CN104176201B - 一种复合材料海上超大浮体结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料海上超大浮体结构，包括多个可拆卸连接的模块单元，每个模块单元包括多个相连的浮动结构，每个浮动结构包括第一浮动件、第二浮动件和多个连接件，多个连接件间隔设置，每个连接件的两端分别与第一浮动件和第二浮动件连接，形成多个相连的工字钢结构；浮动结构的材质包括复合材料，复合材料由基体材料和增强材料复合而成，基体材料为乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂，增强材料包括毡布和纤维布，使模块单元的质量较小，易于拖动，能实现快速组装和拆分，方便运输，运动性能好。该复合材料不易被海水腐蚀，提高抗腐蚀性能。多个相连的工字钢结构有利于提高抗风浪能力。

Description

一种复合材料海上超大浮体结构

技术领域

本发明涉及一种复合材料海上超大浮体结构，是一种海洋浮动平台。

背景技术

海上超大浮体结构可以在海上营造出与陆地工作环境相似的水上人工岛，扩展人类在海上的生存、活动和工作空间。超大型的海上超大浮体结构是开发和利用海洋资源的基础型装备，能够满足有效利用海洋空间及建立海域军事基地等需要。

海上超大浮体结构不仅需要具备抗风浪能力强、稳定性好的优点，并且还需要具备运动性能好、易实现拖动的特性，以方便运输至目的海域进行安装。而且，当狂风和巨浪来袭时，能够方便拆卸并快速躲避狂风和巨浪的袭击。同时，海上超大浮体结构需要具备较优的抗腐蚀能力，以抵抗海水的侵袭，提高使用寿命。

然而，传统的海上浮体结构的结构主要有箱型结构和半潜型结构，箱型结构强度较差，只能依托封闭的防波堤在浅海使用；半潜型结构复杂、造价高昂、维护难度大，且不能在浅海使用。近年发展起来排型海上浮动结构克服了箱型结构和半潜型结构的缺点，但现有的排型海上浮动结构仍然存在抗风浪能力不足，且一般采用金属材质，抗腐蚀性能较差，且运动性能较差的缺点。

发明内容

基于此，有必要提供一种运动性能较好、抗风浪能力较好且抗腐蚀性能较好的复合材料海上超大浮体结构。

一种复合材料海上超大浮体结构，包括多个可拆卸连接的模块单元，每个所述模块单元包括多个相连的浮动结构，每个所述浮动结构包括第一浮动件、第二浮动件和多个连接件，多个连接件间隔设置，每个连接件的两端分别与所述第一浮动件和第二浮动件连接，形成多个相连的工字钢结构；所述浮动结构的材质包括复合材料，所述复合材料由基体材料和增强材料复合而成，所述基体材料为乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂，所述增强材料包括毡布和纤维布。

在其中一个实施例中，所述浮动结构的材质还包括金属材料，所述复合材料包覆于所述金属材料的外部。

在其中一个实施例中，所述第一浮动件和第二浮动件均为圆柱体。

在其中一个实施例中，所述第二浮动件的直径大于所述第一浮动件的直径。

在其中一个实施例中，每个所述浮动结构还包括锥体，所述锥体与所述第二浮动件的远离所述第一浮动件的一端连接，且所述锥体远离所述第二浮动件的一端为锥形。

在其中一个实施例中，所述第二浮动件内部设置有稳定架，所述稳定架包括第一支撑件、第二支撑件和支撑台，所述支撑台沿所述第二浮动件的长度方向从一端延伸至另一端，所述第一支撑件和第二支撑件间隔设置并共同支撑所述支撑台。

在其中一个实施例中，相邻两个所述模块单元的相对的两个所述浮动结构通过第一套筒和第二套筒连接，一个浮动结构的第一浮动件的端部伸入所述第一套筒的一端，所述浮动结构的第二浮动件的端部伸入所述第二套筒的一端，另一个浮动结构的第一浮动件的端部伸入所述第一套筒的另一端，所述另一个浮动结构的第二浮动件的端部伸入所述第二套筒的另一端，用第一紧固件可拆卸地固定所述第一套筒和两个所述第一浮动件，用第二紧固件可拆卸地固定所述第二套筒和两个所述第二浮动件。

在其中一个实施例中，所述第一套筒的表面上形成有覆盖所述第一紧固件的第一密封胶层，所述第二套筒的表面上形成有覆盖所述第二紧固件的第二密封胶层。

在其中一个实施例中，每个所述模块单元还包括支撑架与作业台，所述支撑架与所述第一浮动件的远离所述第二浮动件的一端连接，所述作业台与所述支撑架的远离所述第一浮动件的一端连接。

