浮體定位樁的制作方法
【專利摘要】一種浮體定位樁，包括：連接柱；以及浮力艙，具有工作時(shí)與海水不連通的第一空腔，所述浮力艙與所述連接柱的一端固定連接；所述浮力艙的排水量不小于所述浮體定位樁的總質(zhì)量，所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，在外界自然力作用下產(chǎn)生的傾斜角不大于1度。本實(shí)用新型的浮體定位樁不需要系泊就能夠?qū)崿F(xiàn)在海洋中穩(wěn)定定位，且不易發(fā)生傾斜和漂移。
【專利說明】浮體定位粧

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海洋結(jié)構(gòu)物工程領(lǐng)域，具體涉及一種浮體定位樁。

【背景技術(shù)】
[0002]海洋作業(yè)通常需要通過海洋結(jié)構(gòu)物來完成，海洋結(jié)構(gòu)物包括海洋燈塔、鉆井平臺、船舶碼頭、避風(fēng)港甚至人工島等，如何使這些海洋結(jié)構(gòu)物在海洋中穩(wěn)定地系泊成為海洋作業(yè)的最大困擾。
[0003]在水深較淺的海域，通常采用將浮體定位樁直接埋入海床的方式來實(shí)現(xiàn)對海洋結(jié)構(gòu)物的定位，在水深較深的海域，尤其在海洋中，浮體定位樁直接埋入海床的定位方式無論從成本還是技術(shù)上都很難實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，海洋中的海洋結(jié)構(gòu)物主要采用懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)和張緊式系泊系統(tǒng)進(jìn)行定位。
[0004]然而，懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)和張緊式系泊系統(tǒng)均存在難以克服的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面:
[0005]第一，系泊系統(tǒng)需要與海床上的錨點(diǎn)連接才能最終實(shí)現(xiàn)系泊，系泊系統(tǒng)與錨點(diǎn)的連接技術(shù)通常有拋錨鎖栓技術(shù)和GPS助推器動力助推技術(shù)，這兩種技術(shù)在海洋中實(shí)施起來對技術(shù)的要求極高；
[0006]第二，上述兩種系泊系統(tǒng)占用的系泊半徑都較大，容易與附近其他海洋結(jié)構(gòu)物的系泊系統(tǒng)發(fā)生干涉；
[0007]第三，系泊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系泊需要在海床上設(shè)置錨點(diǎn)，容易造成對海床的破壞；另外，在系泊系統(tǒng)遷移的過程中，懸鏈或繃緊索靠近海床的一端與海床發(fā)生摩擦，也會對海床造成破壞。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型解決的問題是提供一種在海水中結(jié)構(gòu)和實(shí)施簡單且能實(shí)現(xiàn)定位功能的浮體定位樁。
[0009]為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種浮體定位樁，包括:
[0010]連接柱；以及
[0011]浮力艙，具有工作時(shí)與海水不連通的第一空腔，所述浮力艙與所述連接柱的一端固定連接；
[0012]所述浮力艙的排水量不小于所述浮體定位樁的總質(zhì)量，所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，在外界自然力作用下產(chǎn)生的傾斜角不大于I度。
[0013]可選的，所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述浮體定位樁的重心位于海平面之下且距離海平面大于10米，所述浮體定位樁的浮心位于所述浮力艙內(nèi)，所述浮體定位樁的重心低于浮心，浮心和重心之間的距離不小于10米；所述浮體定位樁的總質(zhì)量不小于50噸。
[0014]可選的，所述浮體定位樁的長度不小于50米。
