NO338698B1 - Flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro - Google Patents

Description

Flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro, som angitt i innledningen i det etterfølgende patentkrav 1.

Bakgrunn

Kryssing av fjorder og sjøer med broer har vært en utfordring i lang tid. Det er utviklet mange forskjellige typer broer med ulikt spenn, fundamenteringsmuligheter og seilingshøyder som blant annet er kjent fra US 1,852,338, SE458850 og GB2135637 for å nevne noen eksempler.

Disse løsningene har spesielt store utfordringer dersom større skip skal passere broen. Det har i den forbindelse blitt utviklet velkjente prinsipper som at broene utformes med tilstrekkelig seilingshøyde eller man anvender løsninger som vippebro eller svingbro.

Ved lengre avstander over fjorder eller sjøer er det kjent at flytebroer er et kostnadseffektivt og sikkert alternativ. Flytebroer bestående av flytelegemer som understøtter veibane eller gangvei har vært kjent i lang tid og er i dag i drift flere steder i verden. Typisk er flytebroene forankret ved land i begge ender og flere av flytebroene er i tillegg forankret sideveis for å oppta miljøkrefter fra bølger, vind og strøm.

Imidlertid har flytebroene av kjent teknikk den ulempen at de i svært liten grad er innrettet for å la større skip passere.

En løsning som noe på vei hevder å løse de ovenfor nevnte ulempene er kjent fra N0334941.1 N0334941 beskrives en anordning ved en flytebro som er innfestet i to festepunkter ved land, hvor den omfatter minst en passasjeflyter som er innsatt som en del av brokonstruksjonen for skipspassasje som danner en passasjekanal for skip, samt danner en fundamentering for en kjørebane som spenner over passasjekanalen. Flytebroen er innfestet i land og til hver side av passasjeflyteren ved hjelp av strukturbokser. Ulemper ved denne løsningen er imidlertid dens evne til å håndtere aksialkraft og bøyemomenter som er de dominerende belastningene på en flytebro. Med denne løsningen får man dårlig materialutnyttelse, høy vekt og kostbar konstruksjon for skipspassasjen. Videre så oppviser denne løsningen en U-formet passasjeflyter som en del av flytebrokonstruksjonen, hvor det er tydelig definert at kraftgangen skal skje gjennom bunnseksjonen i passasjeflyteren. En slik tverrsnittsform vil introdusere en betydelig diskontinuitet i flytebrostrukturen og denne utformingen vil ha store utfordringer med hensyn på styrke og stivhet i konstruksjonen. Blant annet vil aksialkraft gjennom flytebroen introdusere store eksentrisitetsmomenter i bunnseksjonen.

Valg av løsning for fjordkrysninger vil videre ha store samfunnsøkonomiske og miljømessige konsekvenser, både for byggefasen og for driftsfasen. For byggefasen vil det være et betydelig økonomisk fortrinn dersom man lykkes med standardisering av elementer og reduksjon av materialbehov. Med hensyn på driftsfasen vil det være optimalt om man klarer å ta fram en løsning som tillater horisontal trafikkpassasje. Dette vil gi lavest mulig drivstofforbruk samtidig som man begrenser slitasjen på alle passerende kjøretøyer. Den miljømessige gevinsten ved horisontal trafikkpassasje vil være gjeldende gjennom hele løsningens livslengde. Følgelig bør dette være en faktor som vektes tungt ved endelig valg av løsning og da er spesielt en flytebro en enkel og rimelig løsning.

Som nevnt ovenfor så vil en tradisjonell flytebro imidlertid være veldig begrensende for eventuell skipstrafikk i fjorden, men felles for de fleste av de ovenfor nevnte løsningene er at de enten medfører elevert trafikkpassasje eller diskontinuiteter i brostrukturen.

Det er følgelig et behov for å tilveiebringe en innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro som gir en kontinuerlig brokonstruksjon.

Det er videre et behov for å tilveiebringe en innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro som sikrer optimal økonomi både i konstruksjonsfasen og i driftsfasen av en flytebro.

Det er ytterligere et behov for å tilveiebringe en innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro som gir miljøgevinst sammenliknet med løsninger hvor trafikkpassasjen må utføres med stigning.

