專利名稱：：浮筒型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：發(fā)明涉及一種浮簡(jiǎn)型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：當(dāng)人口和城巿發(fā)展在陸地缺乏的島國(guó)(或者具有長(zhǎng)海岸線的國(guó)家)擴(kuò)展時(shí)，城巿規(guī)劃者和工程師可借助于土地改造來減輕目前大量使用陸地和地下空間的壓力。使用來自海床、山丘、深地下挖掘甚至建筑殘?jiān)奶畛洳牧希こ處熌軌蛴珊Ｑ蠼ㄔ煜鄬?duì)廣大和價(jià)值高的陸地。然而，土地改造具有它的局限性。它只在水深較淺時(shí)(小于20米)是合適的。當(dāng)水較深和/或海床特別軟時(shí)，則土地改造不再合算甚至不再可行。此外，土地改造可破壞海生物棲息地，甚至導(dǎo)致有毒沉淀物的干擾。非常大的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)(VLFS)是在海上形成"陸地"的替代方法。有兩種VLFS:半潛型和浮簡(jiǎn)型；半潛型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)使用柱形管或者穩(wěn)定結(jié)構(gòu)組件來使波浪作用最小化同時(shí)保持恒定浮力而高于海平面。這樣，它們可降低波浪誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，并因此在具有較大波浪的大海域上適當(dāng)?shù)卣归_。被用來鉆井并且油和氣生產(chǎn)的浮動(dòng)平臺(tái)是半潛型VLFSs的典型實(shí)例。當(dāng)這些半潛型VLFSs使用具有由結(jié)構(gòu)附加浮力提供的高預(yù)應(yīng)力的垂直系纜固定到海底時(shí)，它們被稱為張力腿平臺(tái)(tension-legplatforms)。相比之下，浮簡(jiǎn)型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)浮于海平面上，一般地用于小海灣或者咸水湖和海岸線附近的平靜海水。較大種類的浮筒型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)或者M(jìn)ega-Floats具有至少大于60m的一個(gè)長(zhǎng)度尺寸。當(dāng)Mega-Float例如在中心部大量地加載時(shí)，該浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的中心將相對(duì)于角落垂直地移動(dòng)而偏離。產(chǎn)生的差動(dòng)偏離可使設(shè)備出現(xiàn)故障，受到附加應(yīng)力或者在極個(gè)別情況下的在浮動(dòng)結(jié)構(gòu)上的上部結(jié)構(gòu)在高應(yīng)力狀態(tài)下可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此需要提出上述問題中至少一個(gè)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種浮簡(jiǎn)型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括保持在水面以上的上甲板，通過在其上停靠負(fù)載而接納和支撐該負(fù)載；以及布置在上甲板下面的水平腔室陣列，其中該腔室?guī)в刑峁┚哂懈×Y(jié)構(gòu)的第一組腔室和海水進(jìn)入其中的第二組腔室，以便在穩(wěn)態(tài)條件下，第二組腔室不提供浮力。多個(gè)壁優(yōu)選從上甲板上懸垂，并與之配合，以提供由該壁分開的腔室。所述壁優(yōu)選基本上垂直于所述甲板，其中壁包括大致平行并橫向地隔開的第一組以及包括第二組，第二組的壁大致平行并橫向隔開，同時(shí)大致垂直于第一組，從而在水平橫截面的腔室大致為正方形或者矩形。其中腔室優(yōu)選具有相應(yīng)的底壁，該底壁與上甲板隔開，其中所述第二組腔室的底壁具有用于水流動(dòng)的孔口。所述第二組腔室優(yōu)選位于所述結(jié)構(gòu)周邊附近。所述第二組腔室優(yōu)選靠近所述周邊成排對(duì)齊。每排優(yōu)選通過第一組的至少一個(gè)腔室與周邊隔開。所述結(jié)構(gòu)從平面圖角度觀察時(shí)，在結(jié)構(gòu)上優(yōu)選為正方形或者矩形，因此具有四邊，其中每排大致平行于所述邊中的一個(gè)延伸。所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選由以下小組中的一個(gè)或者多個(gè)形成，其中該小組包括鋼、混凝土和增強(qiáng)混凝土。