[发明专利]一种装配式UHPC管-箱体组合漂浮结构及其建造方法

说明书

本发明涉及一种装配式UHPC管‑箱体组合漂浮结构，包括UHPC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，通过结构和构造设计，使该结构密封后的排水量远大于结构自重，故其在水中可处于漂浮状态。本发明预制UHPC管和UHPC箱体既是结构体，又是浮体，而UHPC套筒为前两者的纽带，三种构件相互增强，组成力学性能优异的空腔骨架结构；在该结构的基础上，可进一步建造得到海洋作业平台、海洋网箱、浅滩浮桥、水下观光平台和海洋休闲平台等。

技术领域

本发明属于海洋工程设施技术领域，具体涉及一种预制装配式UHPC管-箱体组合漂浮结构及其建造方法。

背景技术

建设海洋强国，对于我国今后相当长一个时期的经济发展、国防建设和民生改善具有十分重要的意义。经略海洋，开发海洋，需要海洋基础设施先行，而海洋漂浮平台是重要的海洋基础设施，具有强大而多方面的功能，是国内外在大力发展的一个方向。长期以来，各类海洋平台以钢铁等金属材料为结构主体，而用无机非金属材料(如水泥混凝土)建造的海洋平台十分少见。钢铁等金属材料建造的海洋平台有其比强度高、加工建造技术成熟等优势，但在海洋环境下容易锈蚀的问题也是十分突出的，为解决锈蚀问题，需要频繁地进行结构防腐蚀维护，所以运维成本非常高。

普通钢筋混凝土建造的漂浮平台，尽管可以提高抗海水侵蚀性能，但由于结构过于厚重，导致施工、运输、使用等环节都十分不便，难以得到推广应用。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。UHPC材料具有高强高韧特性，力学性能指标是普通混凝土的数倍至数十倍；其抵御海洋侵蚀环境的能力也十分优异，可以大大延长结构维护的周期，降低运维成本。然而，目前用UHPC来建造漂浮结构，仍然沿用大型箱体的结构模式，其结构厚重的问题、抗风浪能力不足的问题依然没有解决，UHPC材料的巨大潜力并未得到有效的发挥。

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，提供一种装配式UHPC管-箱体组合漂浮结构及其建造方法，这种结构形式由若干个预制的中小型UHPC薄壁箱体、连接套筒和UHPC管组装而成，管-箱组合、结构稳定、形式多样、抗腐蚀性强，既可组成单层浅吃水漂浮平台，又可组成两层或多层半潜式骨架结构平台，具有广泛的再开发潜力和应用前景。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种装配式UHPC管-箱体组合漂浮结构，包括若干箱体单元和用于连接各箱体单元的UHPC管，每个箱体单元包括一个UHPC箱体以及固定安装于其侧面的多个UHPC套筒，所述箱体单元具有沿三维方向重复复制的特性，箱体单元之间通过UHPC管进行连接，可沿三维空间无限扩展，形成所述装配式UHPC管-箱体组合漂浮结构；

所述UHPC箱体的中部开设一个贯通的竖直空腔，并在所述竖直空腔周边开设多个与所述UHPC管适配的竖直连接孔，竖直方向上箱体单元之间的连接利用所述UHPC管穿过所述UHPC箱体上的竖直连接孔而实现；

所述UHPC箱体相邻两侧面上的UHPC套筒位于不同的高度，所述UHPC套筒沿长度方向开设一个贯通的、与所述UHPC管适配的套筒内连接孔，水平方向上箱体单元之间的连接利用所述UHPC管穿过所述UHPC套筒上的套筒内连接孔而实现；

所述UHPC管、UHPC箱体和UHPC套筒均采用高强高韧水泥基复合材料制备得到，三种构件的尺寸设计满足整体结构密封后的排水量大于结构自重，以保证结构在水中处于漂浮状态。

上述方案中，所述UHPC管的尺寸设计满足以下关系：

R×ρ_w2×d₁×ρ_uhpc (1)