CN1745015A - 船结构和船舶中的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船舶，诸如船、漂浮平台等，其整体或者部分包括层状结构，并且所述层状结构包括两个基本平行的金属板，在它们之间具有混凝土层，混凝土的密度明显小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米左右，层状结构的尺寸是这样设置的，即，该结构中的混凝土层可基本上不承受张力但能够承受压缩力和支撑金属板。本发明还涉及用于改进现有结构的承载能力的方法，以及改进的波纹结构。本发明还包括层状结构模块，用于制造模块的元件，以及根据本发明的层状结构的制造方法。

Description

船结构和船舶中的结构
本发明涉及船舶、用于船舶中的层状结构、层状结构模块、用于获得层状结构模块的元件、制造层状结构的方法和用于提高现有加强板结构、波纹结构和通常用于船舶中的结构的强度和承载能力的方法。
当代的大多数商船和军用船舶，除了快速行驶表面效应的船只以外，具有纯由钢板制成的船体。钢板具有两个主要功能，即用作对于海洋的水密封膜从而提供浮力，第二，提供装载环境荷载和货物荷载、其他功能荷载等所需的强度能力。结构钢可具有很高的强度；但，难以充分开发强度能力，这是由于薄钢板可遭受压缩翘曲。提高钢板的翘曲能力的传统方式是使得板与梁和框架相连并且在一个或者两个方向连接加强筋作为板域栅格加强。高应力角部和其他细节通常利用附加的加固或者支撑元件加强。对于在装载在船中的货物之间形成隔壁的舱壁，一种可替代的加强原理是，形成镀有沟道型波纹的壁，从而提高承载能力和对横向荷载的加强。但是，必须认识的是，即使对于横向荷载，波纹板也可表现出严重的翘曲形式。
观察一种典型的钢船设计，人们容易受到船的复杂性和构成船的复杂性和许多不同的结构件的影响。事实上，对于大船，可能有多达100000块钢件焊接在一起形成船体结构。这种复杂性不仅是切割许多钢件和将它们装配在一起，而且更重要的是，这意味着必须进行特别大的昂贵的焊接工作。在板和加强件之间的焊缝也是疲劳和断裂的临界区域。这些焊缝，除了普通腐蚀以外，是决定船的使用寿命的主要因素。
对于船体结构的另一个重要的设计考虑因素是它们承受极端和偶然荷载的能力。对于这方面，三个问题是特别重要的，即，从偶然荷载吸收能量的能力、通过结构冗余的荷载的重新分布的能力以及在受损状态下保持水和货物密封性的能力。近年来，为此已经引入了新的国家和国际规则。例如，双船体设计，在油箱和海之间的双隔层，对于新的油船是强制性的。当然，存在附加的与大多数这些新的船体要求相关的钢的使用和费用，但是，这是安全性和改善环境性能要求的代价。
如上所述的那些新的手段也可具有解决将在第一位置处理的问题之外的暗示。在双船体中的表层之间的开口空间通常用于存储压舱水或者燃料。这些具有板域栅格强化的空间通常难以检查和清洁。这具有检测和修补损坏的暗示以及它可是污染压舱水的源。
存在能够达到提高安全性和环境性能的可选择的多种方式，包括提高强度、耐腐蚀性能、减小可能引发断裂的应力集中、减小对暴露表面的腐蚀、更好地清洁舱室等。例如，已知的是，较轻和坚固的板结构或者结构件可通过复合或者“夹心”板构造来实现。复合板和壳体在航空领域大量使用，特别具有用于表层中的纤维加强塑料以及泡沫或“蜂巢”芯材料。
复合船体和板格也已经用于船。例如，具有泡沫塑料芯或者弹性体的玻璃纤维强化塑料表层已经用于小型和中型高速轻型船舶的船体结构中。另外，已经开发了包括带有内置弹性体芯的钢表层的预制板格系统，其中板格可沿着由钢制成的特制边框被焊接在一起。复合板已经用作船内部中的隔壁、地板和车辆甲板。但是，目前的规则，诸如SOLAS，可能阻止诸如塑料的高燃烧性材料用于大型客轮中。另外，以这样的一种方式制造大船可能是相当昂贵的并且可表现出超出正常可接受的变形。另一个关于船体的塑料表层和泡沫设计的公知的问题是，在高强度表面加载的过程中，具有“分层”的趋势，即，表层和芯之间的分离。这可严重损害承载能力和船体的整体性。
从上述内容中可以明显的看出，塑料表层-芯复合结构对于建造大型船体不是直接有吸引力的。但是，复合板设计在理论上和结构方面是很有效的。
现有船体结构存在的另一个问题是，来自于世界散装货船队的大量操作经验表明，波纹舱壁可能是散装船的总安全性能的弱的环节。已经具有许多较旧的船的损失的案例，其中已经怀疑，在水进入货舱后，舱壁塌陷导致舱壁快速断裂和船沉没。因此，能够提供强化现有的散装船以及其他类型的商船的有效和成本高效的方式是很重要的。
早期，已经提出了许多方案来建造其中船体的主要部分包括混凝土和金属板的海洋船舶。US1240129中给出了这样的一个示例。在该示例中，具有外部、中间和内部金属板，混凝土被充填在内部金属板和中间金属板之间。使用混凝土的唯一技术要求是，它最好具有这样一种稠度，即，使其可被浇注到两个金属板之间的空间中。