[0015]可選的，所述浮力艙的第一空腔中填充有密度小于水且不吸水的材料。
[0016]可選的，還包括儲備艙，所述儲備艙限定了第二空腔，所述儲備艙固定連接于所述浮力艙和所述連接柱之間；
[0017]當(dāng)所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述儲備艙的第二空腔能夠與海水連通或者不連通。
[0018]可選的，還包括桁架，所述桁架固定連接于所述浮力艙和所述連接柱之間，或固定連接于所述壓載艙和所述連接柱之間，或?qū)⑺鲞B接柱沿軸向分隔成兩段、且固定連接于兩段連接柱之間；當(dāng)所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述桁架位于所述浮體定位樁沿伸長方向上與海流對應(yīng)的位置，所述桁架的長度不小于海流的深度，海流能從所述桁架內(nèi)穿過。
[0019]可選的，所述桁架由多根沿所述連接柱軸向伸長的第一桁柱組成，所述多根第一桁柱比所述連接柱細(xì)，多根所述第一桁柱的一端與所述連接柱連接，另一端與所述浮力艙連接，多根所述第一桁柱之間具有空隙。
[0020]可選的，相鄰第一桁柱之間通過多根第二桁柱連接。
[0021]可選的，在所述連接柱的軸向外表面上、沿所述連接柱的周向方向還間隔設(shè)置有多個第一阻力件，用于增加海水對所述連接柱的阻力，所述多個第一阻力件中的每個沿所述連接柱的軸向平面向外延伸、且與所述連接柱固定連接。
[0022]可選的，所述第一阻力件呈板狀，所述第一阻力件的板面垂直于所述連接柱的軸向外表面。
[0023]可選的，在所述連接柱的軸向外表面上、相鄰兩個第一阻力件之間固定設(shè)置有多個第二阻力件，用于增加海水對所述連接柱的阻力；
[0024]所述多個第二阻力件沿所述連接柱的伸長方向間隔設(shè)置；
[0025]所述多個第二阻力件中的每個與所述連接柱的軸向外表面呈非平行的交角，所述多個第二阻力件中的每個與所述第一阻力件呈非平行的交角。
[0026]可選的，所述第二阻力件呈板狀，所述第二阻力件的板面垂直于所述連接柱的軸向外表面。
[0027]可選的，所述第一阻力件呈板狀，所述第二阻力件的板面垂直于所述第一阻力件的板面。
[0028]可選的，所述連接柱在其內(nèi)部還設(shè)置有通道，所述通道用于在所述通道下部裝載壓載物:
[0029]當(dāng)所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述通道的一端露出海面，與大氣連通；所述通道的另一端浸入海水內(nèi)，其使得所述通道與海水連通，所述通道與所述浮力艙氣體不連通。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0031]利用浮力艙產(chǎn)生垂直于海平面向上的浮力、以及浮體定位樁自身具有的垂直海平面向下的重力之間的平衡，使得浮體定位樁放置于在海洋中時(shí)，能夠在垂直于海平面的方向?qū)崿F(xiàn)平衡、浮于海洋中，在自然條件作用下，浮體定位樁傾斜的角度不會超過0.1度，故而能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定位作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本實(shí)用新型一個實(shí)施例中浮體定位樁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是本實(shí)用新型另一個實(shí)施例中浮體定位樁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是本實(shí)用新型的再一個實(shí)施例中浮體定位樁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4是本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例中浮體定位樁中桁架的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5是本實(shí)用新型的又一個實(shí)施例中浮體定位樁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6是圖5中沿A-A’方向的剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0039]本實(shí)用新型的一個實(shí)施例提供了一種浮體定位樁，參照圖1，浮體定位樁具有頂端a和底端b,頂端a位于浮力艙120遠(yuǎn)離連接柱110的一端,底端b位于浮體定位樁相對于頂端a的另一端；浮力艙120具有工作時(shí)不與海水連通的第一空腔121。