Formål

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro som helt eller delvis løser de ovenfor nevnte ulempene ved kjent teknikk.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro hvor man på en kostnadseffektiv måte ivaretar skipstrafikk gjennom flytebroen.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro som utgjør en kontinuerlig del av selve brokonstruksjonen.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro hvor man kan tilvirke selve flytebroen som om den var kontinuerlig, uten passasje for skipstrafikk.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro hvor man sikrer optimal økonomi både i konstruksjonsfasen og driftsfasen av flytebroen.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro hvor trafikkpassasjen kan tilvirkes uten stigning i hele flytebroens lengde.

Et ytterligere formål ved den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro som medfører reduserte vindlaster (miljølaster) som virker på flytebroen.

Ytterligere formål vil fremgå ved betraktning av den etterfølgende beskrivelse, patentkrav og de vedlagte tegningene.

Oppfinnelsen

En flytende innretning for å tilveiebringe skipspassasje i flytebro i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Fordelaktige trekk ved innretningen er angitt i de øvrige patentkravene.

En flytebro festes typisk i to festepunkter ved land og dannes av flytebrostrukturelementer av betong eller stål som anordnes til hverandre og forankres for å danne en trafikkpassasje for

kjørende, syklende og/eller gående. I områder hvor det i tillegg er en del skipstrafikk er det behov for dannelse av en skipspassasje i flytebroen, hvilket den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer.

I tillegg kan flytebroen være forankret sideveis for å ta opp krefter fra miljøet, så som vind, bølger, vannstrøm, osv.

En flytende innretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er innrettet for montering mot tilstøtende flytebrostruktur på begge sider for å tilveiebringe en skipspassasje i flytebroen.

Innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen oppviser hovedsakelig en prismeform med lengderetning derav i vertikalretning, hvilken er forsynt med en gjennomgående tversgående åpning, sett i forhold til flytebroens lengderetning, som oppviser bredde, høyde og dypgang for dannelse en skipspassasje gjennom innretningen og følgelig flytebroen, hvor størrelse av den tversgående åpningen er tilpasset i hvert enkelt tilfelle etter dimensjonerende skipstrafikk i det gjeldende området. Det vil si at innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen anordnes slik at dens endeflater ligger i vertikalplanet, parallelt med flytebroens lengderetning. På denne måten oppnås et lukket tverrsnitt som kan ses på som en (aktive) lenke som anordnes i en flytebrokonstruksjon slik at man oppnår en kontinuerlig konstruksjon. Innretningens form kan også utformes med ulike former ytre kurvatur etterønskede egenskaper eller design. Eksempelvis kan innretningen oppvise en buet øvre form og/eller en buet nedre form mot tilstøtende brostruktur eller en sidekurvatur som gradvis skrår mot tilstøtende brostruktur fra innretningens ytre punkter. En fagmann vil innse at det her er mulig med mange ulike varianter som er innenfor omfanget til den foreliggende oppfinnelsen.

Videre oppviser den flytende innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen en gjennomgående langsgående åpning, sett i forhold til flytebroens lengderetning, hvilken oppviser en bredde og høyde for dannelse av en trafikkpassasje gjennom innretningen, tilpasset krav for bredde og høyde for passerende trafikk.

Den flytende innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en konstruksjon som kan monteres permanent inn i flytebrokonstruksjonen for å tilveiebringe en skipspassasje på tvers av flytebroen.

Videre er den flytende innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen forsynt med en integrert klaffebro innrettet i den langsgående åpningen som kan åpnes og lukkes for å tilveiebringe passasje for trafikk gjennom innretningen eller passasje av skip gjennom innretningen. Med trafikk menes her alle former for passasjertrafikk, kjøretøyer som biler, busser, vogntog og jernbane, samt gående eller syklende.

Innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er innrettet for å benyttes uavhengig av vanndyp.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er flytebroen forbundet gjennom topp og bunn i innretningens konstruksjon (lenken), noe som sikrer nødvendig kontinuitet i flytebrostrukturen ved at både bunnseksjon og toppseksjon for innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen vil være lastbærende elementer og bidra til lastoverføringen mellom tilstøtende flytebrokonstruksjoner.

