[发明专利]一种测量海洋平台冰荷载的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量海洋平台冰荷载的方法。

背景技术

冰荷载形成于冰与结构作用破坏过程，目前没有理论方法能预测冰力，室内模型实验存在的相似性问题也无法克服。利用现役海洋平台测量可以获得真实的冰荷载信息，在国际许多国家都展开过类似的测量。但是，已经开展的原型结构测量冰荷载只能获得部分冰荷载信息，都不能得到总冰力的信息。已经采用的方法主要分为两种方式：一种是利用冰压力计直接测量荷载，这种方法只能测量局部的冰力，因为冰压力计只能覆盖结构部分面积，不能测量到结构整体的冰力。另一种是利用平台的位移响应间接测量冰力，因为实际的海洋平台没有固定参考点，只能利用加速度计测量振动数据，因此，这种方法只能测量到动冰力引起的振动，不能测量到静冰力信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量海洋平台冰荷载的方法，利用平台在建造期间，将光纤应变计预埋在海洋平台的水下部位，通过理论分析、计算机仿真与室内模型实验标定，确定预埋点数、位置，并建立冰荷载与海洋平台响应的关系。利用该系统可在海洋平台上获得冰荷载的全部信息，总冰力，交变冰力及极值冰力。

本发明所述的一种测量海洋平台冰荷载的方法，包括荷载标定分析、应变测量系统、冰况测量系统三大部分；荷载标定分析包括理论分析、计算机仿真与室内模型实验标定；应变测量系统包括光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器，信号传输光缆，光纤光栅解调仪，数字记录服务器；冰况测量系统包括至少两个高分辨率摄相头，视频传输光缆、视频采集系统，计算机图象处理系统。

结构所受荷载的标定包括模型实验标定和数值分析标定，在原型结构数值分析和模型实验的基础上，确定光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器安装的数量和位置；

模型实验标定是对采购的光纤应变传感器进行标定及灵敏度分析；数值分析标定是确定结构测点应变与所受荷载关系，包括潮高、冰厚、冰速、来冰方向的变化；应变测点选择在各种冰况作用下结构水下部分应变响应的显著区域，荷载和应变呈线性变化关系，避开构件的应力突变区；选取若干个应变测点，采用全桥或半桥法连接各个应变传感器；

在海洋平台吊装下水之前完成传感器的焊接，光缆的走线与防护；在平台中控室安装光纤光栅解调仪；待海洋平台安装就位后，在平台甲板边缘或其他位置，安装能够连续记录冰厚、冰速、来冰方向、潮高的高分辨率摄像机；摄像头的安装位置在平台的下层甲板，靠近冰面和平台桩腿处，在平台中控室安装视频采集器，通过计算机实时观测、采集测量数据，结合结构测点应变与所受荷载的数值标定，获得冰荷载的全面信息。

主要的技术关键点是通过导管架平台测量到冰荷载的全部信息。本发明的海洋平台原型结构冰荷载确定的方法，考虑了复杂的环境条件及海冰与结构作用的因素，结合模型实验及数值模拟的方法对结构荷载进行标定，利用水下结构局部应变响应信息来确定海洋平台冰荷载。采用光纤光栅应变和温度传感器测量水下局部应变响应和温度变化；利用先进的图像识别技术，确定海冰条件；实现应变响应与海冰要素的同步实时测量。和现有的海洋平台冰荷载测量技术相比，能够准确获得结构总冰荷载的信息。

通过本系统可以建立更准确的冰荷载公式，设计更为合理的抗冰平台。每座平台的造价昂贵，保守的平台将造成巨大的浪费，而风险的平台能形成灾害。渤海已经有两座平台被冰推倒，另有一些平台受冰振的严重威胁，有的平台则很保守，主要原因是冰荷载估计水平不高。

附图说明

图1是测量海洋平台冰荷载系统的结构框图。

图2是系统实物结构图。

图中1中控室；2光纤光栅解调仪；3视频采集器；4数据记录服务器；5高分辨率摄像头；6光纤光栅温度传感器；7光纤光栅应变传感器。

具体实施方式

本发明所述的一种测量海洋平台冰荷载的方法，包括荷载标定、应变测量系统、冰况测量系统三大部分。荷载标定包括理论分析、计算机仿真与室内模型实验标定；应变测量系统包括光纤光栅温度传感器6、光纤光栅应变传感器7，信号传输光缆，光纤光栅解调仪2，数字记录服务器4；冰况测量系统包括高分辨率摄像头5(至少两个)，视频传输光缆、视频采集器3，计算机图像处理系统。