專利名稱：：浮筒型浮動結構的制作方法
技術領域：
：發明涉及一種浮簡型浮動結構。
背景技術：
：當人口和城巿發展在陸地缺乏的島國(或者具有長海岸線的國家)擴展時，城巿規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渣的填充材料，工程師能夠由海洋建造相對廣大和價值高的陸地。然而，土地改造具有它的局限性。它只在水深較淺時(小于20米)是合適的。當水較深和/或海床特別軟時，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，甚至導致有毒沉淀物的干擾。非常大的浮動結構(VLFS)是在海上形成"陸地"的替代方法。有兩種VLFS:半潛型和浮簡型；半潛型浮動結構使用柱形管或者穩定結構組件來使波浪作用最小化同時保持恒定浮力而高于海平面。這樣，它們可降低波浪誘導運動，并因此在具有較大波浪的大海域上適當地展開。被用來鉆井并且油和氣生產的浮動平臺是半潛型VLFSs的典型實例。當這些半潛型VLFSs使用具有由結構附加浮力提供的高預應力的垂直系纜固定到海底時，它們被稱為張力腿平臺(tension-legplatforms)。相比之下，浮簡型浮動結構浮于海平面上，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結構或者Mega-Floats具有至少大于60m的一個長度尺寸。當Mega-Float例如在中心部大量地加載時，該浮動結構的中心將相對于角落垂直地移動而偏離。產生的差動偏離可使設備出現故障，受到附加應力或者在極個別情況下的在浮動結構上的上部結構在高應力狀態下可導致結構破壞。因此需要提出上述問題中至少一個。
發明內容根據本發明第一方面，提供一種浮簡型浮動結構，包括保持在水面以上的上甲板，通過在其上停靠負載而接納和支撐該負載；以及布置在上甲板下面的水平腔室陣列，其中該腔室帶有提供具有浮力結構的第一組腔室和海水進入其中的第二組腔室，以便在穩態條件下，第二組腔室不提供浮力。多個壁優選從上甲板上懸垂，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。其中腔室優選具有相應的底壁，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的孔口。所述第二組腔室優選位于所述結構周邊附近。所述第二組腔室優選靠近所述周邊成排對齊。每排優選通過第一組的至少一個腔室與周邊隔開。所述結構從平面圖角度觀察時，在結構上優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延伸。所述結構優選由以下小組中的一個或者多個形成，其中該小組包括鋼、混凝土和增強混凝土。所述結構優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。所述腔室陣列優選是第一陣列，而所述結構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。所述上甲板優選具有孔口和/或可透過空氣，以提供相對于第二組腔室空氣的流動。從以下只結合實例書面描述并結合附圖，本領域普通技術人員將更好地理解和容易顯而易見發明的典型實施例，其中在附圖中圖l是根據典型實施例的浮動結構的示意側視面。圖2是圖l浮動結構一部分的剖面示意圖。圖3a是圖1浮動結構零浮力室的示意仰視圖。圖3b是圖1浮動結構另一個零浮力室的示意仰視圖。圖4示出了圖1中浮動結構不同系泊設備的示意側視面。圖5是根據另一個典型實施例的浮動結構的示意圖(尺寸是米)。圖6a是圖5中浮動結構水密腔室的示意剖面圖。圖6b是圖5中浮動結構零浮力室的示意剖面圖。圖7a示出了沒有零浮力室并經受7層集裝箱負載的浮動結構的撓曲面(偏差為米)。圖7b示出了對于圖5中浮動結構并經受7層集裝箱負載的撓曲面(偏差為米)。圖8a示出了在沒有零浮力室并經受7層集裝箱負載的浮動結構中對于最大主應力的底板應力等值線(應力為兆帕)。圖8b示出了在圖5浮動結構中并經受7層集裝箱負載的對于最大主應力的底板應力等值線(應力為兆帕)。圖9a示出了在沒有零浮力室并經受7層集裝箱負載的浮動結構中對于最大主應力的頂板應力等值線(應力為兆帕)。圖9b示出了在圖5浮動結構中并經受7層集裝箱負載的對于最大主應力的頂板應力等值線(應力為兆帕)。具體實施例方式圖1示出了根據典型實施例的浮動結構100。該浮動結構IOO可系泊在系泊設備102上，并可包括與陸地108、另一個結構或者船舶連接的進入接合件104。可選擇性地設置防浪提106，以減小擊打浮動結構100的較大波浪力。圖2示出了浮動結構IOO—部分的示意剖面圖。