所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括大致水平取向的底板，其中該底板被浸沒，并大致平行于上甲板，并相對(duì)于所述上甲板共用末端，然而與之垂直地隔開。所述腔室陣列優(yōu)選是第一陣列，而所述結(jié)構(gòu)包括位于第一腔室陣列下面的第二水平腔室陣列，第一和第二腔室由大致水平取向的中間板分開，并大致平行于上甲板，并相對(duì)于所述上甲板共用末端，但從其中垂直地隔開。所述上甲板優(yōu)選具有孔口和/或可透過空氣，以提供相對(duì)于第二組腔室空氣的流動(dòng)。從以下只結(jié)合實(shí)例書面描述并結(jié)合附圖，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地理解和容易顯而易見發(fā)明的典型實(shí)施例，其中在附圖中圖l是根據(jù)典型實(shí)施例的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意側(cè)視面。圖2是圖l浮動(dòng)結(jié)構(gòu)一部分的剖面示意圖。圖3a是圖1浮動(dòng)結(jié)構(gòu)零浮力室的示意仰視圖。圖3b是圖1浮動(dòng)結(jié)構(gòu)另一個(gè)零浮力室的示意仰視圖。圖4示出了圖1中浮動(dòng)結(jié)構(gòu)不同系泊設(shè)備的示意側(cè)視面。圖5是根據(jù)另一個(gè)典型實(shí)施例的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖(尺寸是米)。圖6a是圖5中浮動(dòng)結(jié)構(gòu)水密腔室的示意剖面圖。圖6b是圖5中浮動(dòng)結(jié)構(gòu)零浮力室的示意剖面圖。圖7a示出了沒有零浮力室并經(jīng)受7層集裝箱負(fù)載的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的撓曲面(偏差為米)。圖7b示出了對(duì)于圖5中浮動(dòng)結(jié)構(gòu)并經(jīng)受7層集裝箱負(fù)載的撓曲面(偏差為米)。圖8a示出了在沒有零浮力室并經(jīng)受7層集裝箱負(fù)載的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)中對(duì)于最大主應(yīng)力的底板應(yīng)力等值線(應(yīng)力為兆帕)。圖8b示出了在圖5浮動(dòng)結(jié)構(gòu)中并經(jīng)受7層集裝箱負(fù)載的對(duì)于最大主應(yīng)力的底板應(yīng)力等值線(應(yīng)力為兆帕)。圖9a示出了在沒有零浮力室并經(jīng)受7層集裝箱負(fù)載的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)中對(duì)于最大主應(yīng)力的頂板應(yīng)力等值線(應(yīng)力為兆帕)。圖9b示出了在圖5浮動(dòng)結(jié)構(gòu)中并經(jīng)受7層集裝箱負(fù)載的對(duì)于最大主應(yīng)力的頂板應(yīng)力等值線(應(yīng)力為兆帕)。具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)典型實(shí)施例的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)100。該浮動(dòng)結(jié)構(gòu)IOO可系泊在系泊設(shè)備102上，并可包括與陸地108、另一個(gè)結(jié)構(gòu)或者船舶連接的進(jìn)入接合件104?？蛇x擇性地設(shè)置防浪提106，以減小擊打浮動(dòng)結(jié)構(gòu)100的較大波浪力。圖2示出了浮動(dòng)結(jié)構(gòu)IOO—部分的示意剖面圖。在典型實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)100包括由頂板提供的上甲板200。例如202、204的多個(gè)壁從甲板200垂掛。該壁202、204大致垂直于甲板200延伸，以便提供例如206、208這樣的多個(gè)腔室。腔室206、208在甲板200下面以水平陣列布置。提供水平底壁或者板210。壁202、204以及板210由不透水材枓制成，其中每個(gè)壁202、204密封連接到水平底板210上。在這方面，應(yīng)該理解的是，例如206的腔室的大部分密封封閉，從而水不能進(jìn)入其中。'同時(shí)，孔口212、214設(shè)置在選擇腔室208區(qū)域中的底板210上，允許水進(jìn)入例如208的那些腔室。為了便于當(dāng)海水進(jìn)入時(shí)空氣從腔室208中泄放，甲板200可至少在腔室208區(qū)域具有孔口(未示出)，或者也可以是可透氣的。