浮体定位桩的制作方法_2

文档序号:9464203阅读:来源:国知局
匀。浮体定位桩在海水工作时,在重力和浮力作用下呈竖直状态,即在无风浪或者无海流时,浮体定位桩与海平面S基本垂直。为了抵抗自然界的外力,浮体定位桩必须有足够的质量才能稳定。若浮体定位桩为钢结构,即浮力舱120和连接柱110均为不锈钢,为了实现稳定定位,在连接柱110的宽度为3米的情况下,浮体定位桩的长度要大于50米。浮体定位桩也可以是钢筋混凝土结构,此时浮体定位桩的横向尺寸(即沿连接柱宽度方向的尺寸)应当比钢结构大一些。
[0045]在一些实施例中,参照图2,浮体定位桩还可以包括储备舱150,固定连接于浮力舱120和连接柱110之间。储备舱150限定了一个第二空腔151,当浮体定位桩在海水中工作时,储备舱150可以与海水连通或者不连通。当储备舱150内装载物的时候,储备舱150可以充当连接柱的一部分,可以增加桩体的质量。当浮体定位桩的负载增加、需要加大浮体定位桩可以承受的负载量时,可以将储备舱150内的装载物释放掉,这样可以增加浮体定位桩的浮力,从而增加浮体定位桩的负载能力,这样储备舱可以充当浮力舱的一部分。这样通过设置储备舱150,可以根据外界情况灵活控制桩体的上浮和下沉、从而控制桩体的负载能力。储备舱内的装载物可以为海水。
[0046]在一些实施例中,参照图3,考虑到海流的影响,可以在浮力舱120和连接柱110之间设置桁架160,桁架160可以固定连接于浮力舱120和连接柱110之间,或固定连接于压载舱130和连接柱110之间,或将连接柱110沿轴向分隔成两段、且固定连接于两段连接柱之间;当浮体定位桩在海水中工作时,桁架160位于浮体定位桩沿伸长方向上与海流对应的位置,桁架160的长度不小于海流的深度,海流能从桁架160内穿过。也就是说,桁架160的长度一般由指定海域的海流深度决定,可以不小于指定海域的海流深度。其中桁架160的长度是指在桩体在海水中工作时其高度,即沿所述连接柱伸长方向。然而考虑到实际海流深度以及成本控制,桁架160的长度不超过50米。当设有桁架160时,为了避免海流在重心G的位置造成冲击,重心G还应当避开桁架160,在一些实施例中,假设桁架160位于浮力舱120和连接柱110之间,那么重心G与海平面S的距离还可以比桁架160长度大10米以上,例如可以低于海平面60米,当然在实际操作中,可以根据实际情况选择在海流深度较浅海域应用本发明实施例的浮体定位桩,比如可以选择海水相对静止的海域使用本发明实施例的浮体定位桩,以便浮体定位桩不容易受到海流运动的影响而发生运动。
[0047]参照图4,桁架160可以由多根竖直第一桁柱161组成,多根第一桁柱161之间具有空隙,多根第一桁柱161的一端与所述连接柱固定连接;在无储备舱的情况下,多根第一桁柱161的另一端与所述浮力舱固定连接,在具有储备舱的情况下,所述多根第一桁柱161的另一端与所述储备舱固定连接。相邻第一桁柱161之间通过多根第二桁柱162连接以便加强桁架160的强度。多根第一桁柱161、第二桁柱162中的每根的横向尺寸远远比连接柱小,即远比连接柱细,当浮体定位桩在海水中工作时,海流能从多根第一桁柱161、第二桁柱162之间空隙穿过。整体桁架160的横向尺寸,即垂直于连接柱110的伸长方向的尺寸,可以和连接柱110的横向尺寸相同。由于析架160的每根第一析柱161、第二析柱162比较细,为了保证在海流或者风浪冲击下不会断,每根第一桁柱161、第二桁柱162的强度要足够闻。
[0048]进一步地,参照图5-6所示,连接柱110上还可以设置有多个第一阻力件111,图6给出了图5中沿A-A’方向的剖面示意图。多个第一阻力件111用于增加海水对连接柱110的阻力,确切地说,多个第一阻力件111用于增加桩体倾斜时海水对其阻力。多个第一阻力件111在连接柱110的轴向外表面上、沿连接柱的周向间隔分布。多个第一阻力件111中的每个沿连接柱110的轴向平面向外延伸、且与连接柱110固定连接。连接柱110具有轴心线,连接柱110具有平行于轴心线的外表面和垂直于轴心线的外表面,此处轴向外表面是指平行于连接柱110的轴心线的外表面。连接柱110的径向平面是指垂直于连接柱110的轴心线的径向平面,连接柱110的轴向平面是指通过连接柱110的轴心线的平面。在一些实施例中,第一阻力件111中的每个可以为板状,第一阻力件111的板面垂直于连接柱110的轴向外表面。在一些实施例中,多个第一阻力件111相对于连接柱110的轴心线可以呈对称分布。
