DE3512036C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stahlbeton-Offshore-Plattform gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie zur Unterbringung von Ausrüstungen sowie Wohn- und Versorgungsanlagen beim Erschließen von Kontinentalschelfs von Meeren und Ozeanen errichtet werden. Dabei geht es um Plattformen, welche die für zu­ frierende Meere notwendigen Eigenschaften wie Festigkeit, Wasserundurchlässigkeit, Feuerbeständigkeit, hohe Lebensdauer, Widerstandsfähigkeit, Steifigkeit, Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen, Abriebfestigkeit usw. aufweisen. Bei Unterwasser­ bauten nimmt die Betonfestigkeit aufgrund des einen räumlichen Spannungszustand erzeugenden hydrostatischen Druckes noch zu. In vielen Fällen lassen sich lokale Schäden am Stahlbeton unschwer ausbessern.

Eine Besonderheit von durch ihr Eigengewicht stehenden Stahl­ betonplattformen zur Offshore-Gewinnung von mineralischen Bodenschätzen ist die Möglichkeit ihres Abschleppens zu einer neuen Lagerstätte nach der Erschöpfung der alten Lager­ stätte. Diese Mobilität macht eine hohe Ausnutzung solcher Plattformen möglich.

Eine Stahlbeton-Offshore-Plattform nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der US-PS 39 13 335 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung besteht der Zellenunterbau aus zylindrischen Behältern, die auf hexagonalen Bodenplatten stehen, welche dicht aneinandergefügt sind und durch Anker­ elemente miteinander verbunden sind. In gleicher Weise sind Deckplatten aufgelegt und miteinander verbunden. Die zwischen den Zylinderbehältern gebildeten Zwickelräume werden aus Ballastgründen mit Sand oder Steinen verfüllt.

Dort wo die Zylinderbehälter längs Mantellinien zusammenstoßen, sind schmale Kupplungsflächen gebildet, von denen Anker­ schleifen vorstehen, wobei die Ankerschleifen benachbarter Behälter ineinandergreifen und durch Hindurchstecken eines Rohres miteinander gekoppelt werden. Der Raum um diese Kupplungen wird anschließend mit Beton gefüllt. Wegen der geringen Breite dieser Kupplungsflächen kann die gegenseitige Verankerung jedoch zur Festigkeit des Gesamtbaus nur wenig beitragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Stahlbeton-Off­ shore-Plattform so auszubilden, daß sie zur Aufnahme hoher Eis-, Wellen-, Wind- und seismischer Beanspruchungen besonders gut geeignet ist. Dabei soll die Konstruktion einfach bleiben und die Errichtung der Plattform auch unter harten klimatischen Verhältnissen möglich sein.

Die gestellte Aufgabe ist gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die erfindungs­ gemäß zwischen den Prismen-Hohlkörpern vorhandenen, durch horizontale und vertikale Bewehrungen vorgespannten Schotten in Form von die Prismen-Hohlkörper ganzflächig verbindenden Platten bewirken eine hohe Festigkeit des Bauwerks und können schnell und einfach hergestellt werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben. Alle vorgeschlagenen Ausbildungen sind von hoher räumlicher Steifigkeit, Tragfähigkeit und Betriebszuverlässigkeit und können in kurzer Bauzeit errichtet werden.

Die mehrseitigen hohlen Prismen, beispielsweise dreiseitigen Prismen, ergeben eine hohe räumliche Steifigkeit der Kon­ struktion, weil das Prisma selber geometrisch unveränderlich ist. Die Zuverlässigkeit dieser Konstruktion ergibt sich daraus, daß jedes Prisma eine ausreichende Dichtigkeit besitzt und auch eine Zerstörung eines oder einiger Prismen keine Havariesituation herbeiführen würde. Das Aneinanderfügen der Fertigteile ist einfach. Darüber hinaus werden die räum­ liche Steifigkeit und die Tragfähigkeit der Plattform durch das System der vorgespannten vertikalen und horizontalen Schotten gewährleistet, die die Fertigteile ganzflächig verbinden und die die durch äußere Belastungen und Einwirkungen erzeugten Kräfte aufnehmen.

