海上混凝土结构外文翻译资料

 2022-01-27 22:13:31

海洋工程

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海上混凝土结构

Rodgo Perez Fernandeza,n, Miguel Lamas Pardob,t

a 马德里理工大学船舶与海洋工程，28040西班牙马德里

b 拉科鲁尼亚大学船舶与海洋工程，15403 Ferrol，西班牙

摘要

文章信息

文章历史：

在海上工业中，有两种可能的材料用于构造任何结构的船体：钢和混凝土。钢铁被广泛用于造船业，用于商船，军舰等。铝，玻璃钢（GRP）或木材等材料也用于长度小于100米的小型装置，其不利条件比海上工业小。尽管如此，有些船/驳船过去是用混凝土建造的，但这些都是相当孤立的案例并没有改变行业惯例。在第一次世界大战和第二次世界大战期间，由于其他材料的稀缺性，使用了混凝土，所以Alfred A. Yee的一系列驳船是一个罕见的例外。其他浮动结构也是用混凝土制成的，但它们几乎都是轶事。但是，这些混凝土结构的性能，特别是在维修方面，一直很优秀。因此，迄今为止混凝土在造船方面尚未获得足够的接受这一事实并不意味着它不会成为未来最适合海上工业的材料。已发现混凝土船舶的额外费用和相关的燃料成本是令人望而却步的，然而，与钢壳相比，混凝土船体的机动性损失可以完全抵消混凝土提供的优势，因为航运和海上工业现在有非常不同的优先事项。这些优先事项的主要区别之一是维护和耐疲劳的重要性，恰好是混凝土表现更好的区域。船舶可以很容易地进行干船坞养护和维修，而在海上平台，这些工作必须在现场进行，所以维护和疲劳对他们至关重要。除了这些方面，混凝土还有其他优点，根据几项研究中的一些发现。这支持了近年来的具体事实，已经建造了海上装置，证明在某些情况下钢铁的优点低于混凝土的优点。 Condeep混凝土重力基础平台自第一台机组成型以来一直在建造，1976年开始运作，加上一些浮动平台，其几何形状与制造的几何钢相似（驳船，半潜式和TLP型平台）。海上LNG终端和海上工业工厂利用持续多年的混凝土新兴概念。这些驳船的寿命可以设计长达200年，例如漂浮的Nkossa驳船，因此它们可以是一个很好的选择。在陆地上建造这些设施，从而避免海岸上垃圾填埋地，尤其是已经惩罚了工业化国家的海岸线的土地。挑战恰恰是优化他们的与岸上设施竞争海上设施的资本成本。对于环境来说毫无疑问，这将得益于二十一世纪未来的巨大挑战。

2012年11月8日收到

接受2012年11月11日

2012年12月20日在线提供

关键词

海上平台

混凝土造船

LNG终端

浮动工业产房

＆2012ElsevierLtd.Allrightsreserved

  1. 介绍

虽然现代造船厂几乎在整个结构中使用钢材，但它们也使用其他材料，如铝（特别是快艇），用于娱乐或小型渔船的增强塑料玻璃纤维（RPF），或传统船只中的木材。但混凝土是一种在造船方面没有得到足够认可的材料。尽管已经使用了多年

*通讯作者。电话： 34 636394699。

电子邮件地址：rodriperfer@hotmail.com（R。Perez Fernandez）, mlamas@seasteading.org (M. Lamas Pardo).

1 电话： 34649033643。

0029-8018 / $ - 见前面的内容copy;2012 Elsevier Ltd.保留所有权利。http://dx.doi.org/10.1016/j.oceaneng.2012.11.007在造船以外的海上项目中，很少有使用这种材料建造的船舶，大多数仅限于简易驳船。

然而，最近离岸工业，作为船舶的客户建设者，正在重新发现混凝土的巨大潜力适合钢铁。对于诸如液化天然气（LNG）近海项目等更多项目，越来越多地提出混凝土对于这个目的而言，钢比钢更合适。（哈伯德，2007年; 门德兹，2004年).

在本文中，我们打算研究混凝土在海上工业中的应用，即使具体应用也适用于海洋应用阳离子涵盖了较大类型的田地，如堤坝，防波堤，人工岛等。但是，这些应用仅限于此类沿海和浅水区;例如，摩纳哥一个更深的浮动混凝土码头只有55米深。（Fousert, 2006).

