DE3220754A1 - Tragsaeule fuer eine ueberwasserplattform und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Tragsaeule fuer eine ueberwasserplattform und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
GLAWE, DELFS1 MOLL & PARTNER
$220754
M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft
Oberhausen
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A 55 |
Tragsäule für eine Überwasserplattform und Verfahren zu ihrer Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Tragsäule für eine Uberwasserplattform,
insbesondere für die Erdöl- oder Erdgasgewinnung in tiefem Wasser, bestehend aus einem rohrförmigen,
aus Stahlblechteilen wasserdicht zusammengeschweißten Mantel und einer im Inneren des Mantels angeordneten
ringförmigen Aussteifung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Errichtung einer derartigen Tragsäule
von einer schwimmenden Plattform aus.
Eine Tragsäule dieser Art ist z. B. aus DE-GM 76 29 303 bekannt. Sie dient dazu, eine Überwasserplattform
unmittelbar biegesteif mit einem auf dem Meeresboden verankerten Fundament zu verbinden und
das Gewicht der Plattform auf dem Fundament abzustutzen.
Derartige Tragsäulen sind extrem hohen Beanspruchungen durch Windkräxte, Meeresströmung und insbesondere
Wellenkräfte ausgesetzt. Außerdem muß die Tragsäule den in der Tiefe wachsenden Ruhewasserdruck aufnehmen.
Zur Erzielung der notwendigen Verformungssteifig keit führt man die Tragsäule in der Regel mit kreiszylir
drischem Querschnitt und einer im Inneren angeordneten ringförmigen Versteifung aus.
Darüberhinaus muß die Tragsäule aber auch je nach W lengang und Wassertiefe - wobei an Wassertiefen bis mehl
als 250 m gedacht werden kann - extrem hohe axiale 3iege
raomente aushalten können. Obwohl man diese Biegemomente teilweise dadurch herabsetzen kann, daß man die Tragsäu]
mit dem Fundament gelenkig verbindet, bleiben trotzdem, insbesondere bei höherer Wassertiefe, beachtlich hohe 3j
gemomente übrig, die bei der konstruktiven Gestaltung ur Bemessung der Tragsäule berücksichtigt werden müssen.
Bekannt sind ζ. B. aus DE-PS 25 49 859 und DE-PS
25 50 621 Tragsäulen aus Stahlbeton. Diese müssen in axialer Richtung vorgespannt werden, um die auftretenden
großen Biegemomente aufnehmen zu können. Trotz dieser Vorspannung müssen solche Säulen sehr dickwandig ausgeführt
sein. Die Entstehung von Haarrissen in Beton als
ι Folge der wechselnden Beanspruchung und die Bildung von
: .Arbeitsfugen bei der Herstellung langer Tragsäulen sind
! nicht mit Sicherheit auszuschließen. Die Wasserdichtigkeit
von Tragsäulen aus Stahlbeton kann daher auf lange Sicht nicht gewährleistet werden.
Tragsäulen aus Stahlblech der eingangs genannten Art mit einem wasserdicht geschweißten Stahlblechmantel
haben diese Nachteile nicht. Um aber im Rahmen verarbeitbarer Blechdicken zu bleiben, muß der Mantel durch ausreichend
bemessene Stahlsteifen ausgesteift werden, die ihm die notwendige Beul- und Knickstabilität gegen den
Außenwasserdruck und axiale Druckspannungen verleihen.
Die Herstellung und das Anschweißen der Stahlsteifen erfordert einen hohen Arbeits- und Kostenaufwand. Außerdem
verursachen die Aussteifungen unerwünschte Spannungskonzentrationen im Stahlblechzylinder als Folge der
wechselnden Wandsteifigkeit.