Die Prismen können in einem beliebigen Betonwerk und praktisch in einer beliebigen Entfernung vom Aufstellungsort der Platt­ form hergestellt werden. Dies macht spezielle komplizierte Ausrüstungen entbehrlich. Die Plattformmontage aus räumlichen Elementen macht die Bauausführung fast unabhängig von klima­ tischen Faktoren.

Der Plattformbau aus vergrößerten Moduln erlaubt es, die Schleppzeit der Plattform vom Dock zum Aufstellungsort zu verkürzen und gefahrlos zu machen, auch wenn der Weg durch driftende Eisfelder führt. Außerdem kann durch die Anwendung von vergrößerten Moduln der Tiefgang der Konstruktion beim Schleppen vermindert werden, was die Möglichkeit bietet, die Plattform in relativ geringen Tiefen (15 bis 20 m) herzu­ stellen und aufzubauen.

Im Vergleich zu bekannten Techniken verringert sich die Bauzeit der Plattform und der Arbeitsaufwand für ihre Er­ richtung um 25 bis 30%. Vorhandene Betonwerke können die Prismenteile liefern und die Qualität des gesamten Baus kann erhöht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1, 1a, 1b schematische Darstellung dreier Ausbildungs­ formen einer Offshore-Plattform, die aus dreiseitigen hohlen Prismen gebaut ist;

Fig. 2 den Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 schematisch die Anordnung der dreiseitigen Prismen im Zellenunterbau;

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Prismen im Zellenunter­ bau, der auch die in den Spalten zwischen den Prismen ange­ brachten vorgespannten Bewehrungen zeigt;

Fig. 5, 5a Varianten der Plattformaufteilung in vergrößerte Moduln;

Fig. 6 eine Variante der Plattformaufteilung in drei rhom­ bische Moduln;

Fig. 7 den Schnitt nach Linie VII-VII von Fig. 6;

Fig. 8 schematische Darstellung des Schleppens eines rhom­ bischen Moduls.

Die Plattformen bestehen jeweils aus einem Unterbau A, einer bzw. mehreren Stützen B und einem Überwasserteil C.

Jede dieser Baugruppen ist aus Stahlbetonfertigteilen in Gestalt von mehrseitigen hohlen Prismen, beispielsweise dreiseitigen Prismen 1, 2, ausgeführt, die durch ein System von horizontalen 3 und vertikalen 4 Schotten in Form von monolithischen Platten verbunden sind.

Für zur Aufstellung in großen Tiefen vorgesehene Plattformen werden zwei Typen von Prismen 1, 2 (Fig. 1a, 1b) verwendet. Am Umfang werden die Prismen 1 angeordnet, deren äußere Seitenfläche zylindrisch gekrümmt ist. Im Inneren des Quer­ schnitts sind Prismen 2 mit flachen Seitenflächen angeordnet.

Bei einer für geringe Tiefe bestimmten Plattform genügt für den Unterbau A und die Stütze B die Verwendung von typen­ gleichen Prismen 2. Die Fertigteile der Stütze B können durch Tränkung mit einem Polymer 5 verstärkt werden.

Der Überwasserteil C der Plattform wird entweder aus Prismen 2 aus Leichtbeton oder aber als Metallkonstruktion ausgeführt.

Die untere Platte des Unterbaus (Bodenplatte) wird auf Stapeln bzw. in einem Trockendock zusammengebaut. Hierzu werden zunächst die Prismen 2 so zusammengestellt, daß ihre offene Seitenfläche nach unten weist und daß zwischen ihren Seiten­ flächen Spalte 6 (Fig. 4) verbleiben, in die eine vertikale Bewehrung 7 und eine horizontale Bewehrung 8 eingebracht werden. Zum Angreifen der Bewehrungen sind Auskragungen 9 an den Seitenflächen der Prismen 1, 2 vorgesehen. Danach werden die Bewehrungen vorgespannt und die Spalte werden ausbetoniert. Dadurch entstehen vertikale monolithische Schotten.