还由其他的关于混凝土用于海洋船舶中的应用。
另一个示例是如在美国专利US5741571中描述的船用的双表层复合板。该双表层板包括被多个横向构件连接在一起的两个钢制面对的板。诸如混凝土的充填材料接着被引入到在面对的板之间的空间中。利用横向构件使得面对的板被预制紧固在一起并且在没有充填混凝土的情况下输送到建造地点。利用特定的机械装置使得这些板被放置在一起。在面对的板组装后将混凝土浇注到面对的板之间的间隙中。关于混凝土性能不设定任何要求。特别注意的是，建议该双表层板用于半潜式船的圆形支腿、抽水罩形锚桩或者潜管隧道。使用该系统的意见是面对的板在被运输到建造地点时的轻重量和它们为构造提供的强度。应该注意的是，这种概念所用的典型混凝土可是标准的或者是普通的混凝土或者在特定的情况下使用轻重量混凝土，诸如在北海近海使用，该混凝土的重量为1900千克/立方米。
混凝土也已经用于关于海上结构的其他目的。一种应用涉及船体强化。在公开文献SU1646944中给出了这样一个示例，其中在金属船体上使用水泥粘接剂层，一螺旋钢丝网层被埋在充填混凝土层中，充填混凝土层是由另一层强化网限定的，在强化网顶部具有水泥涂层。US6009821给出了强化船体的另一个示例，其中油船的船体设有双船体，通过在油舱或者货舱底部分配和紧实砂子而基本上不需要内部的钢结构支撑件，在砂子上施加一层加强混凝土，将钢板放置在固化的混凝土的表面上并且将板的邻接边焊接到船体上。该示例仅可有效地用于船体的底部，并且没有给出关于舱壁或者侧壁和甲板结构的解决方案。这些工序还包括几个步骤，因此在执行时工作量很大。
或多或少相当于这些的一种方法被描述在FR2478015中。它描述的是，混凝土被施加在金属板与水接触的区域应该被修补或者改善。混凝土最好具有小于1的比重并且被施加在5和45厘米之间的层中。混凝土层可加强并且除了混凝土以外可施加另一个密封层。
除了混凝土以外的材料也已经用于强化现有的船结构。例如，已经利用加强筋系统使得内甲板被强化，其中由钢制成的上盖板的空隙空间中充填弹性体。
这些已知的解决方案是用于修补和改善现有的船的结构，现有的船已经具有钢结构，所述钢结构可能根据船所遭受的作用力来设定尺寸。在这些解决方案中使用的钢板和混凝土的要求将与本发明的要求大不相同，在本发明中，整个船体或者船的部件是逐步建造的并且利用小和大结构模块组装的，并且具有层状结构甚至蜂窝状结构。
本发明的主要目的是实现一种建造具有层状结构的船舶的整体或者部分、适用于船舶或者其他构造的层状结构以及这种复合结构的制造方法，这可与常规船舶设计竞争。
本发明的另一个主要目的是提供一种船舶，其中例如船体的不同部分具有强度和硬度性能，与常规单和双表层船体设计相比，在诸如爆炸、碰撞和搁浅的偶然加载的情况下能够提高整体性和总体性能，并且提供一种比普通船只在抗破坏方面安全性更强的船。另一个目的是提供一种例如用于船的层状结构，所述船与普通的单船体船甚至普通双船体船相比已经提高了环境性能。这涉及完整性和防止受损货物或者燃料泄漏的性能以及在船结构中可处理压舱水的方式。
另一个目的是提供用于船中的层状结构，所述层状结构最好用作减小总暴露表面区域以使其变得光滑并且具有最小的角部和连接部的装置，从而使得排空、清洁和维护变得更容易、更有效，从而费用较低。由此还减小了需要腐蚀保护的总区域。另一个目的是提供一种用于船的层状结构，该层状结构具有好的隔火性能和总的增强的火性能，并且在减小噪声和振动方面具有良好的性能。
另一个目的是开发一种可用于设计整船的层状结构，该船的经济性可与常规钢船竞争并且提高在海中的安全性。为了实现具有必需强度和硬度性能的层状结构，同时使用很少的钢，并且另一个目的是与用于船的等同钢结构同样轻或者比其更轻。最后一个目的是实现一种比常规船更不易疲劳断裂的船，从而降低维护和修补的需要，并且提高设计寿命。
本发明的另一个目的是，使用与本发明相同的原理实现一种以各种构造形式提高现有的结构的承载能力。一种结构的一个示例是包括外船体、舱壁和甲板结构的船舶或者船。另一个目的是实现船中的强化的波纹板、强化的舱壁或其他类型的壳或者板结构。
这些目的是由本发明实现的，如在下面的权利要求中限定的。
本发明涉及一种船舶，诸如船、漂浮平台等，其整体或者部分包括层状结构，并且所述层状结构包括两个基本平行的金属板，在它们之间具有混凝土层，混凝土的密度明显小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米，层状结构的尺寸是这样设置的，即，该结构中的混凝土层基本上不承受张力但能够承受压缩力。
船舶可是任何类型和尺寸的船，例如散装货船、油船或者集装箱船或者驳船或者其他类型的船。船舶也可是具有或者没有推进装置、其他航海结构或者大型漂浮、固定结构的半潜式平台。船舶可整体上由本发明所涉及的层状结构建造或者船舶的部分可包括层状结构，例如船体和舱壁可包括层状结构，但斜边舱和翼舱可由与层状结构船体和舱壁相连的钢板形成。