在穩(wěn)態(tài)條件下，腔室208由此充滿海水直到216指示的平面上，這相當(dāng)于附圖標(biāo)記218指示的海平面。當(dāng)海水隨意流入和流出腔室208時(shí)，稱為鰓細(xì)胞(gillcell)的那些腔室為浮動(dòng)結(jié)構(gòu)IOO提供零浮力。同時(shí)，其余腔室206為結(jié)構(gòu)IOO提供浮力。這樣，浮力作用于遠(yuǎn)離腔室208下面區(qū)域的底板210上。在典型實(shí)施例中，腔室208沿著結(jié)構(gòu)100的邊緣216設(shè)置，同時(shí)由于腔室208零浮力作用，提供了邊緣216的垂直運(yùn)動(dòng)限制。這被發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)載施加在浮動(dòng)結(jié)構(gòu)100中心或者附近時(shí)減少邊緣216的差動(dòng)偏離。通過調(diào)節(jié)腔室208的幾何形狀，浮動(dòng)結(jié)構(gòu)IOO可設(shè)計(jì)成能在變動(dòng)負(fù)載下使差動(dòng)偏離保持在可接受限值內(nèi)。在典型實(shí)施例中，孔口212、214設(shè)計(jì)成可保持底板210的結(jié)構(gòu)完整性?？卓诔叽邕x定成足夠大，以使海水隨意地進(jìn)入，從而使腔室中水平面等于海水平面。圖3a和3b示出了用于單獨(dú)的零浮力腔室304、306的典型孔口300、302。在選擇孔口設(shè)計(jì)中，可避免在孔口中出現(xiàn)鋒利點(diǎn)，因?yàn)檫@些點(diǎn)可導(dǎo)致裂縫的起始點(diǎn)?？卓诔叽鐟?yīng)在避免腔室結(jié)構(gòu)削弱和特別小孔口堵塞之間平衡。在典型實(shí)施例中，壁和板由鋼、混凝土、例如硬合金增強(qiáng)混凝土的增強(qiáng)混凝土制成，或者由具有必要硬度和強(qiáng)度的任何其他適當(dāng)不透水材料制成。由于混凝土不透水可避免或者減少對(duì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的侵蝕，可使用防水混凝土或者海上混凝土任何之一。例如，含有飛灰和硅煙的高性能混凝土是合適的。應(yīng)該理解的是，建筑材料的其他組合可用于不同的實(shí)施例?？墒褂美缤繉?、陰極保護(hù)、腐蝕容限和腐蝕監(jiān)測(cè)而把防腐蝕技術(shù)應(yīng)用在增強(qiáng)物和其他鋼制件上。在其中海洋生物活躍的情況下，防污涂料可用來降低海生物生長(zhǎng)。在可能嚴(yán)重低磨蝕區(qū)域，例如剛好在平均低水位以下區(qū)域，可應(yīng)用陰極保護(hù)，同時(shí)可應(yīng)用涂層方法來保留比1米以下深度更淺的部分。涂層方法可包括涂漆、設(shè)置鈦襯里、設(shè)置不銹鋼襯里、以鋅、鋁和鋁合金熱噴涂?，F(xiàn)在返回圖1,系泊設(shè)備102保證浮動(dòng)結(jié)構(gòu)IOO保持在正確位置，以便安裝在浮動(dòng)結(jié)構(gòu)上的設(shè)施可靠地搡作。阻止結(jié)構(gòu)IOO在臨界海況條件和風(fēng)暴下漂離是系泊設(shè)備102的典型設(shè)計(jì)所要考慮的。自由或者漂移的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)100可導(dǎo)致對(duì)周圍設(shè)施破壞，并還可導(dǎo)致在與船舶相撞時(shí)人的生命危險(xiǎn)。圖4示出了若干種系泊系統(tǒng)，例如靠船墩導(dǎo)向架系統(tǒng)400、纜繩和鏈條系泊402、張力腿方法404和碼頭/靠岸方法406。系泊系統(tǒng)種類的選擇取決于當(dāng)?shù)貤l件和性能要求。一旦選擇了系泊系統(tǒng)種類，震動(dòng)吸收材料就可確定滿足環(huán)境條件和搡作條件以及要求的設(shè)備數(shù)量和布置。例如系泊靠船墩的布置可以是這樣，即浮動(dòng)結(jié)構(gòu)水平位移足夠地被控制，同時(shí)系泊力適當(dāng)?shù)胤植?。系泊靠船墩的布置和?shù)量可進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)和系泊力不超過允許值。為了降低擊打浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的波浪力，選擇性地，可在附近建造一個(gè)或多個(gè)防浪提106。如果有波浪高于4米，則可使用防浪提。在下文中，將描述示出了本發(fā)明典型實(shí)施例性能的計(jì)算結(jié)果。圖5示出了根據(jù)典型實(shí)施例并用于以下計(jì)算的浮動(dòng)集裝箱終端500的示意俯視圖。