Danach bringt man die horizontale Bewehrung 8 an den oberen Seitenflächen der Prismen an und verspannt diese sowie die überstehenden vertikalen Bewehrungen an den Prismenauskragungen und bringt den Beton der monolithischen horizontalen Schotte 3 ein, wobei die obere Seitenfläche der Prismen als Schalung dient. Es ergibt sich eine sämtliche Einzelprismen zu einer einheitlichen Wabenkonstruktion zusammenfassende Baugruppe mit vertikalen und horizontalen monolithischen Schotten mit räumlicher Vorspannung.

Eine der Ausführungsformen sieht vor, daß am Umfang sämtlicher Seitenflächen der Prismen Einlegeteile angebracht werden, die dann bei der Prismenmontage mit Hilfe von Laschen ange­ schweißt werden.

Nach dem beendeten Betonieren wird die Bodenplatte schwimmend in ein geschütztes Gewässer geschleppt. Die Platte ist wegen der in den Prismen eingeschlossenen Luft schwimmfähig.

Nach dem Absenken der Bodenplatte ist eine Unterspülung des Grundes dadurch verhindert, daß die Wände der nach unten offenen Prismen tief in den Meeresgrund eindringen.

Auf dem geschützten Gewässer beginnt dann die nächste Bau­ etappe des Plattformunterbaus. Auf der Bodenplatte ordnet man die Prismen in der beschriebenen Reihenfolge an. Die vertikalen Bewehrungen, die in den Spalten zwischen den Seitenflächen der Prismen angebracht werden, werden mit den aus dem Boden herausstehenden Bewehrungen verbunden.

Die Zahl der Prismenlagen hängt von der Tiefe ab, die für die Plattform bestimmt ist. Die Arbeiten am Plattformunter­ bau werden mit dem Herrichten der oberen monolithischen Platte 3 abgeschlossen. Der so erhaltene Unterbau stellt eine Wabenkonstruktion mit räumlicher Vorspannung dar.

Die Montage der Stützen (bzw. eines vergrößerten Moduls der Stützen) geht in der gleichen Reihenfolge vor sich. Bei veränderlichem Meeresniveau und Beanspruchung durch Eis können die Stützen durch eine äußere zylindrische, mono­ lithische Stahlbetonfassung verstärkt sein, die durch ein Blech bzw. durch mit Polymeren 5 getränkte Stahlbetonelemente geschützt ist.

Den Wabenteil des Unterbaus A nutzt man zur Ballastaufnahme und zur Speicherung von Erdöl und Gas. Der Innenraum der Stützen B dient zur Unterbringung von Ausrüstungen und Leitungen. Hierzu sind alle Prismen durch ein System von Rohrleitungen und in den Prismenwänden vorgesehener Öffnungen miteinander verbunden. Im Überwasserteil C der Plattform sind weitere Ausrüstungen, Wohnräume und Versorgungsein­ richtungen untergebracht.

Beim Bau von Plattformen in seichten Gewässern montiert man vergrößerte Moduln an einer beliebigen günstigen Stelle auf Stapeln bzw. in einem Trockendock. Danach werden die Moduln zu Wasser gelassen bzw. auf Schwimmitteln an den Aufstellungs­ ort der Plattform transportiert, wo sie zu einem einheitlichen Bau zusammengefaßt und aufgestellt werden. Beim Bau von Plattformen für große Tiefen kann die Montage und das Aus­ betonieren zunächst nur der Bodenplatte auf Stapeln, in einem Trockendock bzw. in einer Baugrube erfolgen. Danach wird diese in ein Gewässer ausreichender Tiefe geschafft, wo die gesamte Plattform montiert werden kann. Dann wird die Plattform zur endgültigen Aufstellung schwimmend geschleppt.