— 3 -
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen und kostengünstigen Mitteln eine ausreichend verformungssteife Tragsäule
der eingangs genannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Tragsäule der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ausstei
fung aus einer sich über die Länge der Tragsäule erstrecke den, die Druckkräfte in Axialrichtung aufnehmenden Betonsä
besteht, die mit dem Mantel nicht in Axialrichtung formschlüssig verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion hat der Stahlble mantel im wesentlichen nur Zugspannungen in Axialrichtung
und Umfangsrichtung aufzunehmen, während die ringförmige, gleichförmig über die Höhe der Tragsäule sich erstreckende
Aussteifung aus Beton sowohl die radiale Aussteifung des
Ringquerschnitts als auch die Übertragung und Aufnahme dei
axial gerichteten Druckkräfte, wie sie insbesondere auch
im Fall von axialen Biegemomenten auf der Biegungsinnensej te auftreten, übernimmt.
im Fall von axialen Biegemomenten auf der Biegungsinnensej te auftreten, übernimmt.
Um größere axiale Zugspannungen im Beton bei einer Bie|
der Tragsäule zu verhindern, wird auf eine Verbundsicherur zwischen Stahl und Beton durch Anker, Dübel od. dgl. bewui
verzichtet. Vorzugsweise ist sogar zwischen der Betonsäul«
und der Innenfläche des Mantels eine reibungsmindernde und/oder elastisch nachgiebige Schicht angeordnet, z. B.
eine Schmierschicht aus einem fließfähigen, vorzugsweise viskosen Material, wie z. B. Bitumen. Auch ist es vorteilhaft,
wenn durch Abschleifen der Schweißnähte für eine möglichst glatte von Unregelmäßigkeiten freie Innenfläche
des Mantels gesorgt wird.
Die Betonsäule ist vorteilhafterweise aus einzelnen, übereinander angeordneten Ringelementen zusammengesetzt,
wobei es vorteilhaft ist, wenn diese Ringelemente stumpf und ohne zugaufnehmende Verbindung übereinandergesetzt
sind. Zwischen den Ringelementen können vorzugsweise elastische Zwischenschichten angeordnet sein. Die Ringelemente
können als vorgefertigte Teile oder als Ortbeton mit Hilfe einer Innenschalung eingebracht werden. Jedes
Ringelement kann in Umfangsrichtung aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt sein.
Bei einer Krümmung der Tragsäulenachse werden be. der
erfindungsgemäßen Konstruktion die BiegeZugspannungen
praktisch allein vom Stahlblechmantel aufgenommen. Die Fugen zwischen den einzelnen Betonringen öffnen sich auf
der Zugseite. Die auf der Druckseite auftretenden Spannungen werden vom Beton in Axialrichtung übertragen, wo-
4P
bei örtliche Spannungskonzentrationen an den Stoßfugen zwischen den Betonringen durch die elastischen Zwischenschichten
verringert werden.
Als Folge dieser Maßnahmen nehmen die Betonringe in der Hauptsache nur. einen Teil des äußeren Wasserdrucks
auf. Sie wirken ferner als homogene Aussteifung des Stahlblechmantels
und verhindern in dieser Eigenschaft sein Ein beulen. Infolgedessen kann der Stahlblechmantel relativ
dünnwandig hergestellt werden. Wegen des Wegfalls von Stah aussteifungen sind die Kosten für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Tragsäule geringer als die einer in reiner Stahlbauweise hergestellten Tragsäule.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die aus Betonringen bestehende Betonsäule abschnittsweise unterschiedliche
Wandstärken aufweisen, wodurch sich Gewicht und Schwerpunktlage der Tragsäule auf einfache Weise beein
flüssen lassen.
Die Wellenkräfte auf die Tragsäule verringern sich mit
abnehmendem Säulendurchmesser und mit zunehmendem Abstand von der Wasseroberfläche. Ein möglichst kleiner Säulendurc
messer im oberen Wasserbereich ist daher zweckmäßig. In größerer Wassertiefe ist meistens zur Aufnahme des Biegemoments
ein größerer Säulendurchmesser erforderlich. Nach
einem Merkmal der Erfindung sind in einem oder mehreren Höhenabschnitten der Tragsäule der Stahlblechmantel und
die innere Betonsäule konisch gestaltet. Damit werden Tragsäulenabschnitte unterschiedlicher Durchmesser überbrückt.
