本發(fā)明屬于海洋工程，更具體地說，特別涉及一種紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)及其安裝方法。
背景技術(shù)：
1、20世紀(jì)以來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，世界各國對能源的需求量急劇增長。為了解決不可再生能源資源的枯竭與環(huán)境的日益惡化，尋找可替代、可再生、清潔的新型能源已成為全球各個國家的共識。海洋作為占地球面積70％的主體，不僅擁有豐富的水產(chǎn)、石油等資源，更蘊(yùn)藏著巨大的能源，海洋能源主要以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在，海洋能的利用具有重大潛力，加大海洋能的開發(fā)與研究具有重要意義。
2、在深遠(yuǎn)海領(lǐng)域時(shí)，固定式基礎(chǔ)的樁柱安全性和整體經(jīng)濟(jì)性會受到巨大的挑戰(zhàn)，漂浮式結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。但是，由于深遠(yuǎn)海區(qū)域的風(fēng)浪流載荷遠(yuǎn)比內(nèi)陸水面環(huán)境復(fù)雜、惡劣得多。如何應(yīng)對惡劣的深遠(yuǎn)海運(yùn)營環(huán)境、如何提高結(jié)構(gòu)的水動力性能，同時(shí)保證運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性，是設(shè)計(jì)深遠(yuǎn)海浮式結(jié)構(gòu)的重大挑戰(zhàn)。
3、目前常用的半潛式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)多采用“3立柱”或“3立柱+中間立柱”的布置方案，這類浮式基礎(chǔ)不能高效的分布載荷，并易受到極端波浪條件的影響。
4、有鑒于此，需要進(jìn)行優(yōu)化。在領(lǐng)域內(nèi)，也有提出過相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)方案，例如公開號為cn2395542y和cn109398633a的專利，這兩個專利主要將浮力設(shè)置在中央立柱上。但是這種通過中央立柱提供主要浮力的方式依然存在穩(wěn)性半徑小，穩(wěn)性高度低，不具備良好的水動力性能，結(jié)構(gòu)自穩(wěn)性較差。因此，仍然需要進(jìn)一步地優(yōu)化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)及其安裝方法，通過浮力環(huán)提供漂浮平臺的大部分浮力，使水線面積的分布遠(yuǎn)離中心位置，這樣相應(yīng)地浮力環(huán)的穩(wěn)性半徑以及整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性高度大幅度提高，在大直徑浮力環(huán)條件下，結(jié)構(gòu)自穩(wěn)性更好，以解決背景技術(shù)中闡述的技術(shù)問題。
2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，包括至少一個浮力環(huán)，在所述至少一個浮力環(huán)中豎直設(shè)置有中央立柱，所述至少一個浮力環(huán)連接有多根預(yù)應(yīng)力連接體，所述多根預(yù)應(yīng)力連接體分別朝上下兩個方向傾斜且按環(huán)形分布的方式與所述中央立柱連接，使整體形成紡錘形。
3、可選的，包括兩個浮力環(huán)，分別為第一浮力環(huán)和第二浮力環(huán)，所述第一浮力環(huán)和所述第二浮力環(huán)間距疊放并通過連接立柱固定連接，所述第一浮力環(huán)和所述第二浮力環(huán)上的多根預(yù)應(yīng)力連接體分別朝上或/和下兩個方向傾斜且按環(huán)形分布的方式與所述中央立柱連接。
4、可選的，所述第一浮力環(huán)在水中的浮力大于所述第二浮力環(huán)在水中的浮力。
5、可選的，所述第一浮力環(huán)或/和所述第二浮力環(huán)上連接有系泊索，通過所述系泊索的牽拉使所述第一浮力環(huán)處于水面上，所述第二浮力環(huán)完全浸沒在水下。
6、可選的，所述預(yù)應(yīng)力連接體為預(yù)應(yīng)力剛性桿或預(yù)應(yīng)力索。
7、可選的，所述預(yù)應(yīng)力索為cfrp索。
8、可選的，所述浮力環(huán)包括外層的保護(hù)殼、中間層的浮力塊和內(nèi)層的環(huán)形骨架，所述保護(hù)殼為聚氨酯或hdpe的塑料硬殼，所述浮力塊為中空微珠復(fù)合材料、復(fù)合塑料、化學(xué)泡沫復(fù)合材料中的一種或多種組合。
9、可選的，所述環(huán)形骨架由多段骨架單元通過法蘭盤拼接或焊接形成，所述環(huán)形骨架為管狀、桁架、箱型中的一種。
10、可選的，所述環(huán)形骨架包含兩個環(huán)形主體，兩個所述環(huán)形主體間距疊放設(shè)置，并通過連接豎桿和/或連接斜桿連接在一起。
11、為了實(shí)現(xiàn)目的，根據(jù)紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供一種紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)的安裝方法，其關(guān)鍵在于，包括以下步驟：
12、s1：在中央立柱上設(shè)置可沿其軸向移動的套箍裝置；
13、s2：按照同等長度制作多根預(yù)應(yīng)力連接體，并將所述多根預(yù)應(yīng)力連接體分為同等數(shù)量的上下兩組；
14、s3：將對應(yīng)上下兩組中的所述預(yù)應(yīng)力連接體一端鉸接在浮力環(huán)上，另一端鉸接在套箍裝置上或中央立柱遠(yuǎn)離所述套箍裝置的一端上；
15、s4：所述套箍裝置沿所述中央立柱軸向移動，當(dāng)預(yù)應(yīng)力連接體達(dá)到張拉設(shè)計(jì)值后，停止移動并通過固定裝置將套箍裝置鎖緊。