所述浮力艙120的排水量不小于所述浮體定位樁的總質(zhì)量，浮力艙120的排水量即浮力艙120完全浸入海水中所排開的水的質(zhì)量，這里的質(zhì)量和排水量均用噸位來表示(I噸=1000千克)，因此，當(dāng)浮體定位樁位于海水中時(shí)，所受的浮力可以抵消重力，因此浮體定位樁能夠懸浮在海水中。所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，在外界自然力作用下產(chǎn)生的傾斜角不大于I度，在要求穩(wěn)定性要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合，還可以通過改變樁體參數(shù)，使得所述浮體定位樁在外界自然力作用下產(chǎn)生的傾斜角不大于0.1度。這里的“浮體”，指的是能夠懸浮于水中不下沉，但也不會漂移的物體；“浮體”與“漂體”不同，“漂體”指的是漂浮于水面上，且可隨外力作用漂移的物體。
[0040]在一些實(shí)施例中，當(dāng)浮體定位樁在海水中工作時(shí)，具有浮心M和重心G，重心G位于浮心M和底端b之間。當(dāng)海面受到風(fēng)力作用時(shí)，表層海水運(yùn)動會形成風(fēng)浪，即使風(fēng)力最大的情況下，其能夠影響的表層海水深度一般地不超過10米，因此浮體定位樁的重心G要低于風(fēng)浪深度，比如，重心G到海平面S的距離可以大于8米，進(jìn)一步地，可以大于10米，當(dāng)然在實(shí)際操作中，可以根據(jù)實(shí)際情況風(fēng)浪深度的情況確定浮體定位樁的重心位置。當(dāng)然，也可以在樁體制造好后，盡量選擇在風(fēng)流深度較淺海域應(yīng)用浮體定位樁，比如可以選擇海水相對靜止的海域使用本浮體定位樁，以便浮體定位樁不容易受到海水運(yùn)動的影響。
[0041]為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定,浮體定位樁的整體長度不小于50米；浮體定位樁的浮心M位于浮力艙120內(nèi)、且浮心M和重心G之間的距離不小于10米；為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，浮體定位樁的總質(zhì)量不小于50噸。在一些實(shí)施例中，浮力艙120的排水量可以大于200t。
[0042]在一些實(shí)施例中，在沒有壓載的情況下，浮力艙120的質(zhì)量占浮體定位樁的總質(zhì)量不超過1/2。浮力艙120的形狀可以為立方體形、長方體形。浮力艙120的浮心M要盡量遠(yuǎn)離重心，而且其排水量要大，綜合這兩個條件，浮力艙120的結(jié)構(gòu)優(yōu)選為截面為正方形的長方體結(jié)構(gòu)，且長方體的高度大于截面的寬度，即浮力艙120的高度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)大一些。
[0043]進(jìn)一步地，浮力艙120的第一空腔121中可以填充滿質(zhì)量輕(密度小于水)且不吸水的材料，這樣可以避免浮力艙120在受到腐蝕或外力破壞時(shí)，避免海水或者其他物質(zhì)進(jìn)入第一空腔121，保證浮力艙120的功能。質(zhì)量輕且不吸水的材料其質(zhì)量相對于浮體定位樁來說可以忽略不計(jì)，作為一個實(shí)施例，質(zhì)量輕且不吸水的材料，比如可以為聚氯乙烯、泡沫等等有機(jī)材料。
