适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒

摘要

本发明公开了一种适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，浮筒横截面为正六边形，浮筒由混凝土制成，浮筒的六个侧壁上均开设有上下至少两排螺栓孔，相邻两浮筒用穿过螺栓孔的预紧螺栓相互连接。本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒组建水上浮平台时，易于组装拆卸，对单个浮筒外形尺寸制造误差的容差性较好，且浮筒的受力性能好，拼装施工灵活，运输环节的成本低。组成的浮体的规模和形状除了宽广的浮平台，也可以连续地构成包括机场跑道和港湾防波浮堤等。以本发明的预铸浮筒组合构建的人工浮平台，军事上可用作构建远海前进基地，民用上也可用于远海商用设施。

权利要求

1.一种适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，该浮筒的水平截面轮廓为正六边形，其特征在于：所述浮筒由上端敞口的空心筒身及盖板组成，所述空心筒身由上部筒体、下部筒体构成，上部筒体的边长大于下部筒体的边长；所述浮筒由混凝土类材料浇铸预制，浮筒上端为敞口，与另行预铸的同形的浮筒盖板结合固定；所述浮筒的用以组合浮平台的组合高度范围及盖板的六个角处均切角；当所述浮筒连接形成浮平台时，三个两两相邻的浮筒之间在所述切角处形成竖向连通至浮筒下方水体的竖向通道，所述竖向通道的上端设置与所述竖向通道相适应的格栅盖板；所述浮筒的六个角部在水线以上高度开有连通所述竖向通道与浮筒内部空间的排水孔、通气孔，从而使浮筒内部空间的环境适用条件得以改善。

2.根据权利要求1所述的适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其特征在于：多个所述浮筒通过预紧连接螺栓连接组合构成浮平台，进行组合连接时相邻两浮筒通过设置于筒壁上的相对应的螺栓孔内的预紧连接螺栓相互连接；浮筒的六个侧壁上均开设有至少两排螺栓孔，不同排的螺栓孔分布于有上下显著距离的不同高度处从而为浮平台整体的抗弯性能提供浮筒间的抗弯刚性连接，同排高度的螺栓孔在浮筒侧壁上为对称布置，以使连接组成浮平台时相邻浮筒的筒壁上的螺栓孔自然接合对准；当所有浮筒通过螺栓连接组合形成整体浮平台，并将浮筒盖板安装固定于浮筒上端后，所有浮筒盖板在同一个水平面内构成了整个浮平台的平整甲板。

3.根据权利要求1所述的适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其特征在于：所述浮筒的水线以上部分的内部高度能满足人员活动的需要，并在浮筒各面筒壁的水线以上均开有门洞；当浮筒连接组合时，相互结合的筒壁上的门洞开口能正对接合，从而使浮平台整体组合形成后所有浮筒盖板下的空间能根据需要进行连通；浮平台整体的边沿处的浮筒的面临外围水面的门洞以封板进行封堵。

4.根据权利要求3所述的适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其特征在于：所述浮筒内部用整体刚性横隔板加强筒体的整体刚度时，也使浮筒上下部分构成了可用于不同实际功能的不同空间。

说明书

适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适合于专门用途的浮动结构，特别是涉及一种用于海上组合人工浮平台的预铸浮筒。

背景技术

[0002] 随着社会发展与科技进步，土地资源在当代社会变得越来越珍贵。而填海工程作为切实作用于土地拓展的技术手段，被世界各国广泛的应用在对土地有需求的近海领域。然而填海的挖泥、堆泥期间会对水质造成严重破坏，而工程也会对现有海床造成永久性的损害，直接影响海洋生物的食物链。另外，填海工程不能在深水区域进行，因为若填海深度过大，不仅成本巨大，而且填海形成的土地也较容易出现地面沉降现象。于是作为填海工程的代替品，浮平台工程成为了近代海洋工程的热点之一。

[0003] 相对于填海，浮平台工程不仅施工简单，相对造价低，还有着可因地域和需求而进行灵活布置的优点。浮平台不仅可以用作基础设施，在海上小规模地搭建起商用的货运码头、工业园、捕钓平台等，还能在需要地域搭建起海上的大型机场群。在军事上，浮平台不仅能在近海搭建起浮平台式航母作为近海的补给站点，还能在远洋地区形成前进基地的构筑。