在典型實施例中，結構100包括由頂板提供的上甲板200。例如202、204的多個壁從甲板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，其中每個壁202、204密封連接到水平底板210上。在這方面，應該理解的是，例如206的腔室的大部分密封封閉，從而水不能進入其中。'同時，孔口212、214設置在選擇腔室208區域中的底板210上，允許水進入例如208的那些腔室。為了便于當海水進入時空氣從腔室208中泄放，甲板200可至少在腔室208區域具有孔口(未示出)，或者也可以是可透氣的。在穩態條件下，腔室208由此充滿海水直到216指示的平面上，這相當于附圖標記218指示的海平面。當海水隨意流入和流出腔室208時，稱為鰓細胞(gillcell)的那些腔室為浮動結構IOO提供零浮力。同時，其余腔室206為結構IOO提供浮力。這樣，浮力作用于遠離腔室208下面區域的底板210上。在典型實施例中，腔室208沿著結構100的邊緣216設置，同時由于腔室208零浮力作用，提供了邊緣216的垂直運動限制。這被發現當負載施加在浮動結構100中心或者附近時減少邊緣216的差動偏離。通過調節腔室208的幾何形狀，浮動結構IOO可設計成能在變動負載下使差動偏離保持在可接受限值內。在典型實施例中，孔口212、214設計成可保持底板210的結構完整性。孔口尺寸選定成足夠大，以使海水隨意地進入，從而使腔室中水平面等于海水平面。圖3a和3b示出了用于單獨的零浮力腔室304、306的典型孔口300、302。在選擇孔口設計中，可避免在孔口中出現鋒利點，因為這些點可導致裂縫的起始點。孔口尺寸應在避免腔室結構削弱和特別小孔口堵塞之間平衡。在典型實施例中，壁和板由鋼、混凝土、例如硬合金增強混凝土的增強混凝土制成，或者由具有必要硬度和強度的任何其他適當不透水材料制成。由于混凝土不透水可避免或者減少對增強結構的侵蝕，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。應該理解的是，建筑材料的其他組合可用于不同的實施例。可使用例如涂層、陰極保護、腐蝕容限和腐蝕監測而把防腐蝕技術應用在增強物和其他鋼制件上。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。在可能嚴重低磨蝕區域，例如剛好在平均低水位以下區域，可應用陰極保護，同時可應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、設置鈦襯里、設置不銹鋼襯里、以鋅、鋁和鋁合金熱噴涂。現在返回圖1,系泊設備102保證浮動結構IOO保持在正確位置，以便安裝在浮動結構上的設施可靠地搡作。阻止結構IOO在臨界海況條件和風暴下漂離是系泊設備102的典型設計所要考慮的。自由或者漂移的浮動結構100可導致對周圍設施破壞，并還可導致在與船舶相撞時人的生命危險。圖4示出了若干種系泊系統，例如靠船墩導向架系統400、纜繩和鏈條系泊402、張力腿方法404和碼頭/靠岸方法406。系泊系統種類的選擇取決于當地條件和性能要求。一旦選擇了系泊系統種類，震動吸收材料就可確定滿足環境條件和搡作條件以及要求的設備數量和布置。例如系泊靠船墩的布置可以是這樣，即浮動結構水平位移足夠地被控制，同時系泊力適當地分布。系泊靠船墩的布置和數量可進行調節，從而浮動結構的移動和系泊力不超過允許值。為了降低擊打浮動結構的波浪力，選擇性地，可在附近建造一個或多個防浪提106。如果有波浪高于4米，則可使用防浪提。在下文中，將描述示出了本發明典型實施例性能的計算結果。圖5示出了根據典型實施例并用于以下計算的浮動集裝箱終端500的示意俯視圖。在圖5中，設置中心集裝箱區域502以及在結構500—個邊緣的軌道區域504。在圖5中的尺寸以米表示。零浮力室的位置以附圖標記506、508和510示意地表示。有限元法(FEM)計算方法用來把結構500與沒有零浮力室的相同結構比較。典型的關注是在浮動結構500角落和中間部分之間的差動偏離。如果中間軌道504傾斜度在某些傾斜度規范以上，例如0.4%,則例如碼頭起重機不能操作。為了計算，結構500假定為雙層結構，下面將簡要地描述這種雙層結構。圖6a和b分別示出了結構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設置在零浮力室602區域中的底板608上，其中對應的孔口614、616設置在中間板604上。梁加強件618、620分別設置在頂板606下面和底板608頂部上，并跨過頂板606和底板608以兩個垂直組的水平隔開排延伸。表1歸納了用于計算而采用的數據，這些數據包括典型浮動結構的尺寸和結構材料特性、自身重量和碼頭起重機重量。