[0044]浮體定位樁的主要質(zhì)量的一部分主要在連接柱110上，在沒有壓載的情況下，連接柱110的質(zhì)量占浮體定位樁的總質(zhì)量不小于1/3。在一些實(shí)施例中，連接柱110沿其伸長方向的質(zhì)量均勻，強(qiáng)度均勻。浮體定位樁在海水工作時(shí)，在重力和浮力作用下呈豎直狀態(tài)，即在無風(fēng)浪或者無海流時(shí)，浮體定位樁與海平面S基本垂直。為了抵抗自然界的外力，浮體定位樁必須有足夠的質(zhì)量才能穩(wěn)定。若浮體定位樁為鋼結(jié)構(gòu)，即浮力艙120和連接柱110均為不銹鋼，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定位，在連接柱110的寬度為3米的情況下，浮體定位樁的長度要大于50米。浮體定位樁也可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，此時(shí)浮體定位樁的橫向尺寸(即沿連接柱寬度方向的尺寸)應(yīng)當(dāng)比鋼結(jié)構(gòu)大一些。
[0045]在一些實(shí)施例中，參照圖2，浮體定位樁還可以包括儲備艙150，固定連接于浮力艙120和連接柱110之間。儲備艙150限定了一個第二空腔151，當(dāng)浮體定位樁在海水中工作時(shí)，儲備艙150可以與海水連通或者不連通。當(dāng)儲備艙150內(nèi)裝載物的時(shí)候，儲備艙150可以充當(dāng)連接柱的一部分，可以增加樁體的質(zhì)量。當(dāng)浮體定位樁的負(fù)載增加、需要加大浮體定位樁可以承受的負(fù)載量時(shí)，可以將儲備艙150內(nèi)的裝載物釋放掉，這樣可以增加浮體定位樁的浮力，從而增加浮體定位樁的負(fù)載能力，這樣儲備艙可以充當(dāng)浮力艙的一部分。這樣通過設(shè)置儲備艙150，可以根據(jù)外界情況靈活控制樁體的上浮和下沉、從而控制樁體的負(fù)載能力。儲備艙內(nèi)的裝載物可以為海水。
[0046]在一些實(shí)施例中，參照圖3，考慮到海流的影響，可以在浮力艙120和連接柱110之間設(shè)置桁架160，桁架160可以固定連接于浮力艙120和連接柱110之間，或固定連接于壓載艙130和連接柱110之間，或?qū)⑦B接柱110沿軸向分隔成兩段、且固定連接于兩段連接柱之間；當(dāng)浮體定位樁在海水中工作時(shí)，桁架160位于浮體定位樁沿伸長方向上與海流對應(yīng)的位置，桁架160的長度不小于海流的深度，海流能從桁架160內(nèi)穿過。也就是說，桁架160的長度一般由指定海域的海流深度決定，可以不小于指定海域的海流深度。其中桁架160的長度是指在樁體在海水中工作時(shí)其高度，即沿所述連接柱伸長方向。然而考慮到實(shí)際海流深度以及成本控制，桁架160的長度不超過50米。當(dāng)設(shè)有桁架160時(shí)，為了避免海流在重心G的位置造成沖擊，重心G還應(yīng)當(dāng)避開桁架160，在一些實(shí)施例中，假設(shè)桁架160位于浮力艙120和連接柱110之間，那么重心G與海平面S的距離還可以比桁架160長度大10米以上，例如可以低于海平面60米，當(dāng)然在實(shí)際操作中，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇在海流深度較淺海域應(yīng)用本實(shí)用新型實(shí)施例的浮體定位樁，比如可以選擇海水相對靜止的海域使用本實(shí)用新型實(shí)施例的浮體定位樁，以便浮體定位樁不容易受到海流運(yùn)動的影響而發(fā)生運(yùn)動。
[0047]參照圖4,祐1架160可以由多根豎直第一祐1柱161組成,多根第一祐1柱161之間具有空隙，多根第一桁柱161的一端與所述連接柱固定連接；在無儲備艙的情況下，多根第一桁柱161的另一端與所述浮力艙固定連接，在具有儲備艙的情況下，所述多根第一桁柱161的另一端與所述儲備艙固定連接。相鄰第一桁柱161之間通過多根第二桁柱162連接以便加強(qiáng)祐1架160的強(qiáng)度。多根第一祐1柱161、第二祐1柱162中的每根的橫向尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)比連接柱小，即遠(yuǎn)比連接柱細(xì)，當(dāng)浮體定位樁在海水中工作時(shí)，海流能從多根第一桁柱161、第二桁柱162之間空隙穿過。整體桁架160的橫向尺寸，即垂直于連接柱110的伸長方向的尺寸，可以和連接柱110的橫向尺寸相同。由于祐1架160的每根第一祐1柱161、第二祐1柱162比較細(xì)，為了保證在海流或者風(fēng)浪沖擊下不會斷，每根第一桁柱161、第二桁柱162的強(qiáng)度要足夠聞。