[0004] 在国外，浮平台工程的使用已经在商业与军用方向都有了相当数量的实例，例如日本的海上羽田机场的Megafloat(超大型浮体构造物)。Megafloat为把很多钢结构在海上连接起来形成的庞大的海上浮台，并用稳定器来固定其位置。钢结构虽然自重小、延性好，但是易受外界腐蚀，维护成本巨大，并且没有现场快速修复的能力。

[0005] 申请号为201410201211.1的发明专利申请，公开了一种名称为“有利于水上浮动平台结构牢固的浮筒及其组合水上平台”，其中的浮筒为具有上下两个平面、内部空心的密闭体，浮筒边缘设置带孔的凸耳，其密闭体的基本形状为正六方体，该结构构成的水上漂浮物，由于以塑胶类材料制备，且通过单层的凸耳连接，故仅适用于小型轻型的商业用的浮平台，其浮平台的平面外整体弯曲刚度基本为零，也不可能利用浮体的内部作为功能空间。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，以解决上述现有技术存在的问题，其更易于组装拆卸，组合成浮平台时对单个浮筒外形尺寸误差的容差性较高，且浮筒的受力性能较好，拼装施工更加灵活，运输环节的成本低。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，该浮筒的水平截面轮廓为正六边形，所述浮筒由混凝土类材料浇铸预制，浮筒上端为敞口，可与另行预铸的同形盖板结合固定。

[0008] 本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其中，多个所述浮筒可通过螺栓连接组合构成浮平台，进行组合连接时相邻两浮筒通过设置于筒壁上的相对应的螺栓孔内的预紧连接螺栓相互连接；浮筒的六个侧壁上均开设有至少两排螺栓孔，不同排的螺栓孔分布于有上下显著距离的不同高度处从而为浮平台整体的抗弯性能提供浮筒间的抗弯刚性连接，同排高度的螺栓孔在浮筒侧壁上为对称布置，以使连接组成浮平台时相邻浮筒的筒壁上的螺栓孔自然接合对准；当所有浮筒通过螺栓连接组合形成整体浮平台，并将浮筒盖板安装固定于浮筒上端后，所有浮筒盖板在同一个水平面内构成了整个浮平台的平整甲板。

[0009] 本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其中，所述浮筒的水线以上部分的内部高度能满足人员活动的需要，并在浮筒各面筒壁的水线以上均开有门洞；当浮筒连接组合时，浮筒组合时相互结合的筒壁上的门洞开口能正对接合，从而使浮平台整体组合形成后所有浮筒的盖板下的空间能根据需要进行连通；浮平台整体的边沿处的浮筒的面临外围水面的门洞以封板进行封堵。

[0010] 本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其中，所述浮筒的用以组合浮平台的组合高度范围及盖板的六个角处均切角；当所述浮筒连接形成浮平台时，三个两两相邻的浮筒之间在所述切角处形成竖向连通至浮筒下方水体的通道，所述竖向通道的上端设置与所述竖向通道相适应的格栅盖板。

[0011] 本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其中，所述浮筒内部用整体刚性横隔板加强筒体的整体刚度，也使浮筒上下部分构成了可用于不同实际功能的不同空间。

[0012] 本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，其中，所述浮筒的六个角部在水线以上高度开有连通所述竖向通道与筒体内部空间的排水孔、通气孔。

[0013] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：由于本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒的横截面为正六边形并且浮筒由混凝土制成，相对于其他可组合外形，正六边形浮筒组合构成的水上浮平台在组合时对浮筒外形尺寸误差的容差性较高，更易于组装及拆卸分离，且浮筒的水下部分在承受周围水压情况下的浮筒结构受力性能也更好，就浮平台整体而言，平面内的力学性能如整体稳定性和刚度均匀性更好，另外由于浮筒采用标准化的预制式混凝土结构，使得通体组装的施工难度和时长相较于现场现浇大大降低。同时筒体的组合在预制结构的前提下不局限于地点，筒体可在岸线预制工厂进行一部分的组合连接，已拼接的浮平台部分可作为余下筒体的拼装材料与组合施工地点，由托运船只一同拉至海上预定的地点再进行余下的拼装，不仅使得拼装的施工更加的灵活，更减少了在运输环节的成本。

