CN103910043B - 一种管式结构芯架与发泡合成树脂共模发泡生产的复合工程材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式结构芯架与发泡合成树脂共模发泡生产的复合工程材料——井字型芯架泡沫塑料浮体模块的制造方法，以及作为新型工程材料，组合建造开放式不沉型水上浮载运输设施的连接组合技术及应用方法。涉及一种将质轻浮力强但抗压抗拉强度过低的单质泡沫塑料，制成泡沫塑料基料与金属(非金属)管材、管件按井字形架构预制的芯架共模发泡、复合成型的高承载强抗拉浮体模块，以及利用浮体模块芯架中空通透特点而产生的多种连接组合方法，构造抗沉或不沉的大、中、小型水上浮体平台和浮载运输设施的生产制造技术。产品不怕进水，不会沉没，不怕火，不易燃烧或不能燃烧，结构简单，组装容易，建造费用明显偏低，建设工期短，技术实用性强。因不同于传统的水密型船舶制造技术，故称之为开放式水上浮载运输设施生产技术。属于军民两用的技术生产项目，应用前景十分广阔。

Description

一种管式结构芯架与发泡合成树脂共模发泡生产的复合工程材料

技术领域：本发明所述一种管式结构芯架与发泡合成树脂共模发泡生产的复合工程材料——井字型芯架泡沫塑料浮体模块的制造及应用方法，属材料科学领域复合材料制造技术及工程材料应用技术范畴。涉及一种将质轻浮力强但抗压抗拉强度过低的单质泡沫塑料，制成泡沫塑料基料与金属(非金属)管材、管件按井字形架构预制的芯架共模发泡、复合成型的高承载强抗拉浮体模块，以及利用浮体模块芯架中空通透特点而产生的的连接与组合方法，构建抗沉或不沉的大、中、小型水上浮体平台和浮载运输设施的生产制造技术。因不同于传统的水密型船舶制造技术，故称之为开放式水上浮载运输设施生产技术。属于军民两用的技术生产项目，应用前景较为广阔。

背景技术：本发明所涉及的复合材料制造技术及工程材料应用技术，其背景技术较为宽泛。现仅就本发明的基本技术要点展开——泡沫塑料、金属(非金属)管材、管件、浮体的拉固与锚固等等。

泡沫塑料整体内部含有无数微孔，以塑料聚合物构成连续相并以气体作为分散相的两相体系，因此密度较低。泡沫塑料的分类方法较多，有热塑性和热固性泡沫塑料两个大类。按密度又可分为：小于0.1g/cm³的称为高发泡泡沫塑料；大于0.4g/cm³的称为低发泡泡沫塑料。按结构不同分为开孔型和闭孔型泡沫塑料。按硬度不同又可分为软质、半硬质和硬质泡沫塑料，如在23℃和5％相对湿度时，弹性模量高于686MPa的称为硬质，在68.6～686MPa之间称为半硬质，小于68.6MPa的称为软质泡沫塑料。此外还有结构性泡沫塑料和组合性泡沫塑料等等。

虽说泡沫塑料的种类很多，应用十分广泛，但就水上设施的适用性来讲，除了质轻浮力大以外，最重要的是不吸水或吸水率很低，保证浮体在一定时间内的安全上浮。其次是弹性模量较大，硬度较高，整体强度较好。其三则是防火阻燃性能好，有效防止燃烧事故的发生。综合多种技术指标加以分析，以选用热塑性硬质闭孔型泡沫塑料——自熄性聚苯乙烯、聚乙烯等泡沫塑料，或热固性泡沫塑料——酚醛泡沫塑料等品种为宜。

例如，质量为0.03g/cm³聚苯乙烯泡沫塑料的物理机械性能如下表：(表1-1)

表1-1

如此质轻浮力强，而且吸水率很低的浮体材料，自然是建设水上浮载工具的首选。但抗压强度与抗拉强度明显偏低，若作为工程材料加以应用，则安全性适配性明显偏低。据资料检索，除国内外有将圆柱体泡沫塑料块捆绑成方，做成简易水上浮载工具的报道之外，尚无发现将泡沫塑料块连接成横向体积较大、纵向高度两层以上，总体排开水量千吨乃至万吨以上浮体平台的记录或报道。较为著名的深圳海上皇宫也仅是单层捆绑泡沫塑料浮体块，而且局限于个别部位使用。

怎样才能提高泡沫塑料浮体的整体强度和适配性能，使质量轻浮力大的泡沫塑料转变成高承载、强抗拉、易组合的工程材料？这就引出了背景技术的第二个方面：金属(非金属)管材。

管材，一般指管子，包括金属管和非金属管两大类。金属管包括钢管、铸铁管、有色金属管等；非金属管如塑料管、陶瓷管、玻璃管等非金属材料制作的管材。圆管的特征是具有空心圆断面，与同质实心的材料相比，一般重量减轻60～90％以上，而屈强比、弹性模量等物理机械性能却依然深受青睐。

如无缝钢管的机械性能如下表(表1-2)

表1-2

表中所列指标，与表1-1所列聚苯乙烯泡沫塑料相比，抗拉强度提高1400～2500倍，抗压能力也提高100～200倍，强度标准相差悬殊。

能否将高强度管材与低强度泡沫塑料结合在一起，使其工程效能得以明显提高，从材料学的角度分析，答案是肯定的。但作为水上浮载工具，钢铁管材的致命弱点是耐锈蚀能力太差。不过现代工艺已解决了这一难题，如衬塑管、覆塑管、钢塑复合管、钢网塑料管等均可选用，既抗锈蚀，强度标准也令人满意。

与钢管的比重7.86相比，塑料管的比重仅为0.9～2.3，质轻，比强度高，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。一般塑料管的拉伸强度为泡沫塑料的几十倍至上百倍，轴向压缩强度则相对稍低。而部分热固性增强塑料管拉伸强度高达400～450MPa，拉伸模量1.7×10⁵MPa，轴向压缩强度200～220MPa，与钢管相比毫不逊色。

管材的作用，是使作为浮体模块的泡沫塑料整体强度得以提高，达到工程结构所需的安全标准以上。因此，管材的选用标准既要质轻、强度高，又要能抗御长期水中浸泡产生的锈腐，还要具备良好的适配、通用、互换功能。管材在泡沫塑料模块中的排列结构，既有垂直纵向的——向上承载重力，向下平衡浮力；又有平行横向的——承担前后左右方向的横向拉力，与垂直纵向结构形成统一受力体；还有斜向的——利用三角形稳定性几何原理，使纵横交合的四边形结构变为稳定的三角受力结构。

如何实现管材的科学架构，当然离不开管件。

管件，指将管子连接成管路的零件。根据连接方法可分为承插式管件、螺纹管件、法兰管件和焊接管件四类。一般用与管子相同的材料制成。诸如管接、管箍、弯头、三通、四通、异径管等。

利用不同功能的管件材料，将管材制成长方体浮体模块六个面均能以管材、管件连接组合的井字型芯架，然后与泡沫塑料基料在模箱中发泡时同时复合成型。成品的浮体模块，既保持了泡沫塑料质轻、浮力强的特点，又保证了芯架单体固有的和相互连接产生的高承载、强抗拉、易组合的独有特征，使之跨入工程材料的行列。

但是，仅有较高的浮力承载比值和较强的连接组合功能是远远不够的。虽说理论上能制成横向面积足够大，纵向高度足够厚，强度也足以达到一般安全标准的大中型漂浮物，但尚缺乏最重要的内容——如何实现人为控制。材料的商业价值在于使用价值。能为多种人群使用，能为数量众多的行业使用，则是使用价值的最好体现。而实现自由漂浮体人为控制最为简单的办法，莫过于将其理想地固定在目的地，移动向合适的目标位置。漂浮体常用的固定方法有两种：一是锚固，即沉固；二是缆固，即缆绳栓固。当然，也可用缆绳拖拽使漂浮体发生位移。