Die Stabilität der gelenkig gelagerten Tragsäule erfordert einen möglichst tiefliegenden Gewichtsschwerpunkt.
Dies kann erfindungsgemäß besonders kostengünstig dadurch erreicht werden, wenn die unten geschlossene Tragsäule
ballastiert ist, z. B. mit einer Flüssigkeit, die mindestens das spezifische Gewicht des Wassers aufweist. Hinsichtlich
einer Flüssigkeit mit höherem spezifischen Gewicht als Wasser ist beispielsweise an eine Tonsuspension
zu denken.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Tragsäule für eine Überwasserplattform kann entweder in ausreichnd tiefem
Wasser senkrecht oder an Land bzw. in einem Schwimmdock
in horizontaler Lage erfolgen.
Die senkrechte Errichtung der Tragsäule erscheint besonders vorteilhaft. Sie geschieht von einer schwimmenden
Plattform aus und durch diese hindurch durch Zusammensetzen einzelner Schüsse zu einer Tragsäule im Absenk-
verfahren. Erfindungsgemäß wird die Tragsäule durch
Erhöhung des Flüssigkeitsballasts im unten geschlossenen Tragsäulenabschnitt im Takt mit der fortschreitenden
Verlängerung der Tragsäule abgesenkt. Der Anbau der einzelnen Schüsse vollzieht sich also stets
im gleichen Abstand von der Plattformoberfläche. Dabei wird zunächst ein Stahlblechmantelabschluß mit dem bereits
fertiggestellten Säulenteil wasserdicht verschweißt. Dann werden 3etonringe bzw. Betonringsegmente
als Fertigteile in den Stahlblechmantel eingelassen bzw. als Ortbeton eingebracht.
Die Tragsäule läßt sich auch, wie an sich bei derartigen Säulen bekannt, durch Zusammenbau an Land oder in
einem Dock liegend aus einzelnen Schüssen errichten.
Vorteilhaft ist es, wenn die Zusammenbaufolge von einem mittleren Stahlblechmantelschuß aus nach beiden Seiten
gleichzeitig erfolgt. Dies verringert den Zeitaufwand. Die einzelnen Stahlblechmantelschüsse werden mit Betonringen
ausgesteift. Ist die Tragsäule fertiggestellt, so wird sie aufs Meer gefahren und in ar «;ich bekannter
Weise durch Ballastierung aufgerichtet und an dem am Meeresgrund verankerten Fundament über ein Gelenk
befestigt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisiert dargestellt, das nachstehend erläutert wird* Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Erdölübergabeturm,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt A gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß Fig. 2 mit einer Schmierschicht zwischen Mantel- und Betonsäule,
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß Fig. 3 mit Betonringen unterschiedlicher Wandstärke, ;
Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß Fig. 3
ι mit elastischen Zwischenlagen zwischen den Betonringen,
Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß Fig. 2 mit konisch gestaltetem Tragsäulenabschnitt,
Fig. 7 einen Längsschnitt des unteren Tragsäulenabschnitts mit Ballastierung und
Fig. 8 Einzelheiten des Herstellungsverfahrens der Tragsäule von einer schwimmenden Plattform aus.
Die in Fig. 1 dargestellte Erdölübergabestation weist eine Uberwasserplattform 1 auf, die z. B. als
Hubschrauberplatz 2 ausgebildet ist und einen Ausleger 3 für die Ölübergabe an einen (nicht dargestellten)
Tanker besitzt.