  1. 定义和适用性

混凝土海上结构设计为保持永久性通过重力或打桩固定或半固定到海底或锚定以保持漂浮（停泊） 霍夫（2008）.

混凝土海上结构主要用于海上石油工业，作为用于提取或储存石油或天然气的钻井单元。这些大型结构容纳钻探和/或提取石油和天然气所需的机械和设备，但可能具有其他专门用途，例如LNG海上终端或海上支持风力涡轮机，尤其是深水。

  1. 使用混凝土的近海船舶和结构的简史

在海洋结构中使用混凝土可追溯到古罗马和希腊，其用途扩展到桥梁，码头，码头和灯塔等多种应用。

但是，混凝土作为商用船体船舶建筑材料的使用始于十九世纪末。初步申请这些通常用于世界各地的水域，包括驳船和混凝土浮筒。第一艘使用钢筋混凝土的帆船是1917年在挪威建造的Namsenfjord（霍夫，2008).钢船的短缺使得必须在第一次和第二次世界大战中使用混凝土。随后，1960年由Alfred Yee为Lusteveco在菲律宾制造的一系列19艘驳船取得了巨大的成功，并展示了与钢铁竞争的能力，特别是在维护方面（议， 2007).

图。1墨西哥湾第一个石油和天然气生产的混凝土平台于1950年安装，从那时起，在该地区建造了1000多个小型混凝土结构（霍夫，2008).但是，由重力基础结构（GBS）支撑的第一个主要混凝土海上结构于1973年在北海安装：Ekofisk水箱。这标志着该行业的一个里程碑，从那时起，已经建造了40多个混凝土海上结构，用于北海，西非，墨西哥湾和爪哇海（Sandvik等，2004).

在西班牙，我们在1947年发表的关于钢筋混凝土船体的文章中找到了关于该主题的第一个参考文献维达尔 1947).液化天然气终端亚得里亚海是阿联酋在2007年在阿尔赫西拉斯建造的混凝土箱，是该国混凝土海上建筑的最后一个重要里程碑 图2.

  1. 混凝土的特性优先于钢

在所有类型的混凝土中，有两种用于造船和海上工业：钢筋混凝土和预应力混凝土。我们将钢材性能与更典型的造船材料进行了比较。

    1. 钢筋混凝土

钢筋铠装内部有钢筋混凝土，经过适当计算和放置。这种混凝土能够承受压缩sive力和牵引力。钢筋的拉应力受到钢筋的抵抗。如果处理得当，钢筋混凝土的维护要求远远低于钢。怎么样但是，如果受到张力的影响，混凝土会随着时间的推移而产生裂缝，这可能会导致钢筋生锈。此外，他们在张力限制方面的努力限制了其在造船中的适用范围，因为首先浮动的海洋结构经常受到拉应力。考虑到混凝土顶部钢的屈服强度，在体积方面，承受给定的荷载需要比钢更多的混凝土。即使混凝土的密度较低，这也会导致较重的成分，大约是标准混凝土重量的两倍或三倍（胡根多恩 2011).即便如此，混凝土的单位重量成本比钢材便宜得多，因此混凝土结构的成本较低。

    1. 预应力混凝土

预应力混凝土在内部张力作用下具有特殊的钢筋，产生的拉应力比拉伸高得多

图1. 1964年由Alfred Yee设计的世界上第一个预应力船体的建造和发射。资源：Yee (2007)

图2.阿尔赫西拉斯终端液化天然气亚得里亚海混凝土抽屉的施工。资料来源：Acciona

普通混凝土。虽然它表面上看起来很像混凝土，但它应该被认为是一种不同的材料。有可能：

  • 如果在放置新拌混凝土之前已经拧紧了装甲，则预应力。
  • 如果在混凝土获得强度后装甲受到压力，则后应力。

在预应力混凝土中，钢张紧支撑所有载荷，具体作用只是完成了对腐蚀的防护sion和作为钢的非热连接（非热粘合）。

由于它们不需要焊接而是嵌入混凝土钢中，因此可以使用更多的阻力，因此这些铠装的影响限制是典型值的8倍左右。铁盘子图3.