16、本發(fā)明提供了一種紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)及其安裝方法，具備以下有益效果：
17、1、通過浮力環(huán)提供漂浮平臺的大部分浮力，使水線面積的分布遠(yuǎn)離中心位置，截面慣性矩隨直徑大小的四次方增加，這樣相應(yīng)地浮力環(huán)的穩(wěn)性半徑以及整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性高度大幅度提高，在大直徑浮力環(huán)條件下，具有良好的結(jié)構(gòu)自穩(wěn)性。
18、2、預(yù)應(yīng)力索材質(zhì)為cfrp，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、抗疲勞性能，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋼質(zhì)拉索和合成纖維繩，此外，cfrp索長期松弛性能遠(yuǎn)低于合成纖維繩，在漂浮式結(jié)構(gòu)中，不會發(fā)生拉力衰減大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的問題。
19、3、間距疊放設(shè)置的浮力環(huán)通過連接立柱相連，進(jìn)一步形成空間桁架，大大提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和整體性，有助于在運(yùn)輸，安裝階段保持結(jié)構(gòu)的完整性。
20、4、多根密集布置的預(yù)應(yīng)力連接體與浮力環(huán)和中央立柱相連，使結(jié)構(gòu)具有較大的冗余約束，同時(shí)也是一種高次超靜定結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)體系具有很好的強(qiáng)健性和安全性。
21、5、上浮力環(huán)提供的浮力大于下浮力環(huán)，有助于提高結(jié)構(gòu)的浮心位置，下浮力環(huán)自重相對較大，可降低結(jié)構(gòu)重心的高度，這種上輕下重的設(shè)計(jì)將進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的自浮穩(wěn)定性。
22、6、本發(fā)明結(jié)構(gòu)自重輕，相比傳統(tǒng)的半潛式基礎(chǔ)，造價(jià)大大降低，有利于結(jié)構(gòu)的推廣使用。
1.一種紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括至少一個浮力環(huán)(1)，在所述至少一個浮力環(huán)(1)中豎直設(shè)置有中央立柱(2)，所述至少一個浮力環(huán)(1)連接有多根預(yù)應(yīng)力連接體(3)，所述多根預(yù)應(yīng)力連接體(3)分別朝上下兩個方向傾斜且按環(huán)形分布的方式與所述中央立柱(2)連接，使整體形成紡錘形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括兩個浮力環(huán)(1)，分別為第一浮力環(huán)(11)和第二浮力環(huán)(12)，所述第一浮力環(huán)(11)和所述第二浮力環(huán)(12)間距疊放并通過連接立柱(4)固定連接，所述第一浮力環(huán)(11)和所述第二浮力環(huán)(12)上的多根預(yù)應(yīng)力連接體(3)分別朝上或/和下兩個方向傾斜且按環(huán)形分布的方式與所述中央立柱(2)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一浮力環(huán)(11)在水中的浮力大于所述第二浮力環(huán)(12)在水中的浮力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一浮力環(huán)(11)或/和所述第二浮力環(huán)(12)上連接有系泊索(5)，通過所述系泊索(5)的牽拉使所述第一浮力環(huán)(11)處于水面上，所述第二浮力環(huán)(12)完全浸沒在水下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述預(yù)應(yīng)力連接體(3)為預(yù)應(yīng)力剛性桿(32)或預(yù)應(yīng)力索(31)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述預(yù)應(yīng)力索(31)為cfrp索。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述浮力環(huán)(1)包括外層的保護(hù)殼(101)、中間層的浮力塊(102)和內(nèi)層的環(huán)形骨架(103)，所述保護(hù)殼(101)為聚氨酯或hdpe的塑料硬殼，所述浮力塊(102)為中空微珠復(fù)合材料、復(fù)合塑料、化學(xué)泡沫復(fù)合材料中的一種或多種組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述環(huán)形骨架(103)由多段骨架單元通過法蘭盤拼接或焊接形成，所述環(huán)形骨架(103)為管狀、桁架、箱型中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述環(huán)形骨架(103)包含兩個環(huán)形主體(104)，兩個所述環(huán)形主體(104)間距疊放設(shè)置，并通過連接豎桿(105)和/或連接斜桿(106)連接在一起。
10.一種紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)的安裝方法，用于安裝權(quán)利要求1-9任一所述的紡錘形張力索網(wǎng)浮式結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括以下步驟：