另一种可能性是仅外船体具有层状结构或者仅部分船体具有层状结构，例如围绕轮机舱的部分。层状结构包括两个金属板，在它们之间具有混凝土层。在混凝土层中的混凝土可表示为超轻重量混凝土(ULWC)，当它的密度小于1200千克/立方米，它是重量通常为2300至2500千克/立方米的普通混凝土的密度的一半。在层状结构中的混凝土层是，当设定层状结构的尺寸时，假设不能承受大的张力，并且能在层状结构中传递所有垂直的压力。
层状结构的外层可由分级协会或者其他适合的权威部门批准的用于船应用的任何类型的金属制成。这包括由诸如最小屈服应力为235Mpa的“普通强度钢”(NS)、最小屈服应力为265Mpa至390Mpa并包括390Mpa的“高强度钢”(HS)和最小屈服应力为420Mpa至690Mpa并包括690Mpa的“超高强度钢”(EHS)的钢质量制成的典型船板。存在落在这些钢质量分类内大量的特定钢号。诸如奥氏体和二相不锈钢的特殊合金也可使用。另外，对于在船中的特定应用，人们可使用在一面或者两面上包括连续和整体粘合的基底金属和较薄的层(包覆金属)的所谓的包层钢板。诸如铝和钛的其他金属也可使用，只要它们表现出与轻重量混凝土芯材料的结构和化学性能充分相容即可。
芯材料，混凝土层，包括表现出适于本发明的适当的机械、化学和其他功能性能的材料。优选的材料是重量小于通常重量为2300至2500千克/立方米的普通混凝土的重量的一半的超轻重量混凝土(ULWC)，即，密度小于1200千克/立方米的ULWC通常应该是所希望的。应该注意的是，超轻重量混凝土与先前例如已经用于北海中的近海结构的轻重量混凝土大不相同，轻重量混凝土的重量约为1900千克/立方米。
ULWC的成分与普通混凝土大不相同。为了制造这样的混凝土，人们可在混凝土混合料中使用轻重量混凝料，诸如膨胀页岩、粘土、蛭石、浮石(泡沫火山岩)、熔渣、泡沫玻璃、泡沫塑料等。市场上可获得多种类型的轻重量混凝料。或者，可添加特定的化学物品以在混凝土混合料中获得大量的空气或者气体气泡。也可使用轻重量混凝料和空气或者气体气泡的组合。人们还可添加各种类型的强化纤维以提高混凝土的展延性和抗拉强度。
为了获得良好结构的混凝土，很低重量是很需要的。用于本发明的一系列这样的混凝土已经被开发和测试。混合设计包括水、各种类型的水泥、硅石、石灰石屑填料、诸如“Liaver”、“Poraver”、“Perlite”、“Leca”的混凝料以及各种类型化学添加剂。作为一个示例，这些类型的混凝土的一种在特性上具有905千克/立方米的新拌混凝土密度、14.5Mpa的抗压试验用立方试件强度、2.6Mpa的张裂拉力强度和大约6000Mpa的杨氏模量(E模量)。这表明可获得具有足以用于本发明的强度的超轻重量混凝土。同一种混合还具有用于放置在复合板结构中的良好可用性。
本发明还包括一种用于提高现有结构的承载能力的方法。现有结构指的是用于诸如船或者船舶的构造中的结构，例如船体、甲板或者舱壁或者例如用于所用的结构的承载能力应该被提高的构造中的加强板的其他结构。对于现有结构，人们还考虑诸如还没用于构造中的板的准备制造的结构，但在它们用于构造中之前该结构的承载能力应该被提高。提高的承载能力包括几个功能，例如总体强度、提高承受横向压力或者点载荷、高硬度等的能力。用于充填由于使得另一个板件连接到现有结构而形成的空隙的混凝土是一种具有足够强度和适合的密度的混凝土。对于诸如船的重量敏感性结构，最好使用远比普通混凝土和轻重量混凝土更轻的特别开发的混凝土。
本发明的强度和结构整体性不仅取决于金属和混凝土的性能，而且还取决于这些材料之间的交互性能。对于普通钢船，强度的主要部分来自于钢的承载能力。在两个表面处将大多数金属放在层状结构中是一种提供结构弯曲硬度和防止部件翘曲的最佳方案。尽管混凝土实际上具有一些抗拉强度，并且事实上被测试的超轻重量混凝土的抗拉强度和压缩强度之间的比率已经被证实高于普通混凝土，对于设计和尺寸设定，应该保守地假设，混凝土不承受有效张力。但是，在复合板和壁中的混凝土还具有几个重要功能：
a.为总结构提供压缩强度和硬度；
b.支撑表面钢板不翘曲；
c.为复合板提供一系列其他功能性特性，诸如在灾难载荷下吸收能量、防火、结构减震等的能力。
为了提高混凝土层的结构强度，可在混凝土混料中添加纤维。纤维的长度、密度和方向可适于特定应用。
用于总结构的混凝土的压缩强度和硬度能力的应用很简单，只要变形和应力被保持在由适合的设计规范(Eurocode等)设定的要求内即可。
支撑表面钢板不翘曲的功能也是很重要的。应该采用一种保守的手段；即，实际设计不应该依赖于在混凝土和金属之间的全粘合。通过在适合位置中和在它们之间的适合间隔在层状结构中的板之间的连接器和/或从一个板进入混凝土层中的榫钉可防止分离和表面板向外翘曲。混凝土在这些锚固点处提供防止转动的支撑以使表面板的夹持在这些点处基本上为“固定”状态，从而提高表面板的翘曲能力。可利用适合的设计公式来计算具有这样的固定点的表面板的翘曲能力，从而确保对于所有设计条件具有足够的防止翘曲断裂的能力。在这方面，还应该注意的是，这样被固定的表面板具有很大的后翘曲(post-buckling)，保留有助于总安全性概念的承载能力。还应该注意的是，在本发明的实施中，表面板将在特定位置处被连续焊接到焊接板上，从而确保直线固定和防止分层。
