DE2242136A1 - Konstruktionssystem fuer schwimmende bauwerke, insbesondere schwimmbruecken, schwimmkoerper (pontons, hohlplatten, plattformen o.dgl.), die gegen den auftrieb vorgespannt sind - Google Patents

Description

• Konstruktionssystem für schwimmende Bauwerke, insbesondere Schwimmbrücken, Schwimmkörper (i'ontons, Hohlplatten, Plattformen odgl.), die gegen den Auftrieb vorgespannt sind.
• A) Stand der Technik' und wirtschaftliche Bedeutung des Erfindungsgedankens.
• Bauwerke, insbesondere Brücken, Landungsstege udgl. auf schwimmenden bzw. als schwimmende Unterstützungen sind bekannt. Im allgemeinen befinden sich bei solchen Bauten Auftriebs-Schwimmkörper an der Wasseroberfläche und diese Schwimmkörper haben verhältnismäßig geringen Tiefgang, z.B. wenige Zentimeter bis wenige Meter.
• Dadurch bedingt, ändert sich infolge der Wellenbewegung des Wasser, der Gezeiten und der sich ändernden Nutzlesten -z.B. beim Befahren - der Auftrisb.
• Das fübrt zu dauernden Bewegungen im Bauwerk, die sich u.U.
• noch in eine@ gewissen Umfange anregen; Bewegung des Auftriebskörpers führt zu größeren Schwingungen der Wasseroberfläche und diese übertragen sich wieder auf den Schwimmkörper, Nach dem Erfindungsgedanken wird ein Auftriebs-Körper entgegen der Auftriebskraft durch eine singeprägte "Vorspannkraft" tiefer eingetaucht, als es sainem Gewicht und dem verdrängten wasservolumen entsprechen würde.
• Wird dann der Auftriebskörper zusätzlich durch eine zeitweilige Last oder durch "wellenbedingten Auftrieb" belastet, so "verteilen" sich diese Beanspruchungen anteilig 1. auf zusätzliche Tauchungen -d.h. Änderungen des Auftriebes 2. auf "Änderung" der Vorspannung.
• Die Auftriebskörper erleiden dadurch eine wesentlich verminderte Bewegung. Ein einfaches Beispiel möge die Verhältnisse erläutern; (s.Abb.@) Fall 1: Die Last P = 1 Mp wird aufgebracht und der gewichtslos gedaohte Körper taucht ein, bis der Auftrieb gleich der Last P ist.
• FUr Wasser mit = 1 t/m3 ergibt sich: t 1 = 1000 mm.
• Fall 2: Der Körper ist durch eine Vorspannung V r 1 Mp bereits um 1000 mm "vorgetaucht". Die Last P = 1 Mp wird aufgebracht und der Kö@per taucht tiefer ein. Das Seil verktlrzt sich.
• Dadurch ergibt sicht t 2 - rd 5 mm.
• Fall 3: Der Körper ist durch eine Vorspannung V » 2 Mp bereits rnn 2000 in "vorgetaucht". Die Last P w 1 Mp wird aufgebracht und das Seil verkürzt sich. Zusätzlicher Auftrieb kann nicht sehr entstehen.
• t @ = - d 5 mm.
• Aus diesen Ergebnissen geht der enorme Einfluß der "Vorspannung" im Hinblick auf die lastabhängigen Bewegungen hervor. Er ist abhängig von den Querschnittsverhältnissen des Schwimmkörpers und den Steifigkeitsverhältnissen der Vorspannseile.
• Wenn nun durch weitere Verankerungen mechanischer oder motorischer Art gewährleistet ist, daß der Auftriebskörper auch in horizontaler Richtung nur kleine Bewegungen ausfUhren kan@, so wir@tdieser Auftriebskörper wie ein "festgegründeter" Auflagerlrdrper.
• Die Verankerung der Vorspannkraft em "Boden" kann z.B. durch "Ballast" erfolgen, der auf dem Fluß-, See- oder Meeresgrund ohne besondere Gründung aufliegt; es kennen aber auch im Boden verankerte "Gründungen" vorliegen.
• Ändert sich die Wasserspiegelhöhe planmäßig, z.B. durch Gezeiten, Hochwasser odgl. und soll die Vorspannung in der ursprünglich vorgesehenen Größe v@halten bleiben, ist eine "Vorspannregulierung" durch mechanische, elektrische odgl. betriebene Vorrichtungen möglich - Vorrichtungen also, die die Vorspannseillänge vergrößern oder verkleinern, die Vorspannkraft aber konstant halten. Es ist aber auhh eine teilautomatische, selbständige Regulierung dadurch möglich, daß das Vorspannseil am Boden verankert ist und am Auftriebskörper über eine Last-Umlenkrolle geführt wird en@sprechend der Abb@@.
• Durch "Flaschenzug-artige" Gestaltung der Ballast-Vorspannung ist eine Änderung des Ballastgewichtes möglich. Durch genügend "Trägheit" - z.B. durch Ausnutzung des Wasserwiderstandes bei schnellen Bewegungen - ist es möglich, daß eine langsame, "langfristige" Bewegung des so gegen den Auftrieb vorgespannten Schwimmkörpers stattfinaett bei einer plötzlichen, kurzzeitigen Nutzlaständerung aber sorgt die Trägheit des Ballastkörpers Bo und der Umlenkrollen U - die widerstandswirksam