在圖5中，設(shè)置中心集裝箱區(qū)域502以及在結(jié)構(gòu)500—個(gè)邊緣的軌道區(qū)域504。在圖5中的尺寸以米表示。零浮力室的位置以附圖標(biāo)記506、508和510示意地表示。有限元法(FEM)計(jì)算方法用來把結(jié)構(gòu)500與沒有零浮力室的相同結(jié)構(gòu)比較。典型的關(guān)注是在浮動(dòng)結(jié)構(gòu)500角落和中間部分之間的差動(dòng)偏離。如果中間軌道504傾斜度在某些傾斜度規(guī)范以上，例如0.4%,則例如碼頭起重機(jī)不能操作。為了計(jì)算，結(jié)構(gòu)500假定為雙層結(jié)構(gòu)，下面將簡(jiǎn)要地描述這種雙層結(jié)構(gòu)。圖6a和b分別示出了結(jié)構(gòu)500(圖5)的水密室600和零浮力室602的示意剖面圖。在圖6a中，水密室600由中間板604隔幵，其中的中間板604分別布置在頂板606和底板608之間。同樣地，如圖6b所示，零浮力室602由中間板604隔開，其中的中間板604分別布置在頂板606和底板608之間。孔口610、612設(shè)置在零浮力室602區(qū)域中的底板608上，其中對(duì)應(yīng)的孔口614、616設(shè)置在中間板604上。梁加強(qiáng)件618、620分別設(shè)置在頂板606下面和底板608頂部上，并跨過頂板606和底板608以兩個(gè)垂直組的水平隔開排延伸。表1歸納了用于計(jì)算而采用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括典型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的尺寸和結(jié)構(gòu)材料特性、自身重量和碼頭起重機(jī)重量。表l.為了計(jì)算而釆用的數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖8a和b分別示出了根據(jù)典型實(shí)施例的、沒有零浮力室以及有零浮力室的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的、對(duì)于最大主應(yīng)力的底板計(jì)算應(yīng)力等值線800、802。該應(yīng)力等值線800、802在如表1中列出的7層集裝箱負(fù)載、碼頭起重機(jī)負(fù)載和自重條件下進(jìn)行計(jì)算。從圖8a和8b比較來看，根據(jù)典型實(shí)施例(圖8b)的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)經(jīng)受顯著降低的應(yīng)力。圖9a和b分別示出了根據(jù)典型實(shí)施例的、沒有零浮力室以及有零浮力室的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的、對(duì)于最大主應(yīng)力的頂板計(jì)算應(yīng)力等值線900、卯2。該應(yīng)力等值線900、902在如表1中列出的7層集裝箱負(fù)載、碼頭起重機(jī)負(fù)載和自重作用下進(jìn)行計(jì)算。從圖9a和b比較來看，根據(jù)典型實(shí)施例(圖9b)的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)經(jīng)受顯著降低的應(yīng)力。表2和3分別把對(duì)于根據(jù)典型實(shí)施例的沒有零浮力室和有零浮力室的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)算的偏離相加。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3優(yōu)點(diǎn)由于水自然地流入零浮力室以及從零浮力室流出，因此在典型實(shí)施例中的零浮力室是無源的?？赡懿幌裨谟性磯狠d系統(tǒng)中那樣需要泵和昂貴的操作成本。即使當(dāng)加載不均衡，零浮力室也可允許浮動(dòng)結(jié)構(gòu)具有相同的吃水，假如可接受的吃水沒有超出。由于在整個(gè)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)模數(shù)的一致性，因此可節(jié)約成本。由于在不犧牲服務(wù)能力和強(qiáng)度性能情況下結(jié)構(gòu)截面厚度可降低(由于降低應(yīng)力和差動(dòng)偏離)，因此下部浮力室可導(dǎo)致較輕和便宜的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。部分地充滿海水的下部浮力室還可設(shè)置水動(dòng)阻尼，由此使浮動(dòng)結(jié)構(gòu)更能抵御由波浪力和海水流引起的運(yùn)動(dòng)。