[0049]在图4所示的实施例中,第一阻力件111中的每个从连接柱110的一端延伸至另一端,与连接柱长度相同。其中,第一阻力件111的各个点可以位于同一轴向平面上,也可以位于不同轴向平面上,即第一阻力件111可以是平面状,也可以是曲面状,其中以平面状为好。
[0050]在一些实施例中,在连接柱110的轴向外表面上、相邻两第一阻力件111之间设有多个第二阻力件112,用于增加海水对连接柱的阻力,具体地说,是增大海水对桩体上下移动时候的阻力。多个第二阻力件112沿连接柱110的伸长方向间隔设置,多个第二阻力件112中的每个与连接柱110和相邻两第一阻力件111固定连接,多个第二阻力件112中的每个与连接柱110的轴向外表面呈非平行的交角,多个第二阻力件112中的每个与第一阻力件111呈非平行的交角。第二阻力件可以呈板状,第二阻力件112的板面可以垂直于连接柱的轴向外表面。若第一阻力件111和第二阻力件112均呈板状,第二阻力件的板面垂直于第一阻力件的板面。
[0051]其中,第二阻力件112的各个点可以位于同一径向平面上,也可以位于不同径向平面上,即第二阻力件112可以是平面状,也可以是曲面状,其中以平面状为好。
[0052]第一阻力件111和第二阻力件112的设置可以根据桩体的强度需要进行。在一些实施例中,第一阻力件111可以设置4个,沿连接柱110的周向均匀分布,并且在每两个相邻的第一阻力件111之间、沿连接柱110伸长方向每间隔4.75米设置一个第二阻力件112。
[0053]当如前的浮体定位桩具有储备舱150和桁架160结构的时候,也可以在连接柱110上设置第一阻力件111和第二阻力件112,在此不再详述。
[0054]如前,海洋定位100整体可以为钢结构。在其他一些实施例中,海洋定位100整体均可以为钢筋混凝土结构,即:连接柱110、浮力舱120以及压载舱130均为钢筋混凝土结构,此种材料的工艺较为成熟且制造难度较低,此时桩体整体结构尺寸都可以比较大,比如浮力舱120的总排水量可以大于5000t(lt = 100Kg)。
[0055]继续参照图5,在一些实施例,浮体定位桩为钢筋混凝土结构时,由于连接柱110横向尺寸较大,还可以设置通道140,通道140位于连接柱110内且沿连接柱110延伸,贯穿连接柱110和浮力舱120,通道140用于装载压载物,当浮体定位桩在海水中工作时,通道140的在海面上的一端与140外界大气连通、通道110的浸入海水的一端与海水连通,通道140与浮力舱气体不连通。
[0056]由于钢筋混凝土结构的浮体定位桩的横向尺寸会相对较大,因此通道140的尺寸也可以较大。比如通道140的直径可以为10m、且形成于连接柱110内,通道140的下端用于填充压载物增加桩体的质量,可以充当压载舱的作用,从而在连接柱110长度较短情况下,也能保证整个浮体定位桩的质量且保持浮体定位桩的重心G较低,增大浮心距(即重心G和浮心M之间的距离),使得浮体定位桩在海水中稳定。压载物可以是石块、铁块等密度较大的物质,考虑到铁块容易受海水腐蚀,石块较好。
[0057]通道140的浸入海水的一端上还可以设置底壁(未示出),底壁上可以设置通孔,通孔用于让通道140与海水连通。
[0058]对于钢筋混凝土结构的浮体定位桩,可以通过在海面上现场烧筑来完成建造。
[0059]本发明实施例的浮体定位桩的工作原理如下,继续参照图1,当浮体定位桩不受横向外力(即平行于海平面S的方向的作用力,例如由风或者海浪施加的力,海流的运动非常缓慢,其对浮体定位桩施加的力相对于风力来说可以忽略不计)作用时,其垂直于海平面S,处于初始状态;当受到横向外力作用时,横向外力将产生倾斜力矩,根据船舶静力学,浮体定位桩自身的重力将产生扶正力矩;另外,桩体处于水下的部分还受到水压(海水的压力)的作用,水压将产生阻力力矩。扶正力矩和阻力力矩均可以抵抗倾斜力矩,促使浮体定位桩回复至原始状态。
[0060]以钢筋混凝土结构的浮体定位桩为例,下面分析在风力作用下,浮体定位桩的受力状况。参照图1,风力作用至浮体定位桩中暴露在海平面S以上的部分,定义风力作用的中心为风力中心P。
[0061]仅考虑风力作用时,假设浮体定位桩倾斜0.1° (角度),其受到风力、重力和海水的压力(这里只考虑浮心至底端部分的海水压力)三方面的作用力,具体受力分析如下:
[0062]定义风力中心P距离浮心M的距离为H1,重心G距离浮
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