CN103015364A

CN103015364A - 一种全装配式钢结构涉水基础平台

Info

Publication number: CN103015364A
Application number: CN2012105506415A
Authority: CN
Inventors: 刘张雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明提供一种全装配式钢结构涉水基础平台及基本构件。具体是一种钢结构涉水基础平台的现场总装构建及其基本结构单元——刚浮体（1）的标准化设计、规模化生产。本发明是对传统涉水基础设施在结构设计、建造方式方面的改进和创新。具体是通过基本结构单元——刚浮体（1）的标准化、定型设计，使其成为能够在工厂车间进行规模化、成批量生产的系列产成品构件；全装配式钢结构涉水基础平台的构建则根据需要，选用所需的刚浮体（1）系列产成品，就像搭建积木模型或拼装俄罗斯方块一样，现场总体组合装配，快速构建完成(详见附图全装配式钢结构涉水基础平台总装示意图)。本发明适用但不仅限于包括临水、水上两类不同功能和用途的平台，以及以其作为其他水上建构物基础的平台；可广泛应用于港口码头、交通浮桥、水产养殖网箱、水上餐饮娱乐平台等涉水工程项目。

Description

一种全装配式钢结构涉水基础平台

技术领域

本发明涉及一种全装配式钢结构涉水基础平台及基本构件，具体是一种全装配式钢结构临水、水上基础平台的现场总体组装构建，及其基本结构单元——刚浮体（1）的标准化、定型设计，规模化、成批量生产。

背景技术

近年来，在我国的中西部地区，随着各大江、河水系梯级水电能源资源的开发，高峡出平湖，形成了许多优良的库湖区水体、水面资源。综合开发利用库湖区资源，符合建设资源节约、环境友好为特征的两型经济和全面建成小康社会的国家战略；是发展边疆少数民族地区社会经济，实现经济增长方式转变，增加沿岸居民收入的必然选择。

库湖区水体、水面资源的综合开发利用涉及到水运交通、水产养殖、旅游等多种行业或领域。但无论发展上述何种行业或领域，建设涉水基础设施即临水、水上基础设施都是不可或缺的前提和基础；在现有技术条件下，涉水基础设施工程的结构特殊、施工难度大、建设周期长，工程投资大、规模匹配难、经济性价比低是其共性；而库湖区水位变幅大、深层软基、水环境保护等复杂水文地质条件及相互影响是其特殊性。

因此，研发一种简单实用，节能环保，环境适应性强的涉水基础平台不仅十分必要，而且具有广泛应用前景。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：为克服背景技术的不足，提供一种结构简单合理、能产业化生产，现场组合装配、快速构建完成，节能环保、绿色生态，环境适应性强的全装配式钢结构涉水基础平台。

本发明是运用价值工程原理和***分析方法，以传统浮码头作为价值工程研究对象，对其功能和全寿命周期成本进行重新定位、分析和评价，优选出基本结构单元——刚浮体（1）；通过刚浮体（1）的标准化、定型设计，使其成为能够在工厂车间进行规模化、成批量生产的系列产成品构件：标准节（5），标准侧节（6），非标端节（7），标准端节（8）。

全装配式钢结构涉水基础平台的构建：则根据拟建设施的规模或用户的需求，选用所需的刚浮体（1）系列产成品——标准节、非标准节，通过上、下、左、右、前、后六个面各向刚性（螺栓）或非刚性（铰）连接，就像搭建积木模型或拼装俄罗斯方块一样，经现场总体组合装配，快速构建完成。

本发明所述的全装配式钢结构涉水基础平台包括临水、水上两类不同功能和用途的平台，以及以其作为其他水上建构物基础的平台；具有结构简单、组装方便，建设周期短、工程投资省等优点，可为库湖区各种涉水基础设施项目量身定做最佳的一体化解决方案；改变了传统涉水基础设施需进行单体设计、专门施工建造的形成过程和模式，是对传统涉水基础设施在结构设计、建造过程和方式的改进和创新。

本发明可因地制宜，根据拟建涉水基础平台的用途、规模、荷载作用效应，选择构建与之相适应的平面布置和结构组合形式；能有效克服或解决了库湖区涉水基础设施项目建设遇到的水位变幅大、地下水位变动频繁，地基承载力低、深层软基、水环境保护等特殊水文地质环境条件难题；其适用范围包括但不仅限于构建各类码头等临水交通基础设施，还可广泛应用于水产养殖、旅游等行业或领域，构建交通浮桥、养殖网箱，水上餐饮、娱乐平台等水上基础设施项目。

