海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构
技术领域
1.本发明涉及一种海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，属于海洋工程技术领域。


背景技术：

2.随着经济和社会的快速发展，陆地资源已经不能完全满足人类生产生活的需要，人类对海洋资源的需求日益增长，大型海上平台的建造和开发作为基础设施建设具有十分重要的战略意义。大型海上平台可以用于海上油气开发、海上机场、军事基地甚至海上城市，相比于一般的海洋结构，大型海上平台的尺度一般以公里计，因此结构庞大、安全性要求高、施工周期长，需要具有维护费用低、抗爆抗冲击能力强、使用寿命长等特点。
3.大型海上平台的构造形式按照其受力模式分主要有固定式平台结构和浮动式平台结构。其中，固定式平台利用墩柱将上层甲板支撑于海床上，平台与海床直接进行相互作用。浮动式平台整体利用浮力浮在海面上，平台受水动力影响较为显著。半潜式浮式平台由于其优越的水动力特性在大型海洋平台的开发和应用具有极大的优势和潜力。现有的半潜式结构多为小型平台，尺度以百米计，主要用于海洋油气开发，平台多使用钢结构建造。钢结构平台虽然自重较轻，但由于截面刚度小并以受压为主，必须考虑局部屈曲和失稳等不利因素，钢板厚度较大且加劲肋构造复杂，而且造价较高，抗爆抗冲击性能较差，并不适用于大型海上平台的建设。而对于混凝土结构的半潜式平台，虽然抗爆性能相对于钢结构平台有很大的提高，但由于自重大、截面尺寸大、施工困难、配筋构造复杂、易开裂、建造和维护困难，在小型浮式海洋平台的设计和建造中几乎没有应用，同时也不能满足大型浮式海洋平台的要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种承载力高、抗爆和抗冲击性能好、施工方便并造价适中的大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，充分利用钢和混凝土两种材料的优势，取长补短，从而使结构获得更好的力学性能、施工性能和综合经济指标。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：平台由多个钢
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混凝土组合半潜式结构单体拼接而成。
7.本发明所述的钢
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混凝土组合半潜式结构单体的拼接方式可以有刚性连接器、柔性连接器、浮桥搭接等多种形式。
8.本发明所述的钢
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混凝土组合半潜式结构单体由浮体，多腔钢管混凝土柱，桁架式钢
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混凝土组合甲板构成。其中，所述浮体的结构形式采用环形浮体，浮体由钢
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混凝土组合板构成，所述的钢
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混凝土组合板由外包钢板和混凝土通过连接件组合而成，所述的连接件采用栓钉。
9.本发明所述的多腔钢管混凝土柱由多腔钢管和内填混凝土构成，其中，所述多腔
钢管的截面形式可以为圆形、三角形、四边形、多边形等。
10.本发明所述的浮体和多腔钢管混凝土柱为中空结构，内部由隔板分隔为多个舱室，可以用于储物或生产生活需要。
11.本发明所述的钢
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混凝土组合甲板由混凝土板和钢桁架通过连接件组合而成。所述的连接件采用栓钉。
12.本发明相对于现有技术具有以下优点及突出性效果：
①
钢
‑
混凝土组合板极大的提高了浮体结构的刚度和强度，改善了浮体的各项力学性能和指标。
②
多腔钢管混凝土柱有效利用了约束混凝土的受压性能，同时避免外层钢管发生屈曲，增大材料的利用效率。
③
钢
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混凝土组合甲板利用组合作用充分发挥钢材的受拉性能和上部混凝土板的受压性能，并使甲板易于修缮和维护。
④
结构整体由钢和混凝土组合而成，相比于传统钢结构平台增强了结构的刚度、强度和延性，同时极大的改善了结构的防火防腐性能、抗爆抗冲击性能。
⑤
钢结构部分可以作为永久模板用于混凝土部分的浇筑，减少支模工序，施工工艺简单，施工速度较快。
附图说明
13.图1为本发明的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构的结构立体示意图。
14.图2为本发明的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构的单体结构示意图。
15.图3为本发明的单体结构横截面示意图。
16.图4为多腔钢管混凝土柱横截面组成采用矩形的结构示意图。
17.图中：1－单体结构；2－浮体；3－多腔钢管混凝土立柱；4－桁架式组合甲板；5－钢
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混凝土组合板；6－单体连接件；11－混凝土；12－栓钉连接件；13－钢板；14－钢管；15－混凝土；16－混凝土板；17－栓钉连接件；18－钢桁架；19－隔板；20－舱室；21－海面。
具体实施方式
18.以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
19.图1为本发明的结构立体示意图。具体施工步骤如下：
20.1)进行下部浮体2的分段建造。在外包钢板13上焊接栓钉连接件12，并进行混凝土11的灌浆操作。将浮体分段利用焊接方式进行连接，形成下部环形浮体2。浮体2上预留中部多腔钢管混凝土柱3的连接节点。
21.2)将多腔钢管14与下部浮体2进行连接，连接形式为焊接或螺栓连接。在多腔钢管14中灌注混凝土15，形成多腔钢管混凝土柱3。
22.3)吊装上部钢
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混凝土组合甲板4的桁架部分18，桁架上设置栓钉连接件17，并进行上部混凝土板16的浇筑。可根据需要在混凝土板16内配置一定数量的受力钢筋和构造钢筋。
23.4)将多个钢
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混凝土组合半潜式结构单体1进行连接，单体的拼接方式可以根据需要使用刚性连接器、柔性连接器、浮桥搭接等多种形式。平台可进行无限延伸。
24.本发明提供了一种承载力高、抗爆和抗冲击性能好、施工方便并造价适中的大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，可以用于海上油气开发、海上机场、军事基地甚至海上城市建设。该结构充分利用钢和混凝土两种材料的优势，浮体结构采用钢
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混凝土组合板，
极大的提高了浮体结构的刚度和强度，改善了浮体的各项力学性能和指标。中部多腔钢管混凝土柱有效利用了约束混凝土的受压性能，同时避免外层钢管发生屈曲，增大了材料的利用效率。同时，钢
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混凝土组合甲板利用组合作用充分发挥钢材的受拉性能和上部混凝土板的受压性能，并使甲板易于修缮和维护。结构整体由钢和混凝土组合而成，相比于传统钢结构平台增强了结构的刚度、强度和延性，同时极大的改善了结构的防火防腐性能和抗爆抗冲击性能，在大型海洋平台建设中具有非常广阔的应用前景。


