CN110949613A - 一种带半圆形兜土板的平板锚装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带半圆形兜土板的平板锚装置，包括平板锚、成对且截面为半圆形的兜土板，平板锚锚板上部两端各设置一个系泊环；每个半圆形兜土板外壁中部与两端外侧均设置有系泊环，两个半圆形兜土板外壁中部系泊环分别与锚板上部其中一个系泊环通过锚链连接；两个半圆形兜土板工作时相对组装成筒状并套在吸力式桶形基础外壁上，平板锚卡入桶形基础底部固定，平板锚锚眼漏出桶形基础并安装锚链，依靠桶形基础把半圆形兜土板与平板锚贯入海床，桶形基础移除后对锚链施加拉力使锚板发生旋转，成对的半圆形兜土板解绑分离开嵌入海床。本发明半圆形兜土板提高了平板锚的抗拔承载力，有效减小锚板在旋转过程中产生的埋深损失。
Description
技术领域
本发明涉及深海浮式平台或海水网箱的锚固技术领域，具体是一种带半圆形兜土板的平板锚装置。
背景技术
近年来，吸力贯入式平板锚(Suction embedded plate anchor)一种新型基础形式在墨西哥湾和非洲海域得到了较为广泛的应用，其主要优点是造价低、定位准确和施工简单。平板锚平面形状为矩形，安装时竖直固定在吸力式中，沉箱在自重和抽水造成的负压作用下贯入至预定深度。沉箱与平板锚分离后被拔出，以备将来重复使用。留在黏土海床中的平板锚在锚链牵引下旋转，直至板面与锚链接近垂直或者施加的拉力达到设计值，如图1所示。在张拉锚链使锚板旋转的过程中，锚板会向上运动而产生埋深损失。锚板中心在旋转前后的高度差被定义为最终丢失埋深。在强度通常随深度成正比例增加的海床条件下，旋转调节过程中的埋深损失会带来承载力的下降，这一减小量可高达20％。
为了减小埋深损失，通常在锚板上部设置了一个可绕锚板旋转的翼板(Keyingflap)。该设计意图为，当锚板向上运动时翼板相对于锚板向外旋转一定角度，从而增大锚板向上运动时移动方向的承载面积，从而降低锚板向上的位移(即埋深损失)，并以此增大锚板最终的承载力。然而已有实验研究及数值计算对该翼板的实际作用提出了异议，有学者甚至认为翼板对减小平板锚的埋深损失无帮助。
可见，有必要对传统平板锚的构型进行改进，设计一种既能减小埋深损失、又能提高平板锚抗拔承载力的新型结构的平板锚。
发明内容
本发明的目的是提供一种带半圆形兜土板的平板锚装置，以解决现有技术平板锚施工过程中存在的较大埋深损失的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于，包括平板锚、成对且截面为半圆形的兜土板，平板锚由锚板、锚柄组成，锚柄端部设置有锚眼，锚板上部两端各设置一个系泊环；每个半圆形兜土板外壁中部与两端外侧均设置有系泊环，两个半圆形兜土板外壁中部系泊环分别与锚板上部其中一个系泊环通过锚链连接；
所述两个半圆形兜土板工作时相对组装成筒状并套在吸力式桶形基础外壁上，桶形基础底部设置有与平板锚相匹配的锚板槽口与锚眼槽口，把平板锚卡入桶形基础底部相应槽口固定，平板锚锚眼漏出桶形基础并安装锚链，依靠桶形基础把半圆形兜土板与平板锚贯入至海床设计深度移除，移除后对锚链施加拉力使锚板发生旋转，成对的半圆形兜土板解绑分离开并嵌入海床。
所述的带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于：所述半圆形兜土板采用弧度等于180°的圆弧形钢板加工成半圆筒状，凹面圆弧直径大于桶形基础外径。
所述的带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于：所述平板锚的锚板上两个系泊环之间的距离大于桶形基础外径。
所述的带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于：所述两个半圆形兜土板相对放置，两个半圆形兜土板相对应位置的系泊环通过可解脱的绳索绑定组装成筒状。
本发明的优点是：
1、本发明成对的半圆形兜土板组装在桶形基础的外侧，沉贯过程中其铅锤方向的面积即为圆形板的横截面面积，该面积非常小，从而土体对其产生的阻力非常小，可见增加半圆形兜土板后对整个装置的沉贯阻力影响非常小，与传统平板锚的施工基本无区别。
2、本发明半圆形兜土板与平板锚沉贯至设计深度后，通过对锚链施加拉力使锚板发生旋转，锚板旋转过程中半圆形兜土板通过钢索对锚板进行牵制与约束，有效减小锚板在旋转过程中产生的埋深损失。
