心M的距离为H2,水压(海水的压力)中心距离浮心M的距离为H3,定义风力为Fp,浮力为FM，重力为Fe。
[0063]在一些实施例中，浮力舱120、连接柱110均设置为横截面为正方形的柱体，其中浮力舱120为截面宽度为40m，高度为10m，连接柱110的截面宽度为10米，高为40米，浮体定位桩底端b至顶端a的距离为50m，总质量可达6610t，浮力舱120的排水量可设置为
8000to
[0064]经过计算，空载时，浮体定位桩吃水深度约为44m，浮力舱120暴露在海平面S以上的高度约为6m，受风面积B = 240m2,重心G距离底端b的高度约为29m，浮心M距离底端b的高度约为42m,水压中心至底端b的高度为14.7m ;则H1 = 5m,H2 = 13m,H3 = 27.3m。以上数值均为近似值。
[0065]假设在风力作用下，浮体定位桩倾斜角度0.1度，则受力分析如下:
[0066]风力产生的倾斜力矩Tp约为:
[0067]Tp = Fp.BC.H1
[0068]重力产生的扶正力矩Tg约为:
[0069]Tg = Fg.H2.Sin0.1。
[0070]水压产生的力矩定义为Tw，作为一个简化示例，水的阻力力矩Tw可以采用如下公式计算:
[0071]Tw = P.V.T.H3
[0072]其中P为海水密度，V为整个桩体倾斜时推开的水的体积(此处考虑桩体中浮心M至底端b部分排开的水的体积)，H3为水压中心至浮心M的距离，T为水压系数(当50米深的浮体定位桩全部浸没在海水中时，所受的平均水压相当于2.5个大气压，即水压系数为2.5。这里取T = 2)。
[0073]仅考虑重力时，浮体定位桩倾斜0.1度时，应当至少满足Tp = Tg,即:
[0074]Fp.BC.H1 = Fg.H2.Sin0.1。(公式一)
[0075]其中B为受风面积，C为流线形系数(C = 0.5)。
[0076]公式一中，为了增加安全系数可省去C。
[0077]将上述参数代入公式一，则得到Fp?0.25t/m2。
[0078]仅考虑水压时，浮体定位桩倾斜0.1度时，应当至少满足Tp = Tw,
[0079]Fp.BC.H1 = P.V.T.H3 (公式二)
[0080]将各参数代入上述公式二，则得到Fp = 1.5t/m2。
[0081]综合考虑重力和水压时，本实施例中，如果浮体定位桩倾斜0.1度，则需要的风力至少为Fp= 1.75t/m2。倾斜的角度越大，则需要的风力越大。
[0082]一般情况下，海面上的风力最大仅能达到lt/m2，因为每平方米到达It时人就会被吹到空中去，大于每平方米It的风压是很少的。当桩体作为浮标使用的时候，由于其对于稳定性要求不是非常严格(例如倾斜I度也没关系，只要不发生移位就可以)，上述桩体完全可以满足要求；当对桩体的稳定性要求比较严格的时候，例如将其作为钻进平台、人工岛等的定位时，则可以通过向连接柱中增加压载物或增加桩体长度以增加桩体的浮心距，或者通过增设第一、第二阻力板以增加海水阻力等方式，来加强桩体的稳定性。
[0083]在其他实施例中，浮体定位桩的总质量可以为其他值，但如果为钢筋结构，则应当不小于50t，如果为钢筋混凝土结构，则应当不小于5000t ;如果需要增加浮体定位桩的负荷量和稳定性，则可以通过增加浮体定位桩的总长度、浮心距以及增加其总质量和浮力舱的排水量来实现。对于钢结构的浮体定位桩，计算方法类似，由于钢材制作的尺寸不会太大，其与钢筋混凝土结构的浮体定位桩在桩体有些区别，钢结构的浮体定位桩的连接柱可能比较细，为了增加浮体定位桩的整体质量，所述钢结构的连接柱可以制造得比较长，比如可以为350米，来增加质量、降低重心以便提高稳定性。以上所述浮体定位桩材料为钢或者钢筋混凝土，在其他实施例中，还可以为其他材质，在此强调一下，不应对本发明造成限定。
[0084]本实施例中的浮体定位桩可用于灯塔、浮标、钻井平台、勘探、挖掘船、海洋船舶码头、避风港、人工岛建设等海洋结构物的定位及固定，浮体定位桩的数量也可根据实际需要进行设置。但不仅限于上述应用。
[0085]综上，本实施例中的浮体定位桩利用桩体在海洋中受到的浮力与重力的内联关系，实现桩体在海洋中的定位及固定的作用和目的，浮体定位桩无须锁栓即可实现固定不漂移或者仅有微动；相对于现有技术的系泊系统来说，使用方便，整体结构尺寸较小，避免不同浮体定位桩之间的干涉，且由于不需要与海床锚接，对海床无伤害。
