自升式海洋平台桩腿桩靴结构监测方案研究

摘要

结构状态在线监测技术作为一项新兴技术,主要通过实时监测结构状态参数,提供结构实际状态数据并及时发现结构损伤,防止重大事故的发生。海洋平台作为典型的海洋工程结构物,其本身结构复杂、所处环境极度恶劣、服役时间长、其可靠性和耐久性受到严峻挑战,及时有效地监测平台在海上作业的安全性更具实际意义。
　　 本文以自升式海洋平台为工程背景。自升式平台桩腿桩靴结构为主要受力构件,深入研究其在不同设计工况下的应力状态;建立桩腿桩靴结构健康监测系统,实时监测桩腿桩靴结构的应力变化,对结构可能出现的早期损伤发出警报,保证自升式海洋平台安全服役。根据结构监测对象和监测内容确定自升式平台桩腿桩靴结构监测方案。
　　 结构监测方案主要包括结构监测位置选取、光纤光栅传感器封装设计和布设、建立结构监测系统三方面内容。
　　 首先,基于静力计算选取桩腿桩靴结构监测位置,即光纤光栅传感器的优化布设。针对自升式海洋平台所处的工作环境,对拖航工况、自存工况、采油作业工况进行有限元模拟;分析桩腿桩靴结构应力分布,确定桩腿桩靴应力热点位置;结合平台桩基冲刷和单桩承载力改变对结构应力分布的影响,优化桩腿桩靴结构监测位置。
　　 其次,完成光纤光栅应变传感器封装设计和布设。结合光纤光栅传感器的特点及桩腿桩靴实际结构形式,设计适合该监测方案的光纤光栅传感器。桩腿结构采用圆柱状光纤光栅应变传感器,桩靴结构采用平面膜片式光纤光栅应变传感器。自行设计传感器的布设连接装置,完成传感器布设、定位和安装。
　　 最后,建立桩腿桩靴结构监测系统。以Microsoft Virtual Studio.NET为技术平台,结合Socket网络程序读取并分析前端采集点数据,连接预警系统实现自升式平台桩腿桩靴结构的实时监测,并对结构损伤状况进行预警。