[发明专利]水上的固定结构平台

说明书

技术领域

本发明涉及固定结构技术，比如建在海洋，湖泊和河流中的水上的任何种类的房屋，花园，道路，机场，停车场，儿童乐园以及度假村。

背景技术

在像日本这样的国家中从海洋获得土地已经变得非常重要，在这些国家中在岛屿和在狭窄的海岸居住地缺少陆地。特别是，能够在相当空旷的海面上构造出机场和停车场以及能够在岛屿之间和在海岸与岛屿之间构造出公路已经具有极端的重要性。在这一领域中已经进行了并且现在正在进行着大量的研究。

按照先有技术，水上结构基本上一直采用两种系统。这两种系统之一是浮动系统。这类系统利用物理上的浮动原理。所有这样的系统包括钢的浮动装置，用泡沫材料填充的格栅混凝土浮筒(screen concretepontoons)或者其它的其内存有空气且因此比水更轻的浮动系统。浮动的机场，浮桥，石油平台等是这类系统的示例。第二类系统是带有桩柱的系统。这类系统包括在海洋，湖泊或河流的水床(the water floor)上打下混凝土的桩柱或者钢的桩柱，为的是提供水上的结构。在这类系统的示例中可以列举出船坞，有桩柱的道路，有桩柱的桥梁等。在这种技术中，水的浮力不重要。地球表面的1/4被大陆覆盖。被大陆覆盖的地球表面的很大比例包括山脉，河流，湖泊，森林，农业用地，沙漠，以及不适合人类居住的极为干旱，炎热或寒冷的区域。在这种情况下，在一些适合于人类居住的大陆接合海洋的区域中从海洋或湖泊中获得陆地已经开始变得非常重要。

在按照先有技术的浮动系统中，水面上的起伏以及水面的升高和降低直接影响浮动平台。为了保护这样的浮动平台免于漂移的影响，把这些平台系结到设置在水床上的重物上。因为这些钢缆可能由于水面高度的变化和波浪振荡在它们甚至只是稍微紧一点的情况下断裂，所以将钢缆保持在松弛的状态。这样的情况也会在浮动系统的陆地连接方面导致严重的问题。另一个问题是浮动平台上的弯曲和断裂，以及由于波浪产生的滚动和扭曲。这些影响直接取决于波浪的幅度，波长以及水面高度的改变。例如，扭曲，纵向的沟道(ditches)，水在跑道上流过，以及由于波浪产生的颤抖(the shakes)可能使飞机不能在跑道上降落。可以容忍的沟道，扭曲和颤抖对于以每小时二百公里以上的速度沿着切线方向在跑道上降落的飞机来说是非常严格的。结果，设置在浮动装置和浮筒上的平台有时会使得它不可能有飞机可以降落的跑道结构。例如，题为“旧金山浮动跑道扩展方案”(San Francisco floating runway expansionproposal)(网页：www.floatint.com)的扩展旧金山飞机场的浮动跑道计划就由于这样的技术原因在1999年被拒绝。在另一方面，在YokosukuTokyo Bayd在波浪非常少的隐蔽海湾中已经建造了用于小型飞机的一公里长的浮动跑道。这个题为“1km-long Megafloat runway built off PortYokosuka in Tokyo Bay”(网页：www.nkk.co.jp/en/)的机场计划已经在2000年实现。这个计划与海岸的连接由于水面高度的升高和降低，以及由于风造成的振荡产生的跑道的纵向扭曲和纵向沟道产生了技术困难。在采用浮动装置，混凝土浮筒的所有水上平台应用中，以及在敞开的底侧面在其中有被收集起来的空气的那些平台中，表面波浪由许多不同的角度并且以许多不同的作用力作用在单块体的系统上。所述作用的静态计算和动力学计算极其复杂。不仅波浪，而且表面水流和强风也会影响浮动系统。强风将水平的牵引力赋予浮动系统的位于水面上的那些部分上。同时，由强风形成的波浪把赋予浮动平台上的作用力传导到危险的程度。对付这些作用力绝对是不容易的。在几乎所有的按照先有技术的实践中，工程师，建筑师，力学家在计算方面和在构造出能够经受这样的动力学作用力和机械作用力的构造方面已经进行了艰苦的工作。本发明人认为，为了能够更好地理解这些问题，在这里在下面的引文中重复本人的发明的主要思想有本质的重要性。“因此，本人认为，通过借助于作用力将比水轻的浮动装置和浮筒浸入到水面以下比如3-5米的深度摆脱这些问题可能是可行的，目的是完全摆脱波浪的复杂作用力，以完全消除强风带来的冲击，并且在很大程度上避免表面水流的影响。”通过采用比浮力大的重物的作用力浸入水中的浮动装置和浮筒并没有失去它们的任何浮力。通过把浮动装置和浮筒移到水面以下将会带来许多好处，在那里它们的浮力保持不变，但是可以保护它们不受表面波浪，表面水流和强风的影响；因此，依靠本发明，在以下方面取得了进步，即毫无困难地摆脱了复杂的计算、必须建造坚固的构造、相当大的花销且由许多麻烦引起的所有许多问题，这些麻烦都与恶劣的表面状况，强风和风造成的表面水流相关。具有用来将各个部件浸入离开水面3-5米深度的可调节长度的钢缆由于它们的弯曲限度(bending margin)小所以可以在很大程度上将水床的稳定性在竖直方向上带给浮动装置。浮动装置或浮筒连续地产生浮力在竖直方向上使它们离开水，这些浮动装置或浮筒呈现一种动力学功能。对于本人来说，生产出带有圆形的钢柱或混凝土柱以将所述浮动装置或浮筒的稳定的动力学浮力传递到要放置在水面以外的平台已经完全没有任何困难。在平台与浮动装置或浮筒之间的立柱借助于缆索将水床的稳定性间接地带给平台。立柱的长度(大约8米)在借助于重物被浸入水中的浮筒或浮动装置与在水面以上的平台之间实现连接，对立柱的长度必须进行调节，其方式使得水上的平台的位置将足够地向上，从而可以避免表面波浪的冲击。波浪仅只能影响有带有圆状的立柱。作用在所述立柱的整个表面上的作用力降低到可以忽略的程度。结果，本人发现，我们可以通过增加或减少浮筒的提升能力获得如想要的那样大的每单位面积的浮力。因此，通过应用在这个主要思想基础上的任何建筑上的，美学上的，技术上的以及机械上的改进提供许多不同的水上结构已经变为可能。用更简单的话说，提供相当经济和实用的陆地已经变为可能，这样的陆地适合于农田，花园，以及带有天然陆地那样高稳定性的任何结构。直到今天所采用的实践都是在水上浮动结构的形式，以及包括桩柱的那些结构，这些结构都必须面对上面提到的那些困难的计算和问题。