在金属板之间的空间充填有混凝土的层状结构的一个主要优点是，导致许多海难的翘曲断裂不再是最临界的断裂模式。具有本发明所涉及的层状结构的船体梁可被制造得更坚固，因此变得与根据Post Derbyshire要求设计的坚固舱盖结构更相容。这为船结构的不同部分提供更均匀的硬度。该设计提高与爆炸、碰撞和搁浅有关的性能，这是由于混凝土对于能量吸收和接触作用力的分布是好的阻挡层。坚固舱壁和可能的双底结构减小货物搬运设备对该结构的局部损伤。
通过特定设计的分析和实验室测试可说明和证明该复合结构的其他重要功能性特性。
当在一种构造中的现有结构根据本发明被提高时，诸如由箱形梁、支撑座、隅撑或者类似的装置形成的空隙的该构造的其他部分在承载能力方面也被提高以提高该构造的整体性能。
为了保证由于连接板件而形成的空隙整体充填有混凝土，混凝土通过一个或者多个通路被充填到空隙中并且在该空隙的垂直最高部分附近存在一个或者多个孔。通过充填该空隙直至混凝土存在于垂直最高部分附近的孔中，人们可很肯定地说，空隙被抽空空气并且完全充填有混凝土。在板元件被连接到现有结构上后，或者作为连接板件的结果或者它可是在板件或者现有结构中的预先钻出的孔，可制造到该空隙的孔。
根据现有结构的使用和形式，其他板件可与板的一面或者两面相连。
现有结构可是一个强化的结构以及由于连接板件而形成的间隙可具有几种形式，例如在一个或者几个方向上是纵向的。现有结构也可是波纹的，具有交替的基本上平行的脊和沟槽。当以横截面观察现有技术时，脊和沟槽可形成有锐角、圆形弯角或者更多四边形形式。现有结构的仅一部分是波纹的也是可以的。另一种选择是在纵向的加强板或者沟槽仅在现有结构的一部分上延伸。例如，这可是用于舱壁的情况，其中舱壁的传统的顶部和底部被做成具有基本上平行于舱壁和船体或者甲板延伸的内部空隙的所谓钢结构，而中部是具有沿着基本上垂直的方向延伸的沟槽的波纹板结构。
本发明还包括改进的波纹板，在其一面或者两面上通过焊接或者以另一种方式紧固而连接到波纹板的脊部以使板件覆盖至少一个沟槽并且形成空隙。该空隙充填有密度明显小于普通混凝土的混凝土，其密度最好小于1200千克/立方米。对于在一个面上的所有沟槽，这样做能够形成原始波纹结构的光滑表面。例如这可对用于舱壁中的波纹结构是有利的，这是由于货架应该以最佳可能方式被清空并且可必须被很好清洁，这是由于不同货物应该被在同一货架中运输。
本发明还覆盖具有根据改进现有结构的方法得到的具有提高的强度和承载能力的例如舱壁、侧壁、底部结构等的船中结构。
在需要增大在金属和混凝土之间的粘合的情况下，面向混凝土层的金属板的表面在表面上可具有大的粗糙度，利用粗糙化或者粘接剂层处理，装有榫钉，或者具有这些不同装置的组合。
榫钉可具有几种形式并且可仅进入到混凝土层中小的距离或者它们可基本上进入到混凝土层的另一面。榫钉可被焊接、栓接或者以其他方式胶接或者紧固在金属板的表面上。
在层状结构中的金属板之间，连接器可用于其中。连接器的目的是传递在层状结构中的金属板之间的荷载，并且它们还用作层状结构中的增强。连接器可采用点连接器的形式或者它可在一个或者多个方向上具有延伸部分，例如，板梁或者连接板。最好，在层状结构中具有采用梁的形式的连接器在一个方向上与在梁之间的点连接器结合。连接器、点连接器或者梁的类型和数量将取决于层状结构的特定应用，与舱壁相比，对于船体在例如防翘曲的强度方面具有不同的要求。
层状结构混凝土层可包括封闭的通道元件。这些通道元件一般在两端是开口的并且具有内部空隙。与结构的其他部分一起，它们可形成封闭的空隙，一种箱，这里也被表示为“梁箱(spar-boxes)”。通道元件被包括在混凝土层中以增加层状结构的总强度并且还减小层状结构的重量。利用定位架(spacer)使得通道元件与在层状结构中的相邻金属板相连。定位架可具有几种形式，类似I梁、U形钩或者其他，并且它们可被焊接、滑动、栓接或者卡在与通道元件和金属板的固定连接中。定位架作为荷载的转移的元件具有几种功能，诸如防止表面金属板翘曲、转移剪切力，并且在制造过程中能够将最终的梁箱固定在适当的位置。侧壁(与表层垂直的方向)也可被延伸以使它们可被焊接到表层，从而为表层提供直接连接和支撑。
通道元件的开口端部可在层状结构的端部中的相邻金属壁或者在层状结构中的梁相连。通过将通道元件焊接到例如梁上来实现连接，接着形成封闭的梁箱。该梁箱通常是封闭的，但可具有通向空隙的通路以使梁箱可用作维护井或者检查井、水或者燃料或者其他液体的存储或者类似物。