本发明所需的原材料、构配件无特殊要求，所需的技术均为常规民用技术，生产工艺、技术条件成熟，无技术风险；其基本结构单元采用标准化、定型设计，规模化、批量生产，产成品生产过程中的质量安全可控、易控；涉水基础平台采用现场总体组合装配完成，在满足正常使用所需强度、刚度、耐久性和浮游稳定性的同时，还预留有足够的安全冗余设计，确保其在使用过程中发生诸如浮筒泄漏、水文地质灾害等特殊情况的浮游稳定性，实现本质安全。

本发明力求以最低的寿命周期成本，实现其所必备的功能，在全寿命周期内，可以不使用或耗费化石能源，不产生工业三废（废气、废水、废渣），属于节能环保型产品。在使用期中，可适时进行规模扩展或拆分二次利用；期终报废时，亦可全部回收利用，无任何残留物，不侵占、污染水体，对水体或区域环境不构成威胁，是典型的环境友好型产品。

附图说明

图1全装配式钢结构涉水基础平台总装示意图；

图2基本结构单元——刚浮体结构示意图；

图3浮筒填充料——硬质聚氨酯泡沫塑料生产工艺流程图。

图中（1）刚浮体，（2）钢结构框架，（3）钢浮筒，（4）浮筒填充料，（5）标准节，（6）标准侧节，（7）非标端节，（8）标准端节。

具体实施方式

1.全装配式钢结构涉水基础平台可细分为临水基础平台和水上基础平台。临水基础平台包括客货运码头、工作船码头、游艇码头等交通基础设施，其主要功能是为船舶提供靠泊作业，进行旅客、货物的水～陆（船～岸）中转的设施；水上基础平台包括交通浮桥、养殖网箱、水上餐饮娱乐平台等基础平台，其主要功能是为上部建筑结构提供基础平台支持。无论是临水基础平台，还是水上基础平台，具体实施方式均相同即根据拟建涉水基础平台的规模大小、外部荷载组合效应，选用所需的刚浮体（1）的标准节、非标准节，通过各向刚性（螺栓）或非刚性（铰）连接，经现场总体组合装配，即可快速构建完成（如图1）；构建规模较小或承受外荷载组合效用较小的全装配式钢结构涉水基础平台，可以采用基本构件——刚浮体（1），进行单层、单节延伸组合构建；构建规模较大或承受外荷载组合效用复杂的全装配式钢结构涉水基础平台，可以采用基本构件——刚浮体（1），进行多层、多节延伸组合构建。

2.如图2所示，刚浮体（1）选定外轮廓尺寸长﹡宽﹡高为a﹡a﹡a米的正六面体的刚性钢结构框架（2），是基于基本结构单元——刚浮体（1）的结构受力状况、功能性价比，便于运输装卸和现场组合装配。刚浮体（1）材质选用 [型钢、H型钢，采用切割、钻孔、焊接等金属加工工艺制造，可实现标准化、定型设计，工厂规模化、批量生产。其主要功能是使得刚浮体（1）以及全装配式涉水基础平台具有足够的强度、刚度、耐久性和浮游稳定性，能承载设计外荷载组合效用。

刚浮体（1）分为标准节（5），标准侧节（6），非标端节（7），标准端节（8）。标准节（5）——位于全装配式浮码头中间部位，上、下、左、右、前、后六个面，各向均可连接的构件；标准侧节（6）——位于全装配式浮码头侧面，除1个侧向不能其他各向均能实现连接的构件；非标端节（7）——位于全装配式浮码头端部，除2个侧向不能其他各向均能实现连接的构件；标准端节（8）——位于全装配式浮码头侧端部，除3个侧向不能其他各向均能实现连接的构件。

3.钢浮筒（3）是设置于刚浮体框架（2）内，内接直径d与高度h相等的圆柱体结构。钢浮筒（3）材质选用优质钢板材，采用卷制、焊接等金属加工工艺制造，亦可实现标准化、定型设计，工厂规模化、批量生产。其主要功能是为刚浮体（1）以及全装配式涉水基础平台提供浮力；保护浮筒填充的浮性材料，确保刚浮体（1）整体具有相同的耐久性。

4.钢浮筒填充料（4）是一种蜂窝状闭合气泡结构的硬质聚氨酯泡沫塑料。钢浮筒填充料（4）的生产化工原料配比为A料／B料=107／100，采用低压配料设备生产；其物理力学指标为：抗压强度不低于100kPa，密度控制在为30～35kg／m³；主要功能是填充钢浮筒（2）的内部空间，为刚浮体（1）以及全装配式涉水基础平台的浮游稳定性提供足够的安全冗余。

A料——多元醇系预混合物，其成分主要是以多元醇（Polyol）为主，并加入适当比例的催化剂（Catalyst）、硅酮（Silicone）、稳定剂（Stabilizer）和水（water）构成。