Eine Plattformmontage aus vergrößerten Moduln A, B, C (Fig. 5, 5a) geschieht in folgender Reihenfolge. Man wählt in der Nähe des Aufstellungsortes ein tiefes Gewässer. Danach versenkt man durch Ballastaufnahme den Modul des Plattform­ unterbaus A bis auf die jeweilige Tiefe. Hierauf positioniert man über diesem schwimmend den Modul der Stütze B und senkt diesen ebenfalls durch Ballastaufnahme allmählich ab, bis er sich in die entsprechende Öffnung im Modul des Unterbaus A setzt. Der Überwasserteil C der Plattform wird in ähnlicher Reihenfolge montiert. Danach wird die gesamte Plattform durch Ballastabwurf wieder bis auf einen vorgegebenen Tiefgang gehoben und zum Aufstellungsort abgeschleppt.

Bei einer Ausführung der Plattform aus vergrößerten Moduln können diese gemäß Fig. 6 als in der Draufsicht rhombische Moduln D, E, F gebaut werden. Hierbei besteht jeder Modul aus dem Senkkastenunterbau und einer Stütze B (Fig. 6, 7, 8).

Die Anordnung der Prismen im Unterbau aus rhombischen Moduln kann verschieden sein. In Fig. 6 sind drei verschiedene Varianten der Prismenanordnung gezeigt. Beispielsweise sind im Modul D die Prismen am Rhombusumfang angeordnet und bilden die Bordwände des Modulunterbaus. Der Zwischenraum zwischen der Stütze B und den Bordprismen bleibt frei und ist durch eine Stahlbetonplatte überdeckt.

Im Modul E ist zur Erhöhung der Steifigkeit zwischen der Stütze B und den Bordprismen auf der kurzen Rhombusdiagonale eine zusätzliche Prismenreihe angeordnet.

Im Modul F ist die gesamte Grundfläche mit Prismen besetzt.

Die am Beispiel des Moduls D veranschaulichte Variante der Prismenverteilung kann bei geringen Tiefen zweckmäßig sein, wenn der hydrostatische Druck verhältnismäßig klein ist. Bei größeren hydrostatischen Drücken ist die Variante mit dem Modul F zweckmäßig.

Nach dem Bau der einzelnen Moduln werden diese an den Auf­ stellungsort der Plattform schwimmend transportiert (Fig. 8), wo sie an Verbindungsflächen 10 (Fig. 6) aneinandergefügt und hierdurch zu einem einheitlichen Bau zusammengefaßt werden.

In allen Ausbildungen ist die Plattformkonstruktion von hoher räumlicher Steifigkeit und geeignet, mit ihrem System von vorgespannten vertikalen und horizontalen Schotten beträcht­ liche Eis-, Wellen-, Wind-, seismische und andere Belastungen aufzunehmen. Die Bauarbeiten sind auch unter harten arktischen Bedingungen ununterbrochen das ganze Jahr über möglich.

Claims (4)

1. Stahlbeton-Offshore-Plattform mit einem Zellenunterbau (A) aus hohlen Stahlbetonfertigteilen, wenigstens einer Stütze (B) und einem Überwasserteil (C) zur Unterbringung der erforderlichen Ausrüstungen, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Stütze (B) aus Stahlbeton­ fertigteilen besteht und diese Prismen (1, 2) sind, die mit Spalten (6) zwischen ihren Seitenflächen angeordnet und durch ein System von vorgespannten vertikalen (4) und horizontalen (3) Schotten verbunden sind, wobei diese Schotten durch Vorspannen von Bewehrungen (7, 8) in den Spalten (6) zwischen den Seitenflächen der Prismen (1, 2) und nachfolgendes Zubetonieren der Spalten (6) gebildet sind.

2. Stahlbeton-Offshore-Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Prisma (1, 2) Auskragungen (9) an seinen Seitenflächen besitzt und die vorgespannten Be­ wehrungen (7, 8) in den Spalten (6) zwischen den Prismen (1, 2) an diesen Auskragungen (9) angreifen.

3. Stahlbeton-Offshore-Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Umfang des Bodens des Unterbaus (A) angeordneten Prismen (2) nach unten offen sind.

4. Stahlbeton-Offshore-Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau (A), die Stütze (B) und der Überwasserteil (C) aus zu vergrößerten Raummoduln (A, B, C bzw. D, E, F) zusammengefaßten Prismen (1, 2) bestehen.