泡沫塑料浮体模块井字型芯架的中空通透特点，为穿入软性钢绳或硬性钢筋，在前后左右四个方向有选择地内部固定(增加整体强度)或外部延伸(缆绳栓固、锚固或牵拉移动)提供了前提条件。

至于浮体模块和大中型浮体的重心、浮心；防侧翻、防倾翻；龙骨、桁骨的设计与排列，边板(舷板)、底板、甲板的连接与紧固，上层建筑的设计，承载物的重力分布，水密舱室与动力设施的配接，等等，均是可以而且能够解决的。最重要的是，井字型芯架泡沫塑料浮体模块技术，是建设开放式(相对于水密船舶技术而言)水上工作平台或运载工具，具有明显的节约钢材，降低建造成本，缩短建造工期，不沉不燃，安全经济等特点，在军事上尤为意义重大。譬如在我国南海礁盘浅湖附近，开去1～2条载有适用管材、管件和泡沫塑料基料与发泡成型设备的船舶，几天时间便能就地生产、组装并连接成长宽数百米，纵高十数层5～8米，浮力与承载重力数十万吨的海上平台。然后加装高强度面板(甲板)与围护板材，增设轻型上层建筑，便是一座设施齐全、生活配套、抗风抗浪、不沉不燃而且造价低廉、建拆方便的海上堡垒。如以本技术为依托，结合水密舱技术，分段制造有动力或无动力的浮岛式航母，建成后开至或拖至海上战略要点进行组合拼装，使之形成海上飞机作战平台或指挥与油料供应中心，其战略意义则更为凸显。至于民用的浮桥、栈桥、深水浮式码头、生活型网箱养殖平台、水上游乐设施以及小型不沉船艇、宽型浅水运输船等生产项目，或因技术较为简单，或因结构较为复杂，故不再介绍过多的背景技术。

发明内容：

技术原理：1、“编木为筏”与“刳木为舟”水上载物原理。

物体在水中上浮，应满足以下条件，即：

浮力＝重力

重力小于浮力则上浮，重力等于浮力则悬浮，重力大于浮力则下沉。由此引出阿基米德定理：

F浮＝G排

即浮力的大小等于物体所排开的这部分流体所受到的重力。由阿基米德定理可推出船舶浮力方程式和浮性方程式：

$\mathrm{\Δ}=P\▿=\mathrm{PKLBTCb}---\left(1\right)$

Δ＝∑Wi＝PKLBTCb(2)

式中：P—水的密度(t/m³)；-装载情况下的型排水体积(m³)；K-附体体积系数，通常为1.004～1.01；L、B、T、Cb-船长、型宽、吃水、方型系数；Wi——船舶各部分重量之和(单位为t)

由上述一系列条件、定理、公式可以看出，物体在水中的上浮，首先应满足浮力条件。与此相适应，船舶的航行，首要和基本的条件，也是满足浮力的要求。

我国历史上的先民们很早就发现并掌握运用了这一科学技术知识。“编竹木为筏”(《辞源》)、“乘桴(小筏)浮于海”(《论语·公冶长》)、“天汉浮槎”(《博物志》卷十)和“刳木为舟”(《易·系辞下》)、“破釜沉舟”(《史记·项羽本纪》)等成语典故的记载，就是最好的证明。

竹的特点是中空质轻，木的特点是大都小于水的密度，因此在水中自然上浮。而舟的特点则是排开水量单位体积的增大和相对自身型体积增加而单位质量的降低，从而使舟(船)实现上浮和载物航行。由于不同的特点，舟由小而大(船的产生)，材料由木质更换为钢铁，直至发展为现代船舶工业。而“筏”的发展，因“编竹木为筏”的连接组合方法过于原始，而且受材料强度所限，故而一直未有大的发展。

井字型芯架泡沫塑料浮体模块的生产、连接、组合技术，较为积极地解决了“筏”式水上载运工具向现代化发展的难题。其突出优点是依靠材料本身的上浮不沉性，构成了模块组合的大中型浮体载运平台的抗沉不沉性。井字型芯架泡沫塑料浮体模块按照复合成型所用材料的不同，比重在0.05t/m³～0.5t/m³之间，仅为淡水比重的1/20～1/2，自然上浮，并且留有较大的货物载重空间，优于一般船舶空船重量与满载排水量的比值——满载排水量减空船重量小于或等于货物载重量(参见表2-1)。

表2-1

与此相适应，井字型芯架泡沫塑料浮体模块构建的浮体平台沉入水中的过程，是重力作用条件下排挤开相应型体积水量而与浮力相互作用的过程，故而浮体与水的“亲和力”较强，纵使六个面裸露敞开的接触水也不影响浮力等于重力这一基本条件发生任何改变。并非像船舶，依靠坚壳硬架肚腹中空来实现——即充分利用“刳木为舟”原理扩容减重增大型体积排水量，与浮力相互作用而实现载运航行。船是“隔”在水中、水上的，与水的“亲和力”较差。除全围护的潜艇之外，一般船舶莫说是水漫甲板，即使船底或船舷局部破裂进水，也能很快改变浮力等于重力这一基本原理而发生倾翻或沉没的危险。

从上述对比结果分析，相对于船舶的“刳木为舟”原理，优点毋庸置疑，但理论上讲安全性脆弱。而采用“编木为筏”原理的浮体模块则不用担心透水、进水、沉没事故的发生，从船舶制造理论方面进行比较安全性要高出很多，而与此相关的材料费用比率降低的则更多。

因材料本身不进水和质轻上浮而做成的水上载运工具与“编木为筏”的典故相一致，故而称之为“编木为筏”原理，以示与“刳木为舟”原理相区别。

科学地讲，两种制造原理各有千秋。本发明也不排斥水密船舶的制造技术，而是主张将“刳木为舟”与“编木为筏”两种基本原理并行不悖地配合使用，使船舶工程科学更臻完美。譬如，配合使用水密舱技术，利用芯架管材的刚性连接，将水密舱配接于浮体平台的偏下位置，一是可使浮体平台重心下移，运行更加安全平稳。二是利用长方体、纺锤形等造型各异水密舱的坚壳硬架为浮体平台部分或主要提供龙骨、肋骨等功能的主梁、桁架——即提升浮体平台的抗纵向弯曲力矩及横向扭曲力矩指标，提高浮体平台的整体结构强度。三是利用水密舱为浮体平台提供油料、淡水和动力设施，提高平台的后勤保障和海上机动能力。四是水密舱的外弧面或平、斜面明显置于层层连接的浮体模块围护之中，并具有相当的强度标准，可以有效防护敌方对要害部位的攻击和移动过程中的碰撞损伤，安全性大为提高。五是通过调整水密舱容载量，可适当变更浮体平台的吃水线，实现高于水面、平于水面甚至低于水面的机动，在军事行动中发挥独特的作用。

2、井字型芯架泡沫体塑料浮体模块的力学原理

井字型芯架，是指按照泡沫塑料浮体模块的外形尺寸，将长短不同的十二根管材，按长宽高的相对需求，4根为长，4根为宽，4根为高。12根管材的中部在连接组合过程中将出现4个3线垂平交合的连接点，利用六通管件进行螺纹或承插连接，将会使管材实现横平竖直而且中空通透的连接，便于穿入钢绳进行紧固或拉固，构成剖视图六个面均呈井字型的通用承重架构(斜拉撑加强结构此处暂不叙述)。将这一预先制作完成的承重架构放入模具中，与泡沫塑料基料在发泡过程中复合成型，便形成了井字型芯架泡沫塑料浮体模块。成品外观的六个面中部均有均匀分布的四个管口，用于和其他模块或设备零件的连接，以建成符合设计要求的大、中、小型浮体平台或水上浮载运输设施。