在其中一个实施例中，还包括多个涡轮发电机，所述多个涡轮发电机与所述第二浮动件的远离所述第一浮动件的一端连接。

上述复合材料海上超大浮体结构的多个模块单元为可拆卸连接，且浮动结构的材质包括复合材料，复合材料由基体材料和增强材料复合而成，所述的基体材料为乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂，所述的增强材料包括毡布和纤维布，使得模块单元的质量较小，易于拖动，且模块化设计，能够实现快速组装和拆分，方便运输，运动性能较好。并且，这种材质相对于金属材料，不易被腐蚀，使得该复合材料海上超大浮体结构的抗腐蚀性能较好。同时，浮动结构的每个连接件的两端分别与第一浮动件和第二浮动件连接，形成多个相连的工字钢结构，双层浮动结构形成的工字钢结构的刚性较好，使得该复合材料海上超大浮体结构的刚性较好，抗弯性能好，抗风浪能力较强。

附图说明

图1为一实施方式的复合材料海上超大浮体结构的模块单元的立体结构示意图；

图2为图1所示的模块单元的一个角度的剖面图；

图3为图1所示的模块单元的另一个角度的剖面图；

图4为图1所示的模块单元的第二浮动件的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本发明的复合材料海上超大浮体结构是指长、宽具有百米至千米数量级，高度为数米或数十米的浮体结构。

请参阅图1，一实施方式的复合材料海上超大浮体结构，包括多个可拆卸连接的模块单元100。每个模块单元100包括多个相连的浮动结构10。

请同时参阅图2和图3，每个浮动结构10包括第一浮动件101、第二浮动件102和多个连接件103。第一浮动件101和第二浮动件102均为长条状，多个连接件103沿第一浮动件101和第二浮动件102的长度方向间隔设置，每个连接件103的两端分别与第一浮动件101和第二浮动件102连接，形成多个相连的工字钢结构。

工字钢结构的刚性较好，抗弯性能较好，使得浮动结构10的刚性较好，能够更好的提高复合材料海上超大浮体结构的抗风浪强度。

多个浮动结构10平行排列，相邻的两个浮动结构10之间通过连接杆连接。请再次参阅图2，连接杆包括第一连接杆104和第二连接杆105。第一连接杆104连接相邻的两个浮动结构10的两个第一浮动件101，第二连接杆105连接相邻的两个浮动结构10的两个第二浮动件102。第一连接杆104和第二连接杆105平行。

应用该复合材料海上超大浮体结构时，在正常海面状况下，第二浮动件102浸泡于海水中，连接件103部分浸泡于海水中，第一浮动件101位于海面上。

浮动结构10的材质包括复合材料，复合材料由基体材料和增强材料复合而成。基体材料为乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂，增强材料包括毡布和纤维布。即第一浮动件101、第二浮动件102、连接件103、第一连接杆104和第二连接杆105的材质均是包括由基体材料和增强材料复合而成的复合材料，基体材料为乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂，增强材料包括毡布和纤维布。

其中，毡布包括表面毡和无碱毡。纤维布选自玻璃纤维、碳纤维及芳纶纤维中的至少一种。基体材料优选为酚醛树脂。

由基体材料和增强材料复合组成的复合材料，具体是指毡布和纤维布按一定的顺序通过乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂固化粘接进行层叠形成的复合材料。例如，多层表面毡、多层无碱毡和多层纤维布依次交替层叠粘接形成多层结构的复合材料。或者，多层表面毡、多层纤维布和多层无碱毡依次交替层叠粘接形成的多层结构的复合材料。又或者，多层纤维布、多层表面毡和多层无碱毡依次交替粘接形成的多层结构的复合材料。在另外的实施方式中，多层表面毡、多层无碱毡和多层纤维布也可以按无规则的顺序进行层叠，形成复合材料结构。上述复合材料中，通过结构计算，按照设计施工要求，对表面毡、无碱毡和纤维布的铺层数进行合理配比。

优选地，上述复合材料还包括固化剂和促进剂。基体材料、固化剂和促进剂混合使用，作为粘接剂将毡布和纤维布粘接在一起。优选地，基体材料、固化剂和促进剂的质量比为200:2:1。

优选地，表面毡优选为M50表面毡，无碱毡优选为M300无碱毡，纤维布优选为EJW200(0°/90°)KF纤维布、EJW600(0°/90°)纤维布或EJW1000(0°/90°)纤维布。乙烯基树脂优选为DSM ATLAC430LV乙烯基树脂，固化剂优选为过氧化甲乙酮MEKPO，促进剂优选为钴苯CoOCT促进剂。