附图说明

[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0015] 图1为本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒的结构示意图；

[0016] 图2为本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒的空心筒身的结构示意图；

[0017] 图3为本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒的剖面图；

[0018] 图4为采用本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒组合成的浮平台的一部分的结构示意；

[0019] 图5是图4的局部放大图。

具体实施方式

[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0022] 如图1、2、3所示，本发明适用于组合构建大型水上浮平台的预铸浮筒，浮筒11的横截面为正六边形，各浮筒11由混凝土预制而成，由浮筒构建成的水上浮平台的规模和形状可根据需求任意确定，由于浮平台长期处于海洋环境，且标准化的设计易于浮筒预制式的结构生产和施工，因此采用混凝土作为浮筒的主要结构，浮筒11的横截面为正六边形，相对于其他可组合外形，正六边形浮筒组合构成的水上浮平台在组合时对浮筒外形尺寸误差的容差性较高，更易于组装及拆卸分离，且浮筒的水下部分在承受周围水压情况下的浮筒结构受力性能也更好，就浮平台整体而言，平面内的力学性能如整体稳定性和刚度均匀性更好。由于浮筒采用标准化的预制式混凝土结构，使得通体组装的施工难度和时长相较于现场现浇大大降低。同时筒体的组合在预制结构的前提下不局限于地点，筒体可在岸线预制工厂进行一部分的组合连接，已拼接的浮平台部分可作为余下筒体的拼装材料与组合施工地点，由托运船只一同拉至海上预定的地点再进行余下的拼装，不仅使得拼装的施工更加的灵活，更减少了在运输环节的成本。

[0023] 如图1、2、3所示，浮筒11由上端敞口的空心筒身111及盖板112组成，盖板112同样先预制而成，空心筒身111的上端面上预埋有螺栓，盖板112通过螺栓与空心筒身111连接。

[0024] 如图2所示，空心筒身111由上部筒体114、下部筒体115构成，上部筒体114的边长大于下部筒体115的边长，上部筒体、下部筒体的连接处设置水平的整体刚性横隔板116。这种上大下小的外形，便于做到单个浮筒在预制完成后即可在组合前独立正浮于水面而不会倾覆。上述整体刚性横隔板可增大浮筒11的整体刚度，并使上部筒体和下部筒体适用于不同功能。其下部筒体115具有倒置的穹形的底，可以存放液体，如调节独立浮筒浮高的压舱水或作为独立式的燃油储存舱。其上部筒体内可用于存放适量的物质、设备或供人员活动。

[0025] 如图2所示，上部筒体114的六个侧壁上均开设有两组或多组与上部筒体侧壁垂直的螺栓孔117，不同组的螺栓孔117分布于上部筒体114上下两端，同组的螺栓孔117相对于上部筒体的侧壁沿高度方向的中心线相互对称，相邻两浮筒通过设置于两上部筒体114上的相对应的螺栓孔内的连接螺栓及螺母垫圈相互连接组合构建成整个浮平台。一般每边筒壁上开四个螺栓孔形成两组，每组两个，两组螺栓孔分别位于靠近上部筒体的上下两端部处，下端的两个螺栓孔也在水线以上适当距离，上下两组螺栓之间的高度差尽量加大，使得浮筒连接成片后的浮平台具有良好的整体受弯刚度，从而具有使周围区域浮筒浮力自动适应面上区域载荷分布的能力，而且这种自动适应能力使得假如以浮平台构成飞机跑道，其也能充分承受中大型飞机降落时的短时间冲击力造成的短时间的弹性变形下沉量，不影响飞机的起降。由于同组的螺栓孔相对于上部筒体的侧壁沿高度方向的中心线相互对称，因此相邻浮筒在组合时螺栓孔是自然对准的，螺栓连接时应具备适当的预紧力。