Die Überwasserplattform 1 ist über die Tragsäule 4 mit einem Fundament 6, das sich auf dem Meeresboden befindet,
verbunden. Die Verbindung von Tragsäule 4 und
tein Gelenk, z. B./
Fundament 6 geschieht überVein bekanntes Kugelgelenk 7.
Innerhalb der Tragsäule 4 führt eine Erdölsteigleitung 5 über eine (nicht dargestellte) Pumpstation zum
Ausleger 3. Ferner befindet sich innerhalb der Tragsäule 4 eine (nicht dargestellte) Steigleiter oder ein
Aufzug für Inspektions- und Wartungsarbeiten.
Die Tragsäule 4 besteht, wie aus den Fig. 2 bis 7 ersichtlich ist, aus einem aus wasserdicht geschweißten
Schüssen zusammengesetzten Stahlblechmantel 8, der einen kreiszylindrischen Querschnitt und beispielsweise für eine
150 m hohe Tragsäule eine Blechdicke von 3 bis 4 cm hat.
Innerhalb des Stahlblechmantels 8 befindet sich eine aus Betonringen 9 gebildete Betonsäule. Die Dicke der
- 10 -
ff
einzelnen Betonringe kann bei der oben angegebenen Höhe der Tragsäule zwischen 40 und 60 cm liegen.
Entsprechend den Fig. 3 bis 5 ist zwischen der Innenwandung des Stahlblechmantels 8 und der Außenwand der Betonsäule
9 eine Schmierschicht 10 vorhanden, die zweckmäßigerweise'
z. B. in Form von Bitumen auf die Innenwandung des Stahlblechmantels aufgetragen ist. Diese
Schicht läßt eine freie Längsdehnung von Mantel 8 und Betonsäule 9» die aus unterschiedlichem Material bestehen,
zu.
Die Betonringe der Betonsäule 9 können zusätzlich armiert sein. Sie können in Form von Fertigteilen als geschlossene
Ringe oder als Ringsegmente verwendet werden. Auch ist es möglich, die Betonringe unter Verwendung
entsprechender Schalungen mit Ortbeton herzustellen.
Fig. 4 zeigt einen Tragsäulenabschnitt mit Betonrin-
gen 9 unterschiedlicher Wanddicke. Damit lassen sich Gewicht
und Schwerpunktlage der Tragsäule auf einfache Weise beeinflussen.
Wird die Tragsäulenachse durch Strömungskräfte gekrümmt, so nimmt der Stahlblechmantel 8 praktisch allein
die Biegezugspannungen auf. Dabei Öffnen sich auf der
- 11 -
Zugseite die Fugen zwischen den stumpf aufeinandergesetzten
Betonringen 9. Die auf der Druckseite in den Beton übertragenen axialen Spannungen lassen sich durch
zwischen die Betonringe gelegte elastische Einlagen 11 verringern.
Im oberen Wasserbereich wird man für die Tragsäule 4 einen relativ kleinen Säulendurchmesser wählen, um den
Wellenkräften eine möglichst geringe Angriffsfläche zu bieten, während in größerer Wassertiefe zur Aufnahme des
Biegemoments ein größerer Säulendurchmesser notwendig ist. Fig. 6 zeigt den Ubergangsbereich zwisehen dem Tragsäulenabschnitt
kleineren Säulendurchmessers zum Abschnitt größeren Durchmessers, der durch einen Abschnitt 12 mit konischer
Mantelfläche überbrückt ist.
Fig. 7 zeigt den Abschnitt der Tragsäule, der den Gewichtsschwerpunkt
mit einem festen Ballastkörper 13 und innerhalb des Hohlraums der Tragsäule mit einer Ballastflüssigkeit
14 auf eine möglichst tiefe Lage bringt.