在设计新的船或者更换现有船的部分时，人们例如可设计具有本发明所涉及的层状结构的舱壁，同时在层状结构中设定梁箱的尺寸以使它们可用作具有所需安全性的压舱水的舱室和通过管道的通路并且也可用作人工通路。在其他情况中，用于船的一部分的层状结构可被这样设计，即，使得层状结构中的梁箱可用作燃料舱。
层状结构通常是由用于造船的普通牌号钢的金属板制成的。如上所述，在一些情况下，在货架或者舱甚至梁箱中的被运输的内容物是一种侵蚀或者腐蚀普通钢的物质。在这种情况下，层状结构可包括可更抵抗被运输的材料的不同材料的外层。例如，如果被运输的材料是高腐蚀性的，那么层状结构可包括不锈钢外层。对于本发明所涉及的货架或者罐，这在经济上是可行的，这是由于货架具有光滑的面，因此覆盖货架的不锈钢量将是最少的。通过涂或者施加适合材料的保护层来保护钢的其他方式也可被采用。
关于制造、使用和维护，与例如在散装货轮中的普通钢结构相比，有几个因素将受到用于船的整体或者部分的本发明所涉及的层状结构影响。与常规的双船体钢船相比，利用本发明所涉及的层状结构使得船体结构的焊接量减小高达50％。船体结构可由较少的块建造并且可预先制造较大百分比的块。
已经进行了大量的工作验证本发明的可行性。这包括所谓的Panmax型散装货轮的设计和分析。分级协会(ClassificationSociety)的所有主要装载和设计要求在该验证中已经被考虑。利用大量的混凝土和钢的有限元模型进行数学分析。研究已经证明，根据本发明建造的船比常规的船少使用钢和焊缝。另外，已经表明，这样的船的重量甚至可等于或者小于常规类型的等同双船体钢船。根据本发明设计和建造的船还具有大量其他优越性能，包括价格竞争。
一个主要的优点是，在散装货轮、集装箱船、油船或者装气或者化学物质的货船或者其他类型的货船中利用光滑表面和最少的角部实现货舱，这是因为人们可利用本发明所涉及的层状结构来实现。光滑面允许容易、更快速和更有利于环境的清洁，这为减少使用化学品、工作时间和船的停工时间提供经济利益，至少由于清洁操作导致的。光滑的货舱可为货物和压舱水使用同一货舱提供可能性，这是由于清洁可适当地进行。舱壁和船体等的光滑面也减小了有关维护的费用，这是由于为保护不受腐蚀而需要涂覆的区域减小，也由于暴露在腐蚀中的区域减小和在检查和维护工序中需要被检查的区域减小。
本发明所涉及的层状结构在着火的情况下提供改进的性能，这是由于混凝土具有良好的防火能力。人们可将船上所需的管插在层状结构的混凝土层中或者插在混凝土结构中的空隙中从而避免、防止或者至少限制腐蚀和增强防火。
如上所述，本发明所涉及的层状结构可包括具有两个金属板和重量最好小于1200千克/立方米的混凝土夹层的紧实的层状结构。该结构本身可被认为与双船体结构类似，这是由于层状结构在结构上具有两个金属板，另外具有对于碰撞和搁浅性能很重要的芯材料。
本发明还包括例如用于诸如船、漂浮平台或者类似构造或者其他构造的船舶中的层状结构模块。该层状结构模块根据如权利要求2-12所述的层状结构，并且由厚度基本上等于模块厚度的至少两个较小的元件构成，另外所述元件可包括在两个金属板之间延伸的连接器或者延伸的连接板连接器。较小的元件可具有等于模块长度的长度以及宽度基本上等于模块中的具有垂直于第一长度的其他长度的一部分。为了形成船的整体或者一部分，具有不同或者类似形状的几个模块可被放置在一起。一些模块首先可被组装在一起，接着模块被连接以形成另一种水平的模块，所述另一种水平的模块又与其他模块的组合连接在一起形成另一种水平的模块。
另外，本发明还包括一种用于获得层状结构模块的元件，其中该元件包括两个基本上平行的金属板，在它们之间具有混凝土层，混凝土的密度基本小于普通混凝土，最好小于1200千克/立方米左右。该元件具有一定长度、宽度和厚度，其中厚度和长度基本上对应于层状结构模块，宽度值对应于层状结构模块的一部分。在一个实施例中，该元件具有在至少一个边缘上的在混凝土层中的开口的通道元件，基本上平行于金属板。当两个元件接合在一起时，该通道元件形成在混凝土层中的封闭的通道元件的至少一部分。
本发明还包括关于层状结构的构造方法。当在建造诸如船、漂浮平台等的船舶的整体或者一部分中制造层状结构时，一种方法可包括两个基本上平行的金属板的使用，其中金属板以所需距离设置位置，并且在这两个板之间注入混凝土夹层，混凝土的密度小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米左右。
用于形成建造海洋船舶的整体或者一部分的层状结构的元件的制造方法使用成对的基本上平行的金属板，其中金属板以所需距离设置位置，并且在这两个板之间注入混凝土夹层，混凝土的密度小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米左右，接着使得混凝土夹层固化。其一个优选实施例包括在注入混凝土之前，将开口的通道元件连接在两个金属板之间的孔的中心位置中的所述元件的至少一个边缘上。
在下面的描述中，将利用具体示例和参照附图对本发明进行说明，在附图中：