工業(yè)實(shí)用性實(shí)施例可用于流動(dòng)集裝箱碼頭、浮動(dòng)游船中心、浮動(dòng)旅館、浮動(dòng)飯店、浮碼頭/停泊處或者浮動(dòng)航空站；系泊浮簡(jiǎn)；船桅；半潛式；筏或者在軟土上的板式基礎(chǔ)，及，例如多主體浮動(dòng)結(jié)構(gòu)和梳型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的其他浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，在沒有脫離寬泛描述的發(fā)明精神或者范圍情況下，可對(duì)如在典型實(shí)施例所示的本發(fā)明進(jìn)行許多變化和/或改型。因此，典型實(shí)施例被認(rèn)為在各個(gè)方面是說明性而非限制性的。權(quán)利要求1.一種浮筒型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括保持在水面以上的上甲板，通過在其上?？控?fù)載而接納和支撐該負(fù)載；以及布置在上甲板下面的水平腔室陣列，其中該腔室?guī)в刑峁┚哂懈×Y(jié)構(gòu)的第一組腔室和海水進(jìn)入其中的第二組腔室，以便在穩(wěn)態(tài)條件下，第二組腔室不提供浮力。2.如權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)壁從上甲板上懸垂，并與之配合，以提供由該壁分開的腔室。3.如權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)，其中所述壁基本上垂直于所述甲板，其中壁包括大致平行并橫向地隔開的第一組以及包括第二組，第二組的壁大致平行并橫向隔幵，同時(shí)大致垂直于第一組，從而在水平橫截面的腔室大致為正方形或者矩形。4.如權(quán)利要求1到3任何之一的結(jié)構(gòu)，其中腔室具有相應(yīng)的底壁，該底壁與上甲板隔開，其中所述第二組腔室的底壁具有用于水流動(dòng)的孔口。5.如權(quán)利要求1到4任何之一的結(jié)構(gòu)，其中所述第二組腔室位于所述結(jié)構(gòu)周邊附近。6.如權(quán)利要求5的結(jié)構(gòu)，其中所述第二組腔室靠近所述周邊成排對(duì)齊。7.如權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中每排通過第一組的至少一個(gè)腔室與周邊隔開。8.如權(quán)利要求6或者7的結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)從平面圖角度觀察時(shí)，在結(jié)構(gòu)上為正方形或者矩形，因此具有四邊，其中每排大致平行于所述邊中的一個(gè)延伸。9.如權(quán)利要求1到8任何之一的結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)由以下小組中的一個(gè)或者多個(gè)形成，其中該小組包括鋼、混凝土和增強(qiáng)混凝土。10.如權(quán)利要求1到9任何之一的結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)包括大致水平取向的底板，其中該底板被浸沒，并大致平行于上甲板，并相對(duì)于所述上甲板共用末端，然而與之垂直地隔開。11.如權(quán)利要求1到IO任何之一的結(jié)構(gòu)，其中所述腔室陣列是第一陣列，而所述結(jié)構(gòu)包括位于第一腔室陣列下面的第二水平腔室陣列，第一和第二腔室由大致水平取向的中間板分開，并大致平行于上甲板，并相對(duì)于所述上甲板共用末端，但從其中垂直地隔開。12.如權(quán)利要求1到11任何之一的結(jié)構(gòu)，其中所述上甲板具有孔口和/或可透過空氣，以提供相對(duì)于第二組腔室空氣的流動(dòng)。全文摘要一種浮筒型浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括保持在水平面以上并通過在其上?？控?fù)載而接納和支撐該負(fù)載的上甲板；以及布置在上甲板下面的水平腔室陣列，其中該腔室?guī)в刑峁┚哂懈×Y(jié)構(gòu)的第一組腔室和海水進(jìn)入其中的第二組腔室，以便在穩(wěn)態(tài)條件下，第二組腔室不提供浮力。文檔編號(hào)B63B35/34GK101304916SQ200580051840公開日2008年11月12日申請(qǐng)日期2005年10月14日優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日發(fā)明者卓亞張,安國(guó)慶,希亞梅,朱俞相,武天云,王秦明申請(qǐng)人:新加坡國(guó)立大學(xué);新加坡海事局;新加坡裕廊顧問私人有限公司