上述复合材料重量轻、强度高，通过双层浮动结构设计，使得浮动结构10的刚性较好，能够提高复合材料海上超大浮体结构的强度。

上述复合材料海上超大浮体结构的浮体结构的材质为包括复合材料，复合材料由基体材料和增强材料复合而成，基体材料为乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂，增强材料包括毡布和纤维布。这种材质使得模块单元100的质量较小，易于拖动，模块化设计能够实现快速组装和拆分，方便运输，运动性能较好。并且，这种材质不易被海水腐蚀，使得该复合材料海上超大浮体结构的抗腐蚀性能较好。同时，每个连接件103的两端分别与第一浮动件101和第二浮动件102连接，形成多个相连的工字钢结构，双层浮动结构形成的工字钢结构的刚性较好，使得该复合材料海上超大浮体结构的刚性较好，抗弯性能好，抗风浪能力较强。

优选地，浮动结构10的材质还包括金属材料，上述复合材料包覆于金属材料的外部。浮动结构10的材质增加了金属材料，有利于提高浮动结构10的刚性，提高复合材料海上超大浮体结构的抗风浪性能。并且，金属材料包覆于上述复合材料的内部，能够较好地避免金属材料易被海水腐蚀的问题，使得该复合材料海上超大浮体结构的使用寿命较长。

优选地，金属材料为钢材、铝或不锈钢等。

可以理解，第一浮动件101和第二浮动件102的长度可以根据实际需要合理设置。模块单元100的规模和数量也可以根据复合材料海上超大浮体结构的规模进行合理设置。

通过模块化设计，能够将合适数量的模块单元100进行可拆除连接，形成超大型的海洋浮动平台。

优选地，第一浮动件101和第二浮动件102均为圆柱体。每个连接件103的一端与第一浮动件101的侧面连接，另一端与第二浮动件102的侧面连接，形成工字钢结构。可以理解，在其他实施方式中，第一浮动件101和第二浮动件102的形状也不限于圆柱体，例如，第一浮动件101和第二浮动件102可以为长度较大的长方体等。

第一浮动件101和第二浮动件102均为圆柱体，有利于海水的流通，减少海水对浮动结构10的冲击，提高复合材料海上超大浮体结构的稳定性。可以理解，第一浮动件101和第二浮动件102的长度可以相等，也可以不等。每个浮动结构10的长度可以相等，也可以不等。模块单元100的形状不限于方形，也可以为圆形、椭圆形等。

更优选地，第二浮动件102的直径大于第一浮动件101的直径，便于消波，有利于减小海浪冲击，提高复合材料海上超大浮体结构的抗风浪性能。进一步优选地，第一浮动件101的直径为1～2米，第二浮动件102的直径为3～4米。

请再次参阅图2，优选地，每个浮动结构10还包括锥体106。锥体106与第二浮动件102的远离第一浮动件101的一端连接，即锥体106与第二浮动件102的远离第一浮动件101的侧面连接。锥体106的长度与第二浮动件102的长度相等。锥体106远离第二浮动件102的一端为锥形，使得复合材料海上超大浮体结构形成小水面线结构。小水面线结构被水淹盖的区域较小，耐波性较好，有利于提高复合材料海上超大浮体结构的稳定性。

第一浮动件101和第二浮动件102均为中空的结构。请参阅图4，优选地，中空的第二浮动件102内部还设置有稳定架。稳定架包括第一支撑件201、第二支撑件202和支撑台203。第一支撑件201和第二支撑件202间隔设置并共同支撑台203，支撑台203为条形台，支撑台203沿第二浮动件102的长度方向从一端延伸至另一端。第一浮动件101和第二浮动件102的中空部位还可以用作物品储藏。

设置稳定架有利于提高浮动结构10的抗压性能，提高复合材料海上超大浮体结构的稳定性。稳定架采用上述结构，结构简单，质量较轻。

相邻的两个模块单元100的两对的两个浮动结构10通过第一套筒(图未示)和第二套筒(图未示)连接。一个浮动结构10的第一浮动件101的端部伸入第一套筒的一端，该浮动结构10的第二浮动件102的端部伸入第二套筒的一端；另一个浮动结构10的第一浮动件101的端部伸入第一套筒的另一端，该另一个浮动结构10的第二浮动件102的端部伸入第二套筒的另一端。第一套筒和第二套筒平行设置。用两个第一紧固件分别在第一套筒的两端穿过第一套筒和第一浮动件101并锁紧，实现可拆卸地固定第一套筒和两个第一浮动件101；用两个第二紧固件分别在第二套筒的两端穿过第二套筒和第二浮动件102并锁紧，实现可拆卸地固定第二套筒和两个第二浮动件102，从而实现相邻的两个模块单元100的可拆卸连接。

该复合材料海上超大浮体结构采用模块化设计，相邻两个模块单元100采用上述连接方式，可以快速安装和快速拆卸，使用方便。

优选地，为了提高防腐性能，用第一紧固件锁紧第一套筒和第一浮动件101及用第二紧固件锁紧第二套筒和第二浮动件102后，还分别在第一套筒和第二套筒上涂覆密封胶，形成覆盖第一紧固件的第一密封胶层和覆盖第二紧固件的第二密封胶层，有利于防止第一紧固件和第二紧固件被海水腐蚀，提高防腐性能。在进行拆卸时，先除去第一密封胶层和第二密封胶层，再松开第一紧固件和第二紧固件即可。