Innretningen kan dermed dimensjoneres slik at den gir minimum samme tverrsnittsegenskaper som øvrig bærende flyte brostruktur, noe som kan bidra til å eliminere behovet for ekstra forankringer for innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Ved at innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen i forbindelse med den

gjennomgående tversgående åpningen (skipspassasjen) oppviser et lukket, O-formet tverrsnitt, gir det store fordeler med hensyn på kraftgangen gjennom flytebroen. I tillegg til det ovenfor nevnte med kontinuitet gjennom flytebrostrukturen medfører dette også at man tilveiebringer høy styrke og stivhet i flytebrokonstruksjonen med hensyn på både aksialkraft og bøyemomenter, hvilke er de dominerende belastningene på en flytebro. Spesielt kan det nevnes at man unngår ugunstige eksentrisitetsmomenter som følge av aksialkraften. Videre vil et slikt lukket tverrsnitt også være særlig gunstig med hensyn på bøyemomenter som følge av sidelast mot flytebroen, som typisk oppstår som følge av blant annet vind, bølger og strøm.

Innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan utformes etter ulike konstruktive prinsipper, f.eks. som en tradisjonell sveiset platestruktur, ramme-/fagverksstruktur eller i annet egnet materiale som f.eks. betong. En viktig egenskap er imidlertid at innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen enkelt skal kunne prefabrikkeres for deretter å slepes ut til installasjonsstedet. Med tanke på sleping, kan bunnseksjonen enkelt utformes for å gi lav slepemotstand.

Innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen oppviser følgelig en lukket tverrsnittsform for skipspassasje, i motsetning til kjent teknikk som oppviser en åpen tverrsnittsform i form av et U-formet tverrsnitt.

Videre vil innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringe en definert kraftgang gjennom innretningen (skipspassasjen).

Gjennom dette oppnås et effektivt design med mindre dimensjoner enn for tilsvarende løsninger med U-formet tverrsnitt. Dette vil sikre en bedre materialutnyttelse, redusert vekt og følgelig en rimeligere konstruksjon for skipspassasjen.

Innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer videre muligheter for benyttelse av en horisontal trafikkpassasje, noe som vil gi store økonomiske fordeler i de tilfellene hvor man kan tillate en liten stans i trafikken ved passering av skip. Bruk av utbalanserte vippeklaffer vil imidlertid sikre at klaffene opereres raskt med et minimalt energiforbruk. Dette vil sikre at trafikken kun stanses i noen få minutter om gangen.

Horisontal trafikkpassasje vil gi betydelig redusert byggekostnad i forhold til elevert trafikkpassasje. På samme måte vil horisontal trafikkpassasje gi en dramatisk miljøgevinst i form av redusert drivstofforbruk og slitasje på passerende kjøretøyer gjennom hele broens levetid.

Horisontal trafikkpassasje vil også gi betydelig reduserte vindlaster (miljølaster) på konstruksjonen, noe som kan bidra til å redusere dimensjoner på brostruktur, forankringer og fundamenter.

Ytterligere foretrukne trekk og fordelaktige detaljer ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Den foreliggende oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet i mer detalj med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av en innretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen anordnet mellom to bærende flytebrostrukturer på begge sider, Fig. 2 viser en prinsippskisse sett skrått ovenfra av en innretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen i en tilstand hvor trafikk kan passere, Fig. 3 viser en prinsippskisse av en innretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen hvor skip kan passere, og Fig. 4 viser en prinsippskisse som viser fordeling av krefter på en halvdel av innretningen.

Henviser nå til Fig. 1-3 som viser prinsippskisser av en flytende innretning 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen innrettet mellom to flytebrostrukturer 51. Den flytende innretningen 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen oppviser en hovedsakelig prismeform med lengderetning derav i vertikalretning. Videre er den flytende innretningen 20 forsynt med standardisert grensesnitt (festemidler) mot de tilstøtende flytebrostrukturene 51.

