專利名稱：一種大跨度桁架式海上浮動平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海上浮動平臺，尤其是一種大跨度海上浮動平臺。
背景技術(shù)：
所謂大跨度平臺是指其至少一個方向的跨度大于常規(guī)平臺的最大跨度，并且以提供大的作業(yè)面積和作業(yè)空間為主要功能，載重能力相對次要的平臺形式。主要可應(yīng)用于如海上浮動機(jī)場、海上大型游樂場等。在現(xiàn)有技術(shù)中主要有兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是箱型板式結(jié)構(gòu)，一種是半潛式結(jié)構(gòu)。
箱型板式結(jié)構(gòu)采用的是偏平的箱型浮體結(jié)構(gòu)，吃水很淺，高度很小，作業(yè)跨度和面積很大。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，自重較輕。目前在日本已建成采用該結(jié)構(gòu)型式的浮動機(jī)場。其存在的問題是，不能適應(yīng)大風(fēng)浪，必須置于港灣內(nèi)或修建防波堤，不能保證大風(fēng)暴時的安全，其應(yīng)用受到很大限制。
半潛式結(jié)構(gòu)、如美國海上浮動基地在中國的專利申請，公開號CN 1269759A。它采用了石油平臺常用的半潛式結(jié)構(gòu)，可在惡劣海況下生存，可満足各種作業(yè)需要。其存在的問題是，其主要結(jié)構(gòu)體積集中在距水平面一定深度以下和距水平面相當(dāng)高度以上的空間，整個平臺高度很大，結(jié)果是結(jié)構(gòu)龐大而笨重，建造和使用成本很高，在經(jīng)濟(jì)上很難作到效費(fèi)比的合理性。它是用結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和笨重?fù)Q取在風(fēng)浪中的穩(wěn)定和安全，至今沒有付諸實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即要解決的技術(shù)問題是提供一種大跨度海上浮動平臺減小自重的結(jié)構(gòu)型式。它既能在作業(yè)環(huán)境下保持穩(wěn)定，又能在風(fēng)暴中確保結(jié)構(gòu)安全，在此前提條件下減小結(jié)構(gòu)自重，降低建造、使用成本。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是A.平臺主體為桁架結(jié)構(gòu)。
B.大于60％的總體積分布在水平面附近，即最大波浪的±1/4幅高以內(nèi)的空間中，C.平臺結(jié)構(gòu)的水平線截面包絡(luò)的最大跨度不小于最大波長的1/3，垂直方向?qū)挾炔恍∮谧畲蟛ɡ瞬ǜ叩?倍，
D.水平面附近，即最大波浪的正負(fù)1/4幅高以內(nèi)的結(jié)構(gòu)總體積不大于平臺自重等量水體積的2.5倍，不小于1.2倍。
為了便于表述本發(fā)明的技術(shù)方案，在本發(fā)明范圍內(nèi)采用以下術(shù)語定義a.大跨度平臺----指以提供作業(yè)場所在水平(縱橫)方向的較大分布空間為主要功能的平臺。例如，浮動機(jī)場的水平分布空間大。作為對比，普通船舶以提供載重量為主要功能。某些客船，要求提供較大的艙室空間，但這些艙室的分布仍比較集中，分布空間并不大；半潛式石油平臺甲板高于最大波浪的波峰高度，其作業(yè)空間位置高度大，但水平方向空間跨度相對不大。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，平臺的水平線截面包絡(luò)最大跨度不小于最大波長的1/3，垂直方向?qū)挾炔恍∮谧畲蟛ɡ瞬ǜ叩?倍。
由于水平方向跨度大，并且作業(yè)載荷相對不大，因而按水平方向分布空間面積平均的單位面積作業(yè)載荷較小。