每个模块单元100还包括支撑架30与作业台40。支撑架30与第一浮动件101的远离第二浮动件102的一端连接，作业台40与支撑架30的远离第一浮动件101的一端连接并由支撑架30支撑。

优选地，支撑架30为桁架结构。桁架结构质量轻有利于提高复合材料海上超大浮体结构的运行性能，方便运输。

可以在作业台40上建立资源开发和科学研究基地，较好地开发和利用海洋资源。也可以在作业台40上建立海上中转基地、海上机场等。或者，将该复合材料海上超大浮体结构在国际海域作为浮动军事基地，以期对某地区的政治、军事格局产生战略性影响，等等。

请再次参阅图2，优选地，上述复合材料海上超大浮体结构还包括多个涡轮发电机50。多个涡轮发电机50与模块单元100的锥体106连接。使用时，多个涡轮发电机50位于海面下，利用海洋发电，实现复合材料海上超大浮体结构的自主供电与蓄电。可以理解，与每个模块单元100的锥体106连接的涡轮发电机50的数量可以根据复合材料海上超大浮体结构实际所需的供电量及每个模块单元100的大小合理设置。设置多个涡轮发电机50，能够利用奔腾不息的海洋流、潮汐产生的用之不尽但可预测的动能进行发电，无需建设堤坝，减少对环境的影响。

可以理解，当实施方式中省略锥体106时，涡轮发电机50直接与第二浮动件102的远离第一浮动件101的一端连接。

通过对结构和材质的优化，使得上述复合材料海上超大浮体结构运动性能较好、抗风浪能力较好且抗腐蚀性能较好。并且上述复合材料海上超大浮体结构简单，便于制造和维护，能够适用于浅海海域和深海海域，无需依托防波堤使用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，包括多个可拆卸连接的模块单元，每个所述模块单元包括多个相连的浮动结构，每个所述浮动结构包括第一浮动件、第二浮动件和多个连接件，多个连接件间隔设置，每个连接件的两端分别与所述第一浮动件和第二浮动件连接，形成多个相连的工字钢结构；所述浮动结构的材质包括复合材料，所述复合材料由基体材料和增强材料复合而成，所述基体材料为乙烯基树脂、不饱和树脂、环氧树脂或酚醛树脂，所述增强材料包括毡布和纤维布；

所述第一浮动件和第二浮动件均为圆柱体。

2.根据权利要求1所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，所述浮动结构的材质还包括金属材料，所述复合材料包覆于所述金属材料的外部。

3.根据权利要求1所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，所述第二浮动件的直径大于所述第一浮动件的直径，所述第二浮动件比所述第一浮动件更靠近水面。

4.根据权利要求1所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，每个所述浮动结构还包括锥体，所述锥体与所述第二浮动件的远离所述第一浮动件的一端连接，且所述锥体远离所述第二浮动件的一端为锥形。

5.根据权利要求1所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，所述第二浮动件内部设置有稳定架，所述稳定架包括第一支撑件、第二支撑件和支撑台，所述支撑台沿所述第二浮动件的长度方向从一端延伸至另一端，所述第一支撑件和第二支撑件间隔设置并共同支撑所述支撑台。

6.根据权利要求1所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，相邻两个所述模块单元的相对的两个所述浮动结构通过第一套筒和第二套筒连接，一个浮动结构的第一浮动件的端部伸入所述第一套筒的一端，所述浮动结构的第二浮动件的端部伸入所述第二套筒的一端，另一个浮动结构的第一浮动件的端部伸入所述第一套筒的另一端，所述另一个浮动结构的第二浮动件的端部伸入所述第二套筒的另一端，用第一紧固件可拆卸地固定所述第一套筒和两个所述第一浮动件，用第二紧固件可拆卸地固定所述第二套筒和两个所述第二浮动件。

7.根据权利要求6所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，所述第一套筒的表面上形成有覆盖所述第一紧固件的第一密封胶层，所述第二套筒的表面上形成有覆盖所述第二紧固件的第二密封胶层。

8.根据权利要求1所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，每个所述模块单元还包括支撑架与作业台，所述支撑架与所述第一浮动件的远离所述第二浮动件的一端连接，所述作业台与所述支撑架的远离所述第一浮动件的一端连接。

9.根据权利要求1所述的复合材料海上超大浮体结构，其特征在于，还包括多个涡轮发电机，所述多个涡轮发电机与所述第二浮动件的远离所述第一浮动件的一端连接。