3、本发明平板锚在使用过程中发生移动时，外荷载通过钢索传递给半圆形兜土板，半圆形兜土板的位置也发生相应变化，最终使半圆形兜土板沿锚链拉力方向能兜住较大的海床土体，从而大大提高了平板锚的抗拔承载力。
4、本发明结构简单，制作方便，成本较低，能为海上浮动平台、海水养殖网箱等提供较大的锚泊力。
附图说明
图1为传统平板锚施工步骤示意图。
图2为本发明半圆形兜土板的三维结构示意图。
图3为本发明半圆形兜土板的组装示意图。
图4为本发明平板锚的三维结构示意图。
图5为本发明吸力桶的组装示意图。
图6为本发明施工时依靠吸力桶重力下沉接触海床的示意图。
图7为本发明基于吸力桶贯入海床的示意图。
图8为本发明吸力桶移除后的姿态示意图。
图9为本发明的一种工作状态图。
附图标记说明：1、半圆形兜土板；2、系泊环；3、锚板；4、锚柄；5、锚眼；6、桶形基础；7、钢索；8、锚链；9、施工绳索；A、海床面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种带半圆形兜土板的平板锚装置，包括成对的半圆形兜土板1与平板锚；所述的半圆形兜土板1为弧度等于180°的圆弧形钢板，半圆形兜土板1中部与两端的外侧均设置有系泊环2；所述的平板锚由锚板3、锚柄4组成，锚柄4的端部设置有锚眼5，锚板3的上部两端各设置一个系泊环2；所述的半圆形兜土板1与平板锚依靠吸力式桶形基础6贯入海床，桶形基础6的底部设置有与平板锚相匹配的锚板槽口与锚眼槽口，施工时，把平板锚卡入桶形基础6底部相应槽口并进行固定后，用后续可解脱的绳索绑定相邻半圆形兜土板1的系泊环2把成对的半圆形兜土板1组装在桶形基础6的外围组成圆形，用钢索7把同一侧半圆形兜土板1中部的系泊环2与锚板3上的系泊环2固定相连，并把锚链8的一端系泊在锚眼5上，依靠桶形基础6把半圆形兜土板1与平板锚贯入至海床设计深度并移除桶形基础6后，通过对锚链8施加拉力使锚板3发生旋转，成对的半圆形兜土板1之间的绳索解脱断裂，各半圆形兜土板1通过钢索7对锚板3进行牵制与约束，直至锚链8施加的拉力达到设计值时，施工结束，由此形成一种带半圆形兜土板的平板锚装置。
上述提及的“外侧”、“中部”、“底部”、“外围”方位词，是基于所提平板锚施工时的姿态来确定的，如图5～图8所示。说明书中其它地方所提的方位词也按此姿态推定得到。上述方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者构件必须具有特定的方位、构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
半圆形兜土板1为弧度等于180°的圆弧形钢板，半圆形兜土板1外侧的中部与两端均设置有系泊环2，半圆形兜土板1凹面的圆弧直径大于桶形基础6的外径，如图2与图3所示。
平板锚由锚板3、锚柄4组成，锚柄4的端部设置有锚眼5，锚板3的上部两端各设置一个系泊环2；平板锚的锚板3上两个系泊环2之间的距离大于桶形基础6的外径，如图4所示。所提平板锚与传统构型基本相同，只是未设置翼板。一般地，锚板3呈矩形状，其长边大于桶形基础6的外径，在上部长边的两端设置系泊环2。
用后续可解脱的绳索绑定相邻半圆形兜土板1的系泊环2把成对的半圆形兜土板1组装在桶形基础6的外围组成圆形，如图5所示。沉贯过程中其铅锤方向的面积即为圆形固定板的横截面面积，该面积非常小，从而土体对其产生的阻力非常小。因此，增加半圆形兜土板后对整个装置的沉贯阻力影响非常小，与传统平板锚的施工基本无区别。
上述提及的“后续可解脱的绳索”是指其强度最低应满足沉贯过程中固定相邻半圆形兜土板1的需求，使沉贯过程中相邻半圆形兜土板1不会发生松散、分离而使施工无法进行；但其强度不可过大，在锚泊基础后续使用过程中其容易被拉断，从而使相邻半圆形兜土板1处于相互分离、互不影响状态。由于所提平板锚的施工一般在24h内完成，故可选择一种浸水超过24h后强度急剧降低的绳索作为“后续可解脱的绳索”。
桶形基础也称吸力桩(suction pile)，为底端开口、顶端封闭的倒扣大直径钢制圆桶，安装时，首先在预定海域依靠桶体自重使其部分插入土中以形成密闭空间，然后抽出桶内和土体之间的气体与液体，从而使桶体内外形成压力差，逐步压入至海床内预定深度完成安装。平板锚依靠吸力式桶形基础的沉贯作用压入海床至设计深度。依靠桶形基础安装平板锚时，需对桶形基础的底部进行一定的加工与改造，使桶形基础能夹持与固定平板锚。
半圆形兜土板1与锚板3之间通过高强钢索7相连，钢索7属于柔性材料，其只能传递拉力，而不会产生弯矩与剪力等。连接钢索7两端的系泊环2会产生较大的应力集中。各构件的强度应满足各类工况下荷载作用的需要，在恶劣工况下不会发生屈曲与失效。应力集中的部位应采取辅助措施加强设计，避免连接处产生较大的应力集中而屈曲与失效。