[0048]進(jìn)一步地，參照圖5-6所示，連接柱110上還可以設(shè)置有多個第一阻力件111，圖6給出了圖5中沿A-A’方向的剖面示意圖。多個第一阻力件111用于增加海水對連接柱110的阻力，確切地說，多個第一阻力件111用于增加樁體傾斜時(shí)海水對其阻力。多個第一阻力件111在連接柱110的軸向外表面上、沿連接柱的周向間隔分布。多個第一阻力件111中的每個沿連接柱110的軸向平面向外延伸、且與連接柱110固定連接。連接柱110具有軸心線，連接柱110具有平行于軸心線的外表面和垂直于軸心線的外表面，此處軸向外表面是指平行于連接柱110的軸心線的外表面。連接柱110的徑向平面是指垂直于連接柱110的軸心線的徑向平面，連接柱110的軸向平面是指通過連接柱110的軸心線的平面。在一些實(shí)施例中，第一阻力件111中的每個可以為板狀，第一阻力件111的板面垂直于連接柱110的軸向外表面。在一些實(shí)施例中，多個第一阻力件111相對于連接柱110的軸心線可以呈對稱分布。
[0049]在圖4所示的實(shí)施例中，第一阻力件111中的每個從連接柱110的一端延伸至另一端，與連接柱長度相同。其中，第一阻力件111的各個點(diǎn)可以位于同一軸向平面上，也可以位于不同軸向平面上，即第一阻力件111可以是平面狀，也可以是曲面狀，其中以平面狀為好。
[0050]在一些實(shí)施例中，在連接柱110的軸向外表面上、相鄰兩第一阻力件111之間設(shè)有多個第二阻力件112，用于增加海水對連接柱的阻力，具體地說，是增大海水對樁體上下移動時(shí)候的阻力。多個第二阻力件112沿連接柱110的伸長方向間隔設(shè)置，多個第二阻力件112中的每個與連接柱110和相鄰兩第一阻力件111固定連接，多個第二阻力件112中的每個與連接柱110的軸向外表面呈非平行的交角，多個第二阻力件112中的每個與第一阻力件111呈非平行的交角。第二阻力件可以呈板狀，第二阻力件112的板面可以垂直于連接柱的軸向外表面。若第一阻力件111和第二阻力件112均呈板狀，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的各個點(diǎn)可以位于同一徑向平面上，也可以位于不同徑向平面上，即第二阻力件112可以是平面狀，也可以是曲面狀，其中以平面狀為好。
[0052]第一阻力件111和第二阻力件112的設(shè)置可以根據(jù)樁體的強(qiáng)度需要進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，第一阻力件111可以設(shè)置4個，沿連接柱110的周向均勻分布，并且在每兩個相鄰的第一阻力件111之間、沿連接柱110伸長方向每間隔4.75米設(shè)置一個第二阻力件112。
[0053]當(dāng)如前的浮體定位樁具有儲備艙150和桁架160結(jié)構(gòu)的時(shí)候，也可以在連接柱110上設(shè)置第一阻力件111和第二阻力件112，在此不再詳述。
[0054]如前，海洋定位100整體可以為鋼結(jié)構(gòu)。在其他一些實(shí)施例中，海洋定位100整體均可以為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，即:連接柱110、浮力艙120以及壓載艙130均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，此種材料的工藝較為成熟且制造難度較低，此時(shí)樁體整體結(jié)構(gòu)尺寸都可以比較大，比如浮力艙120的總排水量可以大于5000t(lt = 100Kg)。
[0055]繼續(xù)參照圖5，在一些實(shí)施例，浮體定位樁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，由于連接柱110橫向尺寸較大，還可以設(shè)置通道140，通道140位于連接柱110內(nèi)且沿連接柱110延伸，貫穿連接柱110和浮力艙120，通道140用于裝載壓載物，當(dāng)浮體定位樁在海水中工作時(shí)，通道140的在海面上的一端與140外界大氣連通、通道110的浸入海水的一端與海水連通，通道140與浮力艙氣體不連通。