[0086]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1.一种浮体定位桩，其特征在于，包括: 连接柱；以及 浮力舱，具有工作时与海水不连通的第一空腔，所述浮力舱与所述连接柱的一端固定连接； 所述浮力舱的排水量不小于所述浮体定位桩的总质量，所述浮体定位桩在海水中工作时，在外界自然力作用下产生的倾斜角不大于I度。2.如权利要求1所述的浮体定位桩，其特征在于，所述浮体定位桩在海水中工作时，所述浮体定位桩的重心位于海平面之下且距离海平面大于10米，所述浮体定位桩的浮心位于所述浮力舱内，所述浮体定位桩的重心低于浮心，浮心和重心之间的距离不小于10米；所述浮体定位桩的总质量不小于50吨。3.如权利要求1所述的浮体定位桩，其特征在于，所述浮体定位桩的长度不小于50米。4.如权利要求1所述的浮体定位桩，其特征在于，所述浮力舱的第一空腔中填充有密度小于水且不吸水的材料。5.如权利要求1所述的浮体定位桩，其特征在于，还包括储备舱，所述储备舱限定了第二空腔，所述储备舱固定连接于所述浮力舱和所述连接柱之间； 当所述浮体定位桩在海水中工作时，所述储备舱的第二空腔能够与海水连通或者不连通。6.如权利要求1或5所述的浮体定位桩，其特征在于，还包括桁架，所述桁架固定连接于所述浮力舱和所述连接柱之间，或固定连接于所述压载舱和所述连接柱之间，或将所述连接柱沿轴向分隔成两段、且固定连接于两段连接柱之间；当所述浮体定位桩在海水中工作时，所述桁架位于所述浮体定位桩沿伸长方向上与海流对应的位置，所述桁架的长度不小于海流的深度，海流能从所述桁架内穿过。7.如权利要求6所述的浮体定位桩，其特征在于，所述桁架由多根沿所述连接柱轴向伸长的第一桁柱组成，多根所述第一桁柱比所述连接柱细，所述多根第一桁柱的一端与所述连接柱连接，另一端与所述浮力舱连接，多根所述第一桁柱之间具有空隙。8.如权利要求7所述的浮体定位桩，其特征在于，相邻第一桁柱之间通过多根第二桁柱连接。9.如权利要求1所述的浮体定位桩，其特征在于，在所述连接柱的轴向外表面上、沿所述连接柱的周向方向还间隔设置有多个第一阻力件，用于增加海水对所述连接柱的阻力，所述多个第一阻力件中的每个沿所述连接柱的轴向平面向外延伸、且与所述连接柱固定连接。10.如权利要求9所述的浮体定位桩，其特征在于，所述第一阻力件呈板状，所述第一阻力件的板面垂直于所述连接柱的轴向外表面。11.如权利要求9所述的浮体定位桩，其特征在于，在所述连接柱的轴向外表面上、相邻两个第一阻力件之间固定设置有多个第二阻力件，用于增加海水对所述连接柱的阻力； 所述多个第二阻力件沿所述连接柱的伸长方向间隔设置； 所述多个第二阻力件中的每个与所述连接柱的轴向外表面呈非平行的交角，所述多个第二阻力件中的每个与所述第一阻力件呈非平行的交角。12.如权利要求11所述的浮体定位桩，其特征在于，所述第二阻力件呈板状，所述第二阻力件的板面垂直于所述连接柱的轴向外表面。13.如权利要求12所述的浮体定位桩，其特征在于，所述第一阻力件呈板状，所述第二阻力件的板面垂直于所述第一阻力件的板面。14.如权利要求1所述的浮体定位桩，其特征在于，所述连接柱在其内部还设置有通道，所述通道用于在所述通道下部装载压载物: 当所述浮体定位桩在海水中工作时，所述通道的一端露出海面，与大气连通；所述通道的另一端浸入海水内，其使得所述通道与海水连通，所述通道与所述浮力舱气体不连通。
【专利摘要】一种浮体定位桩，包括：连接柱；以及浮力舱，具有工作时与海水不连通的第一空腔，所述浮力舱与所述连接柱的一端固定连接；所述浮力舱的排水量不小于所述浮体定位桩的总质量，所述浮体定位桩在海水中工作时，在外界自然力作用下产生的倾斜角不大于1度。本发明的浮体定位桩不需要系泊就能够实现在海洋中稳定定位，且不易发生倾斜和漂移。
【IPC分类】B63B21/50
【公开号】CN105216971
【申请号】CN201410250550
【发明人】海飞, 郑玮
【申请人】上海海郑海洋建设工程技术有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年6月6日