多元醇系预混合物具体构成组分为：

①多元醇Polyol（DP521）， 70.69%；

②催化剂Catalyst（PM）， 0.28%；

③催化剂Catalyst（Dabco 33LV）， 0.35%；

④催化剂Catalyst（Catalyst T12）， 0.03%；

⑤硅酮Silicone（Silicone B8404）， 0.91%；

⑥稳定剂Stabilizer（Alfametil Stirolo）， 0.28%；

⑦ 水 Water， 0.28%。

B料——异氰酸盐起泡剂（Boiling Agent），其主要成分是氟利昂11（Freon 11），以及在发泡生产过程中补充的起泡剂（Boiling Agent）氟利昂11（Freon 11）和低沸点发泡剂（Low Boiling）氟利昂12（Freon 12）。

起泡剂（Boiling Agent）和发泡剂（Low Boiling）的构成组分为：26.4%±2%。

5. 硬质聚氨酯泡沫塑料填充采用低压配料设备生产，其生产工艺流程详见图3。

硬质聚氨酯泡沫塑料填充生产工艺条件和步骤如下：

第一，在22℃温度条件下，用注料泵将多元醇系预混合物即A料，注入钢浮筒内；

第二，在20℃温度条件下，用注料泵将异氰酸盐即B料，注入钢浮筒内；

第三，将上述A料、B料进行充分预混，变成为经催化了的A料与B料混合物；

第四，在20℃温度条件下，将低沸点起泡剂Freon12，注入浮筒内，加速化学反应过程；

第五，最后，密封钢浮筒加料孔，即完成钢浮筒内部硬质聚氨酯泡沫塑料的填充。

实施案例1：在建设高坝水电站形成的库区，陆域地形通常是山高坡陡；一般情况下，库区水位在汛限水位与设计高位之间运行，水位变幅大是其固有的水文特征；坝前库区河段年水位变幅大，年水位差从数十米至数百米不等，日水位变幅则较小；库尾河段则近似于天然河流，年水位变幅大，日水位变幅也大，受电站下泄流量的影响，日水位差可达数米。在上述库区建设各类码头等临水基础设施或水上基础设施，要克服如此巨大的水位差或频繁的水位变幅，工程规模及其难以匹配，需要实施大量的水工建筑工程才能得以实现。采用本发明，由于全装配式钢结构涉水基础平台可随水位的升降而升降，只需根据拟建设施的规模大小和后方陆域地形条件，因地制宜地修建道路或通道即可实现其必要的功能；并可以有效减少或消除因水位差大、地下水位变化频繁等风险因素，以及由此引发的地基承载力降低、深层滑动等不确定性导致的技术、安全风险，实现本质安全。

实施案例2：在具有自然气候调节作用，受地方性法规保护天然湖泊，陆域地形虽然平缓，但多为的滩涂沼泽，前沿边滩较长，水域水深不足；一般情况下，湖区水位在法定最低运行水位和最高防洪限制水位之间运行，水位变幅不大，且受到严格的人为控制。在上述湖区建设临水基础设施或水上基础设施，可能遇到的是地基承载力低、深层软基、水深不足、水环境保护等难题，需要投入大量的资金进行软土地基处理、前沿水域疏浚，才能满足使用要求。采用本发明，由于全装配式钢结构涉水基础平台自身具有足够的强度、刚度、耐久性和浮游稳定性，可以不受湖区深层软基承载力低的限制和影响，节省软基处理工程投资；且可以利用水上基础平台组合，因势利导地架设交通浮桥，跨越前沿边滩水域，最大限度的减少对湖区湿地的生态破坏，节省前沿水域疏浚工程投资；对于湖区水环境保护，因本发明在全寿命周期内不产生工业三废，期终报废时可全部回收利用，无任何残留物，不侵占、污染水体，对水体或区域环境不构成威胁，是典型的环境友好型产品。

实施案例3：随着我国全面建成小康社会和经济结构战略性调整目标的推进，以及加快建立扩大消费需求长效机制的实施，集水上休闲娱乐为一体的高端消费——游艇行业，将会受国家产业政策的优惠或扶持，得到迅速发展；游艇码头作为该行业不可或缺的配套设施，也必将得到同步的发展。本发明可以根据拟建的游艇码头性质、规模、用途以及水陆域环境条件，量身定做一体化解决方案；推广和发展标准化游艇码头，可以达到节约、集约化使用港口岸线资源，规范化管理的目的，实现该行业的资源节约、环境友好和可持续发展。

