专利摘要

本实用新型公开了一种用于海洋平台上层建筑的组合复合板，包括至少一个以上的复合板单元，所述复合板单元通过金属连接件拼接组装，所述金属连接件为工字型结构，在所述复合板单元之间形成桥型连接。所述复合板单元包括上复合板、下复合板、夹筋和桁材，所述上复合板，所述下复合板和所述夹筋组合成内部中空的双层夹筋板，所述桁材与所述下复合板连接，桁材上宽下窄与下复合板形成封闭空间，稳定性强。通过优化夹筋板厚度、面板间距、夹筋厚度和桁材厚度、桁材高度等参数，能够在保证结构安全性的前提下，大大降低上层建筑的重量，有效解决了海洋平台上层建筑重量过高影响可变载荷以及重心过高造成的稳性不好的问题。

权利要求

1.一种用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述组合复合板包括至少一个以上的复合板单元，所述复合板单元通过金属连接件拼接组装，所述金属连接件为工字型结构，在所述复合板单元之间形成桥型连接。

2.如权利要求1所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述复合板单元与所述金属连接件采用螺栓连接方式紧固。

3.如权利要求1或2所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述金属连接件采用铝合金材料。

4.如权利要求1所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述复合板单元包括上复合板、下复合板、夹筋和桁材，所述上复合板，所述下复合板和所述夹筋组合成内部中空的双层夹筋板，所述桁材与所述下复合板连接。

5.如权利要求4所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述上复合板、所述下复合板、所述夹筋，所述桁材所用的材料为碳纤维增强环氧树脂基体复合材料。

6.如权利要求4所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述桁材为上宽下窄的倒梯形结构，与所述下复合板组合为闭合空间。

7.如权利要求6所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述桁材两侧具有外延的连接翼板，所述连接翼板与所述下复合板连接。

8.如权利要求7所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述连接翼板与所述下复合板通过胶黏剂连接，所述胶黏剂为室温固化胶。

9.如权利要求8所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述胶黏剂为AB型环氧树脂或AB型丙烯酸树脂。

10.如权利要求4至9任一项所述的用于海洋平台上层建筑的组合复合板，其特征在于，所述上复合板或所述下复合板的厚度为3mm～5mm，所述上复合板和所述下复合板之间的间距为45mm-50mm，所述夹筋厚度为3mm～5mm，所述桁材厚度为5mm～7mm，所述桁材高度为200mm～250mm。

说明书

技术领域

本实用新型涉及结构轻量化技术领域，尤其涉及一种用于海洋平台上层建筑的组合复合板。

背景技术

随着人类对油气资源需求的日益提升，海洋油气资源开发逐步从浅海扩展到深远海区域。深远海油气开发，相比于浅海需要更长的补给周期、更大的勘探开采设备，使得海洋平台的结构尺寸向大型化发展。随着平台的大型化，上层建筑的总体尺寸和重量也随之迅速增加，过重的上层建筑将影响平台的可变载荷，且使平台重心提高、稳性降低，影响平台的运动性能。因此，必须要降低上层建筑结构的重量，满足大型海洋平台的轻量化要求。

海洋平台上层建筑使用的钢制结构板材尺寸厚，是导致其增重的重要因素。海上平台服役时间较普通船舶长，并且要长期抵抗恶劣的风浪流条件，因此对板架的结构强度有很高要求，在这种情况下，难以通过减少钢制结构板材的尺寸来做到降低重量。所以迫切需要找到一种新的材料和结构形式，既保证平台服役期间的安全性要求，又能实现结构轻量化的目的。

因此，需要实用新型一种具有高强度的轻质板架结构形式，通过优化结构的尺寸，能够使海洋平台上层建筑的甲板板架既能满足结构安全性要求又能让重量达到最轻。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是实用新型一种应用于海洋平台上层建筑的碳纤维增强夹筋复合板结构，替代传统的钢制板架结构，使海洋平台上层建筑结构重量大幅减小。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于海洋平台上层建筑的组合复合板，所述组合复合板包括至少一个以上的复合板单元，所述复合板单元通过金属连接件拼接组装，所述金属连接件为工字型结构，在所述复合板单元之间形成桥型连接。

进一步地，所述复合板单元与所述金属连接件采用螺栓连接方式紧固。

进一步地，所述金属连接件采用铝合金材料。

进一步地，所述复合板单元包括上复合板、下复合板、夹筋和桁材，所述上复合板，所述下复合板和所述夹筋组合成内部中空的双层夹筋板，所述桁材与所述下复合板连接。

进一步地，所述上复合板、所述下复合板、所述夹筋，所述桁材所用的材料为碳纤维增强环氧树脂基体复合材料。

进一步地，所述桁材为上宽下窄的倒梯形结构，与所述下复合板组合为闭合空间。

进一步地，所述桁材两侧具有外延的连接翼板，所述连接翼板与所述下复合板连接。

进一步地，所述连接翼板与所述下复合板通过胶黏剂连接，所述胶黏剂为室温固化胶。

进一步地，所述胶黏剂为AB型环氧树脂或AB型丙烯酸树脂。

进一步地，所述上复合板或所述下复合板的厚度为3mm～5mm，所述上复合板和所述下复合板之间的间距为45mm-50mm，所述夹筋厚度为3mm～5mm，所述桁材厚度为5mm～7mm，所述桁材高度为200mm～250mm。

实用新型中使用的碳纤维复合板为双层夹筋板结构,由上下两块复合板及中间的夹筋组合成内部中空的双层板材，具有质量轻、强度高的特点。通过优化上下面板的厚度及间距和夹筋的厚度可以调整板的承载力，以满足不同的使用要求。实用新型中使用的桁材为上宽下窄的倒梯形结构，同样采用碳纤维增强基复合材料。桁材具有横截面积大的特点，并与双层夹筋板组合形成闭合空间，具有较强的稳定性。通过调节桁材的高度、宽度和厚度可以控制结构的承载能力，以满足多样化需求。