  gefos

  sein können - dafür, daß die Vorspannung wie eine starre Vorspannung wirkt.

Claims (16)

1. Konstruktionssystem fur schwimmende Bauwerke,

   insbesondere Schwimmbrücken, Schwimmkörper (Pontons, Hohl@latten, Plattformen odgl.), die gegen den Auftrieb vorgespannt sind.

   B) Patentansprüche 1. Konstruktionssyetem für Auftriebskörper schwimmender Bauwerke, insbesondere Schwimmbrücken, Pontons, Hohlplatten, Plattformen udgl., dadurch gekennzeichnet, daß die suf dem Wasser schwimmenden Auftriebskörper durch "Vorspannkräfte" verankert sind, die diese Körper in einer tieferen Tauch- oder Eintauchlage halten, als es die Gleichgewichtslage ohne die Vorspannkräfte zur Folge hätte. Die Vorspannkrltfte bewirken eine Verschiebung des Auftriebskörpers entgegen der Wirkungsrichtung des Auftriebes und es handelt sich dabei um Zugkräfte. Diese Vorspann-Zugkräfte in den Verankerungselementen werden durch Ballast, der auf einem See-, FluS- oder Meeres-Baugrund aufliegt, oder durch Verankerungen in den Baugrund abgeleitet.

   Wird ein Auftriebsk@rper durch eine Nutzlast zusätzlich belastet, die ebenfalls Komponenten entgegen der Wirkung des Auftriebes hat, so wird diese Kraftkomponente zum Teil durch einen zusätzlich entstehenden Auftrieb des Auftriebsklrpers und durch die Vorspann-Verankerung des Auftriebskörpers selbst aufgenommen.