[0056]由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的浮體定位樁的橫向尺寸會相對較大，因此通道140的尺寸也可以較大。比如通道140的直徑可以為10m、且形成于連接柱110內(nèi)，通道140的下端用于填充壓載物增加樁體的質(zhì)量，可以充當(dāng)壓載艙的作用，從而在連接柱110長度較短情況下，也能保證整個浮體定位樁的質(zhì)量且保持浮體定位樁的重心G較低，增大浮心距(即重心G和浮心M之間的距離)，使得浮體定位樁在海水中穩(wěn)定。壓載物可以是石塊、鐵塊等密度較大的物質(zhì)，考慮到鐵塊容易受海水腐蝕，石塊較好。
[0057]通道140的浸入海水的一端上還可以設(shè)置底壁(未示出)，底壁上可以設(shè)置通孔，通孔用于讓通道140與海水連通。
[0058]對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的浮體定位樁，可以通過在海面上現(xiàn)場澆筑來完成建造。
[0059]本實(shí)用新型實(shí)施例的浮體定位樁的工作原理如下，繼續(xù)參照圖1，當(dāng)浮體定位樁不受橫向外力(即平行于海平面S的方向的作用力，例如由風(fēng)或者海浪施加的力，海流的運(yùn)動非常緩慢，其對浮體定位樁施加的力相對于風(fēng)力來說可以忽略不計(jì))作用時(shí)，其垂直于海平面S，處于初始狀態(tài)；當(dāng)受到橫向外力作用時(shí)，橫向外力將產(chǎn)生傾斜力矩，根據(jù)船舶靜力學(xué)，浮體定位樁自身的重力將產(chǎn)生扶正力矩；另外，樁體處于水下的部分還受到水壓(海水的壓力)的作用，水壓將產(chǎn)生阻力力矩。扶正力矩和阻力力矩均可以抵抗傾斜力矩，促使浮體定位樁回復(fù)至原始狀態(tài)。
[0060]以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的浮體定位樁為例，下面分析在風(fēng)力作用下，浮體定位樁的受力狀況。參照圖1，風(fēng)力作用至浮體定位樁中暴露在海平面S以上的部分，定義風(fēng)力作用的中心為風(fēng)力中心P。
[0061]僅考慮風(fēng)力作用時(shí)，假設(shè)浮體定位樁傾斜0.1° (角度)，其受到風(fēng)力、重力和海水的壓力(這里只考慮浮心至底端部分的海水壓力)三方面的作用力，具體受力分析如下:
[0062]定義風(fēng)力中心P距離浮心M的距離為H1，重心G距離浮心M的距離SH2，水壓(海水的壓力)中心距離浮心M的距離為H3,定義風(fēng)力為FP，浮力為FM，重力為Fc。
[0063]在一些實(shí)施例中，浮力艙120、連接柱110均設(shè)置為橫截面為正方形的柱體，其中浮力艙120為截面寬度為40m，高度為10m，連接柱110的截面寬度為10米，高為40米，浮體定位樁底端b至頂端a的距離為50m，總質(zhì)量可達(dá)6610t，浮力艙120的排水量可設(shè)置為8000to
[0064]經(jīng)過計(jì)算，空載時(shí)，浮體定位樁吃水深度約為44m，浮力艙120暴露在海平面S以上的高度約為6m，受風(fēng)面積B = 240m2,重心G距離底端b的高度約為29m，浮心M距離底端b的高度約為42m,水壓中心至底端b的高度為14.7m ;則H1 = 5m,H2 = 13m,H3 = 27.3m。以上數(shù)值均為近似值。
[0065]假設(shè)在風(fēng)力作用下，浮體定位樁傾斜角度0.1度，則受力分析如下:
[0066]風(fēng)力產(chǎn)生的傾斜力矩Tp約為:
[0067]Tp = Fp.BC.H1
[0068]重力產(chǎn)生的扶正力矩Tg約為:
[0069]Tg = Fg.H2.Sin0.1。
[0070]水壓產(chǎn)生的力矩定義為Tw，作為一個簡化示例，水的阻力力矩Tw可以釆用如下公式計(jì)算:
[0071]Tff = P.V.T.H3
[0072]其中P為海水密度，V為整個樁體傾斜時(shí)推開的水的體積(此處考慮樁體中浮心M至底端b部分排開的水的體積)，H3為水壓中心至浮心M的距離，T為水壓系數(shù)(當(dāng)50米深的浮體定位樁全部浸沒在海水中時(shí)，所受的平均水壓相當(dāng)于2.5個大氣壓，即水壓系數(shù)為2.5。這里取T = 2)。
