的用量，进而减少了吊臂支撑 结构的重量(自身重量可由原有的8吨左右降至2吨左右)，也减少生产建 造成本。

此外，采用本发明的吊臂支撑结构，简化了设计流程(本发明吊臂支撑结 构的高度尺寸非常小，较低的吊臂支撑结构在满足屈服强度的同时，已经满 足细长比的要求，因此就不再需要进行屈曲强度的校核)，有助于快速实现设 计方案和施工工艺的优化，具有解决工程具体技术问题的实际意义。

由于本发明的海洋平台分段甲板将吊臂支撑结构安装在上层建筑甲板 上，改变了海洋平台重型起重设备其吊臂支撑结构的安装布置位，即从主甲 板的露天甲板的某一存储支持区域或操作空间移位至上层建筑甲板上，节约 了主甲板的面积及空间。另外，由于本发明吊臂支撑结构的重量降低了，使 吊臂支撑结构对船体结构甲板的强度要求也降低了，进而增大了可以布置吊 臂支撑结构的选择范围。

因上层建筑甲板的高度高于主甲板，而吊臂支撑结构安装在上层建筑甲 板上，使得吊臂支撑结构的高度由15米左右减少至3米左右，极大的方便了 作业者的安装施工和维护保养，减少了作业者的工作强度，同时有利于提高 产品质量和施工安全。

本发明的吊臂支撑系统将吊臂支撑结构安装在上层建筑甲板上，本发明 的吊臂支撑系统通过将吊臂支撑结构安装在上层建筑甲板上，并通过加强组 件来加强上层建筑甲板，克服了现有技术中认为上层建筑甲板强度不够不适 宜安装吊臂支撑结构的技术偏见，并简化了吊臂支撑结构的结构，且减轻了 吊臂支撑结构的重量，同时还节约了主甲板面积及空间。

采用本发明海洋平台分段甲板的建造实施方法，优化了海洋平台重型起 重设备其吊臂支撑结构的安装工艺流程，使得海洋平台重型起重设备其吊臂 支撑结构同上层建筑甲板的分段结构整体同步建造施工，然后再作为一个分 段同其它分段进行合拢，简化了建造流程，提高了生产效率，同时由于建造 流程的改进，也有益于海洋平台在系泊试验阶段、航行试验及交船阶段的工 作。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语 是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施 而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述 的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入 权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。