b.桁架式，桁架結(jié)構(gòu)----桁架式平臺指平臺的主體結(jié)構(gòu)主要是桁架結(jié)構(gòu)，所謂桁架結(jié)構(gòu)由桿件組成，桿件主要承受縱向力與壓力。桿件與平臺的浮艙、浮體、可以在結(jié)構(gòu)上相互結(jié)合，即，浮體的全部或一部分可以在所述桿件內(nèi)。
桁架式平臺結(jié)構(gòu)通常適用于要求較大作業(yè)分布空間的平臺，例如座底式平臺。
c.最大波長----指平臺所在水域最大波浪的波長。
d.最大波浪的幅高----指平臺所在水域最大波浪的波高(波峰至波谷的高度差)之半。
e.水平線截面包絡(luò)----指平臺在水平線平面即吃水線平面處截面圖形的包絡(luò)。平面圖形的包絡(luò)均為凸形。
f.最大跨度----指平面圖形兩點(diǎn)間距離的最大值。
g.垂直方向?qū)挾?---以最大跨度方向為直角座標(biāo)系的Y軸方向，則與之垂直的方向為X方向即寬度方向。平臺在該方向的寬度指X軸正向座標(biāo)最大值與負(fù)向座標(biāo)的絕對值的最大值之和。
h.作業(yè)載荷----指平臺作業(yè)引起的載荷變動。
i.平臺的結(jié)構(gòu)體積及總體積一-結(jié)構(gòu)體積指結(jié)構(gòu)實體與封閉空間的體積之和，總體積指平臺的全部結(jié)構(gòu)體積。
j.總浮力----總體積與自重的等量水體積之差。
這里說明本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果。
技術(shù)方案的措施A桁架結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)有技術(shù)中在大空間內(nèi)布置作業(yè)位置的常用結(jié)構(gòu)。如果用普通船舶結(jié)構(gòu)充滿整個大空間，而作業(yè)載荷并不大，為了抵抗風(fēng)暴，必定不必要地極端笨重，而桁架結(jié)構(gòu)則相對地較輕。
措施B總體積的主要部分即60％分布在水平面附近，即接近于作業(yè)環(huán)境中的普通波浪的波峰波谷變動范圍內(nèi)，使平臺在作業(yè)狀態(tài)下保持必要的平穩(wěn)性；同時，平臺在此范圍之外的體積不大，只占40％以下，因而風(fēng)浪對它的作用較小，可以減小不必要的風(fēng)浪載荷，從而減小結(jié)構(gòu)自重。
措施C跨度安排，最大跨度不小于最大波長的1/3，因而超過作業(yè)時的最大波長，使平臺在作業(yè)時比較平穩(wěn)。在作業(yè)時，將平臺的最大跨度方向調(diào)整到接近于波浪方向，則寬度方向與波浪方向垂直。即使平臺寬度小于作業(yè)環(huán)境波浪的波長，也可以大大減小平臺在該寬度方向由波浪引起的擺動。
在風(fēng)暴中，平臺在長度方向的跨度使平臺確保在該方向不傾復(fù)；在寬度方向上，由于跨度不小于最大波浪波高的2倍，因而波浪也不可能使平臺傾復(fù)。
請注意，本發(fā)明的目的要求作業(yè)時平穩(wěn)，風(fēng)暴中可以不平穩(wěn)，但必須安全。所以對措施C的效果分析與發(fā)明目的一致。
措施D水平面附近結(jié)構(gòu)體積不大于平臺自重等量水體積的2.5倍，其效果是減小不必要的儲備浮力，以利于減小平臺自重；該部分體積不小于自重水體積的1.2倍，確保至少有0。2倍的儲備浮力，使平臺作業(yè)時具有必要的穩(wěn)定性。
綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案在保證作業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定和風(fēng)暴中安全前提下可以使自重減小。由于自重減小，平臺的排水量及儲備浮力都可以減小，因而平臺的總體積可以減小。它又導(dǎo)致進(jìn)一步減小風(fēng)浪作用于平臺的載荷，從而進(jìn)一步減小平臺的結(jié)構(gòu)自重。