从井字型芯架泡沫塑料浮体模块的结构进行分析，可以看到，其承重、承压、抗拉、抗弯、抗断等能力均是由通用承重拉力结构——井字型芯架来实现的。泡沫塑料的主要作用是减轻重量，增加浮力，同时为增强浮体模块的整体强度提供结构、应力等支撑。

从横向的受力关系分析，单质聚苯乙烯或酚醛泡沫塑料的抗拉强度约为0.13～0.25Mpa。在泡沫塑料模块中加入井字型芯架后，由于模块与模块之间的连接是通过芯架中的管材实现的，因此其横向抗拉强度标准基本近似于或相等于所用金属管或非金属管材质本身的抗拉强度标准。如常见的聚氯乙烯塑料管和普通钢管，抗拉强度为30～300Mpa以上。若再加上浮体模块中与受力管90°平行或垂直相交合的多根同质管材和与其紧密结合的泡沫塑料浮体模块本身的应力——即模块整体本身的应变合力，以及从受力管空心部位穿出的两根钢绳(一层横向2根，二层纵向2根，垂直可穿2～4根)的拉力合并计算的话，其横向抗拉、抗断能力又将得以数倍提高，其安全性是可以预见的。

从垂直方向的受力关系分析，与横向受力关系结构略微不同的是，浮体模块的重(压)力承受面上将加装固定高强度的金属(非金属)承重(压)结构板——面(甲)板和底板，并可将垂直的承重(压)管与平直走向的拉力结合管二者的管径比例加以调整——即垂直管径大于平行管径，同时在最上端管口处加接法兰管件增大承载受力面积，使浮体模块在点面结合的承重(压)基础上受力面更加均衡，进一步提高单位面积承载(压)能力，使浮体模块的浮力与重力比率达到或接近最佳值。

上述调整管径比例——即垂直管径适当大于平行管径的措施，是提高井字型芯架屈强比——即管材屈服强度与抗拉强度的比率，进而提高浮体模块整体安全标准的主要措施之一。除此之外，在由浮体模块连接组成的大、中型浮体平台或浮载运输设施中，加装空心钢柱、轻型钢梁、钢架等与井字型芯架相互连接，成为一体，增加浮体平台的载荷，提高浮体平台的整体强度，使上层建筑的建设与安装更为便利，承载、运输、装卸货物、体育游乐等功能更为齐全，组合方式、安全性、抗沉性等重要指标也将大为提高。

3、井字型芯架泡沫塑料浮体模块的结构原理

井字型芯架泡沫塑料浮体模块属复合工程材料，其承重、承压、抗拉、抗断乃至连接、组合均由井字型芯架主要或独立完成。因此分析浮体模块的结构原理，首先应从井字型芯架的结构原理分析做起。

从单质的井字型钢管架构分析，其外观与一般的12根钢管组成的长方体承重架极其相似，所不同的只是管与管交叉汇集部位的扣件换成了六通管件，由叠向交叉变成了直通互交。这一变化，虽说单体架构上存在着缺点与不足——管子长度变短，轴向抗压、抗拉及抗弯能力受到影响。但由于二者的作用、功能不同，以至于受力点的方向与位置也不尽相同，表面看到的短板与不足可能正是其连接、组合后形成的革命性变化所在——轴向抗压、抗拉的中心着力点长距离保持在轴心同一条直线上，材料的韧性应变能力得以强化，钢管轴向受力后发生“缩颈”、裂纹、断裂的几率降低，安全性大为提高。

一般承重架的垂直受力是通过横梁上搭铺承重板，下铺垫木，平行拉力组合则通过扣件与钢管的延伸来实现完成。而井字型芯架则通过垂直的四根管与其它浮体模块上下相叠、纵横相错，与相同、相错位置的芯架管口连接，上托甲板，下连底板，承受浮体平台整体的重力与浮力；平行交互的八根管则通过四个面的16个管口与其它浮体模块相连接，实现拉力的传递和延续。因此，二者既有相当多的相同或相似，却又不相一致。就理论研究和工程实践来讲，承重架在建筑工程领域已是一个规范严谨的施工项目，如部颁标准《建筑施工扣件式脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)等，对井字型芯架的结构设计、载荷计算等方面有着极高的借鉴意义。譬如，在井字型芯架中部加装1～4根斜拉撑钢管或实心拉杆，其中心交合位置用斜交四通或斜交八通管件进行连接，用三角形稳定性原理提高井字型芯架的整体强度标准，等等。

井字型芯架泡沫塑料浮体模块的连接方法为微缝或无缝连接，接口缝隙尽量窄小，因此不可能采用建筑施工中的钢管扣件，而是借鉴管道工程的科学方法，采用改造后的活结——本发明的半活结拉固管件加以解决。管箍用螺纹紧固在已固定浮体模块的管口外壁，活头则插入待连接浮体模块管口内，然后拧紧活头的螺纹，将待连接浮体模块逐渐收紧，实现无缝连接。或是采用常规技术——夹套内管，先卡固一端，再逐渐紧丝、拉固的方法配合解决

井字型芯架泡沫塑料浮体模块的组合方法，则借鉴了建筑砌块——砖块的排列组合及建筑模数理论与方法。同层组合时错茬，向后或向前错出二分之一的间距；叠加层亦错茬，向左或向右错出二分之一的间距。这样做的目的不是简单地美观好看，而是为了提高整体强度，使之结合后更为牢固，受力更加均匀，更能耐受风浪的冲击。

组合后的边角缺损问题，用纵向1/2浮体模块或横向1/2浮体模块的制作与连接方法即可解决。

但问题远比上述复杂得多。上述方法只是解决了大、中型浮体平台的基本问题——浮力大于重力，实现上浮不沉以载重物。可仅仅是建成了一个方方正正的六面长方体，并未将适航性考虑在内。

井字型芯架泡沫塑料浮体模块技术在适航性方面则借鉴了分节式驳船和船舶静力学的理论与方法，采用变异型井字型芯架浮体模块加以解决。

所谓变异型，就是在常规井字型芯架的基础上，按照适航性的不同需求，结构方面在前、下或左、右，增加或减少1～3根或2～4根或长或短的钢管，并与原井字型架构紧固连接，放入模具后与泡沫塑料复合成型，形成前尖后平、前圆后平、左斜右齐、右弧左齐、圆弧角、内弧角、外倾角等结构各异的变异型芯架浮体模块，与井字型芯架浮体模块连接组合后，将形成结构多样化、功能通用化、使用普及化的良好效果。

变异型井字型芯架泡沫塑料浮体模块的结构较为复杂，可采用专用模箱或直接以外壳为模箱，用加温、常温或喷注发泡的方法加以解决。这一成型方法也适合于建造井字型芯架浮体模块与水密型舱室结合过程中复杂部位的连接与发泡成型，以及一次成型的小型不沉船艇的发泡与制作。

制作工艺：井字型芯架泡沫塑料模块的外部形状为六面长方体。经计算与比较并吸收建筑砌块组合方法多样的特点，其形体的几何比例以长∶宽∶高＝4∶2∶1为宜，并可在此基础上根据建筑模数标准和不同需求标准进行适当的调整变化。

例如，某种型号的浮体模块外部结构的比例尺寸为2400×1200×600mm，实际尺寸为2370×1180×580mm，即实际尺寸＝比例尺寸-余量(成型冷缩系数+装配余量)。模块内置的井字型芯架各部分管材、管件的长度、直径、壁厚以及各种材质的理化指标等，均在此基础上进行相应计算、加工和装配。