[0073]僅考慮重力時(shí)，浮體定位樁傾斜0.1度時(shí)，應(yīng)當(dāng)至少滿足Tp = Tg,即:
[0074]Fp.BC.H1 = Fg.H2.Sin0.1。(公式一)
[0075]其中B為受風(fēng)面積，C為流線形系數(shù)(C = 0.5)。
[0076]公式一中，為了增加安全系數(shù)可省去C。
[0077]將上述參數(shù)代入公式一，則得到Fp ^ 0.25t/m2。
[0078]僅考慮水壓時(shí)，浮體定位樁傾斜0.1度時(shí)，應(yīng)當(dāng)至少滿足Tp = Tff,
[0079]Fp.BC.H1 = P.V.T.H3 (公式二 )
[0080]將各參數(shù)代入上述公式二，則得到Fp = 1.5t/m2。
[0081]綜合考慮重力和水壓時(shí)，本實(shí)施例中，如果浮體定位樁傾斜0.1度，則需要的風(fēng)力至少為Fp= 1.75t/m2。傾斜的角度越大，則需要的風(fēng)力越大。
[0082]一般情況下，海面上的風(fēng)力最大僅能達(dá)到lt/m2，因?yàn)槊科椒矫椎竭_(dá)It時(shí)人就會被吹到空中去，大于每平方米It的風(fēng)壓是很少的。當(dāng)樁體作為浮標(biāo)使用的時(shí)候，由于其對于穩(wěn)定性要求不是非常嚴(yán)格(例如傾斜I度也沒關(guān)系，只要不發(fā)生移位就可以)，上述樁體完全可以滿足要求；當(dāng)對樁體的穩(wěn)定性要求比較嚴(yán)格的時(shí)候，例如將其作為鉆進(jìn)平臺、人工島等的定位時(shí)，則可以通過向連接柱中增加壓載物或增加樁體長度以增加樁體的浮心距，或者通過增設(shè)第一、第二阻力板以增加海水阻力等方式，來加強(qiáng)樁體的穩(wěn)定性。
[0083]在其他實(shí)施例中，浮體定位樁的總質(zhì)量可以為其他值，但如果為鋼筋結(jié)構(gòu)，則應(yīng)當(dāng)不小于50t，如果為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則應(yīng)當(dāng)不小于5000t ;如果需要增加浮體定位樁的負(fù)荷量和穩(wěn)定性，則可以通過增加浮體定位樁的總長度、浮心距以及增加其總質(zhì)量和浮力艙的排水量來實(shí)現(xiàn)。對于鋼結(jié)構(gòu)的浮體定位樁，計(jì)算方法類似，由于鋼材制作的尺寸不會太大，其與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的浮體定位樁在樁體有些區(qū)別，鋼結(jié)構(gòu)的浮體定位樁的連接柱可能比較細(xì)，為了增加浮體定位樁的整體質(zhì)量，所述鋼結(jié)構(gòu)的連接柱可以制造得比較長，比如可以為350米，來增加質(zhì)量、降低重心以便提高穩(wěn)定性。以上所述浮體定位樁材料為鋼或者鋼筋混凝土，在其他實(shí)施例中，還可以為其他材質(zhì)，在此強(qiáng)調(diào)一下，不應(yīng)對本實(shí)用新型造成限定。
[0084]本實(shí)施例中的浮體定位樁可用于燈塔、浮標(biāo)、鉆井平臺、勘探、挖掘船、海洋船舶碼頭、避風(fēng)港、人工島建設(shè)等海洋結(jié)構(gòu)物的定位及固定，浮體定位樁的數(shù)量也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。但不僅限于上述應(yīng)用。
[0085]綜上，本實(shí)施例中的浮體定位樁利用樁體在海洋中受到的浮力與重力的內(nèi)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)樁體在海洋中的定位及固定的作用和目的，浮體定位樁無須鎖栓即可實(shí)現(xiàn)固定不漂移或者僅有微動；相對于現(xiàn)有技術(shù)的系泊系統(tǒng)來說，使用方便，整體結(jié)構(gòu)尺寸較小，避免不同浮體定位樁之間的干涉，且由于不需要與海床錨接，對海床無傷害。
