CN1613718A - 一种大跨度桁架式海上浮动平台 - Google Patents

Abstract

一种大跨度桁架式海上浮动平台，所述平台主体为桁架结构，所述平台的60％的总体积分布在水平面附近，最大波浪的±1/4幅高以内的空间中；述平台结构的水平线截面包络的最大跨度不小于最大波长的1/4，垂直方向宽度不小于最大波浪波高的2倍：水平面最大波浪的正负1/4幅高以内的结构总体积不大于平台自重等量水体积的2.5倍，不小于1.2倍。提供一种大跨度海上浮动平台减小自重的结构。它既能在作业环境下保持稳定，又能在风暴中确保结构安全，在此前提条件下减小结构自重，降低建造、使用成本。

Description

一种大跨度桁架式海上浮动平台

技术领域

本发明涉及一种海上浮动平台，尤其是一种大跨度海上浮动平台。

技术背景

所谓大跨度平台是指其至少一个方向的跨度大于常规平台的最大跨度，并且以提供大的作业面积和作业空间为主要功能，载重能力相对次要的平台形式。主要可应用于如海上浮动机场、海上大型游乐场等。在现有技术中主要有两种结构型式，一种是箱型板式结构，一种是半潜式结构。

箱型板式结构采用的是偏平的箱型浮体结构，吃水很浅，高度很小，作业跨度和面积很大。其特点是结构简单，自重较轻。目前在日本已建成采用该结构型式的浮动机场。其存在的问题是，不能适应大风浪，必须置于港湾内或修建防波堤，不能保证大风暴时的安全，其应用受到很大限制。

半潜式结构、如美国海上浮动基地在中国的专利申请，公开号CN 1269759A。它采用了石油平台常用的半潜式结构，可在恶劣海况下生存，可満足各种作业需要。其存在的问题是，其主要结构体积集中在距水平面一定深度以下和距水平面相当高度以上的空间，整个平台高度很大，结果是结构庞大而笨重，建造和使用成本很高，在经济上很难作到效费比的合理性。它是用结构的复杂和笨重换取在风浪中的稳定和安全，至今没有付诸实施。

发明内容

本发明的目的即要解决的技术问题是提供一种大跨度海上浮动平台减小自重的结构型式。它既能在作业环境下保持稳定，又能在风暴中确保结构安全，在此前提条件下减小结构自重，降低建造、使用成本。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：

A.平台主体为桁架结构。

B.大于60％的总体积分布在水平面附近，即最大波浪的±1/4幅高以内的空间中，

C.平台结构的水平线截面包络的最大跨度不小于最大波长的1/3，垂直方向宽度不小于最大波浪波高的2倍，

D.水平面附近，即最大波浪的正负1/4幅高以内的结构总体积不大于平台自重等量水体积的2.5倍，不小于1.2倍。

为了便于表述本发明的技术方案，在本发明范围内采用以下术语定义：

a.大跨度平台----指以提供作业场所在水平(纵横)方向的较大分布空间为主要功能的平台。例如，浮动机场的水平分布空间大。作为对比，普通船舶以提供载重量为主要功能。某些客船，要求提供较大的舱室空间，但这些舱室的分布仍比较集中，分布空间并不大；半潜式石油平台甲板高于最大波浪的波峰高度，其作业空间位置高度大，但水平方向空间跨度相对不大。

在本发明范围内，平台的水平线截面包络最大跨度不小于最大波长的1/3，垂直方向宽度不小于最大波浪波高的2倍。

由于水平方向跨度大，并且作业载荷相对不大，因而按水平方向分布空间面积平均的单位面积作业载荷较小。

b.桁架式，桁架结构----桁架式平台指平台的主体结构主要是桁架结构，所谓桁架结构由杆件组成，杆件主要承受纵向力与压力。杆件与平台的浮舱、浮体、可以在结构上相互结合，即，浮体的全部或一部分可以在所述杆件内。

桁架式平台结构通常适用于要求较大作业分布空间的平台，例如座底式平台。

c.最大波长----指平台所在水域最大波浪的波长。

d.最大波浪的幅高----指平台所在水域最大波浪的波高(波峰至波谷的高度差)之半。

e.水平线截面包络----指平台在水平线平面即吃水线平面处截面图形的包络。平面图形的包络均为凸形。

f.最大跨度----指平面图形两点间距离的最大值。

g.垂直方向宽度----以最大跨度方向为直角座标系的Y轴方向，则与之垂直的方向为X方向即宽度方向。平台在该方向的宽度指X轴正向座标最大值与负向座标的绝对值的最大值之和。

h.作业载荷----指平台作业引起的载荷变动。

i.平台的结构体积及总体积一-结构体积指结构实体与封闭空间的体积之和，总体积指平台的全部结构体积。

j.总浮力----总体积与自重的等量水体积之差。

这里说明本发明的上述技术方案的有益效果。

技术方案的措施A桁架结构，是现有技术中在大空间内布置作业位置的常用结构。如果用普通船舶结构充满整个大空间，而作业载荷并不大，为了抵抗风暴，必定不必要地极端笨重，而桁架结构则相对地较轻。