制作工艺流程：简便易行，用现有常规技术手段即可完成。

1、配接井字型芯架。按照图1的要求，将分散的管材与四个六通管件(图2)分别配接在一起，形成井字型芯架的架构。然后将其放入模具内，按管口平直或垂直的准确位置，或在管口内插入固定桩，或将管口插入模箱内壁附着的管件，分别进行固定。

塑料管材、管件可用粘接、热熔焊接等方法构建芯架，而金属管材、管件则需事先进行套丝加工。需要注意的是，除多数管材需要在两端外部套丝，六通管件套内丝进行连接以外，位于井字型芯架的右面、后面、下面(相对于左面、前面、上面三个面而言)共计十二个管端(每个面四个管端)均应套制内丝，并将管口内侧制成较大的内倾角，便于和其它浮体模块连接时，配接另一模块左面、前面、上面(相对于本模块其它三个面而言)的半活结拉固管件(图3)，顺利地插入这些管口，继而拧紧拉固，实现多个模块的有序连接。

2、在模具内固定井字型芯架。按照图1的要求，将井字型芯架的24个外接管口，准确地固定在模具内壁的规定位置——即将六个面中的每个面纵横均分为四等分，除上下左右四条边线外，其中的三条横线均与三条竖线垂直交叉，形成共计九个十字交叉点。按从左向右，从上到下的方式排列，顺序依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9，选取1、3、7、9四个点固定管口即可。将每个面4个共计24个管口固定稳妥后，相对面的管口直接相通，相邻面或平行相通或垂直互通，管材之间通过六通管件纵横贯通，垂直互连，中空通透，宽直顺畅，便于穿过钢绳、钢筋等进行拉固或紧固。

3、混料、发泡。在发泡机或常温发泡模具内，加入已混配好的预发料或树脂基料以及配方所需的各种配料，进行加温发泡或常温发泡，直至均匀成型。

4、脱模、整型、成品。发泡成型的井字型芯架泡沫塑料浮体模块，经冷却后即可脱离模箱，随即进行简单的外部整修，使外形尺寸、各个管口的准确位置等指标更为符合设计要求与装配需求。然后根据不同的树脂类别(酚醛树脂、聚苯乙烯等)、管材(塑料管、钢管)、产品用途(军用、民用、水上运输、固定或漂移水上平台)等等的不同进行分类，分别喷涂或涂覆不同颜色的液体塑料或表膜坚固细密的抗水防腐漆。必要的可包覆1～2层玻璃纤维布料，涂刷环氧树脂，制成玻璃钢或保护膜外壳保护层。这样做的目的，一是提高产品的外观美感；二是使颜色本身包含了更多的产品和管理信息，使之更符合模块产品一看就用，一装恰好等适配性、通用性优良等特点。三是牢固的外层保护可以明显提高产品在搬挪、运输、安装、使用过程中，防止磕碰、摩擦、挂绊脱落等现象的能力。尤其是耐受水下长期浸泡，在压力环境中防止泡沫塑料吸水膨胀及脱落散落的能力。四是提高产品水下防腐蚀性能，以及缓解深水抗压强度不断提高的技术压力。

上述工作完成后，井字型芯架泡沫塑料浮体模块主体即告完成，进入成品库分类保存。出厂时再加上半活结拉固管件等附件、配件和专用的装配、拆解工具——长杆空心丝锥等，保证水上浮体平台或浮载运输设施的顺利连接、配接即可。

连接方法：基本的连接方法有三种：

一是井字型塑料管材芯架，可用承插、粘接、热熔焊接等方法进行连接。对抗拉、抗压要求不太高的民用水上项目——生活型网箱养殖平台系统(上有轻型房屋下有沉锚固定的水上生活平台，兼有挂网、隔离作用并带有路灯、栏杆的四通八达浮载式交通通道平台等配套设施)等较为合适，而且耐腐蚀性好，造价较低，经济适用。

二是井字型金属管材芯架，包括钢管、铝管、铸铁管；无缝管、有缝管、焊管；厚壁管、标准管、薄壁管、焊接厚壁连接口管等等。相互连接时用半活接拉固管件进行连接即可。对整体浮力要求不高、浮体模块竖向层数较少的水上设施，竖向连接件用空心单箍承插件进行连接即可，简便易行，施工进度可大为提高。

三是井字型芯架浮体模块钢绳连接法。利用井字型芯架所用管材均为中空通透的特点，可穿入钢绳进行逐块紧固。钢绳的直径不得大于芯架平行管材内径的二分之一。水上设施建成后，多出的钢绳自外围护板(舷板、底板、甲板)的外侧采取固定措施后截断。根据需要留出的钢绳或沉锚固定，或拉固在近水岸边的钢筋水泥固定设施上，防止水上设施漂移或强风吹移。

附图说明：

图1：井字型芯架泡沫塑料浮体模块示意图。

图2：六通管件示意图。

图3：半活结拉固管件示意图。

应用方法：井字型芯架泡沫塑料浮体模块作为一种全新的工程材料，不论江河湖海，还是地上设施，均有着广泛的应用空间。其多种多样的连接、组合技术与方法，更是在能够扩大新型工程材料使用领域的同时，进一步推动相关技术实用性、普及性的提高。因应用范围较为宽泛，现仅选择几种较有代表性的连接、组合方法和应用实例加以介绍如下：

1、全井字型芯架浮体模块连接、组合水上浮体平台

从初始的浮体模块开始，即在芯架管中穿入钢绳。浮体模块中的芯架分为两层，底层穿入前后向钢绳，上层则穿入左右向钢绳，反之亦然。要将处于最外侧管口处的钢绳，与紧固外(边、舷)板的空心或实心螺栓、螺帽一齐加以紧固。里侧的管口处，则在钢绳上先套入两个半圆型合扣的反向膨胀螺栓，顺钢绳纹路拧入芯架管口，膨胀螺栓被随后拧上的半活结拉固管件活头带箍端卡死，防止钢绳向内弹性回收。然后再将钢绳穿入下一块与之相连接的浮体模块对应的管口，开始进行与其他浮体模块的连接工作。

首先是在顺直上层或下层、前后向或左右向各自两根钢绳的过程中，使被连接模块与固定模块的前(后)面和左(右)面逐渐接近靠拢，相继对准管口的位置。然后，将固定模块上半活结拉固管件的活头插入被连接模块的管口，并顺势拧入几扣螺丝加以稳固。由于操作间隙过小，借助工具也不可能拧紧。这时，要从被连接模块相通的另一端管口，直接插入(无钢绳管口)或套钢绳插入专用的长杆空心丝锥，慢慢拧紧活头螺丝。在活头螺丝紧固过程中，使被连接模块与固定模块的前、后面与左、右面之间的连接夹角逐渐减小，平直对接，直至前(后)和左(右)面完全贴紧，实现微缝或无缝连接。

然后再重复拉直、固定钢绳，穿入被连接管口，连接其它浮体模块的工作，直至设施按设计规划完成第一层的组合轮廓，并在边围部位用空心或实心螺栓、螺帽紧固边(舷、围)板和钢绳，并把按需求留出的钢绳盘好待用。

第二层、三层的平行连接组合与第一层方法相同，只是增加了叠加层错茬压缝的环节。除此之外，叠加层的垂直连接与要求和平行连接有所不同。配有底板的大、中型浮体平台，要通过垂直连接钢绳的拉力和空心、实心螺栓、螺帽的紧固，与底板紧密结为一体。垂直连接钢绳的方法不是全贯通连接，而是在满足垂向紧固力的前提下，在适当的六通管件平行交叉位置截断、弯折并将钢棍穿过弯套加以固定，既不浪费，也为更上层浮体模块连接甲(面)板提供了富裕的操作空间。底板下裕出的钢绳，则用于铸铁块、钢筋水泥块等固体重物的栓接固定，以降低浮体平台的重心，维系平台的良好浮态。