[0026] 如图1、2所示，在上部筒体114的六个侧壁上，在水线以上适当高度处均居中开有矩形门洞113，为使结构受力合理，矩形门洞113角部留有加腋。当浮筒相互组合后，相邻浮筒的矩形门洞113是自然对准的。在实际安装时可根据需要选择封闭某些矩形门洞的通行，由此可将整个水上浮平台的面下空间进行功能规划并加以分区利用。设置架空地板使人员活动空间的地板面与筒壁上矩形门洞113的下边缘平齐，可以使浮平台下面的空间的地面平整，使其中的人员活动具有良好的交通条件。

[0027] 浮筒为大型预制构件，当独立正浮于水面时，水线达到浮筒尺寸较大的上部筒体，尽管下部筒体可通过压舱水调节浮高，上部筒体内部的水线高度以上的空间净高仍应满足该空间用于人员活动的要求，且浮筒外部水线以上的高度应满足其组成大型浮平台后作为较大型船只停泊码头的要求。

[0028] 各相邻两浮筒的螺栓孔与连接螺栓之间填充有易剔除的固体填充物，以利用连接螺栓的抗剪能力进一步提高浮筒筒壁之间的抗滑移能力，但不应影响必要时的拆除作业。填充物采用流固可变相材料，常态时为坚固固态，需拆除时可人为变相为流塑态，以便于拆除连接螺栓，可采用沥青砂浆，沥青砂浆灌注时为高温流塑态，常温时为坚固固态，在密闭缝隙空间中能承受很大外力，而且能严密防护连接螺栓免受腐蚀性水分的锈蚀。需拆除螺栓时可通过电加热螺栓使填充物变相为流塑态。

[0029] 如图1、2所示，上部筒体114及盖板112的六个顶点处均切角，如图4、5所示，浮筒相连接形成水上浮平台时，三个两两相邻的浮筒之间在切角处形成竖向通道21，竖向通道连通至浮筒11下的水体，利用上述竖向通道21，即可形成浮平台表面的排水通道，浮筒侧壁上开有连通竖向通道与浮筒内空腔的排水孔22、排气孔23，排水孔22、排气孔23的位置高于水线的位置，排水孔、排气孔靠近浮筒内空腔的一端高于靠近竖向通道的一端，避免浮平台面上雨水积水通过该竖向通道流下时倒流入浮筒内。上述切角有利于进一步提高浮筒间组合连接时对浮筒几何误差的容差性，上述排水孔、排气孔是盖板下人员活动空间从内向外排水、通风的通道。竖向通道21的上端部设置与竖向通道相适应的格栅盖板，格栅盖板与所述浮筒的盖板表面平齐，不影响浮平台表面的整体平整性。

[0030] 在相邻浮筒组合时，可在结合面之间衬入防水材料垫层，该垫层能防止海水沿着相邻浮筒相互贴合面之间的缝隙渗入互通的门洞、螺栓孔。

[0031] 浮筒组合成浮平台时，可以通过增减压舱水量来调整浮筒浮高，从而方便对准安装螺栓孔位。浮筒组合成浮平台后，可以根据平台面上的承载分布，调整相应浮筒的压舱水量从而获得相应需要的浮力。在有特殊需要时，还可以在水下的下部筒体的外部附加额外设计的浮力体。在整个组合成功的浮平台上，移除个别浮筒的盖板，并在该浮筒的侧壁上缘上搭建起轻型的同形的六边形屋盖，并在该浮筒内的上半部安装楼梯，可形成从浮平台进入下面空间的进出通道。

[0032] 当浮平台作为独立浮筒组合构成的前进基地受到战时的外来打击时，浮平台的结构形式决定了受损的浮筒数是有限的，只要卸除相应的连接螺栓将损坏的浮筒沉下水底，并从附近调取预存的标准浮筒安装好即可快速恢复浮平台的功能，无需将浮平台整体拖回陆地维修，从而实现快速原位修复。

[0033] 浮平台范围内可用部分下部筒体作为油库，当战时在其位置未公开的情况下，外来打击难以准确击中作为油库的浮筒，即便个别浮筒被击中也不易造成蔓延而使损失扩大。并且潜于水体中的油库有利于温度的安全控制，即使在个别浮筒出现泄漏的情况下，也能因连通于水体而快速分散。