措施B总体积的主要部分即60％分布在水平面附近，即接近于作业环境中的普通波浪的波峰波谷变动范围内，使平台在作业状态下保持必要的平稳性；同时，平台在此范围之外的体积不大，只占40％以下，因而风浪对它的作用较小，可以减小不必要的风浪载荷，从而减小结构自重。

措施C跨度安排，最大跨度不小于最大波长的1/3，因而超过作业时的最大波长，使平台在作业时比较平稳。在作业时，将平台的最大跨度方向调整到接近于波浪方向，则宽度方向与波浪方向垂直。即使平台宽度小于作业环境波浪的波长，也可以大大减小平台在该宽度方向由波浪引起的摆动。

在风暴中，平台在长度方向的跨度使平台确保在该方向不倾复；在宽度方向上，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台倾复。

请注意，本发明的目的要求作业时平稳，风暴中可以不平稳，但必须安全。所以对措施C的效果分析与发明目的一致。

措施D水平面附近结构体积不大于平台自重等量水体积的2.5倍，其效果是减小不必要的储备浮力，以利于减小平台自重；该部分体积不小于自重水体积的1.2倍，确保至少有0。2倍的储备浮力，使平台作业时具有必要的稳定性。

综上所述，本发明的技术方案在保证作业环境下稳定和风暴中安全前提下可以使自重减小。由于自重减小，平台的排水量及储备浮力都可以减小，因而平台的总体积可以减小。它又导致进一步减小风浪作用于平台的载荷，从而进一步减小平台的结构自重。

由于自重减小，制造费用可以降低。自重减小使平台惯性减小，自重减小使平台体积减小，惯性减小与体积减小都有利于减小平台防漂移的作用力，可以降低锚泊式防漂移装置的强度要求，减小动力式防漂移装置的功率消耗，从而进一步降低平台的建造费用成使用费用。

附图说明

图1。浮动机场跑道全貌

图2。横截面图

图3。镂空甲板局部示意

图4。图3之L-L剖视

图5。图3之K-K剖视

实施方式

以下结合附图说明本发明的一种实用例。，

图1及2表示一种大跨度桁架式海上浮动平台，其设计用途为海上浮动机场跑道及停机坪。所述平台主体1为桁架结构，因此符合本发明技术方案中措施A的要求。

本平台具有4个平行排列位于水面的浮舱2、桁架的杆件3、上层飞行甲板4。浮舱2同时也是桁架的杆件。

平台甲板长度为300米、宽度为75米，浮舱2为直径4米，长300米的筒状结构。单个浮舱体积约3800立方米，浮舱合计体积约15200立方米，浮舱以外的桁架杆及甲板结构的全部体积约1000立方米，平台的总体积约16000立方米，平台自重约为8000吨，吃水线在浮舱高度1/2附近。飞行甲板4距水平面12米。

平台设计极限环境最大海浪为波高28米、即幅高14米，波长600米。可作业环境海况为蒲氏7级以下，相应波高4米以下，波长100米以下。

浮舱2位于水平线正负2米范围内，而最大波幅28米的1/4为3.5米。浮舱合计体积为平台的总体积的15000/16000即94％，大于60％。可见平台符合本发明技术方案中措施B的要求：平台的大于60％的总体积分布在水平面附近、最大波浪的±1/4幅高以内的空间中。

平台结构的水平线截面包络为宽60米、长300米的矩形，最大跨度约300米，不小于最大波长600米的1/3即200米，垂直方向宽度60米不小于最大波高28米的2倍即56米。可见平台符合本发明技术方案中措施C的要求：平台结构的水平线截面包络的最大跨度不小于最大波长的1/3，垂直方向宽度不小于最大波浪波高的2倍。

水平面最大波浪的±1/4幅高以内即±3.5米之内(图2之T区域)的结构体积不大于平台总体积16000立方米，而平台自重等量水体积8000立方米的2.5倍为20000立方米。该结构总体积不小于浮舱2的合计体积15000立方米，而平台自重等量水体积8000立方米的1.2倍为9600立方米。因此，平台符合本发明技术方案中措施D的要求：水平面附近，即最大波浪的正负1/4幅高以内的结构总体积不大于平台自重等量水体积的2.5倍，不小于1.2倍。

以上平台结构的有益效果前面已经说明，在此不再赘述。

为了进一步减小恶劣环境风浪对平台结构的作用力载荷，特别是波浪的波峰超过浮舱上边沿高度后作用在桁架杆件的风浪载荷(包括波浪静压即浮力变动引起的弯矩、剪力、扭矩，以及风力及波浪动压作用)，本发明还提出，平台在最大波浪的幅高(图2所示H)以下至1/4幅高以上的空间范围内，相当于图2所示S区域内，结构体积不大于平台总体积的20％。该范围内空间体积很大而结构体积很小，并且除可能有的甲板外其结构主要是桁架的杆件，因而其表面积及投影面积的总量也不大，分布相当稀疏，其风阻和浪阻相对于其它结构形式要小。进一步减小风浪载荷有利于进一步减小结构自重。实施例该部分结构体积不超过1000立方米，该部分空间长300米，宽60米，高(12-3.5＝)8.5米，约15万立方米，每立方米空间只有结构体积0.0067立方米。

