适用于海洋平台的漂浮单元及可拼装竹筏式漂浮结构

1.本发明涉及海洋平台技术领域，尤其是涉及一种适用于海洋平台的漂浮单元及可拼装竹筏式漂浮结构。


背景技术：

2.海洋占地球表面约71％，是人类未来活动拓展的方向。海洋基础设施建设、能源开发、渔业、旅游等领域存在重大需求，而这些需求的背后离不开海上平台的建设。相较于陆上建设，海上建设面临诸多不利条件，包括恶劣的腐蚀环境、复杂的荷载作用、恶劣的施工条件以及有限的维修养护能力。
3.传统的海洋平台建设大多采用钢结构的结构形式，被广泛用于油气开采领域。此后随着混凝土技术的发展，也出现了混凝土海洋平台的结构形式，其解决了钢结构海洋平台易腐蚀的缺陷，降低了工程造价，但是依旧存在易开裂以及使用寿命有限的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种适用于海洋平台的漂浮单元及可拼装竹筏式漂浮结构，不易开裂、使用寿命更长、承载力高、施工和维护成本低、可回收，可用于快速构建大型海洋平台。
5.根据本发明第一方面实施例的适用于海洋平台的漂浮单元，包括：
6.n个混凝土筒体，所述混凝土筒体为预制混凝土件，n个所述混凝土筒体轴向顺次拼接以形成混凝土管，所述n≥2；
7.漂浮管件，所述漂浮管件设置于所述混凝土管的管腔中；
8.碳纤维板，所述碳纤维板轴向穿设于所述混凝土管的管腔中且位于所述混凝土管与所述漂浮管件之间，所述碳纤维板的两端在所述碳纤维板预应力张拉后分别固定在所述混凝土管的两端上。
9.根据本发明第一方面实施例的适用于海洋平台的漂浮单元，具有如下优点，第一，由于混凝土筒体、漂浮管件和碳纤维板均具有很好的耐腐蚀性能，耐久性能优越，因此本发明的适用于海洋平台的漂浮单元具有使用寿命长的优点，在利用本发明的漂浮单元搭建海洋平台时，可以保证海洋平台的长期正常使用；第二，由于碳纤维板的两端在碳纤维板预应力张拉后分别固定在混凝土管的两端上，因此碳纤维板和混凝土筒体可以同时承载受力，承载强度更大，承载力更高，可以作为海上设施的受力构件，且使得混凝土管不易开裂；第三，本发明采用管式预制拼装的施工方案，预制生产的混凝土筒体1在现场拼装，安装系泊系统后即可服役，结构简单，装配方便，施工和维护成本低，可以很好地适应海上维修养护能力差的使用环境；第四，本发明的结构由于采用单元式、拼接式的设计，因此，本发明的漂浮单元可方便快速地拆解，当本发明的漂浮单元达到服役期限或局部发生损坏后，可以将本发明的漂浮单元拖回船坞，进行分段拆解和回收利用，有利于进一步降低使用成本。
10.在一些实施例中，所述混凝土筒体的配筋为frp筋。
11.在一些实施例中，所述混凝土筒体的材料选用轻骨料混凝土或纤维轻骨料混凝土。
12.在一些实施例中，每个所述混凝土筒体的两端均设有企口，两两相邻的所述混凝土筒体之间通过所述企口拼接。
13.在一些实施例中，所述混凝土筒体的径向截面的内轮廓为圆形，所述混凝土筒体的径向截面的外轮廓为圆形或多边形。
14.在一些实施例中，每个所述混凝土筒体的外表面上预埋有多个钉件。
15.在一些实施例中，所述漂浮管件为两端密封的波纹管。
16.在一些实施例中，所述碳纤维板采用拉挤工艺或真空导入制造工艺加工而成。
17.本发明第二方面还提出了一种适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构。
18.根据本发明第二方面实施例的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构，包括根据本发明第一方面任意一项实施例的适用于海洋平台的漂浮单元和多个连接梁，多个所述适用于海洋平台的漂浮单元在水平面内沿前后方向延伸且沿左右方向并排地布置，多个所述适用于海洋平台的漂浮单元通过多个所述连接梁连接于一体，形成竹筏式漂浮结构。
19.根据本发明第二方面实施例的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构，可以快速构建更大的平台，平台规模不受限制，为大型海上浮式平台提供了新的建造思路；且使用寿命长，耐腐蚀性能好，漂浮效果好。
20.在一些实施例中，多个所述连接梁上均开设有多个在左右方向上间隔开的通孔，多个所述适用于海洋平台的漂浮单元一一对应地穿设在多个所述连接梁上的多个所述通孔中。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