由于自重減小，制造費(fèi)用可以降低。自重減小使平臺慣性減小，自重減小使平臺體積減小，慣性減小與體積減小都有利于減小平臺防漂移的作用力，可以降低錨泊式防漂移裝置的強(qiáng)度要求，減小動力式防漂移裝置的功率消耗，從而進(jìn)一步降低平臺的建造費(fèi)用成使用費(fèi)用。


圖1。浮動機(jī)場跑道全貌圖2。橫截面3。鏤空甲板局部示意圖4。圖3之L-L剖視圖5。圖3之K-K剖視實施方式以下結(jié)合

本發(fā)明的一種實用例。，圖1及2表示一種大跨度桁架式海上浮動平臺，其設(shè)計用途為海上浮動機(jī)場跑道及停機(jī)坪。所述平臺主體1為桁架結(jié)構(gòu)，因此符合本發(fā)明技術(shù)方案中措施A的要求。
本平臺具有4個平行排列位于水面的浮艙2、桁架的桿件3、上層飛行甲板4。浮艙2同時也是桁架的桿件。
平臺甲板長度為300米、寬度為75米，浮艙2為直徑4米，長300米的筒狀結(jié)構(gòu)。單個浮艙體積約3800立方米，浮艙合計體積約15200立方米，浮艙以外的桁架桿及甲板結(jié)構(gòu)的全部體積約1000立方米，平臺的總體積約16000立方米，平臺自重約為8000噸，吃水線在浮艙高度1/2附近。飛行甲板4距水平面12米。
平臺設(shè)計極限環(huán)境最大海浪為波高28米、即幅高14米，波長600米。可作業(yè)環(huán)境海況為蒲氏7級以下，相應(yīng)波高4米以下，波長100米以下。
浮艙2位于水平線正負(fù)2米范圍內(nèi)，而最大波幅28米的1/4為3.5米。浮艙合計體積為平臺的總體積的15000/16000即94％，大于60％?？梢娖脚_符合本發(fā)明技術(shù)方案中措施B的要求平臺的大于60％的總體積分布在水平面附近、最大波浪的±1/4幅高以內(nèi)的空間中。
平臺結(jié)構(gòu)的水平線截面包絡(luò)為寬60米、長300米的矩形，最大跨度約300米，不小于最大波長600米的1/3即200米，垂直方向?qū)挾?0米不小于最大波高28米的2倍即56米?？梢娖脚_符合本發(fā)明技術(shù)方案中措施C的要求平臺結(jié)構(gòu)的水平線截面包絡(luò)的最大跨度不小于最大波長的1/3，垂直方向?qū)挾炔恍∮谧畲蟛ɡ瞬ǜ叩?倍。
水平面最大波浪的±1/4幅高以內(nèi)即±3.5米之內(nèi)(圖2之T區(qū)域)的結(jié)構(gòu)體積不大于平臺總體積16000立方米，而平臺自重等量水體積8000立方米的2.5倍為20000立方米。該結(jié)構(gòu)總體積不小于浮艙2的合計體積15000立方米，而平臺自重等量水體積8000立方米的1.2倍為9600立方米。因此，平臺符合本發(fā)明技術(shù)方案中措施D的要求水平面附近，即最大波浪的正負(fù)1/4幅高以內(nèi)的結(jié)構(gòu)總體積不大于平臺自重等量水體積的2.5倍，不小于1.2倍。
以上平臺結(jié)構(gòu)的有益效果前面已經(jīng)說明，在此不再贅述。
為了進(jìn)一步減小惡劣環(huán)境風(fēng)浪對平臺結(jié)構(gòu)的作用力載荷，特別是波浪的波峰超過浮艙上邊沿高度后作用在桁架桿件的風(fēng)浪載荷(包括波浪靜壓即浮力變動引起的彎矩、剪力、扭矩，以及風(fēng)力及波浪動壓作用)，本發(fā)明還提出，平臺在最大波浪的幅高(圖2所示H)以下至1/4幅高以上的空間范圍內(nèi)，相當(dāng)于圖2所示S區(qū)域內(nèi)，結(jié)構(gòu)體積不大于平臺總體積的20％。該范圍內(nèi)空間體積很大而結(jié)構(gòu)體積很小，并且除可能有的甲板外其結(jié)構(gòu)主要是桁架的桿件，因而其表面積及投影面積的總量也不大，分布相當(dāng)稀疏，其風(fēng)阻和浪阻相對于其它結(jié)構(gòu)形式要小。進(jìn)一步減小風(fēng)浪載荷有利于進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)自重。實施例該部分結(jié)構(gòu)體積不超過1000立方米，該部分空間長300米，寬60米，高(12-3.5＝)8.5米，約15萬立方米，每立方米空間只有結(jié)構(gòu)體積0.0067立方米。