   Dis unterschiedlichen Teilbeträge argeben sich au@ den Abmessungen der Auftriebskörper-Querschnittsfläche und den Steifigkeiten der Vorspann-Verankerung. Die AbiessungsverhEltnisse sollen so beschaffan Bein, da3 die Bewegungen des Auftriebskörpers aus Nutzlasten klein sind gegenüber den aus der Vorspannung herrührenden Vortauchungen. Diese geringen Tauchbewegungen infolge der Nutzlasten führen zu geringeren Schwingungsanregungen des Wassers und damit zu einer nBeruhigung" des Wassers und einer Verminderung der Beanspruchung aus der Wasserbewegung z.B. an den Ufern.
2. 2.) Konstruktionssystem nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Baustoffe alle bisher in Bauwesen llblichen Materialien Stahlbeton, Spannbeton, Stahl- und leichtmetall-Legierungen, Kunststoffen, Seile aus Metall, Metall-Fasern, Natur- und Kunststoffasern sowie künstlich hergestellten, hochfesten Fasern (Wyskern) Odl¢. bestehen.
3. 3,) Konstruktionssystem nach 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper nicht nur verankert sind@ sondern auch flossenartige Gebilde aufweisen, die eine dynamische Dämpfung der Bewegungen des eingetauchten Körpers bewirken.
4. 4.) Konstruktionssystem nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente e an verschiedenen Stellen und in mehrere Richtungen angreifen.
5. 5.) Konstruktionssystem nach 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß an oder in den Auftriebskörpern mechanische und/oder motorische Einrichtungen angebracht sind, die Strömungskräft@ des umgeb@nden Mediums durch Wasserantriebe - Schrauben- oder Strahlantriebe - au@gleichen.
6. 6.) Konstruktionssystem nach 1 bis 5. dadurch gekennseichnet, daß an verankerten Auftriebskörpern Einrichtungen angebracht sind, die die kinetische Energie des umgebenden, strömenden Mediums nutzbar mach.
7. 7.) Konstruktionssystem nach 1 bis 6, dadurch gekennseichnet, daß die Auftriebskörper flexible Wunde aufweisen und dadurch das Auftriebsvolumen des Auftriebskörpers verändart werden k@nn.
8. 8.) Konstruktionssystem nach 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebsk@rper einen kleineren, gleichen oder höheren Innendruck haben, als das sie umgebende Medium.
9. 9.) Konstruktionssystem nahh 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper gegeneinander, untereinander und/oder in beliebigen räumlichen Richtungen gegen feste Auflager der Erde und/oder anderer Bauwerke verankert sind. Auch alle die Veranerkungen können darüber hinaus vorgespannt sein.
10. @0.) Konstruktionssystem nach 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dcß die an dem AuBtriebskörper anschließenden Bauelemente, @auteile und Baukörper gelenkig, biegestein oder elastisch angeschlossen sind.
11. 11.) Konstruktionssystem nach 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Auftriebskörpern aufgelagerten Bauwerke, Bauteile usw. selbst Auftrieb erzeugen bzw. erhalten, wenn sie entgegen der Auftriebskraft-Richtung Bewegungen oder Verfor@ungen erleiden.
12. 12.) Konstruktionssystem nach 1 bis 11, doch gekennzeichnet, daß die Bauwerke permanent oder nur zeitweise errichtet werden.
13. 13.) Konstruktionssystem nach 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper in Abhängigkeit von der Tauchtiefe eine unterschiedliche Querschnittsfläche und @uerschnittsform haben und somit der Auftriebszuwachs Veränderungen unterliegt, die von der Tauchtiefe selbst abhängen.
14. 14.) Konstruktionssystem nach 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Auftriebskörpern oder längs der Vorspannungselemente "Antriebs- und/oder Verankerungsmaschinen" installiert sind, die eine Regulierung der Vorspannkräfte in Abhängigkeit eines zeitlichen Ablaufes zulassen,,z.B. Gezeiten-abhängig.
15. 15.) Konstruktionssystem nach 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspann-Verankerung mit dem Auftriebskörper über eine "lose Rolle" -oder flaschenzugartig - verbunden ist und ein zweiter Ballast Bo das Gleichgewicht herstellt. Der Ballast Bo bzw, die Rlose Rolle" als Kraftumlenkung können so geformt sein, daß sie plötzlichen Bewegungen gegenüber einen großen Bewegungswiderstand aufweisen. Langandauernde Kraftwirkungen - z.B. Gezeiten - werden dann durch Änderungen der Vorspann-Seil-Länge so ausgeglichen, daß die Vorspann-Kräfte annähernd konstant bleiben. Kunrzfristige Kraftwirkungen, z.B. Nutzlasten aus überrollenden Fahrzeugen, werden zu einer Änderung der Vorspannkräfte führen und nur geringe Längenänderung der Vorspann-Verankerungen zur Folge haben.
16. 16.) Fonstruktionssystem nach 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper zusammenhängend einen gesamte@, größeren Auftriebskörper. ein "Auftriebskissen" bilden.