技术特征：
1.一种海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：平台由多个钢
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混凝土组合半潜式结构单体(1)拼接而成。2.按照权利要求1所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述单体(1)由浮体(2)，多腔钢管混凝土柱(3)，桁架式钢
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混凝土组合甲板(4)构成。3.按照权利要求2所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述浮体(2)的结构形式为环形浮体。4.按照权利要求3所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述浮体(2)由钢
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混凝土组合板(5)构成。5.按照权利要求4所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述浮体(2)中的钢
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混凝土组合板(5)由外包钢板(13)、混凝土(11)通过连接件(12)组合而成。6.按照权利要求5所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述钢
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混凝土组合板(5)中的连接件(12)采用栓钉。7.按照权利要求2所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述多腔钢管混凝土柱(3)由多腔钢管(14)和内填混凝土(15)构成。8.按照权利要求7所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述多腔钢管混凝土柱(3)中的多腔钢管(14)截面组成形式可以为圆形、三角形、四边形、多边形等。9.按照权利要求2
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8所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述浮体(2)和多腔钢管混凝土柱(3)为中空结构，内部由隔板(19)分隔为多个舱室(20)。10.按照权利要求2所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述钢
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混凝土组合甲板(4)由混凝土板(16)和钢桁架(18)通过连接件(17)组合而成。11.按照权利要求10所述的海上大型钢
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混凝土组合浮式半潜平台结构，其特征在于：所述钢
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混凝土组合甲板(4)中的连接件(17)采用栓钉。

技术总结
本发明涉及一种海上大型钢


技术研发人员：陶慕轩 王晓强 王雨伦
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2021.09.17
技术公布日：2021/12/10