    1. 混凝土在海军建设中的适用性

我们可以得出以下关于appli的结论造船中的混凝土阳离子：

  • 由主要压缩力（例如潜水艇）加载的圆柱形结构可由钢筋混凝土建造。事实上，有一些由混凝土建造的小型潜艇（佩雷斯和喇嘛，2012年).
  • 诸如驳船和大平台之类的细长结构可能经历大的净张力，这将仅对预应力混凝土有效地执行。事实上，所有混凝土海上结构都是采用预应力混凝土建造的 图4.
  1. 海军建筑中混凝土代替钢的优缺点

海上混凝土结构表现出优异的性能：它们具有非常高的耐久性。它们几乎都是免维护的。在浮动结构的情况下，它们还表现出更好的运动行为。它们适用于坚硬和/或北极大气层，如冰冻和地震区域。他们还可以携带沉重的上部（汽油设备和封面系统）。它们在自己的结构内提供额外的存储容量。大多数支撑平台，重力基座，不需要额外的锚固，由其支撑的大尺寸和极高的重量驱动。这就是为什么它们适应柔软和不坚固的地面的原因。它们也没有火花，因此它们可以成为爆炸性材料的理想储存空间，因此可以用作加油，浮式生产，储存和卸载（FPSO），LNG终端以及一般用于石油和天然气海上工业的船体。由于低导热性和抗混凝土腐蚀性，减少了腐蚀和其他对负载的损害造成的污染。过去已经记录了许多这些优点，对船舶和船体进行了研究：降低了主要成本tenance。这一事实得到了20世纪70年代浮式混凝土码头研究的认可，显示出大幅节约，所需维护不到10％，而不是完全由钢制成的类似结构。Alfred A. Yee记录了19年前的微不足道的维修和维护费用强调在1964年至1966年期间在菲律宾群岛建造的混凝土船体。维护混凝土船体的年平均成本约为钢壳维护成本的三分之一。他们连续工作了35年没有修理。

图3.在驳船Nkossa中安装预应力钢筋。资源：VSL国际有限公司（1996年）.

图4.混凝土近海平台的典型活动。资源：雷恩和卡普兰（2002年）, VSL国际有限公司（1996年）.

Alfred A. Yee船体的制造成本与钢铁相比节省了16％。在Yee的船体中，在1974年至1975年期间，对于混凝土结构，每年用于维护工作的浮动船体不活动的总时间为6天。类似的钢壳平均无活动时间为24天。在具体结构中，没有与延长设计寿命相关的显着额外成本，例如30年至50年或70年。一个原因是加固和预应力混凝土对疲劳不敏感，它在海洋中表现更好。混凝土船体的运动特性通常优于为此设计的钢浮子的运动特性。这个结论是基于船长（第二次世界大战的船舶和Yee船体）的信息，一些研究和最近确认的海上FPSO模型的分析和测试，例如BP Atlantic Frontier 2 Stage / Schiehallion，船体长280米。更大的重量和镂空通常会改善运动特性。

没有提到的是由于混凝土的额外重量超过钢的重量而导致的船舶排水量和消耗量的增加。这是没有建造混凝土船的主要原因。

混凝土的另一个关键优势是其良好的热性能viour，非常适合储存低温液体，如液化石油气（LPG）和液化天然气，两者分别储存在-40°C至-160°C的温度范围内，并且非常易燃。预应力混凝土船体具有许多优于钢的优点，用于容纳这种低温液体，包括：优异的低温耐温性和冲击冲击。下表总结了比较混凝土和钢的浮动终端LNG的研究结论。

混凝土海上结构表现出色：

  • 它们具有非常高的耐用性。
  • 它们由免维护材料制成。
  • 在浮动结构的情况下，运动性能更好。
  • 它们适用于恶劣和/或极寒环境，如冰和地震区域。
  • 可以搬运沉重的上部（甲板上的设备和油系统）。
  • 在结构内提供存储容量。
  • 底部的大多数支撑平台，基于重力，由于其支撑的尺寸和重量大，因此不需要额外的锚，这使得它们适用于柔软和摇晃的地板。
  • 防火。
  • 无火花，使其成为易燃易爆物品的理想储存，因此可用作加油驳船，FPSO，LNG终端以及海上石油和天然气行业。
  • 混凝土的低导热性和耐腐蚀性可最大限度地减少因腐蚀和其他负荷损坏造成的污染（是的，2007年).

过去，船舶和驳船研究中记录了许多这些好处（Sandvik等，2004):

  • 降低维护成本：

o这一事实得到了20世纪70年代混凝土浮船坞的研究的支持，显示出显着的节省，与完全由钢制成的类似弹簧相比，所需的维护不到10％。

o Sare和Alfred A.

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