实施案例4：浮桥有时也称舟桥，是跨越库湖区水域，尤其是在应对或处置特殊水文、地质、气象、地震等自然灾害或突发性事件时，经常采用的永久或临时性简易桥梁。本发明提供的全装配式钢结构水上平台，实现了舟和桥的一体化，可以根据需要，快速构建能承受各种荷载（包括人行荷载，汽车、坦克等重型装备荷载等）作用效应的轻型、中型和重型浮桥；可广泛应用于库湖区水上交通、抢险救灾，以及各种突发性事件的应急救援等。

实施案例5：水产养殖是湖库区水体、水面资源综合开发利用的重要产业之一，养殖网箱是水产养殖业进行规模化养殖必不可少的生产设施。本发明提供的全装配式钢结构水上平台，改变了传统养殖网箱的建造模式，采用基本结构单元——刚浮体（1），进行单层、单节延伸组合（如图1），再加挂养殖网具，即可快速构建用户所需的规模化、规范化、标准化养殖网箱。

实施案例6：水上旅游是湖库区水体、水面资源综合开发利用的又一重要产业，作为水上旅游的配套服务设施——水上餐饮、娱乐设施，是发展水上旅游的前提和基础。本发明提供的全装配式钢结构水上平台或以其作为基础支持的平台，其上可以建造包括餐饮娱乐厅、休闲健身房等在内的各种上部建筑结构，改变了传统水上旅游基础平台的设计、建造模式；可以根据拟建水上旅游设施的规模、用途、结构形式和设计荷载组合效用，采用基本结构单元——刚浮体（1），进行多层、多节延伸组合（如图1），即可快速构建完成用户所需的水上旅游基础设施平台。

Claims

1.一种全装配式钢结构涉水基础平台，是由基本结构单元——刚浮体（1），根据需要，通过刚浮体（1）的上、下、左、右、前、后六个面各向延伸连接，现场总体组合装配，快速构成。

2.根据权利要求1，其特征在于：所述的全装配式钢结构涉水基础平台包括临水、水上两类不同功能和用途的平台，以及以它作为其他水上建构物基础支持的平台。

3.根据权利要求1，其特征在于：所述的全装配式钢结构涉水基础平台，其基本结构单元——刚浮体（1），可以实现标准化、定型设计，规模化、成批量生产。

4.根据权利要求1，其特征在于：所述的刚浮体（1）是外形为a*a*a的正六面体空间钢结构刚性框架体，其力学性能为自身具有承载设计荷载组合作用效应所需的强度、刚度、耐久性和浮游稳定性。

5.根据权利要求1或4，其特征在于：所述的刚浮体（1）是采用型钢，经切割、钻孔、焊接等金工工艺加工制造的正六面体钢结构框架（2），钢结构框架内置（内接）采用钢板卷制、焊接等金工工艺加工制造的圆柱体钢浮筒（3），钢浮筒内填充料为一种硬质聚氨酯泡沫塑料（4）。

6.根据权利要求5，其特征在于：所述的钢浮筒填充料是一种蜂窝状闭合气泡结构的硬质聚氨酯泡沫塑料（4）；其生产化工原料配比为A料／B料=107／100，采用低压配料设备生产；物理力学指标为：抗压强度不低于100kPa，密度控制在为30～35kg／m³。

7.根据权利要求1或4或5，其特征在于：所述的刚浮体（1），按组合装配浮码头平台的要求，可分为：标准节（5），标准侧节（6），非标端节（7），标准端节（8）。

8.根据权利要求1或4或5，其特征在于：所述的全装配式钢结构涉水基础平台或刚浮体（1），具有失效安全冗余设计，可随库区水位的升降而升降，可以有效减少或消除因水位差大、地下水位变化频繁等风险因素，以及由此引发的地基承载力降低、深层滑动等不确定性导致的技术、安全风险，实现本质安全。

9.根据权利要求1或4或5，其特征在于：所述的全装配式钢结构涉水基础平台或刚浮体（1），具有可任意组合装配性，可不受深层软基承载力低的限制，可以最大限度的减少对湖区湿地生态的影响；且全寿命周期内不产生工业三废，期终报废时可全部回收利用，无任何残留物，不侵占、污染水体，对水体或区域环境不构成威胁。

10.1根据权利要求1或4或5，其特征在于：所述的全装配式钢结构涉水基础平台或刚浮体（1），具有可任意组合装配性，其侧面可布设安装防撞、消能等设施设备，底面可挂设安装养殖网具等水下设施设备，顶面可直接或加强后布设安装上部建筑结构或其他设施设备；可以为船舶码头、交通浮桥、养殖网箱、水上餐饮娱乐平台等设施提供量身定做的一体化解决方案。