垂直连接时半活结拉固管件的连接方法与平行连接基本相同。高度较低、层数较少、载荷不大的浮体平台，采用长度合适的空心承插件即可，操作简便，工效可大大提高。

全井字形芯架浮体模块组合式水上浮体平台技术，适合建造中小型民用码头、栈桥等项目。譬如，将设计并建好的浮体码头、栈桥平台拉向岸边的合适位置。在用作与堤岸拉固的钢绳上先套入带活结的钢管，一端与浮体模块芯架管口连接紧固，钢管另一端则搭在水泥台阶或硬实的堤岸上。然后在钢管上合适位置用管扣紧固竖向立撑管和横向拉力管使之成为统一受力体。再将拉向岸边所有的钢绳逐一进行固定。最后，在连接平台与岸边的管架上平铺并紧固面板即告完工。

大型水上浮体平台——如深圳海上皇宫规模的水上游乐设施，可在应用井字形芯架浮体模块连接组合技术的基础上，配合使用钢梁、钢架和边(舷)板配接技术、上层建筑连接建造技术等即可解决。

2、开放式浮体平台或浮载运输设施外部结构的连接与组合方法。

甲板。甲板是实现承载货物、人员和起建上层建筑的重要部位。相对于“刳木为舟”的船舶来讲，“编木为筏”的浮体模块平台因吃水线下缺乏功能舱室，重心偏高，诸如生活、动力、原材料供应乃至重力荷载分布与调整等等，大都需要在甲板上进行，因而更为重视甲板作用的发挥与利用。小型水上平台或浮载运输设施因甲板载荷不大，利用相同管径的井字型芯架即可承担完成，故而在承重板(甲板)的相同位置预留紧固作用的圆孔，用空心或实心螺栓将甲板与井字型芯架最上端管口紧固在一起即可。应当注意的是，在需要建造上层建筑的位置，应按照本发明依据建筑模数设计的若干点(井字型芯架的若干管口)连接成直线进行规划。选取规划直线上若干个点为立柱和连接梁、承重梁的位置，然后将立杆螺母(下部为圆柱形立杆，长度最大至芯架上层六通中心位置；颈部为螺纹，拧紧与之连接的井字型芯架管口；端口为扩大口径的螺母，用以连接固定上层建筑基础的立柱)穿过甲板与井字型芯架管口拧紧，同时将甲板与浮体平台紧固在一起。

大、中型浮体平台或浮载运输设施，因甲板载荷较大甚或过大，可采用井字型芯架垂直管逐级变径(越往最上(下)层垂直管径越大)或伞形承托(顶层垂直管口焊接法兰)等方法，增加重力承载的能力。

载荷过大的甲板可做成带夹层的双层甲板。夹层为竖立的金属板条加减震降冲击卡槽，或加厚非金属板规则排列的暗格减震造型，与上下面板紧密连接，减缓过大重力物体的瞬间冲击，并将重力承受面传播放大，使浮体平台受力更加均衡，提高浮体平台的承载能力与应用范围。与此同时，带夹层甲板由于内部结构疏朗，承载能力提高，更便于向下紧固浮体和向上连接紧固上层建筑基础构件，施工操作空间亦提供了诸多便利。

舷板(边板)。方箱式浮体平台的边板固定工作较为简单，直接用螺栓或空心螺栓(拉出钢绳)固定即可。在有特殊需求的情况下，如安装栏杆、灯杆、踏梯、围网等功能或安全设施时，则应将平(圆)头螺栓更换为环(半环)头螺栓，先固定舷(边)板，然后利用螺栓的环形或半环头连接固定需要安装的设施。必要时还可利用底部、面部连接井字型芯架管口的固定螺栓，向外延伸出连接杆(条)进行拉撑固定。

架设浮桥或水上浮体平台的间隔设施，需要相互隔开一定的使用间距时，首先应按照井字型芯架浮体模块钢绳连接法，在芯架上层或下层的中空管道穿入纵向或横向的钢绳，并逐根逐块加以紧固和顺序连接。需要间隔以利水流畅通的地方，利用常规活接管件和两端带丝的钢管，与井字型芯架的外端管口直接拧紧撑固，使两个浮体工作平台之间隔开一定的安全间距即可。全部连接紧固工作完成后，利用留出的钢绳将浮桥拉向对岸并进行固定。这时应采取的配合措施，是先在浮桥水流上方的两侧堤岸选取数处合适的拉固位置，把从井字型芯架纵向穿出的钢绳拉向两侧堤岸受力斜角各不相同的紧固点，并逐渐收紧，将浮桥逐段拉直并进行固定。两项工作要同时进行，配合调整，使横向拉力与斜向制约力完美作用于浮桥各段重要位置乃至整体，保证浮桥的安全使用。基础工作做好以后，利用浮体模块上部承重管口位置，和间隔项撑钢管上用常规管扣紧固的垂直受力管口的位置，计算好最佳连接受力面，铺上面板并连接紧固，再装配合适的栏杆和灯柱即可。

大、中型浮体平台或浮载运输设施，因边、角、斜面、弧面等部位形状复杂，故舷(边)板的安装工作量较大。由于本质上不同于水密型船舶怕进水、透水的特征，属开放式作业，金属焊接尤其是高精度金属焊接的工作量大大减少，故而施工难度相对较低，顺序安装即可，施工进度将大为提高，防护功能项目亦可酌情增加。

浮岛式航母等大型浮体平台，在拼接、组合时难度较高，可采用井字型芯架外端管口加焊法兰；竖向固定上下贯通、宽度合适的高强度连接板，增加与舷板的紧固点，增强平台与舷板的紧固力；连接固定舷(边)板的同时，用加长的螺栓外接重型或轻型钢梁、钢架并加以紧固等方法。要利用甲、乙两大浮体平台的外部钢架进行刚性连接。同时利用各自的钢绳外端，续接多根钢绳并利用机械拉紧，进行柔性连接。还要善于利用增减水密舱室容载量调整浮体平台沉降以利平行对接，等等。利用几种乃至多种方法，将各自独立的大型浮体平台连接组合在一起，建成中国特色的浮岛航母和大型水上飞机起降与指挥作战中心。

底板。底板的连接较为简单。小型方箱式浮体平台在下水前，依据浮体模块的长、宽比例，制定裁切底板的尺寸，将符合标准的底板条块，按照错茬压缝的要求，依次安装固定即可。

大、中型浮体平台或浮载运输设施，因底部结构较为复杂，用材要求也较为严格——诸如承压、防碰撞、防锈蚀、斜面或弧面造型以增加浮力、固定压载物以降低重心等等，故而应在岸边修建专用场地或在船坞内搭架进行。首先按照设计的底板构图下料、拼合(包括造型符合要求的变异型井字型芯架浮体模块)，将底板与浮体模块紧固为一体——先按照底端管口的分布规律安装固定横向高强度连接板条，再在其上连接固定底板。同时做好固体压载物的栓接固定工作。然后再向上连接固定数层井字型芯架浮体模块，使之达到安全强度标准和浮力标准后，方可拉(推)滑入水中，继续进行上部的安装与施工。

3、大型浮体平台或浮载运输设施中井字型芯架浮体模块与钢梁、钢架等内结构件的连接。

钢梁、钢架的连接，以全井字型芯架浮体模块组合式浮岛航母60×90m²级别的单体平台为例。先根据组合式单体平台的满载排水量、自身总重量以及各种受力关系设计主梁、副梁的数量与位置，以及上层建筑重量与重力平衡搭配、井字形芯架浮体模块长宽高比例尺寸与连接方法等重要技术数据。从底部配装开始，即要精心计算，整体分析，统一安排。