图1示出了部分利用本发明所涉及的层状结构建造的船，其中部分船体被去除以示出本发明；
图2示出了图1的船的细节；
图3a-3c示出了船的三种不同实施例的截面图，其中本发明所涉及的层状结构用于船的整体或者一部分；
图4示出了本发明所涉及的层状结构；
图5示出了本发明所涉及的层状结构的第二实施例；
图6示出了本发明所涉及的层状结构的第三实施例；
图7和图8示出了本发明所涉及的一种元件的不同实施例；
图9示出了层状结构模块的一部分；
图10示出了根据本发明改进的舱壁的一部分的透视图；
图11示出了改进的波纹板的一部分的截面图；
图12示出了具有加强装置的改进结构的一部分的截面图；
图13a-d示出了用于本发明中的榫钉的不同实施例；
图14a-d示出了用于本发明中的连接器的不同实施例。
图1和图2示出了船1，其中船1的一部分是利用本发明所涉及的层状结构2构造的。船体6的一部分、甲板20的一部分和一些舱盖21被去除以示出用于船体6、舱壁7、翼舱9和斜边舱8中的层状结构2。船1的船体6和舱壁7被设计有层状结构2，层状结构2包括两个金属板3和混凝土夹层4。翼舱9和斜边舱8的一面设计有金属板。应该注意的是，翼舱和斜边舱可由于功能性原因而需要，但不是必需的作为根据本发明设计的船的结构部件。
如图2中所示，船的主要结构包括在船体6和舱壁7的垂直引导部分、沿着垂直方向延伸的板梁12中的层状结构。船体6的底部具有层状结构，该层状结构包括在船的纵向上的板梁12和封闭的通道元件13，封闭的通道元件13与梁12一起形成梁箱14。应该注意的是，对于底部和/或侧结构，梁箱可选择地在船体的纵向上取向。
图3a-3c示出了整体或者一部分由根据本发明的层状结构形成的船体的三种不同的可能的横截面。在图3a中是船体6的所有主要部分，以及利用层状结构形成的斜边舱8和翼舱9的内壁。如图3a的两个泡中所示，具有可用于船体中的至少两个可能的层状结构，例如具有或者没有通道元件13的两个金属板3和混凝土4的结构。这两种不同的结构可用于图3a-3c中所示的船体的孔或者部分。
在图3b中是利用普通金属板制成的翼舱9和斜边舱8的内隔壁。在图3c中，船体6包括层状结构，为比较圆的形式并且没有斜边舱或者翼舱，这是由于对于结构强度来说，它们是不需要的。
图4是本发明所涉及的层状结构的原理图，其中具有两个金属板3和混凝土层4。在图5中，其中在原理上示出了第二实施例，其中一个金属板3具有不同材料的外层5。例如如果被运输的货物对于金属板3中的基底金属是高腐蚀性的，那么这可是一种解决方案。对于内壁或者舱壁，两个表面板可具有不同材料层。该图没完全按比例绘制。为了示出常规的尺寸，人们可提及一个用于分层船体结构的示例，其中外金属板3的厚度为5-25毫米，并且形成被埋在混凝土层4中的通道元件13的金属板的厚度为5-10毫米。
在图6中示出了层状结构2的横截面，其中通道元件13被埋在混凝土层中。这些通道元件是由层状结构梁箱14的其他部分形成的。在本发明的一个变型中，垂直于表面板3的通道元件13的面延伸以使它们可与表面板直接相连。
图7和图8示出了当被安装在一起形成层状结构的元件的两个不同实施例。这些元件具有与层状结构相同的厚度，并且其长度与层状结构模块的一个方向上的长度和相对方向的一部分层状结构模块的长度相同。该元件包括两个金属板3和混凝土层4。优选实施例还包括在两个金属板之间的开口的通道元件13，并且可能由图8中所示，封闭的通道元件13埋在混凝土层4中。通道元件利用定位架15定位于两个金属板3之间的孔中。
如图9中所示，层状结构壁包括两个金属板3并且混凝土层4在它们之间。两个金属板通过点连接器11和板梁12相互连接在一起。混凝土层可包括被嵌埋的通道元件13，通道元件13与板梁12一起形成梁箱14。通道元件通过定位架15与板相连。本发明所涉及的层状结构适于以多种方式与层状结构的特定应用中的要求匹配，例如梁箱可由适于用作燃料或者压舱水的存储箱的尺寸制成。
图10示出了船的剖面的简化透视图，所述船部分包括舱壁10、用于舱壁的下支座114、底板113和船侧112。舱壁由梯形波纹板101制成，梯形波纹板101被焊接到下支座114上，下支座114又通过船底部结构113与舱壁相连。
通过将新的板件102连接到现有的结构以形成空隙104来强化舱壁的波纹板。添加的板102的厚度可小于波纹板的厚度。空隙104充填有混凝土103。另外，在舱壁支座114中的空隙104b充填有混凝土103。这全面提供了整体舱壁结构匹配硬度和强度性能。
根据本发明改进的波纹板的一部分的横截面如图11中所示。形成现有结构的波纹板具有沟槽106和脊107。板元件102在现有结构的两面上连接或者焊接到脊107上，从而在波纹板的两面上形成光滑的表面。空隙104充填有混凝土103。