本实用新型的碳纤维增强夹筋复合板结构，应用于海洋平台上层建筑时具有如下优点：

(1)碳纤维增强夹筋复合板采用碳纤维增强基复合材料，密度相比传统钢制结构减少了78.5％；且所采用的薄壁夹筋板和桁材结构，具有较大的中空空间，相比传统的钢板和工字梁组合，减少了板材的厚度同时保证了承载能力，从而实现海洋平台上层建筑的轻量化；

(2)对于采用的薄壁夹筋板结构，通过设计优化上下面板的厚度及间距和夹筋的厚度，能够使复合板具有高强度的抗压和抗弯能力；对于采用的上宽下窄的倒梯桁材结构，通过设计优化桁材结构的高度、宽度和厚度，能够使复合板具有高强度的抗弯和抗扭能力，从而满足恶劣海况下的海洋平台结构安全性要求。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本实用新型的用于海洋平台上层建筑的组合复合板结构示意图；

图2为本实用新型的用于海洋平台上层建筑的组合复合板的复合板单元间的连接方案示意图；

图3为本实用新型的复合板单元间连接使用的金属连接件的布置方案示意图；

图4为本实用新型的用于海洋平台上层建筑的组合复合板的截面结构参数示意图；

其中，1-上复合板；2-下复合板；3-夹筋；4-桁材；5-双层夹筋板；6-螺栓；7- 连接翼板；8-金属连接件。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示的用于海洋平台上层建筑的组合复合板(本实用新型中也称之为碳纤维增强夹筋复合板)由两个复合板单元连接而成，每个复合板单元包括双层夹筋板5 和桁材4；双层夹筋板5包括上复合板1，下复合板2及夹筋3；双层夹筋板5和桁材4所用到的材料均采用碳纤维增强复合材料，具体地为碳纤维增强环氧树脂基体复合材料；双层夹筋板5和桁材4分别加工成型；双层夹筋板5内在对应桁材4中空区域等间距地布置3个夹筋3，并在两端各布置1个夹筋3；双层夹筋板5和桁材4通过胶黏剂粘接连接成一体，其中桁材4的连接翼板6与下复合板2的外侧通过胶黏剂连接，胶粘剂为在室温下能自然固化的AB型环氧树脂或AB型丙烯酸树脂，同时该胶黏剂具有较好的模量和强度特性。

图2显示了两个复合板单元之间的连接方式。复合板单元通过金属连接件8连接。金属连接件8为工字型结构，所用材料为铝合金。使用时金属连接件8的两端分别插入两块复合板单元的双层夹筋板5的中空区域，金属连接件8的中心位置与两个复合板单元的连接缝重合，对称放置在两个复合板单元中间，通过螺栓6紧固连接。其中金属连接件8与上复合板1，下复合板2上加工有贯通的圆孔，用于穿过螺栓6的螺柱，螺柱贯穿上复合板1，金属连接件8，下复合板2，两端用螺母固定。

图3所示为多个复合板单元之间的连接方案，在复合板单元的两侧均布置有一个金属连接件8，可与其他复合板单元拼接，实现多个复合板单元间的连接。

图4所示为复合板单元的设计结构参数，其中双层夹筋板5的面板(即上复合板1或下复合板2)厚度为X1，面板间距为X2和夹筋3的厚度为X3，桁材4的厚度为X4，复合板单元总体高度为X5。

上述结构参数的优化区间范围为：面板厚度X1的取值范围设为2mm～6mm；面板间距X2范围为30mm～50mm；夹筋3的厚度X3的取值范围为2mm～10mm；桁材4的X4厚度的取值范围为6mm～10mm；复合板单元总体高度X5的取值范围为 200mm～300mm。按照上述设置方法共设置2025个样本点，基于这些样本点构造响应面并利用遗传算法进行寻优求解。

碳纤维增强复合材料的拉压强度远远大于剪切强度，故以剪切应力作为强度的衡量标准，但在最终校核结构强度时，仍需要校核结构的拉压应力。考虑到剪切强度为80MPa，将静载荷下的安全因子设为2，即许用应力40MPa。虽然复合板规格大小不一，但长边均大于4m，将复合板最大挠度控制在最大跨距的1/200，即20mm，将桁材的最大挠度控制在最大跨距的1/400即10mm。为了满足轻量化目的，将甲板板架与围壁重量之和最低作为优化目标，即得到约束条件和优化目标：

约束条件：

目标函数：min Y5 (2)

通过遗传算法对响应面进行求解，将种群大小设为100，终止进化代数为40，交叉概率1.0，变异概率0.01，所得的最优解为：X1＝3.62、X2＝48.42、X3＝3.62、X4＝6.12、 X5＝238.77。

经实际模拟，采用碳纤维增强夹筋复合材料板替换传统钢质甲板板架后，单层甲板的减重能达到86.33％(见表1)，且在典型波浪载荷工况下计算得到的各应力值均在材料的许用应力范围内(见表2)，表明采用的碳纤维增强夹筋复合板在满足强度要求的前提下，能够满足海洋平台上层建筑的轻量化要求。

表1优化前后结构重量对比

表2典型波浪载荷工况下优化后结构应力计算结果

考虑到加工和装配方面的原因，夹筋复合板结构参数的优选范围为：双层夹筋板的面板厚度X1＝3mm～5mm、面板间距X2＝45mm-50mm、夹筋厚度 X3＝3mm～5mm、桁材厚度X4＝5mm～7mm、桁材高度X5＝200mm～250mm。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

一种用于海洋平台上层建筑的组合复合板专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。