[发明专利]一种减摇型UHPC管-箱体组合漂浮结构及其建造方法

说明书

本发明涉及一种减摇型UHPC管‑箱体组合漂浮结构，包括从上至下依次设置的上层结构、中层结构和底层结构，以及用于连接三层结构的空心管；上层结构包括由环形浮箱形成的外环和由下沉式上层圈梁形成的内环；中层结构包括中层圈梁；底层结构包括底层圈梁和设置于底层圈梁外圈的减摇鳍；空心管、环形浮箱、上层圈梁、中层圈梁、底层圈梁和减摇鳍均由UHPC材料制成；三层圈梁上间隔开设多个大小与方向相互对应的预留孔，供空心管穿插以连接三层圈梁；空心管与各层圈梁交接处的空心管内部填充高强混凝土混合料，采用连接件穿过空心管、混凝土填充段和圈梁，并利用高强低收缩灌浆料密封。本发明可用于发展海洋作业平台、海洋渔场网箱和水下观光平台等。

技术领域

本发明涉及海洋工程设施技术领域，具体涉及一种减摇型UHPC管-箱体组合漂浮结构及其建造方法。

背景技术

当前世界范围内相对成熟的漂浮结构，大多以钢结构为主，其中特种钢用量相当大，导致制造成本高，资源消耗大。由于钢材在海水中易腐蚀，因此表面防护成本大，结构维护费用高。目前的金属网箱等漂浮结构多是一体成型，在使用一段时间后需要整体拖回船坞进行维修，维护周期长，维护费用高，给渔业生产带来较大影响。

UHPC(超高性能混凝土)是一种具有超高强度，超高韧性和高耐久的先进水泥基材料，其物理力学性能优异，耐海洋腐蚀能力强。随着对超高性能混凝土(UHPC)材料研究和应用的不断深入，其作为海洋漂浮结构的优越性也逐渐凸显出来，目前已经有采用UHPC设计漂浮结构的专利。

中国专利CN210681081U公开了一种混凝土结构的水上漂浮装置，其壳体混凝土为UHPC混凝土，该漂浮装置虽然可以在局部破坏时，仍能保证漂浮，但是由于浮力的变化，容易导致平台的倾斜甚至倾覆。另外，海洋中的大风大浪，也常常导致海上漂浮结构的倾翻。

中国专利CN111846131A公开了一种装配式空心管-箱体组合漂浮结构，包括空心管、UHPC箱体和UHPC套筒三种预制构件，通过插接、焊接、胶结而成，该组装过程可沿三维空间方向无限扩展，形成巨大的网架-箱体组合漂浮结构体系，该结构在风平浪静的环境下具有良好的服役性能。但由于该专利未充分考虑和优化相关漂浮结构各部分的浮力分布和重量配置，所以该结构在海洋波浪环境下的稳定性尚存在不确定性。

漂浮结构稳定性设计中一般借助船舶静力学原理，主要考虑稳心和回复力矩。而本漂浮结构拟面向风浪流叠加的海洋环境，故要求其在动态环境条件下具有减摇能力的机制和相应的结构设置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种减摇型UHPC管-箱体组合漂浮结构及其建造方法，该结构由三层构件组成并通过高强高韧空心管连接，通过对结构浮力和重量的优化配置，使主要的托举应力集中于水面附近，且环绕结构的边沿，同时使其重心降至最低，由此即构成漂浮结构减摇体系，从而使结构具备漂浮、承载、减摇等功能。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种减摇型UHPC管-箱体组合漂浮结构，包括从上至下依次设置的上层结构、中层结构和底层结构，以及用于连接三层结构的空心管；所述上层结构包括一个由环形浮箱形成的外环和一个由下沉式上层圈梁形成的内环，所述环形浮箱与上层圈梁在预制过程中连接成一体；所述中层结构包括一个中层圈梁；所述底层结构包括一个底层圈梁和设置于所述底层圈梁外圈的减摇鳍；所述空心管、环形浮箱、上层圈梁、中层圈梁、底层圈梁和减摇鳍均由UHPC材料制成；所述上层圈梁、中层圈梁和底层圈梁上间隔开设多个大小与方向相互对应的预留孔，供所述空心管穿插以连接三层圈梁；所述空心管与各层圈梁交接处的空心管内部填充高强混凝土混合料形成混凝土填充段，且在相邻两混凝土填充段之间填充轻质泡沫塑料隔开；为加强圈梁与空心管之间的连接，采用连接件穿过空心管、混凝土填充段和圈梁，并利用高强低收缩灌浆料密封。

上述方案中，所述环形浮箱的平面尺寸大于其下部各圈梁的平面尺寸，所述环形浮箱与空心管所提供的浮力大于整个漂浮结构的自重。