23.图1为本发明实施例的适用于海洋平台的漂浮单元中混凝土筒体和混凝土筒体连接时的结构示意图。
24.图2为本发明实施例的适用于海洋平台的漂浮单元中混凝土筒体的内部结构示意图。
25.图3为本发明实施例的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构的结构示意图。
26.图4为本发明实施例的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构中混凝土筒体与连接梁拼接时的结构示意图。
27.附图标记：
28.适用于海洋平台的漂浮单元1000
29.混凝土筒体1漂浮管件2碳纤维板3
30.适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构2000
31.连接梁4通孔401
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.下面结合图1至图4来描述本发明实施例的适用于海洋平台的漂浮单元1000及可拼装竹筏式漂浮结构2000。
34.如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的适用于海洋平台的漂浮单元1000，包括n个混凝土筒体1、漂浮管件2和碳纤维板3，混凝土筒体1为预制混凝土件，n个混凝土筒体1轴向顺次拼接以形成混凝土管，其中，n≥2；漂浮管件2设置于混凝土管的管腔中；碳纤维板3轴向穿设于混凝土管的管腔中且位于混凝土管与漂浮管件2之间，碳纤维板3的两端在碳纤维板3预应力张拉后分别固定在混凝土管的两端上。可以理解的是，将多个适用于海洋平台的漂浮单元1000组装在一起可以构建满足对应需求的海洋平台。
35.具体而言，n个混凝土筒体1形成的混凝土管主要起到承载作用，是本发明实施例的适用于海洋平台的漂浮单元1000的主体部分，另外，由于混凝土筒体1的耐腐蚀性能较强，采用混凝土筒体1拼装形成混凝土管可以延长本发明的漂浮单元1000的使用寿命。混凝土筒体1为预制混凝土件，也就是说，混凝土筒体1是在工厂预制生产，然后再运输到拼装位置进行拼装，以提高施工效率，并且为预制混凝土件的混凝土筒体1的尺寸统一性好，质量好。n个混凝土筒体1轴向顺次拼接以形成混凝土管，n≥2。也就是说，混凝土管至少由两个混凝土筒体1轴向顺次拼接而成，实际中，可以根据需要的混凝土管的长度来决定轴向顺次拼接的混凝土筒体1的数量，采用拼接连接，拆卸更换混凝土筒体1时更加方便。
36.如图1和图2所示，漂浮管件2设置于混凝土管的管腔中。这里漂浮管件2为可以提供足够浮力的耐腐蚀的管件，例如两端密封的波纹管等等。漂浮管件2用于提供浮力，使本发明的适用于海洋平台的漂浮单元1000漂浮起来，漂浮管件2不参与结构主体受力。具体地，漂浮管件2可以采用一些连接件与混凝土管连接，以保证漂浮管件2不会与混凝土管脱离。
37.碳纤维板3具有良好的耐腐蚀性且强度高。碳纤维板3的两端在碳纤维板3预应力张拉后分别固定在混凝土管的两端上，具体地，碳纤维板3的一端靠固定锚具固定在混凝土管的一端上，碳纤维板3的另一端靠活动锚具固定在混凝土管的另一端上，并采用千斤顶张拉，以实现多个混凝土筒体1相互拼接。也就是说，碳纤维板3一方面可以将n个混凝土筒体1固定在一起形成混凝土管，另一方面还可以提供预应力，以减少或延缓混凝土管开裂，延长混凝土管的使用寿命。优选的，碳纤维板3沿混凝土管的内壁周向间隔开地设置有多个，以保证固定效果和混凝土管受力的均匀性。
38.根据本发明的适用于海洋平台的漂浮单元1000的装配过程如下，首先，轴向顺次拼装n个混凝土筒体1，然后将若干个碳纤维板3沿着混凝土筒体1内壁周向布置，张拉碳纤维板3向碳纤维板3和n个混凝土筒体1施加预紧力，以紧固n个混凝土筒体1；然后在混凝土管内部放置波纹管；接着，根据需要在本发明的适用于海洋平台的漂浮单元1000上安装其他部件。
39.根据本发明第一方面实施例的适用于海洋平台的漂浮单元1000，具有如下优点，第一，由于混凝土筒体1、漂浮管件2和碳纤维板3均具有很好的耐腐蚀性能，耐久性能优越，
因此本发明的适用于海洋平台的漂浮单元1000具有使用寿命长的优点，在利用本发明的漂浮单元1000搭建海洋平台时，可以保证海洋平台的长期正常使用；第二，由于碳纤维板3的两端在碳纤维板3预应力张拉后分别固定在混凝土管的两端上，因此碳纤维板3和混凝土筒体1可以同时承载受力，承载强度更大，承载力更高，可以作为海上设施的受力构件，且使得混凝土管不易开裂；第三，本发明采用管式预制拼装的施