譬如，浮岛航母单体平台浮体部分的排开水量(最高吃水线为顶层浮体模块上平面的延伸连线)为31000多吨(60×96×5.4米×海水比重1.025)。浮体平台自身总重量约为18600吨(按平均600千克/m³计算)。上部甲板容载20架飞机与配套的人员、设施总重2000吨，富裕载重量10000.余吨。出于适航、防浪等基础要求以及增加生活工作空间等功能需求，应增加高度5～7米(机舱高度)，内设大、小隔舱的生活工作设施空间层，增重6000吨，仍富裕载重量4000余吨，足以满足多架飞机同时起降的安全需求——不包括可增加浮体模块层数以增强浮力扩大承载指标等配套安全措施。

以上述计算为基础，主梁与副梁(不包括与舷板连接的纵向钢架)的总数为5——7架(根)，梁与梁之间的中线距离平均为7.5-10米——实际间隔距离应等于浮体模块横向宽度的整数倍。横向钢架与钢架间隔的中线距离为浮体模块纵向长度的整数倍，行距等于或小于钢梁的间距(按单体浮体模块比例尺寸2400×1200×600mm计算，下同)。

主梁与船舶的龙骨作用相同，但结构不尽相同。首先，主梁为前后贯通抗纵向弯曲力矩的核心结构件，重量与龙骨相比大为减轻。因此，虽主梁的断面形状也采用传统的“工”字形，但中间竖立的受力部位却采用宽×高≈40×60cm竖立加斜撑的宽大管架式竖架；上下两个连接平面板为加厚凹槽加筋板或带夹层的宽幅高强度钢板(宽度80～190cm)，与1～2行纵向芯架管套接，并且所用材料的内外壁均需进行覆塑、刷漆等高防腐处理。其次，不必采用高精度的全焊接，而是必要部位(主梁管架接点及紧固穿过主梁浮体模块芯架管的连接管件等)实施焊接，大都采用铆接或螺栓紧固即可。其三，主梁的分布与单一的龙骨不同，可两次乃至三次分层铺设，并且自底板起，就选取四块浮体模块“十”字形连接点处，隔一定距离(浮体模块长度的整数倍)便设置一根空心管柱或立式承重钢架，逐层上穿，顶起第一层主梁并与之连接固定后，从一层主梁上面板起继续上穿至二层、三层，使主梁的中线受力点自下而上并由甲板至底板，始终保持在同一铅垂线上。

副梁和毗龙骨作用相似，与主梁的结构相同，只是尺寸适当加以缩减。可在局部增加断面结构为正或倒“T”字形的辅助加强筋，其平面与副梁的上、下板面紧固，立面则直立于浮体模块连接缝中，进一步增强副梁的抗纵向弯曲力矩的强度。

钢架主要为与主梁、副梁同层连接的桁架，既能使主梁与副梁横向连接为一体，又能提高浮体平台整体的抗横向扭曲力矩的强度。因此，钢架的横向断面结构为宽度小于120cm，厚度小于15cm，中线部位上、下带有“T”字形辅助加强筋的钢管立撑连接架。

连接方法：按浮体材料总厚度为5.4m计算，纵向钢梁与横向钢架的分布为三层，间隔均为浮体模块层高的整数倍。即第一层的平面高度为最底层模块底面至第三层模块上平面的平行延长线——为1.8m。第二层的平面高度为第六层模块上平面高度，约为3.6m；第三层即为顶层平面，与面板(底甲板)相连接，距底部直线高度为5.4m。要从底部连接开始，沿纵向中线的主梁下侧，每隔二块，即在4块模块的“十”字形交合点上，先用电锯或热切割的方法，将4个模块在该点的交合角制成内圆弧角(拼接后为圆形)，再进行连接固定。同时在此位置安装直径合适的厚壁立撑钢管，钢管两端配接套紧管口带紧固平板和连接螺栓的管件。立撑钢管的垂直高度等于底板上面至第一层主梁底板下面(第二层浮体模块顶层平线)的长度。接下来，立撑钢管需穿过第二层错茬压缝浮体模块正中心预留的圆孔，与钢梁下板紧固在一起。

主梁与浮体模块第二层上平面以下立撑钢管的连接组合进行之前，要切掉第二层浮体模块上平面与主梁下板相同宽度、厚度的泡沫塑料，将主梁下板沿纵向中线前后贯通的压缝摆放，平铺在第二层浮体模块平面上。把紧挨中心线的两行浮体模块向上的管口，穿过主梁底板预留的连接孔并逐一加以紧固。同时将自底板向上穿出的立撑钢管连接面板予以紧固。然后再竖立并铆接、焊接立架。接下来，再从主梁立架向两侧分离，顺序连接第三层浮体模块。两边与主梁立架贴合的浮体模块，要纵向切掉与主梁立架相等宽度的泡沫塑料，再将各自露出的四根横向钢管、钢绳穿过主梁立架预留的管口，与相对应的浮体模块管口紧固连接。最后再将主梁架的连接管口与穿过的芯架管焊死或紧固。在纵向两行浮体模块与主梁立架形成浮体材料空档的位置，可采用加盖顶板常温发泡或直接喷注发泡的方法，使钢梁立架与泡沫塑料复合成型，结为一体，既能增加浮力，又保持了位置的相对固定，防腐抗锈，同时也使力学结构更趋稳定。

第三层浮体模块连接紧固过程中，要在主梁(副梁)与横向钢架连接位置，先放入钢架。钢架放在第三层浮体模块的纵向芯架管上。钢架下部焊接的圆环供芯架管穿过并形成统一受力体。上部则与浮体模块第三层上平面保持平行，并利用钢架两侧焊接的连接圆环，套入向上的芯架管以扩大受力面。钢架的两端则与主梁、副梁的立架和上面板进行铆接、焊接或螺栓紧固即可。

主梁立架及横向钢架的连接固定工作完成后，再根据主梁上板的宽度与厚度，切掉相对应浮体模块上层的泡沫塑料，放入主梁上板。最后，将向上穿出的芯架管和主梁立架、横向钢架的连接设施逐一紧固或铆固、焊死。

其余第三层浮体模块的连接组合方法与之前相同。副梁的连接方法则参照主梁的连接方法依序进行。直至浮岛航母单体平台主体结构的完成。

4、空心钢柱的连接与固定方法

空心钢柱是大型水上工作生产平台不可或缺的基础结构设施。譬如，平台面积在30×30m²以上，排水量近万吨，用于海上油气钻探或其他目的的生产工作平台，其四角部位均应连接固定直径1.2～2.4m的空心钢柱(平台中心或其他需配置空心钢柱的部位参照下述方法进行)。在将预先在岸上建成的浮体平台拉滑入水并驶入预定海域后，利用空心钢柱，沉入机械续接的厚壁钢筒(沉井)，接触海底后利用绞盘或钻头将淤泥、岩石打碎并抽出，直至沉井与坚固的岩面平稳结合，沉入钢笼并灌注砂浆加以稳固。最后，再利用起升机械使平台沿四根钢柱同时上升至设计高度并予以固定，建成结构稳定、抗风抗浪的海上生产、生活、工作平台。

连接空心钢柱的第一步工作，是预先制作空心钢柱的柱体。

空心钢柱的外径要按600、1200、2400mm的级数增减，与浮体模块的长宽比例尺寸相符，便于和浮体模块管材、钢绳的连接与紧固，以增强平台的整体强度。

空心钢柱的上、下两端，要充分利用与吸纳现代制造工艺成果和技术规范，连接固定必需的配套设施，保证水上工作平台各项功能的顺利实现。

柱体的焊接开始之前，要依据浮体模块芯架单向连接的特点，将同一条直线上相向分布的两个空心钢柱，一个焊接成完整的空心圆柱体，而另一个圆柱的相向面则留出长方形空白“窗口”——施工空间，等候两个空心圆柱之间的浮体模块连接固定完成后再焊接补上。

空心钢柱外侧，要依据浮体模块纵横层叠的特征，焊接若干个前后左右方向间距与模块芯架相一致的平直连接点，高度分布与模块层数相一致。空心钢柱外壁连接点的工件结构与使用要求是：因钢柱与钢柱间距离较长而采用浮体模块芯架配合钢绳拉固方法的，起始端的钢柱连接点应制成内弧外平的马鞍形连接架。先利用连接架固定钢绳端头后，再与浮体模块芯架端的半活接管件平直连接。而钢柱与浮体平台边缘较近时，则利用马鞍形连接架内引出的圆钢或钢筋穿入模块芯架，然后再与半活接管件连接紧固即可。

建造带空心钢柱的大型浮体模块组合平台，应先在临水岸边硬实平地上搭建工作台架。先按设计要求铺设底板和配套设施，然后利用起重设备吊起所有的空心钢柱垂直加以稳定，与相应部位的底板紧固在一起。

接下来，开始第一层浮体模块与底板和空心钢柱的连接固定工作。要从水上平台相邻两边的空心钢柱外侧开始，利用钢柱外壁伸出的圆钢或钢筋，横向穿过模块芯架管直至与边(舷)板连接紧固。不与钢柱接触的浮体模块，则按正常的连接组合方法，自左向右，自前向后，顺序进行穿入钢绳、连接、固定等工作。

对于围绕在空心钢柱四周的浮体模块要先切掉多余的泡沫塑料，并将露出的芯架管锯切为合适的长度后重新套丝，用于和空心钢柱的配接与固定。如有必要，还应在第一层模块与底板连接的同时，在空心钢柱之间连接大小合适的拉固承载钢梁。

第一层浮体模块连接固定工作完成后，再依序错茬压缝连接第二层、第三层浮体模块，以及相应的钢梁、钢架。直至水上平台周边紧固，空心钢柱直立稳定，底部设施配套齐全运转正常后，方可将水上平台推滑或拉滑入水，继续完成上部的连接、安装工作。

大型水上浮体平台的建造方法，同样适用于建造功能复杂的深水浮式码头。只是空心钢柱的作用发生了根本性变化——通过空心钢柱沉入水中(沉井)并利用钢笼、水泥凝固一体的芯体钢柱，成为承载码头大型起重设备的基桩。减掉了水上平台必需的高强度底板、起升机械等大型配套的设备设施。利用若干个合理分布的基桩，在深水浮式码头甲板上隔开一定的安全高度，平直架设大型钢混预制承重梁，并和由点连成直线的基桩相固定，作为大型龙门吊车的跑道和悬臂式吊车的安装基础。至于利用井字型芯架泡沫塑料浮体模块所构造浮体平台的载荷，码头上装卸散货、油料、集装箱等的配套设施，以及大型深水浮式码头的水深标准、选址、仓储条件等问题，相比之下已成为层级较低的次要问题。通过精心计算，科学施工和多部门人员的协作配合，均能得以较好解决。

5、大型水上浮体平台与水密舱室的连接固定方法

以组合式浮岛航母设有水密动力舱室的单体平台为例。

在60×96×5.4m的浮体平台内部，设计配接上、下宽40.8m，高2.4m，通长96m(不包括前段连接钢架和后端螺旋桨推进器的长度)的箱式长方体水密舱，体积达9400m³。可根据不同的功能需求，分别设置柴油动力设备舱、淡水舱、油料舱、生活起居舱等独立舱室。水密舱上部留有连接底甲板的出入通道和排风系统；下部安装龙骨、钢梁，提高船体的抗纵向弯曲力矩和抗横向扭曲力矩的能力。

浮体平台上部——水密舱体上平面至底甲板之间，为1.2m厚，长96m，宽60m的井字型芯架浮体模块连接浮力层。浮体平台的左、右两舷部位，各为长96m，宽9.6m，厚2.4m的浮体模块保护层与高强度舷板。浮体平台底部——水密舱底至船底部分为长96m，宽60m，厚1.8m的浮体模块浮力保护层与浅弧形钢板船底。井字型芯架浮体模块占浮岛航母单体平台浮体部分体积总量的三分之二，合计达21700m³，足以保证浮岛航母单体平台在水密舱被炸穿进水的情况下不沉不翻，安全标准得以较大提高。

建造方法大体按以下步骤进行：

首先，选择在岸边硬实平地或大型简易船坞内搭建工作台架。先铺设纵向龙骨和钢架，然后将其和水密舱底板焊接在一起。接下来再焊制水密舱其他部分，直至水密舱主体焊接工作的完成。

这一阶段需要注意的事项时，由于龙骨与水密舱底板焊接在一起，龙骨承担的抗纵向弯曲力矩的荷载大为减轻。因此，可适当调整龙骨的材质标号，或采取减小断面面积，在龙骨的立面或平面增加孔洞以减轻重量，便利模块芯架穿过连接等措施，简化工艺，节约钢材，推进建造工期进度。横向钢架的分布与焊接也可参照办理。水密舱前端因与其他单体平台相连接，焊上连接钢架和必要的钢绳连接点即可。水密舱后端因处要害部位，为防止敌方攻击，可将水密舱室后板设置为双层或多层的抗爆、抗穿甲防护板，增强自身的抗攻击能力。

其次，浮体模块的连接要先从水密舱底面开始，由龙骨向两侧连接，逐块、逐行、逐层的穿入钢绳，连接，紧固，直至底部横向条形连接板的固定，然后依序安装纵向的底板，再焊牢接缝即可。

这一阶段需要注意的事项是，在浮体模块芯架与水密舱底面或龙骨及钢架的连接结合部位，浮体材料——泡沫塑料大体量缺损时，应采取利用活动挡板一至六面围护成模箱，投入预混的发泡材料常温发泡成型或喷注发泡成型，使浮体材料充实到各个部位并紧密连结为一体，然后再连接紧固其它的浮体模块。即使是10～20mm的缝隙，填充泡沫塑料无法完成，则应现场调制掺有膨胀剂的油性腻子或填充料，将这些缝隙填满，增强这些部位金属材料的抗腐锈防护能力，同时也防止海水进入这些部位后长期浸泡对泡沫塑料形成吸水膨胀、脱落等现象的发生。

三是左、右舷部位浮体模块的连接，要从紧邻水密舱外壁的位置开始，依序向外连接紧固。临近舷板和浮体平台前后两端的浮体模块外侧芯架管口，要按设计要求预先焊接法兰盘；余出的钢绳紧固好最后的芯架管口后盘好挂妥待用。然后再开始第二、第三层的连接紧固，直至这一部分安装连接任务的完成。

四是水密舱上平面至底甲板之间浮体模块的连接紧固工作。因台面宽阔便于施工，从一边或相邻两边同时开始依序安装即可，施工难度与其他部位相比相对较低。需要注意的是，上下进出水密舱的通道口处，要先预留紧固浮体模块芯架管口半活接管件和钢绳的“窗口”，施工完成后再补上焊死。通风换气孔道最好采用圆形，且外径不大于60cm，便于穿过模块芯架的间隙，使施工更为便捷。

浮体平台初步完工后，要按设计要求，在前后两端和左右两舷，自上而下安装宽度合适的条形高强度连接板。然后再自下而上，安装左右舷板、后围护板和前端围护板与连接钢架，直至完成。