本发明的施工过程详细描述如下：
1、组装半圆形兜土板与平板锚；
用后续可解脱的绳索绑定相邻半圆形兜土板1的系泊环2把成对的半圆形兜土板1组装在桶形基础6的外围组成圆形，把平板锚卡入桶形基础6底部相应槽口并进行固定，用钢索7把同一侧半圆形兜土板1的系泊环2与锚板3上的系泊环2固定相连，如图5所示。
2、桶形基础依靠自重下沉接触海床；
把锚链8的一端系泊在锚眼5上，桶形基础6上连接施工绳索9，基于施工绳索9起吊桶形基础6，使其进入海水中并处于铅锤状态，逐渐下放桶形基础6，使其在自重作用下下沉接触海床并压入海床一定深度，如图6所示。
通常，桶形基础6在自重作用下压入海床的深度应大于底部槽口的高度，使桶形基础6的底部被海床土体封住，其内部形成封闭的空间，为后续的抽取空气形成负压提供必要的条件。
3、抽取负压使桶形基础贯入海床至设计深度；
桶形基础6的顶部设置有进出水(气)阀，把连接管与进出水(气)阀固定相连，通过连接管抽出桶形基础内部的空气，形成内外压力差，从而把桶形基础贯入至海床土体中，最终桶形基础底部的半圆形兜土板1与平板锚被压入海床土体至设计深度，如图7所示。
4、移除桶形基础；
待平板锚被压入海床至设计深度后，通过连接管对桶形基础6内部充气，使桶形基础6逐渐上浮，最终起吊、移除桶形基础，桶形基础移除后，仅剩半圆形兜土板1及平板锚在海床土体中，如图8所示。
为了方便桶形基础与半圆形兜土板的分离，可在半圆形兜土板1的内侧涂抹润滑剂。
5、张拉锚链使锚板旋转达到设计要求；
通过对锚链8施加拉力使锚板3发生旋转，锚板3旋转过程中半圆形兜土板1通过钢索7对锚板3进行牵制与约束，直至锚板3与锚链8接近垂直或者施加的拉力达到设计值时，施工结束。
半圆形兜土板与平板锚沉贯至设计深度后，通过对锚链施加拉力使锚板发生旋转，锚板旋转过程中半圆形兜土板通过钢索对锚板进行牵制与约束，有效减小锚板在旋转过程中产生的埋深损失。
平板锚在使用过程中发生移动时，外荷载通过钢索传递给半圆形兜土板，半圆形兜土板的位置也发生相应变化，最终使半圆形兜土板沿钢索方向能兜住较大的海床土体，从而大大提高了平板锚的抗拔承载力。
平板锚的抗拔承载力由锚板与半圆形兜土板与土体的摩擦力、锚板与半圆形兜土板兜住海床土体的重力组成，而半圆形兜土板沿钢索方向能兜住较大的海床土体，故所提基础与传统平板锚相比具有更大的抗拔承载力。
图9给出了本发明一种可能的工作状态图。
各构件及连接处的强度应满足锚板的旋转与使用需求，使其在恶劣工况下不发生屈曲与失效。
本发明整体结构简单，制作方便，成本较低，能为海上浮动平台、海水养殖网箱等提供较大的锚泊力。
附图中仅展示了一对半圆形兜土板的情况，按照所提思路，可以改变兜土板的形状、连接方式，形成其他类型的带兜土板的平板锚，其均属于本技术的等效修改与变更，此处不再赘述。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于，包括平板锚、成对且截面为半圆形的兜土板，平板锚由锚板、锚柄组成，锚柄端部设置有锚眼，锚板上部两端各设置一个系泊环；每个半圆形兜土板外壁中部与两端外侧均设置有系泊环，两个半圆形兜土板外壁中部系泊环分别与锚板上部其中一个系泊环通过锚链连接；
所述两个半圆形兜土板工作时相对组装成筒状并套在吸力式桶形基础外壁上，桶形基础底部设置有与平板锚相匹配的锚板槽口与锚眼槽口，把平板锚卡入桶形基础底部相应槽口固定，平板锚锚眼漏出桶形基础并安装锚链，依靠桶形基础把半圆形兜土板与平板锚贯入至海床设计深度移除，移除后对锚链施加拉力使锚板发生旋转，成对的半圆形兜土板解绑分离开并嵌入海床。
2.根据权利要求1所述的带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于：所述半圆形兜土板采用弧度等于180°的圆弧形钢板加工成半圆筒状，凹面圆弧直径大于桶形基础外径。
3.根据权利要求1所述的带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于：所述平板锚的锚板上两个系泊环之间的距离大于桶形基础外径。
4.根据权利要求1所述的带半圆形兜土板的平板锚装置，其特征在于：所述两个半圆形兜土板相对放置，两个半圆形兜土板相对应位置的系泊环通过可解脱的绳索绑定组装成筒状。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |