[发明专利]倒六棱锥型球体最密堆积相连的混凝土浮岛

说明书

一种倒六棱锥型球体最密堆积相连的混凝土浮岛，它包括内部由球体经过最密堆积并相连形成的骨架结构3和外部由混凝土浇注形成的外壳4组成，它的外形是一个倒立的六棱锥，顶点1在下，底面2在上；外壳4与骨架结构3的外侧球体镶嵌在一起；骨架结构3是一个外观呈现为倒六棱锥型的球体群结构5，这个结构由N个半径为R的球体，按照球体最密堆积的规律，进行错位镶嵌堆积并互相连接构成；球体之间的空间，用有浮力的物质填充或用混凝土浇注；这个倒六棱锥型球体群结构5所包含的所有球体，依靠12切点和/或24连接点相连，构成整个混凝土浮岛，使用锚链和锚在海洋中固定，可以帮助人员在海洋中长期居住，还可以作为飞机在海洋中的起降平台。

技术领域

本发明涉及一种倒六棱锥型球体最密堆积相连的混凝土浮岛，其可以达到在海洋上漂浮并有足够的浮力承载特定设施和人员，而且能够被拖动到指定海域，主要运用在海洋开发方面，例如可供人员长期居住的海洋浮岛，可起降飞机的海上跑道。

背景技术

在海洋开发需求日益增长的情况下，海洋浮岛的重要性越来越明显，现有的海洋浮岛技术中，多采用金属作为主要材料，其价格贵并且不耐海水腐蚀，因此由金属建造的海洋浮岛，需要投入大量资金，而且后期维护也不容易，金属结构的海洋浮岛在海水中的寿命较短；以金属为主要材料的浮岛，为了节省材料，其设计大多为架构式配合浮筒或是中空式的.在建造大型或超大型海洋浮岛的时候，架构式或中空式的结构方式需要大量的强度非常高的金属，这种特殊的金属用在海洋浮岛上不能发挥其最大价值，而如果采用普通的金属建造大型或超大型海洋浮岛，其坚固性和安全性在恶劣的海洋气候环境中又比较低.

本发明的目的是针对上述现有浮岛技术存在的缺陷，提供一种造价低、坚固，寿命长、后期维护简单的结构，可以建造小型、中型、大型或超大型的海洋浮岛.

发明内容

为达到上述目的，本发明的倒六棱锥型球体最密堆积相连的混凝土浮岛，它包括内部由球体经过最密堆积并相连形成的骨架结构和外部由混凝土浇注形成的外壳组成，它的外形是一个倒立的六棱锥，顶点在下，底面在上；外壳与骨架结构的外侧球体镶嵌在一起；骨架结构是一个外观呈现为倒六棱锥型的球体群结构，这个结构由N个半径为R的球体，按照球体最密堆积的规律，进行错位镶嵌堆积并互相连接构成；球体之间的空间，用有浮力的物质填充或用混凝土浇注；这个倒六棱锥型球体群结构由外形为六边形的球体层镶嵌叠加构成，第一层为倒六棱锥型球体群结构的顶点，其只包含一个球体；第二层在第一层的正上方，包含三个相互相切的球体，从第三层开始，每一层由多个球体横竖排列构成一个六边形的球体层；每一层六边形的任意两条平行边之间的球体排列有固定规律，中间最长列的球体数目与这一层的球体列的总数，以及其所在的层数三者相同，表示为N；用另一种表达为：倒六棱锥型球体群的第N层包含N列球体，中间最长的列包含N个球体；球体层分为偶数层和奇数层，一三五为奇数层，二四六为偶数层，奇数层六边形的边是长度相同的六条边，每一条边含有的球体数目相同，偶数层六边形的边是由长边和短边交替出现构成，长边比短边多包含一个球体；从第三层开始，每一层球体的排列方式可用数学公式表示为两种不同的形式，奇数层：以中间最长列球体为中线左右对称，公式为“(N+1)/2，1+(N+1)/2，2+(N+1)/2...，N，...， 2+(N+1)/2，1+(N+1)/2，(N+1)/2，”此公式的使用方法是：首先逗号隔开的每一个公式可计算出一个球体列的球体数目，所有的公式组合在一起计算一整个球体层的球体数目，并且确定它们的排列规律，此处N为奇数，其代表一个球体层所在的层数，同时N也代表这一球体层最长球体列包含的球体数目，设公式“N”为最长球体列，然后沿最左边和最右边开始向中间方向，两边各取(N-1)/2个公式，加上最长球体列公式N，所取公式的总数目为N，根据所选取的每个公式可计算出每个球体列里球体的数目，组合在一起就得到了本球体层的排列；偶数层：其左右不对称，公式为：“N/2，1+N/2，2+N/2，...，N，...，2+N/2，1+N/2，”此公式的使用方法是，首先每一个公式计算一个球体列的球体数目，所有的公式组合在一起计算一个球体层的球体数目并且确定它们的排列规律，此处N为偶数，其代表一个球体层所在的层数，同时N也代表这一球体层最长球体列的球体数目，设公式N为最长球体列，然后从最左边开始向右，依次选取N/2个公式，然后从最右边开始向左，依次取N/2-1个公式，加上最长球体列公式“N”，所取公式的总数目为N，计算出每个公式所代表的球体列里球体的数目，组合在一起可得到目标球体层的排列；在每一层球体层中，以最长球体列为界线，两侧球体列所包含的球体数目依次递减；每一层球体总数的确定，有两种不同的数学公式表示方法，从第一层包含一个球体开始，奇数层球体数量计算公式为“X_N-1+N+(N-1)/2，”偶数层球体数量计算公式为“X_N-1+N+N/2-1”，其中X_N-1为前一层包含球体的总数目，N为目标球体层所在层数；球体之间的固定要按照球体的24点连接法进行连接，或者按照球体12切点连接法进行固定，或者同时使用24点连接法和12切点连接法对球体进行连接固定；球体的12个切点是由中心球体与包裹在其周围的12个球体相切而形成的，在球体表面用经纬度表示十二个切点所在的位置为：在0度纬线上分布六个切点，本发明中称之为水平切点，每一个切点之间的经度相差60 度，具体坐标为：(纬线0°，经线0°)，(纬线0°，东经60°)，(纬线0°，东经120°)，(纬线 0°，东经180°)，(纬线0°，西经120°)，(纬线0°，西经60°)；在南半球和北半球总共分布六个切点，本发明称其为南半球切点和北半球切点，分别位于南纬54.74°线上和北纬54.74°线上，在南纬54.74°和北纬54.74°线上各分布三个切点，同一纬度的三个切点之间，两两之间的经度相差120度，六个切点的分布有两种情况，第一种为南半球的三个切点与北半球的三个切点，两两之间经度相同，第二种为南北半球的六个切点分别位于不同的经度上；首先第一种分布情况中，位于三个不同经度的三对南北纬切点的具体经纬度坐标为：(北纬54.74°，东经30°)，(北纬54.74°，东经150°)，(北纬54.74°，西经90°)，(南纬54.74°，东经30°)，(南纬54.74°，东经150°)，(南纬54.74°，西经90°)；第二种分布情况，六个南北纬切点分别位于不同经度，其具体经纬度为：(北纬54.74°，东经30°)，(北纬54.74°，东经150°)，(北纬54.74°，西经90°)，(南纬54.74°，东经90°)，(南纬54.74°，西经30°)，(南纬54.74°，西经 150°)；球体上的12个切点与其周围相切球体对应切点连接的时候，要保证相切的球体不分离；24个连接点分布于球体表面，每一个连接点位于两个相邻的切点之间的弧线上，并且这条弧线的弧度为π/3，12个切点共组成24对球面距离为π/3弧度的相邻切点，相邻切点之间的这条π/3弧度所对应的弧线，其所在的圆的圆心与球体球心重合，半径与球体半径相同，并且相邻的两个切点是这条弧线的两个端点，经过24对相邻切点的π/3弧度的弧线有24条，每一条弧线在球体表面的中点即为一个连接点；将12个切点进行组合，24对球面距离为π/3 弧度的相邻切点的组合分别为：零度纬线上的六对：(0°、0°)和(0°，东经60°)，(0°，东经 60°)和(0°，东经120°)，(0°，东经120°)和(0°，东经180°)，(0°，东经180°)和(0°，西经120°)，(0°、0°)和(0°，西经60°)，(0°，西经60°)和(0°，西经120°)，南北半球切点与零度纬线上的切点之间共有12个连接点，其有两种分布情况：首先，南北半球的俩俩有相同经度的三对切点与水平切点之间：北半球九对：(北纬54.74°，东经30°)和(纬线0°，经线0°)，(北纬54.74°，东经30°)和(纬线0°，东经60°)，(北纬54.74°，东经150°)和(纬线0°，东经120°)，(北纬54.74°，东经150°)和(纬线0°，东经180°)，(北纬54.74°，西经 90°)和(纬线0°，西经120°)，(北纬54.74°，西经90°)和(纬线0°，西经60°)，(北纬54.74°，东经30°)和(北纬54.74°，东经150°)，(北纬54.74°，东经30°)和(北纬54.74°，西经90°)，(北纬54.74°，东经150°)和(北纬54.74°，西经90°)；南半球九对：(南纬54.74°，东经30°) 和(纬线0°，经线0°)，(南纬54.74°，东经30°)和(纬线0°，东经60°)，(南纬54.74°，东经150°)和(纬线0°，东经120°)，(南纬54.74°，东经150°)和(纬线0°，东经180°)，(南纬54.74°，西经90°)和(纬线0°，西经120°)，(南纬54.74°，西经90°)和(纬线0°，西经 60°)，(南纬54.74°，东经30°)和(南纬54.74°，东经150°)，(南纬54.74°，东经30°)和(南纬54.74°，西经90°)，(南纬54.74°，东经150°)和(南纬54.74°，西经90°)；然后，南北半球的分别处于不同经度的六个切点与水平切点之间：北半球九对：(北纬54.74°，东经30°) 和(纬线0°，经线0°)，(北纬54.74°，东经30°)和(纬线0°，东经60°)，(北纬54.74°，东经150°)和(纬线0°，东经120°)，(北纬54.74°，东经150°)和(纬线0°，东经180°)，(北纬54.74°，西经90°)和(纬线0°，西经120°)，(北纬54.74°，西经90°)和(纬线0°，西经 60°)，(北纬54.74°，东经30°)和(北纬54.74°，东经150°)，(北纬54.74°，东经30°)和(北纬54.74°，西经90°)，(北纬54.74°，东经150°)和(北纬54.74°，西经90°)；南半球九对： (南纬54.74°，西经30°)和(纬线0°，经线0°)，(南纬54.74°，东经90°)和(纬线0°，东经60°)，(南纬54.74°，东经90°)和(纬线0°，东经120°)，(南纬54.74°，西经150°)和(纬线0°，东经180°)，(南纬54.74°，西经150°)和(纬线0°，西经120°)，(南纬54.74°，西经 30°)和(纬线0°，西经60°)，(南纬54.74°，西经30°)和(南纬54.74°，西经150°)，(南纬 54.74°，西经30°)和(南纬54.74°，东经90°)，(南纬54.74°，西经150°)和(南纬54.74°，西经90°)；选择任意一种南北半球切点分布情况，每对相邻切点的球面弧线的中点是一个连接点，南半球九个，北半球九个，零度纬线上六个，总共24个；球体表面的每个连接点上有连接耳，连接耳较窄面的方向与其对应连接点所在的弧线一致，连接耳的高度不超过((2√3) -3)*R/3，连接耳的尺寸不能影响球体的相切，连接耳上有连接孔，俩俩相切的三个球体，它们各有一个连接耳位于球体相切所形成的区域内，三个连接耳的连接孔方向平行，使用三脚钉对其进行固定连接，三脚钉的三只脚与三个处于同一区域的连接耳上的连接孔相对应；每个球体上的24个连接耳分别与相切球体上相对应的连接耳相连，构成整个球体群结构(5)； 12切点相连法和24连接点相连法可同时使用；本发明中的浮岛，其浮力的计算为：最大浮力等于其最大排水量，浮岛自身重量等于混凝土外壳、球体群结构和球体之间填充物三者的重量之和，可利用的浮力等于最大浮力减去浮岛自身重量，浮岛的自身重量不超过最大浮力.