类似于船舶和海上建筑物的结构很大程度上由加强板结构形成。本发明也可用于这些结构。在这些情况中，如图12中的横截面图所示的，现有结构包括板116和加强筋装置115。加强筋装置115例如可为球形轮廓加强筋或板梁。板元件102被连接于所述加强筋装置以形成空隙104。之后空隙104充填有混凝土103。如果剩余强度足够的话，可去除伸出到连接板元件102的层外部的加强筋装置115的部分，如图12中虚线表示的两个加强筋装置115所示。加强筋装置115的部分的去除产生了光滑表面，而在本发明的改进之前存在许多突出的加强筋和拐角。
图13示出了榫钉10的一些示例，舱壁10可连接于面对混凝土层的金属板3侧部的，从而提高这两种材料之间的粘接和机械连接。图13a示出了由混凝土、塑料或其他材料制成的球形突出物10，所述球形突出物10至少与混凝土层一样坚固并且被粘合于金属板3。图13b示出了简单钢螺栓10，所述钢螺栓10通过弧焊或摩擦焊接被连接于金属板3。图13c示出了螺栓或短沟槽部分10，所述短沟槽部分10被焊接于金属板3并且通过弯曲或突出形状提供了改进的锚固。图13d示出了其长度正好相当于所需的金属板距离的相似的榫钉11，从而既用作锚固又用作层状结构组件的实际定位架。
图14示出了连接器11的一些示例，所述连接器11在所需的距离处将层状结构中的两个金属板3粘合在一起并且还提供与混凝土层之间的机械连接。另外，在混凝土与金属板之间不良粘合的情况下，所述固定连接器11对于防止皮肤摩擦是重要的。在图14a中，钢或另一种材料的I形状连接器11被焊接于这两个金属板3。图14b示出了相似的情况，其中连接器11具有U形形状或开口通道形状。图14c中的连接器11的不同之处在于，它仅被焊接于一个板3而通过“眼”被连接于另一个板3上，该眼是具有用于连接器的适合开口的钢片并且被焊接于相对板上。以这种方式，在装配期间当相对板滑入到正确位置中时这两个板被粘合在一起，见箭头A。图14d中的连接器11是双侧型滑动连接器，其中两个板3都具有位于相对位置处的“眼”连接。当开口通道或U形形状连接器11滑入到这两个“眼”中时，外部板3变成锁定于位置中，见箭头B。
已参照示例描述了本发明，但是在所附权利要求所限定的本发明的保护范围内可作出若干修正和改变。

Claims (36)

1.诸如船、漂浮平台等的船舶，其整体或者部分包括层状结构，并且所述层状结构包括两个基本平行的金属板，在它们之间具有混凝土层，混凝土的密度明显小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米，所述层状结构的尺寸是这样设置的，即，该结构中的混凝土层基本上不承受张力但能够承受压缩力和支撑金属板。
2.用在诸如船、漂浮平台等船舶中的层状结构，其包括其间具有混凝土层的两个基本平行的金属板，其中混凝土具有小于普通混凝土的重量，最好小于1200千克/立方米。
3.根据权利要求1或2所述的船舶或层状结构，其特征在于，面向混凝土层的表面上的金属板包括用于增强金属板与混凝土层之间的粘合或连接特性的装置。
4.根据权利要求1或2所述的船舶或层状结构，其特征在于，用于增强粘合特性的装置是金属板中增强粗糙度的表面，或添加的粘结层，或榫钉或者它们的组合。
5.根据权利要求4所述的船舶或层状结构，其特征在于，所述榫钉进入混凝土层中一实质距离，并且最多到达层状结构相对侧上的金属板。
6.根据权利要求1或2所述的船舶或层状结构，其特征在于，在层状结构的混凝土层中有添加的纤维以增强混凝土层的展延性、裂口的减少和承受张力的能力。
7.根据权利要求1或2所述的船舶或层状结构，其特征在于，在这两个金属板之间至少具有一个连接器。
8.根据权利要求7所述的船舶或层状结构，其特征在于，所述连接器包括点连接器。
9.根据权利要求7或8所述的船舶或层状结构，其特征在于，所述连接器包括沿至少一个方向的多个梁。
10.根据前述权利要求任意一项所述的船舶或层状结构，其特征在于，所述混凝土层包括多个具有相同或不同截面并且具有内部空隙的基本沿纵向平行的载荷承载通道元件，它们与层状结构中的其他元件一起构成梁箱。
11.根据权利要求10所述的船舶或层状结构，其特征在于，所述通道元件通过定位架与相邻金属板相连。
12.根据权利要求10所述的船舶或层状结构，其特征在于，定向成垂直于金属表面板的所述通道元件的两侧延伸超过封闭的通道形状以便于直接连接于这两个金属板。
13.根据权利要求10、11或12所述的船舶或层状结构，其特征在于，所述通道元件的两个开口端通过梁相连接，其中梁的纵向方向垂直于通道元件的纵向方向并且形成封闭的多个梁箱。
14.根据权利要求13所述的船舶，其特征在于，在层状结构中提供通向至少一个梁箱的通路，并且所述梁箱可用作维护井和/或检查井或类似物。
15.根据权利要求14所述的船舶，其特征在于在防水壁的混凝土层中提供了通向该梁箱的通路，以使得所述梁箱可用作例如用于压舱水的舱室。
16.根据权利要求13所述的船舶，其特征在于在层状结构的混凝土层中提供了通向该梁箱的通路，以使得所述梁箱可用作用于燃料的舱室。
