NO872222L - Leddet pendel-offshorekonstruksjon. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører mer generelt offshore-konstruksjoner som til en viss grad er ettergivende overfor de krefter som bølger, vind og havstrømmer utøver. Mer særskilt vedrører oppfinnelsen en offshore-plattform for boring etter og produksjon av hydrokarboner, hvilken plattform innbefatter et pendeltårn som er festet til et stivt fundament ved hjelp av et ledd.

I sjøen utføres mesteparten av olje- og gassproduksjonen i fra konstruksjoner (vanligvis kalt plattformer) som hviler på havbunnen og strekker seg opp over vannflaten og der bærer et bore- og produksjonsdekk. I forbindelse med slike plattformer er det viktig at man unngår dynamisk forsterkning av plattformens reaksjoner på bølgepåvirkningene. Dersom man ikke i hovedsak unngår slik dynamisk forsterkning vil plattformens utmattingstid reduseres og i ekstreme tilfeller kan viktige plattformkomponenter svikte. Dynamisk forsterkning av plattformreaksjonen unngås ved å utføre plattformen slik at samtlige av dens naturlige vibrasjonsperioder vil falle utenfor det bølgeperiodeområde hvor man har bølger med signifikant energi. For de fleste offshore-steder vil det området for naturlige vibrasjonsperioder som søkes unngått ligge mellom 7 og 25 sekunder. Dette representerer det bølgeperiodeområde hvor man har den største frekvens. De plattf ormvibrasj onstyper sorn er av størst interesse i forbindelse med plattformkonstruksjon er en svingebevegelse (svaiing) av konstruksjonen om et ledd, en ettergivenhet (bøying) av konstruksjonen langs dens høyde, og torsjon eller ridning om konstruksjonens vertikale akse.

For vanndyp ned til ca. 300 m har man godt utviklet teknologi med hensyn til å kunne unngå dynamisk forsterkning av en offshore-konstruksjons bølgerespons. Så godt som alle eksisterende offshore-konstruksjoner som benyttes på slike dyp er fast innfestet i havbunnen og avstivet for å oppnå naturlige vibrasjonsperioder for konstruksjonen på mindre enn ca. 7 sekunder. Slike offshore-konstruksjoner betegnes som "stive konstruksjoner". De mest vanlige stive konstruksjoner som benyttes i forbindelse med oljeproduksjon til havs er i form av et rør-fagverk som er festet til havbunnen ved hjelp av et pæle-fundament. En alternativ stiv konstruksjon, som brukes i størst grad i Nordsjøen, er de kjente tyngdekraftkonstruksjoner av betong. Slike betongkonstruksjoner innbefatter en senkekasse som hviler på havbunnen. Et eller flere tårn eller skaft er fast forbundet med senkekassen og strekker seg oppover til et bore- og produksjonsdekk over havflaten. Fra senkekassen går det ned fundamentskjørt. Hensikten med disse er at miljømessige krefter fra siden blir overført til havbunnen. Senkekassen og skjørtene virker under påvirkning av konstruksjonens neddykkede vekt til å etablere et tyngdekraftfundament som gir fast og stiv bæring av tårnet eller skaftet.

For vanndyp større enn 300 meter vil det konstruksjons-materialvolum som er nødvendig for å oppnå tilstrekkelig plattformstivhet for å holde de naturlige vibrasjonsperioder for en stiv konstruksjon under 7 sekunder, øke raskt med dybden. Som følge herav øker kostnadene for stive konstruksjoner sterkt for vanndyp større enn 300 m. Det har vært påpekt at selv for de rikeste offshore-oljefelt vil bruk av en stiv konstruksjon ikke være økonomisk forsvarlig for vanndyp større enn ca. 420 m. Grunnen til dette er de grenser som den maksimalt tillatte naturlige vibrasjonsperiode setter.