表l.為了計算而釆用的數據<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖8a和b分別示出了根據典型實施例的、沒有零浮力室以及有零浮力室的浮動結構的、對于最大主應力的底板計算應力等值線800、802。該應力等值線800、802在如表1中列出的7層集裝箱負載、碼頭起重機負載和自重條件下進行計算。從圖8a和8b比較來看，根據典型實施例(圖8b)的浮動結構經受顯著降低的應力。圖9a和b分別示出了根據典型實施例的、沒有零浮力室以及有零浮力室的浮動結構的、對于最大主應力的頂板計算應力等值線900、卯2。該應力等值線900、902在如表1中列出的7層集裝箱負載、碼頭起重機負載和自重作用下進行計算。從圖9a和b比較來看，根據典型實施例(圖9b)的浮動結構經受顯著降低的應力。表2和3分別把對于根據典型實施例的沒有零浮力室和有零浮力室的浮動結構計算的偏離相加。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3優點由于水自然地流入零浮力室以及從零浮力室流出，因此在典型實施例中的零浮力室是無源的。可能不像在有源壓載系統中那樣需要泵和昂貴的操作成本。即使當加載不均衡，零浮力室也可允許浮動結構具有相同的吃水，假如可接受的吃水沒有超出。由于在整個浮動結構模數的一致性，因此可節約成本。由于在不犧牲服務能力和強度性能情況下結構截面厚度可降低(由于降低應力和差動偏離)，因此下部浮力室可導致較輕和便宜的浮動結構。部分地充滿海水的下部浮力室還可設置水動阻尼，由此使浮動結構更能抵御由波浪力和海水流引起的運動。工業實用性實施例可用于流動集裝箱碼頭、浮動游船中心、浮動旅館、浮動飯店、浮碼頭/停泊處或者浮動航空站；系泊浮簡；船桅；半潛式；筏或者在軟土上的板式基礎，及，例如多主體浮動結構和梳型浮動結構的其他浮動結構。所屬領域的技術人員將理解的是，在沒有脫離寬泛描述的發明精神或者范圍情況下，可對如在典型實施例所示的本發明進行許多變化和/或改型。因此，典型實施例被認為在各個方面是說明性而非限制性的。權利要求1.一種浮筒型浮動結構，包括保持在水面以上的上甲板，通過在其上停靠負載而接納和支撐該負載；以及布置在上甲板下面的水平腔室陣列，其中該腔室帶有提供具有浮力結構的第一組腔室和海水進入其中的第二組腔室，以便在穩態條件下，第二組腔室不提供浮力。2.如權利要求1的結構，其中多個壁從上甲板上懸垂，并與之配合，以提供由該壁分開的腔室。3.如權利要求2的結構，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.如權利要求1到3任何之一的結構，其中腔室具有相應的底壁，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的孔口。5.如權利要求1到4任何之一的結構，其中所述第二組腔室位于所述結構周邊附近。6.如權利要求5的結構，其中所述第二組腔室靠近所述周邊成排對齊。7.如權利要求6的結構，其中每排通過第一組的至少一個腔室與周邊隔開。8.如權利要求6或者7的結構，其中所述結構從平面圖角度觀察時，在結構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延伸。9.如權利要求1到8任何之一的結構，其中所述結構由以下小組中的一個或者多個形成，其中該小組包括鋼、混凝土和增強混凝土。10.如權利要求1到9任何之一的結構，其中所述結構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，并相對于所述上甲板共用末端，然而與之垂直地隔開。11.如權利要求1到IO任何之一的結構，其中所述腔室陣列是第一陣列，而所述結構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，并相對于所述上甲板共用末端，但從其中垂直地隔開。12.如權利要求1到11任何之一的結構，其中所述上甲板具有孔口和/或可透過空氣，以提供相對于第二組腔室空氣的流動。全文摘要一種浮筒型浮動結構，包括保持在水平面以上并通過在其上停靠負載而接納和支撐該負載的上甲板；以及布置在上甲板下面的水平腔室陣列，其中該腔室帶有提供具有浮力結構的第一組腔室和海水進入其中的第二組腔室，以便在穩態條件下，第二組腔室不提供浮力。文檔編號B63B35/34GK101304916SQ200580051840公開日2008年11月12日申請日期2005年10月14日優先權日2005年10月14日發明者卓亞張,安國慶,希亞梅,朱俞相,武天云,王秦明申請人:新加坡國立大學;新加坡海事局;新加坡裕廊顧問私人有限公司