[0086]雖然本實(shí)用新型披露如上，但本實(shí)用新型并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種浮體定位樁，其特征在于，包括: 連接柱；以及 浮力艙，具有工作時(shí)與海水不連通的第一空腔，所述浮力艙與所述連接柱的一端固定連接； 所述浮力艙的排水量不小于所述浮體定位樁的總質(zhì)量，所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，在外界自然力作用下產(chǎn)生的傾斜角不大于I度。
2.如權(quán)利要求1所述的浮體定位樁，其特征在于，所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述浮體定位樁的重心位于海平面之下且距離海平面大于10米，所述浮體定位樁的浮心位于所述浮力艙內(nèi)，所述浮體定位樁的重心低于浮心，浮心和重心之間的距離不小于10米；所述浮體定位樁的總質(zhì)量不小于50噸。
3.如權(quán)利要求1所述的浮體定位樁，其特征在于，所述浮體定位樁的長度不小于50米。
4.如權(quán)利要求1所述的浮體定位樁，其特征在于，所述浮力艙的第一空腔中填充有密度小于水且不吸水的材料。
5.如權(quán)利要求1所述的浮體定位樁，其特征在于，還包括儲備艙，所述儲備艙限定了第二空腔，所述儲備艙固定連接于所述浮力艙和所述連接柱之間； 當(dāng)所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述儲備艙的第二空腔能夠與海水連通或者不連通。
6.如權(quán)利要求1或5所述的浮體定位樁，其特征在于，還包括桁架，所述桁架固定連接于所述浮力艙和所述連接柱之間，或固定連接于所述壓載艙和所述連接柱之間，或?qū)⑺鲞B接柱沿軸向分隔成兩段、且固定連接于兩段連接柱之間；當(dāng)所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述桁架位于所述浮體定位樁沿伸長方向上與海流對應(yīng)的位置，所述桁架的長度不小于海流的深度，海流能從所述桁架內(nèi)穿過。
7.如權(quán)利要求6所述的浮體定位樁，其特征在于，所述桁架由多根沿所述連接柱軸向伸長的第一桁柱組成，多根所述第一桁柱比所述連接柱細(xì)，所述多根第一桁柱的一端與所述連接柱連接，另一端與所述浮力艙連接，多根所述第一桁柱之間具有空隙。
8.如權(quán)利要求7所述的浮體定位樁，其特征在于，相鄰第一桁柱之間通過多根第二桁柱連接。
9.如權(quán)利要求1所述的浮體定位樁，其特征在于，在所述連接柱的軸向外表面上、沿所述連接柱的周向方向還間隔設(shè)置有多個第一阻力件，用于增加海水對所述連接柱的阻力，所述多個第一阻力件中的每個沿所述連接柱的軸向平面向外延伸、且與所述連接柱固定連接。
10.如權(quán)利要求9所述的浮體定位樁，其特征在于，所述第一阻力件呈板狀，所述第一阻力件的板面垂直于所述連接柱的軸向外表面。
11.如權(quán)利要求9所述的浮體定位樁，其特征在于，在所述連接柱的軸向外表面上、相鄰兩個第一阻力件之間固定設(shè)置有多個第二阻力件，用于增加海水對所述連接柱的阻力； 所述多個第二阻力件沿所述連接柱的伸長方向間隔設(shè)置； 所述多個第二阻力件中的每個與所述連接柱的軸向外表面呈非平行的交角，所述多個第二阻力件中的每個與所述第一阻力件呈非平行的交角。
12.如權(quán)利要求11所述的浮體定位樁，其特征在于，所述第二阻力件呈板狀，所述第二阻力件的板面垂直于所述連接柱的軸向外表面。
13.如權(quán)利要求12所述的浮體定位樁，其特征在于，所述第一阻力件呈板狀，所述第二阻力件的板面垂直于所述第一阻力件的板面。
14.如權(quán)利要求1所述的浮體定位樁，其特征在于，所述連接柱在其內(nèi)部還設(shè)置有通道，所述通道用于在所述通道下部裝載壓載物: 當(dāng)所述浮體定位樁在海水中工作時(shí)，所述通道的一端露出海面，與大氣連通；所述通道的另一端浸入海水內(nèi)，其使得所述通道與海水連通，所述通道與所述浮力艙氣體不連通。
【文檔編號】B63B21/50GK203921138SQ201420301183
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】海飛, 鄭瑋 申請人:上海海鄭海洋建設(shè)工程技術(shù)有限公司