Den flytende innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er videre forsynt med en skipspassasje dannet av en gjennomgående tversgående åpning 100, sett i forhold til flytebroens 50 lengderetning, hvilken oppviser en bredde B, høyde H og dypgang D som er tilpasset i hvert enkelt tilfelle til dimensjonerende skipstrafikk i det gjeldende området. Dypgang D og høyde H må i tillegg ta høyde for flo og fjære, samt sikkerhetsmargin. Den tversgående åpningen 100 medfører at den flytende innretningen 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen oppviser en lukket struktur med hovedsakelig O-formet tverrsnitt, og tilvirkes av egnet materiale. På denne måten vil den flytende innretningens 20 bunnseksjon 20B og toppseksjon 20A være lastbærende elementer og bidra til lastoverføringen mellom tilstøtende flytebrostrukturer 51 og derigjennom oppnås nødvendig kontinuitet i flytebrostrukturen. Den flytende innretningen dimensjoneres fortrinnsvis slik at den gir minimum samme tverrsnittsegenskaper som øvrig bærende flytebrostruktur 51. Dette kan bidra til å eliminere behovet for ekstra forankringer for skipspassasjen. Alt etter behov, kan innretningen 20 utformes både med og uten forankringer. Et slikt lukket O-formet tverrsnittsform gir store fordeler hva gjelder kraftgangen gjennom flytebroen 50, som vist i Fig. 4. Som følge av at den flytende innretningen 20 oppviser en lukket struktur får man god styrke og stivhet i flytebrokonstruksjonen hva gjelder både aksialkraft og bøyemomenter, som er de dominerende belastningene på en flytebro 50. Spesielt kan det nevnes at man unngår ugunstige eksentrisitetsmomenter som følge av aksialkraften. Innretningen 20 vil som følge av den lukkede strukturen også være gunstig hva gjelder bøyemomenter som følge av sidelast mot flytebroen 50 som følge av blant annet vind, bølger og strøm.

Den flytende innretningen 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er videre forsynt med en trafikkpassasje 23 dannet av en gjennomgående langsgående åpning 200, sett i forhold til lengderetning til flytebroen 50, som oppviser en bredde Bl og en høyde Hl tilpasset krav for bredde og høyde for passerende trafikk.

Den flytende innretningen 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan utformes etter ulike konstruktive prinsipper, f.eks. som en tradisjonell sammensveiset platestruktur, ramme-/ fagverksstruktur eller i annet egnet materiale som f.eks. betong. Fortrinnsvis er den flytende innretningen 20 tilpasset for å kunne prefabrikkeres for deretter å slepes ut til installasjonsstedet. Med tanke på sleping, kan bunnseksjonen 20b enkelt utformes for å gi lav slepemotstand.

Videre omfatter den flytende innretningen 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen en integrert klaffebro 22 i den langsgående åpningen 200 dannet av to utbalanserte vippeklaffer 22a-b som strekker seg hver sin side av innretningen 20 og mot senter av denne hvor de møtes og gjør trafikkpassasjen kontinuerlig. Vippeklaffene 22a-b er anordnet til heve- og senkemekanismer (ikke vist) som kan åpne og stenge klaffebroen 22 avhengig av om skip skal passere gjennom skipspassasjen eller om trafikk skal passere over flytebroen 50. Figur 1 og 2 viser klaffebroen 22 lukket for trafikk langs trafikkpassasjen 23, mens Fig. 3 viser klaffebroen 22 åpnet for passering av skip. Fortrinnsvis er heve- og senkemekanismene av en type som gir lavt energiforbruk samt høy heve-og senkehastighet. På denne måten kan skip passere ved at trafikken stanses, klaffene 22a-b til klaffebroen 22 heves, skipet passerer, klaffene 22a-b til klaffebroen 22 senkes og trafikken slippes igjennom. På denne måten tilveiebringer den foreliggende innretningen 20 en effektiv prosess hvor det bare vil være nødvendig å stanse trafikken i en meget kort periode. En slik løsning vil være særlig egnet i områder med moderat skipstrafikk.

Den flytende innretningen 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer følgelig en kostnadseffektiv måte å ivareta skipstrafikk gjennom større flytebroer 50.

Videre kan man tilvirke selve flytebroen 50 som om den var kontinuerlig, uten passasje for skipstrafikk og trafikkpassasjen 23 kan utføres uten stigning i hele broens lengde.

Dette sikrer optimal økonomi både i konstruksjonsfasen samt i driftsfasen. I tillegg vil miljø-gevinsten være betydelig sammenliknet med løsninger hvor trafikkpassasjen må utføres med stigning.

Sammenlignet med kjent teknikk oppnår man videre en definert kraftgang gjennom innretningen 20 og følgelig skipspassasjen.

Innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen vil også gi et mer effektivt design med mindre dimensjoner sammenlignet med et kjent teknikk hvor man har benyttet et U-formet tverrsnitt for skipspassasjen.

Den foreliggende oppfinnelsen vil, sammenlignet med kjent teknikk også gi en bedre materialutnyttelse, redusert vekt og følgelig en langt rimeligere konstruksjon for skipspassasjen og flytebroen.

Klaffebroen 22 vil også føre til at trafikken kun trenger å stanses i noen få minutter om gangen, dvs. den tiden det tar for skip å passere gjennom skipspassasjen.