Die Errichtung der Tragsäule 4 in senkrechter Herstellungsweise
auf dem Meer oder besser in einer tiefen geschützten Bucht geht aus Fig. 8 hervor. Von einer mit
Schwimmkörpern 15 ausgerüsteten schwimmenden Plattform
- 12 -
aus findet die Herstellung der Säule 4 durch schußweise
Verlängerung mittels Hebezeug 17 nach oben statt. Dabei wird durch Flüssigkeitsballastierung 14 dafür gesorgt,
daß sich der Aufbau der einzelnen Schüsse 18 mit der Höhe h stets im gleichen Abstand d von der Plattformoberfläche
19 vollziehen kann.
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Leerseite
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Claims (14)
1. Tragsäule für eine Uberwasserplattform, insbesondere für Erdöl- oder Erdgasgewinnung, bestehend aus einem
rohrförmigen, aus Stahlblechteilen wasserdicht zusammengeschweißten Mantel und einer im Inneren des Mantels angeordneten
ringförmigen Aussteifung, dadurch gekennzeichnet , daß die Aussteifung aus einer
sich über die Länge der Tragsäule erstreckenden, die Druckkräfte in Axialrichtung aufnehmenden Betonsäule (9) be-
steht, die mit dem Mantel nicht in Axialrichtung formschlüssig verbunden ist.
2. Tragsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Betonsäule (9) aus einzelnen,
übereinander angeordneten Ringelementen zusammengesetzt ist.
3. Tragsäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringelemente der Betonsäule (9,
stumpf und ohne zugübertragende Verbindung übereinander gesetzt sind.
4. Tragsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Betonsäule
(9) und der Innenfläche des Mantels (8) eine reibungsmindernde und/oder elastisch nachgiebige Schicht (10) angeordnet
ist.
5. Tragsäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht (10) aIp Schmierschichi
aus einem fließfähigen, insbesondere viskosen Material ausgebildet ist.
6. Tragsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet , daß die Innenfläche des Mantels (8) insbesondere an den Schweißnähten
geglättet ist.
7. Tragsäule nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Ringelementen
der Betonsäule (9) elastische Zwischenschichten (11) angeordnet sind.
8. Tragsäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Ringelement der Betonsäule
(9) in Umfangsrichtung aus mehreren Ringsegmenten zusammengesetzt ist.
9. Tragsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet , daß die Betonsäule (9) eine über die Höhe der Tragsäule (4) ungleiche Wanddicke hat.
10. Tragsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet , daß der Mantel (8) und die Betonsäule (9) in einem oder mehreren Höhenabschnitten
der Tragsäule (4) einen konischen Verlauf haben.
- 3 Copy
»"ι
Γ7 IT /
11. Tragsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Tragsäule
im unteren Bereich eine Ballastfüllung (13, 14) aufweist,
12. Tragsäule nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Ballastfüllung mindestens teil
weise aus einer Flüssigkeit mit höherem spezifischem Gewicht als Wasser besteht.
13. Verfahren zur Erstellung einer Tragsäule nach eini
der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß von einer schwimmenden Plattform aus der Mai
tel durch Aufeinandersetzen und Zusammenschweißen von ei] zelnen vorgefertigten Abschnitten zusammengesetzt und na<
jedem Aufsetzen eines Abschnitts durch teilweises Fluten derart schrittweise abgesenkt wird, daß der Abstand der
Arbeitshöhe über dem Wasserspiegel im wesentlichen gleia
bleibt, und daß nach jedem Aufsetzen eines Abschnitts de Mantels und vor dem Absenken das oder die den Abschnitt
aussteifenden Ringelemente der Betonsäule eingebracht we den.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch g e k e η
zeichnet , daß jedes Ringelement der Betonsäule Ortbeton mittels einer Schalung in den Mantel eingegosse
wird.
■ COPY .
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DE2550621C3 (de) * | 1975-11-11 | 1979-04-19 | Bilfinger + Berger Bauaktiengesellschaft, 6800 Mannheim | Eine Überwasserplattfocm tragender Pfeiler |
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- 1983-06-01 NO NO831974A patent/NO831974L/no unknown
Patent Citations (1)
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