[0034] 浮平台的远海位置固定方式，可依傍岛礁打入海底桩群，使浮平台的适当部位连接于桩群，从而实现定位。也可以采用多个海底锚，交叉约束浮平台的大尺度平移及转动位移自由度。在需要对浮平台进行转移部署时，则可用多艘拖船配合慢速移动。

[0035] 初步测算说明，基于混凝土蜂窝式大型浮筒组建的水上浮平台的基础结构工程的经济成本与陆地建筑工程成本相当。

[0036] 本发明基于混凝土浮筒组建的水上浮平台的应用前景，包括军事用途的远海前进基地、商用的大型远洋牧业平台、各种海洋资源开采平台以及海上休闲娱乐设施等。

[0037] 浮筒11由水泥基复合材料预制而成，包括高性能混凝土、自密实混凝土、海工混凝土、活性粉末混凝土、高韧性混凝土或上述各种混凝土的组合。

[0038] 海水对混凝土腐蚀的长期作用主要体现在钢筋上，钢筋一旦出现锈蚀，结构强度就会大大降低。碳纤维筋的抗拉强度是钢材的6-12倍，可达到3000mpa以上，同时具有密度小、重量轻的特点，此外、耐腐蚀、寿命长的特点也使得其特别适合在海水环境工作。使用碳纤维筋则能有效的抑制海水对钢筋的腐蚀作用。虽然碳纤维管成本较高，但是使用碳纤维筋的浮筒的防腐性能有着显著的提高，延长整体浮筒结构的使用寿命，使得浮筒在施工上更加实际与经济。

[0039] 为进一步延长浮筒的使用寿命，浮筒11外涂覆有防腐蚀材料，防腐蚀材料可采用环氧树脂，环氧树脂作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水抗渗漏性能好、强度高等特点，同时还具有附着力强、可常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且价格适中。采用这类材料的防腐蚀工程一般包括：树脂胶料辅衬的玻璃钢整体面层和隔离层，树脂胶泥和砂浆铺砌的块材面层，树脂胶泥勾缝与灌缝的块材面层，树脂稀胶泥或砂浆制作的单一与复合的整体面层及隔离层，树脂玻璃鳞片胶泥面层等等。选用的材料品种不同，防腐蚀工程的最终产品功能以及适用范围将有很大不同。环氧树脂各方面的优点使得其作为浮筒涂料能有效延长浮筒的使用寿命，使得结构更能适应不同环境并提高结构的经济性。

[0040] 防水的问题主要集中体现在海水通过预留的孔洞和门洞渗透进入，该问题主要可以通过在孔洞和门洞边缘的防水构造处理，同时可以采用相邻浮筒筒壁相互压紧时的压力来防止海水的渗透。

[0041] 本发明基于混凝土浮筒组建的水上浮平台可用作前进基地的人工浮平台，组成的浮体的规模和形状除了宽广的浮平台，还包括机场跑道和港湾，兼有军事和民用价值。

[0042] 本发明基于混凝土浮筒组建的水上浮平台如具有临水面，面向水面的筒壁预留门洞的钢制封堵板需要时可留有采光通风窗口，从而进一步改善内部人员活动的环境条件。在非临水的筒体组合中，可通过抽除一个中间的筒体，使周围六个筒体获得临水条件。浮平台内部空间充足，提供了部队长期扎住的条件。由于海外岛礁建设基础设施难度十分高，浮平台将提高海外部队的驻扎条件，更利于领海岛礁的控制与开发。浮平台表面可根据需要专门布置风力、太阳能等发电设施，而内部空间可设置淡水净化设施、水力发电装置等，在水电能源上提高前进基地的自持能力。

[0043] 浮平台的宽阔甲板还可作为陆基武器装备的布置平台，也可临时搭建板房等设施作为室外作业的空间。基于浮平台机场可供战机的停放与起降、后勤补充与维修等，作为海上前进基地提高战机的作战半径，扩大战机的支援作战范围。浮式防浪堤围成的港湾可供舰艇与运输船舶停靠。

[0044] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。