40.工方案，预制生产的混凝土筒体1在现场拼装，安装系泊系统后即可服役，结构简单，5装配方便，施工和维护成本低，可以很好地适应海上维修养护能力差的使用环境；第四，
41.本发明的结构由于采用单元式、拼接式的设计，因此，本发明的漂浮单元可方便快速地拆解，当本发明的漂浮单元达到服役期限或局部发生损坏后，可以将本发明的漂浮单元拖回船坞，进行分段拆解和回收利用，有利于进一步降低使用成本。
42.在一些实施例中，混凝土筒体1的配筋为frp筋。需要说明一下，frp为纤维增强0复合材料的简称，是以碳纤维、玻璃纤维等为增强体，高分子树脂为基体的一类高性能
43.材料，具有耐海水腐蚀、轻质高强、可设计性强等特点。将混凝土筒体1内的配筋替换成frp筋，可以很好地解决钢筋混凝土结构在海洋中还是会被腐蚀，使用寿命较短的问题，有利于极大地延长混凝土筒体1的使用寿命，降低了维护成本。具体地，frp筋可以为玻璃纤维筋、玄武岩纤维筋或碳纤维筋。
44.5在一些实施例中，混凝土筒体1的材料选用轻骨料混凝土或纤维轻骨料混凝土。这
45.样，一方面可以保证混凝土筒体1的使用强度，另一方面，还可以保证混凝土筒体1的足够轻，有利于优化本发明的适用于海洋平台的漂浮单元1000的漂浮效果。
46.在一些实施例中，如图1所示，每个混凝土筒体1的两端均设有企口，两两相邻的混凝土筒体1之间通过企口拼接，从而便于两个相邻的混凝土筒体1之间进行快速拼装0安装。
47.在一些实施例中，混凝土筒体1的径向截面的内轮廓为圆形，混凝土筒体1的径向截面的外轮廓为圆形或多边形，实际中可以根据需要进行选择。
48.在一些实施例中，每个混凝土筒体1的外表面上预埋有多个钉件。需要说明的是，多个钉件用于非结构部件以及系泊系统的安装。例如钉件可以为铆钉。
49.5在一些实施例中，如图1和图2所示，漂浮管件2为两端密封的波纹管。这里，采
50.用波纹管作为漂浮管件2，由于波纹管可以伸缩，因此方便生产与施工，施工难度和成本都大大降低。
51.在一些实施例中，碳纤维板3采用拉挤工艺或真空导入制造工艺加工而成，加工而成的碳纤维板3具有弹模大、强度高以及耐腐蚀的优势，使用效果好。
52.0本发明第二方面还提出了一种适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构2000。
53.如图3和图4所示，根据本发明第二方面实施例的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构2000，包括根据本发明第一方面任意一项实施例的适用于海洋平台的漂浮单元1000和多个连接梁4，多个适用于海洋平台的漂浮单元1000在水平面内沿前后方向延伸且沿左右方向并排地布置，多个适用于海洋平台的漂浮单元1000通过多个连接梁4连接于一体，形成竹筏式漂浮结构。也就是说，本发明通过设置连接梁4将多个适用于海洋平台的漂浮单元1000连接在一起，形成了漂浮式的平台。可以理解的是，将多个竹筏式漂浮结构2000
固定在一起可以快速构建大规模的海洋平台，平台规模不受限制，因此，本发明为大型海上浮式平台提供了新的建造思路。
54.根据本发明第二方面实施例的适用于海洋平台的漂浮单元1000的装配使用过程如下，首先，将对应的混凝土筒体1与连接梁4之间对应组装，将对应的混凝土筒体1与混凝土筒体1之间对应组装，接着将若干个碳纤维板3沿着混凝土管内壁周向布置，张拉碳纤维板3向碳纤维板3和n个混凝土筒体1施加预紧力，以紧固n个混凝土筒体1；最后在混凝土筒体1内部放置波纹管，并根据需要在本发明的适用于海洋平台的漂浮单元1000上安装其他部件。将装配完成的本发明的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构2000漂浮起来，利用船只将本发明可拼装竹筏式漂浮结构2000拖航至预定海域，安装系泊系统后即可服役。本发明的安装方式简单，可快速构建大面积的海洋平台，规模不受限制。
55.根据本发明第二方面实施例的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构2000，可以快速构建更大的平台，平台规模不受限制，为大型海上浮式平台提供了新的建造思路；且使用寿命长，耐腐蚀性能好，漂浮效果好。