I tillegg til at en hovedsakelig horisontal trafikkpassasje gir miljøeffekt så vil den også medføre betydelig redusert byggekostnad i forhold til elevert trafikkpassasje.

Ytterligere fordeler er omtalt i den innledende beskrivelsen av oppfinnelsen.

Modifikasjoner

Den flytende innretningen kan eksempelvis produseres i to deler, eksempelvis en bunndel og en toppdel som settes sammen ved monteringsstedet.

Videre kan innretningens toppdel oppvise en annen form en bunndelen, eksempelvis ved at toppdelen ender i en spiss ved sin øvre ende.

Den flytende innretningen kan forsynes med ballast- og/eller oppdriftsmidler både for bruk ved transport til monteringsstedet og for å lette montering til eksisterende flytebrostruktur.

Ved behov for forankring av den aktuelle flytebroen, kan den flytende innretningen utrustes for dette formålet. Innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer god plass til eventuelle forankringsarrangementer samt fundamentering av disse. Et alternativ kan være å installere et aktivt forankringssystem med ankervinsjer. Disse kan styres av lastceller implementert i f.eks. landfestene. Ved behov kan ankervinsjene kjøres, forankringene strammes og forspenningen i flytebroenøkes. Dette kan være aktuelt blant annet ved dårlig vær.

Den flytende innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan videre utformes for rask installasjon og uten behov for kranlekter ved at innretningen kan slepes på plass. Ved behov for forankringer, kan det benyttes presatte sugeankre. Dette er en velkjent teknikk som benyttes for oppankring av flytende innretninger offshore.

Den flytende innretningen kan videre forsynes med tilgang til et utsiktspunkt eller restaurant i toppseksjonen for derigjennom å skape en severdighet/attraksjon da det er kjent at broer er populære turistmål. Videre kan også innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen utvides i bredden for å tilveiebringe parkeringsplasser eller fiskeplass, eventuelt også tilrettelegge for bobilparkering.

Claims (8)

1. Flytende innretning (20) for tilveiebringelse av skipspassasje i en flytebro (50) dannet av flytebrostrukturer (51) som er anordnet til hverandre for å danne en trafikkpassasje (23), hvilken innretning (20) er forsynt med festemidler for anordning til tilstøtende flytebrostrukturer (50), hvilken flytende innretning (20) oppviser en tversgående åpning (100) og langsgående gjennomgående åpning (200), sett i forhold til flytebroens (50) lengderetning, for henholdsvis dannelse av en skipspassesje og trafikkpassasje (23) derigjennom, hvilken langsgående gjennomgående åpning (200) er forsynt med en integrert klaffebro (22) for å føre trafikkpassasjen (23) gjennom innretningen (20), samt åpne og lukke for skipspassering gjennom skipspassasjen dannet av den tversgående åpningen (100),karakterisert vedat den flytende innretningen (20) oppviser en hovedsakelig prismeform med lengderetning derav i vertikalretning av flytebroen (50) og hvor den gjennomgående tversgående åpningen (100) oppviser et hovedsakelig O-formet tverrsnitt.

2. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den gjennomgående langsgående åpningen (200) oppviser en størrelse som strekker seg en høyde (Hl) over trafikkpassasjen (23) og en bredde (Bl) som er noe bredere enn trafikkpassasjen (23).

3. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den gjennomgående tversgående åpningen (100) oppviser en størrelse med en bredde (B), høyde (H) og dypgang (D) tilpasset dimensjonerende skipstrafikk i det gjeldende området.

4. Innretning i samsvar patentkrav 1,karakterisert vedat trafikkpassasjen (23) oppviser en hovedsakelig horisontal trafikkpassasje (23), herunder hovedsakelig uten stigning i hele flytebroens (50) lengde.

5. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat innretningens (20) topp- og bunnseksjon (20A, 20B) er lastbærende elementer og innrettet for å bidra til lastoverføring mellom tilstøtende flytebrostrukturer (51).

6. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat innretningen (20) har dimensjoner tilsvarende minimum samme tverrsnittsegenskaper som øvrig bærende flytebrostruktur (51).

7. Innretning i samsvar med patentkrav 1-6,karakterisert vedat innretningen (20) prefabrikkeres før montering til flytebroen (50).

8. Innretning i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat innretningen (20) er innrettet for å slepes på plass til monteringsstedet.