储备浮力通常有利于抗沉性和稳性，但它也导致在风浪中结构要承受大的载荷。因此本发明进步限定所述平台结构的总体积不大于自重等量水体积的2.5倍。附加了这个条件，可以进一步限制储备浮力的数量。

本发明的平台结构型式有很大的跨度，因而容易使稳心很高，不大的储备浮力即可得到足够大的稳定力矩。由于在风暴中本平台的飞机等作业载荷都已撤离，原有的为作业载荷准备的储备浮力在风暴环境中可以适当放弃，使平台处于临界半潜状态，在适当场合下，这也是进一步减小风暴作用的一种有用措施。为此，要求所述浮舱具有变浮力结构，在适当设计条件下，可以使其浮力减小量不大于平台最大总浮力的80％。也就是说储备浮力的减小量可以达到80％，还剩余原有量的20％。具体变浮力结构可采用潜水器常用的结构，它不是本发明的内容，在此不详述。

由于本平台甲板面积很大，在风暴中将产生巨大的空气升力载荷，和很大的波浪砰击载荷。针对此类情形，本发明提出可采用镂空甲板，所述镂空甲板的镂空率不小于50％。本实施例甲板采用建筑钢结构领域的现有技术如图3至图5示，其结构10由5毫米厚，30毫米宽的钢板条11纵向平行排列，板条的宽度方向为直立方向，上下有钢条12联接成网格，形成多孔结构，方孔边长30毫米，孔中心距35毫米，镂空率达到73％。

由于风暴达到一定级别，飞行作业就不能正常进行，飞机应该撤离，同时由于采用了镂空甲板，浪上甲板对结构不再危险，本发明进一步提出，平台甲板可以低于最大波浪的幅高，即，甲板的大部分，按面积计算80％以上，距水平面高度不大于最大波浪的幅高。这样做有利于减小平台主体结构的基本高度，它可使平台结构的总重量进一步减轻。本实施例飞行甲板4的全部高度为12米，比最大幅高低2米。作为对比，石油平台甲板不但高于最大波浪的波峰，而且还要留有裕量，由此直接、间接引起平台自重的增加。对于不能接触海浪又不易撤离的设备和人员，本实施例还有二层甲板5(见图1及2)，其高度为18米，面积为200平方米，占甲板总面积的1％，布置有安置设备和人员的舱室。本机场跑道及停机坪的相当大一部分配套设备及后勤舱室设置在与所述平台配套的船舶上将更具合理性，因而平台上无需配置过多复杂的技术设备和大量的人员，平台技术的难度将大大降低。

由于本实施例长度仅300米，只能适合垂直起降飞机和极少数短距离起降飞机起飞，着陆还需拦阻设备。为此可将多个上述平台端部连接成上千米的飞机跑道，以适应常规飞机正常起降。

本实施例描述的具体细节对发明的技术措施不具有限制作用。

Claims (13)

1.一种大跨度桁架式海上浮动平台，所述平台主体为桁架结构，其特征是，

a.所述平台的大于60％的总体积分布在水平面附近，最大波浪的±1/4幅高以内的空间中；

b.所述平台结构的水平线截面包络的最大跨度不小于最大波长的1/3，垂直方向宽度不小于最大波浪波高的2倍：

c.水平面最大波浪的正负1/4幅高以内的结构总体积不大于平台自重等量水体积的2.5倍，不小于1.2倍。

2.如权利要求1所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述平台在最大波浪的幅高以下至1/4幅高以上的空间范围内，结构体积不大于平台总体积的20％。

3.如权利要求1所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述平台结构的总体积不大于自重等量水体积的2.5倍。

4.如权利要求2所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述平台结构的总体积不大于自重等量水体积的2.5倍。

5.如权利要求1至4中之任一项所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述浮体为可变浮力结构，其浮力减小量不大于浮体最大总浮力的80％。

6.如权利要求1至4所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述平台具有若干甲板，所述甲板按面积计算80％以上距水平面高度不大于最大波浪的幅高。

7.如权利要求5所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述平台具有若干甲板，所述甲板按面积计算80％以上距水平面高度不大于最大波浪的幅高。

8.如权利要求6所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述甲板为镂空结构，镂空率不小于50％。

9.如权利要求7所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述甲板为镂空结构，镂空率不小于50％。

10.如权利要求8所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述甲板适合于作为飞机起降的跑道及停机坪。

11.如权利要求9所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述甲板适合于作为飞机起降的跑道及停机坪。

12.如权利要求10所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述跑道及停机坪的一部分配套设备及后勤舱室设置在与所述平台配套的船舶上。

13.如权利要求11所述的大跨度桁架式海上浮动平台，其特征是，所述跑道及停机坪的一部分配套设备及后勤舱室设置在与所述平台配套的船舶上。

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