儲備浮力通常有利于抗沉性和穩(wěn)性，但它也導(dǎo)致在風(fēng)浪中結(jié)構(gòu)要承受大的載荷。因此本發(fā)明進(jìn)步限定所述平臺結(jié)構(gòu)的總體積不大于自重等量水體積的2.5倍。附加了這個條件，可以進(jìn)一步限制儲備浮力的數(shù)量。
本發(fā)明的平臺結(jié)構(gòu)型式有很大的跨度，因而容易使穩(wěn)心很高，不大的儲備浮力即可得到足夠大的穩(wěn)定力矩。由于在風(fēng)暴中本平臺的飛機(jī)等作業(yè)載荷都已撤離，原有的為作業(yè)載荷準(zhǔn)備的儲備浮力在風(fēng)暴環(huán)境中可以適當(dāng)放棄，使平臺處于臨界半潛狀態(tài)，在適當(dāng)場合下，這也是進(jìn)一步減小風(fēng)暴作用的一種有用措施。為此，要求所述浮艙具有變浮力結(jié)構(gòu)，在適當(dāng)設(shè)計條件下，可以使其浮力減小量不大于平臺最大總浮力的80％。也就是說儲備浮力的減小量可以達(dá)到80％，還剩余原有量的20％。具體變浮力結(jié)構(gòu)可采用潛水器常用的結(jié)構(gòu)，它不是本發(fā)明的內(nèi)容，在此不詳述。
由于本平臺甲板面積很大，在風(fēng)暴中將產(chǎn)生巨大的空氣升力載荷，和很大的波浪砰擊載荷。針對此類情形，本發(fā)明提出可采用鏤空甲板，所述鏤空甲板的鏤空率不小于50％。本實施例甲板采用建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)如圖3至圖5示，其結(jié)構(gòu)10由5毫米厚，30毫米寬的鋼板條11縱向平行排列，板條的寬度方向為直立方向，上下有鋼條12聯(lián)接成網(wǎng)格，形成多孔結(jié)構(gòu)，方孔邊長30毫米，孔中心距35毫米，鏤空率達(dá)到73％。
由于風(fēng)暴達(dá)到一定級別，飛行作業(yè)就不能正常進(jìn)行，飛機(jī)應(yīng)該撤離，同時由于采用了鏤空甲板，浪上甲板對結(jié)構(gòu)不再危險，本發(fā)明進(jìn)一步提出，平臺甲板可以低于最大波浪的幅高，即，甲板的大部分，按面積計算80％以上，距水平面高度不大于最大波浪的幅高。這樣做有利于減小平臺主體結(jié)構(gòu)的基本高度，它可使平臺結(jié)構(gòu)的總重量進(jìn)一步減輕。本實施例飛行甲板4的全部高度為12米，比最大幅高低2米。作為對比，石油平臺甲板不但高于最大波浪的波峰，而且還要留有裕量，由此直接、間接引起平臺自重的增加。對于不能接觸海浪又不易撤離的設(shè)備和人員，本實施例還有二層甲板5(見圖1及2)，其高度為18米，面積為200平方米，占甲板總面積的1％，布置有安置設(shè)備和人員的艙室。本機(jī)場跑道及停機(jī)坪的相當(dāng)大一部分配套設(shè)備及后勤艙室設(shè)置在與所述平臺配套的船舶上將更具合理性，因而平臺上無需配置過多復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備和大量的人員，平臺技術(shù)的難度將大大降低。
由于本實施例長度僅300米，只能適合垂直起降飛機(jī)和極少數(shù)短距離起降飛機(jī)起飛，著陸還需攔阻設(shè)備。為此可將多個上述平臺端部連接成上千米的飛機(jī)跑道，以適應(yīng)常規(guī)飛機(jī)正常起降。
本實施例描述的具體細(xì)節(jié)對發(fā)明的技術(shù)措施不具有限制作用。
權(quán)利要求
1.一種大跨度桁架式海上浮動平臺，所述平臺主體為桁架結(jié)構(gòu)，其特征是，a.所述平臺的大于60％的總體積分布在水平面附近，最大波浪的±1/4幅高以內(nèi)的空間中；b.所述平臺結(jié)構(gòu)的水平線截面包絡(luò)的最大跨度不小于最大波長的1/3，垂直方向?qū)挾炔恍∮谧畲蟛ɡ瞬ǜ叩?倍c.水平面最大波浪的正負(fù)1/4幅高以內(nèi)的結(jié)構(gòu)總體積不大于平臺自重等量水體積的2.5倍，不小于1.2倍。
2.如權(quán)利要求1所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述平臺在最大波浪的幅高以下至1/4幅高以上的空間范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)體積不大于平臺總體積的20％。
3.如權(quán)利要求1所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述平臺結(jié)構(gòu)的總體積不大于自重等量水體積的2.5倍。
4.如權(quán)利要求2所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述平臺結(jié)構(gòu)的總體積不大于自重等量水體積的2.5倍。
5.如權(quán)利要求1至4中之任一項所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述浮體為可變浮力結(jié)構(gòu)，其浮力減小量不大于浮體最大總浮力的80％。
6.如權(quán)利要求1至4所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述平臺具有若干甲板，所述甲板按面積計算80％以上距水平面高度不大于最大波浪的幅高。
7.如權(quán)利要求5所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述平臺具有若干甲板，所述甲板按面積計算80％以上距水平面高度不大于最大波浪的幅高。
8.如權(quán)利要求6所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述甲板為鏤空結(jié)構(gòu)，鏤空率不小于50％。
9.如權(quán)利要求7所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述甲板為鏤空結(jié)構(gòu)，鏤空率不小于50％。
10.如權(quán)利要求8所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述甲板適合于作為飛機(jī)起降的跑道及停機(jī)坪。
11.如權(quán)利要求9所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述甲板適合于作為飛機(jī)起降的跑道及停機(jī)坪。
12.如權(quán)利要求10所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述跑道及停機(jī)坪的一部分配套設(shè)備及后勤艙室設(shè)置在與所述平臺配套的船舶上。
13.如權(quán)利要求11所述的大跨度桁架式海上浮動平臺，其特征是，所述跑道及停機(jī)坪的一部分配套設(shè)備及后勤艙室設(shè)置在與所述平臺配套的船舶上。
全文摘要
一種大跨度桁架式海上浮動平臺，所述平臺主體為桁架結(jié)構(gòu)，所述平臺的60％的總體積分布在水平面附近，最大波浪的±1/4幅高以內(nèi)的空間中；述平臺結(jié)構(gòu)的水平線截面包絡(luò)的最大跨度不小于最大波長的1/4，垂直方向?qū)挾炔恍∮谧畲蟛ɡ瞬ǜ叩?倍水平面最大波浪的正負(fù)1/4幅高以內(nèi)的結(jié)構(gòu)總體積不大于平臺自重等量水體積的2.5倍，不小于1.2倍。提供一種大跨度海上浮動平臺減小自重的結(jié)構(gòu)。它既能在作業(yè)環(huán)境下保持穩(wěn)定，又能在風(fēng)暴中確保結(jié)構(gòu)安全，在此前提條件下減小結(jié)構(gòu)自重，降低建造、使用成本。
文檔編號B63B35/44GK1613718SQ20031010347
公開日2005年5月11日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者袁曉紀(jì) 申請人:袁曉紀(jì)