56.在一些实施例中，如图3和图4所示，多个连接梁4上均开设有多个在左右方向上间隔开的通孔401，多个适用于海洋平台的漂浮单元1000一一对应地穿设在多个连接梁4上的多个通孔401中。采用拼装的方式，拼装速度快，便于拆卸维修更换以及回收利用，连接更加方便，连接效果更好。具体地，如图4所示，多个并列排列的混凝土筒体1一一对应地穿设在一个连接梁4的多个通孔401中，然后根据需要将穿设在连接梁4上的混凝土筒体1与未穿设在连接梁4上的多个混凝土筒体1连接，最后利用碳纤维板3张拉固定多个轴向顺次连接的混凝土筒体1，将波纹管放入混凝土管中即可。
57.可选的，如图3所示，多个连接梁4沿左右方向延伸且沿前后方向间隔开设置。
58.可选的，如图3和图4所示，连接梁4为截面为方形的长条状件，连接梁4的侧面均匀布置圆形孔洞，混凝土筒体1为圆形管体，连接梁4上的圆形孔洞直径略大于混凝土筒体1的外径。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
60.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，包括：n个混凝土筒体，所述混凝土筒体为预制混凝土件，n个所述混凝土筒体轴向顺次拼接以形成混凝土管，所述n≥2；漂浮管件，所述漂浮管件设置于所述混凝土管的管腔中；碳纤维板，所述碳纤维板轴向穿设于所述混凝土管的管腔中且位于所述混凝土管与所述漂浮管件之间，所述碳纤维板的两端在所述碳纤维板预应力张拉后分别固定在所述混凝土管的两端上。2.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，所述混凝土筒体的配筋为frp筋。3.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，所述混凝土筒体的材料选用轻骨料混凝土或纤维轻骨料混凝土。4.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，每个所述混凝土筒体的两端均设有企口，两两相邻的所述混凝土筒体之间通过所述企口拼接。5.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，所述混凝土筒体的径向截面的内轮廓为圆形，所述混凝土筒体的径向截面的外轮廓为圆形或多边形。6.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，每个所述混凝土筒体的外表面上预埋有多个钉件。7.根据权利要求1-6任意一项所述的适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，所述漂浮管件为两端密封的波纹管。8.根据权利要求1-6任意一项所述的适用于海洋平台的漂浮单元，其特征在于，所述碳纤维板采用拉挤工艺或真空导入制造工艺加工而成。9.一种适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构，其特征在于，包括：多个如权利要求1-8任意一项所述的适用于海洋平台的漂浮单元和多个连接梁，多个所述适用于海洋平台的漂浮单元在水平面内沿前后方向延伸且沿左右方向并排地布置，多个所述适用于海洋平台的漂浮单元通过多个所述连接梁连接于一体，形成竹筏式漂浮结构。10.根据权利要求9所述的适用于海洋平台的可拼装竹筏式漂浮结构，其特征在于，多个所述连接梁上均开设有多个在左右方向上间隔开的通孔，多个所述适用于海洋平台的漂浮单元一一对应地穿设在多个所述连接梁上的多个所述通孔中。

技术总结
本发明公开了一种适用于海洋平台的漂浮单元及可拼装竹筏式漂浮结构。所述适用于海洋平台的漂浮单元包括N个混凝土筒体、漂浮管件和碳纤维板，所述混凝土筒体为预制混凝土件，N个所述混凝土筒体轴向顺次拼接以形成混凝土管，所述N≥2；所述漂浮管件设置于所述混凝土管的管腔中；所述碳纤维板轴向穿设于所述混凝土管的管腔中且位于所述混凝土管与所述漂浮管件之间，所述碳纤维板的两端在所述碳纤维板预应力张拉后分别固定在所述混凝土管的两端上。本发明具有不易开裂、使用寿命长、承载力高、施工和维护成本低、可回收的优点，可用于快速构建大型海洋平台。速构建大型海洋平台。速构建大型海洋平台。


技术研发人员：冯鹏 谢崇峰
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/5/4