17.根据前述权利要求任意一项所述的船舶或层状结构，其特征在于，远离混凝土层或梁箱内部的金属板的一个或两个表面可包括不同材料的另一个外部层。
18.用于改进现有结构的承载能力的方法，具有以下步骤：
将至少一个其他板元件连接到现有结构上以形成空隙，
用密度明显小于普通混凝土的混凝土填充所述空隙，混凝土密度最好小于1200千克/立方米左右，以及
使得混凝土固化。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，现有结构中的其他空隙被填充以混凝土，混凝土的密度明显小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米左右。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，
在添加混凝土之前在所述空隙的竖直最高部分附近形成至少一个孔，以便于空气的排出和用于确定何时所述空隙已被完全填满，通过至少一个通向所述空隙的其他通路向所述空隙中添加混凝土。
21.根据权利要求18或20所述的方法，其特征在于，板元件被连接于现有结构的两侧以形成多个空隙。
22.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其特征在于，现有结构是一个波纹结构，其具有交替的基本上平行的脊和沟槽，并且连接有至少一个其他板元件以使该板元件覆盖波纹板中的至少一个沟槽，从而形成至少一个空隙。
23.根据权利要求18-22中任意一项所述的方法，其特征在于，覆盖现有波纹结构中的沟槽的板元件是通过焊接或者以将板元件的侧部连接于现有波纹结构中的脊部的另一种方式连接的。
24.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，其特征在于，所述空隙是通过连接于作为现有结构的部分的加强筋装置上的板元件形成的。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在板元件被连接于加强筋装置上以形成空隙之前或之后，调整加强筋装置。
26.具有交替的基本上平行的脊和沟槽的改进的波纹结构，其特征在于，它在一侧或两侧上包括连接于波纹板上的至少一个板元件，以使得所述板元件覆盖至少一个沟槽并且形成空隙，所述空隙被填充以混凝土，混凝土具有明显小于普通混凝土密度的密度，最好小于1200千克/立方米左右。
27.根据权利要求26的改进的波纹结构，其特征在于，至少一侧上的所有沟槽都由板元件覆盖，从而形成光滑表面。
28.根据权利要求18-25中任意一项所述的方法制造的具有改进的强度和承载能力的船或船舶中的结构，例如舱壁、侧壁、底部结构等。
29.根据权利要求2-12中的层状结构的用在诸如船、漂浮平台或者类似构造或者其他结构构造的船舶中的层状结构模块，其特征在于，所述模块由至少两个包括两个金属板和混凝土层的较小的元件构成，所述较小的元件的厚度基本上等于模块厚度，另外，所述元件可包括在两个金属板之间延伸的至少一个连接器，以使得当将它们放在一起时，两个较小的元件构成两个外部光滑的金属表面。
30.用于获得层状结构模块的元件，包括它们之间具有混凝土层的基本平行的金属板，其中混凝土具有小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米左右。
31.根据权利要求30所述的元件，其特征在于，所述元件具有这样的长度、宽度和厚度，其中所述厚度和长度基本对应于层状结构模块的厚度和长度，并且宽度值对应于层状结构模块的一部分。
32.根据权利要求30或31所述的元件，其特征在于，所述元件的至少一个边缘上具有混凝土层中的开口的通道元件，基本上平行于金属板，当两个元件接合在一起时，该通道元件形成在混凝土层中的封闭的通道元件的至少一部分。
33.用于在建造诸如船、漂浮平台等的船舶的整体或者一部分的层状结构的制造方法，其特征在于，它使用两个基本上平行的金属板，其中金属板以所需距离定位，并且在这两个板之间注入混凝土夹层，混凝土的密度小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米左右。
34.用于形成建造诸如船、漂浮平台等的船舶的整体或者一部分的层状结构的元件的制造方法，其特征在于，它使用成对的基本上平行的金属板，其中金属板以所需距离定位，并且在这两个板之间注入混凝土夹层，混凝土的密度小于普通混凝土的密度，最好小于1200千克/立方米左右，接着使得混凝土夹层固化。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，在注入混凝土之前，将开口的通道元件连接在两个金属板之间的孔的中心位置中的所述元件的至少一个边缘上。
36.如说明书和附图中所述的船舶、结构、结构模块和元件。
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