这时便可拆除施工台架，利用液压承重设备使浮体平台平稳下落，推滑或拉滑入水即可。

浮岛航母分节单体平台底甲板以上部分的安装与施工，可在水上继续进行。底甲板与浮体模块芯架的连接方法，底甲板与上甲板之间工作设施空间的受力承重、载荷分布、防水抗浪等问题，前文已有述及，不再赘言。

6、水上浮体平台上层建筑的设计建造与连接固定方法

水上浮体平台上层建筑的设计，要始终依照浮体模块芯架立管横向中线间距600mm，纵向中线间距1200mm的建筑模数为基础进行规划，选择立柱、隔墙、连接梁、承重梁等的准确承重点及连线位置，然后再进行连接、安装施工。

小型单层塑料芯架浮体模块构建的民用生活型网箱养殖平台的上层建筑——生活起居轻型房屋的连接固定较为简单。首先是将四块或六块塑料芯架浮体模块拼合连接成正方形或长方形浮体平台。接着再铺设已经预留连接孔的塑料面板或木板。然后再利用钢塑复合的异径管件，采用热熔焊接的方法与浮体模块芯架立管焊接在一起，同时将底板压固。最后利用露出的异径管件端口，拧入或插入立柱钢管，并在立柱的中部和上端搭架连接钢管，形成边角垂直、整体稳定的结构框架，再依序装上留有门窗的轻型彩钢墙板和屋顶面板即可。

大型水上浮体平台上层建筑的设计建造与连接安装虽然复杂，但施工方法与上述所述基本相一致，只是连接方法改为强度较高的刚性连接，连接结构增加了浮体模块芯架上端焊接法兰盘螺栓紧固甲板与立柱底座；利用纵向钢梁、横向钢架和密布的条形连接板，为承载上层建筑的立柱、隔墙、梁架及配套设施提供更为强力的坚固支撑，以期建成安全舒适、风格各异、功能配套的单层、双层乃至多层上层建筑，满足各类人群日益增长的水上生产、生活、游乐等多方面的需求。

7、建造太阳能、风能结合动力型航空母舰浮体靶船的几点综合性技术措施和应用方法

航空母舰浮体靶船，是利用井字型芯架浮体模块的连接组合技术，以及配套的钢梁、钢架加固技术和甲板、舷板、底板连接安装技术等，建造成与敌国或潜在敌对国家拥有的航空母舰形状、大小一致的靶船——不需要上层建筑，顶层甲板平面图一致即可。在甲板上铺设分区并联的太阳能电池板，并安装固定若干组风力发电设备，利用海上的光能和日夜产生的风能发电，电力集中传输到航母后部偏下的水密动力舱室，利用电能推进航母的机动前行与转向。

航母靶船的作用不言自明，就是为了训练提高我人民解放军利用弹道导弹打击敌国航母的准确能力与技术水平，加强战略威慑力，制止战争，维护国家的和平。

利用井字型芯架浮体模块技术建造航母靶船，具有以下突出优点：

一是造价较低。以美国现役最先进的福特级航母为例。甲板全长337m，宽77m，建造费用高达105亿美元，而制造47m宽浮体平台加推拉甲板的仿真平面航母靶船的建造费用则不会突破人民币2～3亿元(主要为材料费用)。

二是建造周期短，技术简单。因所用材料均为一般的常用材料而非特殊用材，技术也是通用技术而非保密性极高的专项技术，故而利用岸边硬实平地或简易船坞即可进行拼装组合，数百人3～5个月即可建成下水试航。

三是航母靶船可反复使用，利于弹道导弹的多次试射、修正和反复测试。弹道导弹为不安装战斗爆炸部的高速常规弹头，射中靶船后即穿入或穿过自熄不燃的泡沫塑料芯架层，因靶船自身不怕破损进水，故而只需修复甲板上损坏的分区并联太阳能电池板或风力发电设备即可，靶船主体仍可承受弹道导弹多次的修正测试，积累数据，提高对高速运行中航空母舰的精确打击能力。

四是航母靶船可一物多用。训练时驶入到预定海域，人工操作或近距离遥控航行均可。其余时间可停泊在海上战略或战役位置，彰显国家主权，并临时搭建上层建筑，为驻船官兵提供舒适的生活环境，巩固祖国的海防。

综上所述，井字型芯架浮体模块复合成型技术和连接、组合技术的应用范围十分广泛。从小型不沉船艇的一次成型制造，浅水宽型运输、游乐船驳和小型浮体平台——江河湖海沉锚固定型隔点分布游泳休闲浮体平台系统、自发电航道灯标浮体平台、浮式灯塔平台等简单结构浮体平台的连接组合；到生活型网箱养殖浮体平台系统，浮桥、栈桥和浅水浮式码头；再到深水多用浮式码头，大型水上生产、生活、游乐平台，海上飞机作战指挥平台，组合式浮岛航母单体平台以及仿真航空母舰电力推进平面靶船的制造、组合与连接固定方法等，展示了一幅形式各异、功能众多的开放式水上浮载运输设施制造与应用的壮美画卷，应用实例林林总总，所述尚不及十之其一。因篇幅所限，只能择其要而概之，疏漏之处，在所难免。可以预见的是，随着本技术应用普及范围的日益扩大，必将使更多的人民群众及产业、行业受益，推动经济建设的健康发展和国防、海防建设整体水平的不断提高。

Claims (4)

1.一种井字型芯架泡沫塑料浮体模块的制造方法，其特征在于：所述井字型芯架泡沫塑料浮体模块由井字型芯架与泡沫塑料预发料或基料以及配料共模发泡并复合成型制得，井字型芯架由金属或非金属管材和六通管件组成的，井字型芯架泡沫塑料浮体模块的制造方法分三步进行：第一步是将分散的管材与六通管件配接在一起，制成横平竖直、中空通透的井字型芯架，若管材为金属管材，则需管材端口内、外套丝，然后与六通管件螺纹连接紧固；若管材为非金属管材，则用热熔焊接或粘接的方法紧固；或在此基础上增减管材与六通管件数量而制成变异型井字型芯架；第二步是在模箱内壁的设计规定位置，利用已安装的圆柱形桩具或卡套管件，将长方体六个面共计24个管口的井字型芯架或变异型井字型芯架，逐一进行准确位置的固定；第三步是将泡沫塑料预发料或基料与各种配料，按工艺要求混配均匀后，计量准确的加入模箱，然后按常规要求的温度、压力等技术标准进行加温发泡或常温发泡，直至泡沫塑料发泡均匀，并与芯架管材牢固结合，制成形体饱满、受力均衡的复合材料体块。

2.根据权利要求1所述的井字型芯架泡沫塑料浮体模块的制造方法，其核心技术特征是将金属或非金属管材、管件与泡沫塑料复合成型，目的是制成主要应用于开放式水上浮载运输设施的工程材料。

3.根据权利要求1或2所述的井字型芯架泡沫塑料浮体模块的制造方法，其特征在于：利用井字型芯架中空通透的特点，在上下垂直纵横平行六个方向所穿入芯架连接固定后向外延续的钢绳或钢筋，既能紧固边板、舷板、甲板、底板，又能栓固重物降低浮载设施重心，还能进行锚固、缆固等连接方法与措施。

4.根据权利要求3所述的井字型芯架泡沫塑料浮体模块的制造方法，其特征在于将已固定浮体模块与待连接浮体模块进行连接时，利用芯架管口已固定的半活结拉固管件，将半活结的活头插入被连接浮体模块相对应的芯架管口内，然后从直接相通管子的另一端插入长杆空心丝锥，拧动并拧紧半活结拉固管件的活头，使被连接浮体模块与固定模块逐渐拉紧，平行对接。