For større dyp har det vært foreslått å avvike fra den konvensjonelle stive konstruktive utførelse og utvikle plattformer med en fundamental periode som er større enn periodeområdet for havbølger som inneholder vesentlig energi. Slike plattformer, som bl.a. omtales som "pendel-konstruksjoner" byr ikke på stiv motstand mot bølger og andre miljøkrefter, men gir i stedet noe etter, primært under utnyttelse av den iboende treghet, og konstruksjonen utfører således signifikante sidebevegelser i havoverflaten. Typisk skjer dette ved at konstruksjonen enten tillates å utføre svingebevegelser om et ledd eller ved at den tillates å bøye seg over en viss lengde. Det er vanligvis upraktisk å ta hensyn til perioder av andre og høyere grad, med holding av disse perioder under 7 sekunder for derved å hindre dynamisk forsterkning. Pendelkonstruksjoner er derfor kjennetegnet av at det området av havbølgeperioder som inneholder signifikant energi er begrenset av grunnperioden på den høye siden (over ca. 30 sek), og av de resterende perioder på den lave siden (under ca. 7 sek). Bruk av en pendelkonstruksjon betyr at man fjerner den øvre grensen for grunnperioden og således unngår de vesentligste konstruktive begrensninger for stive konstruksjoner. Dette betyr sterk reduksjon av volumøkningen av konstruksjonsmaterialet, med tilhørende innvirkning på kostnadene, for en gitt økning av vanndypet.

Pendelkonstruksjoner må ha en eller annen mekanisme for motvirkning av sideforskyvninger som følger av påvirkningene av vind, bølger og strømmer. Slik motvirkning av sideforskyvninger betegnes som "stabilisering". Stabilisering oppnås på ulike måter i de eksisterende pendelkonstruksjoner. På en type pendelkonstruksjoner, innbefattende stagplatt-former og oppdriftstårn, oppnås stabiliseringen ved hjelp av oppdriftskrefter. Slike konstruksjoner har et oppdriftsparti som vanligvis er plassert ved havflaten eller like under bølgesonen. Når miljøkreftene forskyver plattformen utifrå den vertikale orientering vil oppdriftskreftene i oppdrifts-partiet gi et opprettingsmoment som virker til å bringe konstruksjonen tilbake til en vertikal orientering.

En vesentlig, ulempe ved oppdriftskonstruksjoner er at de nødvendige store oppdriftskamre i sterk grad fordyrer konstruksjonen. I tillegg må oppdriftskamrene plasseres ved eller nær havflaten og dette øker konstruksjonens tverrsnittsareal som utsettes for miljøkrefter. Dette betyr øket belastning og nødvendiggjør en sterkere konstruktiv utførelse enn ellers nødvendig. En typisk strekkstagplattform er vist i USPS 4,428,702. Et typisk oppdriftstårn er vist i GBPS 2,066,336B.

En annen pendelkonstruksjonstype, det kabelforankrede tårn, har et plattformdekk som bæres av en slank fagverkskonstruk-sjon som strekker seg opp fra havbunnen til overflaten. Fra tårnets øvre del går det ut flere forankringskabler til havbunnen. Disse kabler gir den nødvendige stabilisering. En hovedulempe for slike kabelavstøttede tårn er at kabel-systemet er dyrt i fremstilling, anordning og vedlikehold. I noen tilfeller vil ankerkablene også utgjøre hindringer for skipsfart og fiske i nærheten av plattformen. Et typisk kabelforankret tårn er vist i USPS Re. 32,119, 22. april 1986.

En tredje pendelkonstruksjonstype, vanligvis benevnt som et pæleforankret tårn, benytter ettergivende pæler for oppnåelse av stabiliteten. Slike pæleforankrede tårn består av en stiv tårnkonstruksjon med pæler forløpende oppover langs om-kretsen, opp til en valgt høyde hvor pælene faststøpes eller på annen måte festes til tårnet. Tårnet er avstøttet sideveis ved den nedre ende ved hjelp av de ettergivende pæler, men kan gli vertikalt langs pælene og dreie seg om sin nedre ende. Ved bevegelse av tårnet vekk fra vertikalen vil pælene gi et opprettingsrnoment som virker der hvor pælene er festet til tårnet. Dette gir den nødvendige stabilisering for å bringe tårnet tilbake til vertikalen. En ulempe ved denne type tårn er at konstruksjonen og installasjonen kompliseres ved de motstridende krav som stilles til pælene. Pælene må være ettergivende nok til at man oppnår pendel-eller svaieeffekten, men må samtidig være stive nok til å kunne tåle inndrivingspåkjenningene under installasjonen. En annen ulempe ved denne type pendelkonstruksjon er at en del av hver pæl må drives ned etter at tårnet er plassert. Dette er dyrt og forlenger varigheten til det installasjonsvindu i hvilket konstruksjonen vil være utsatt for skader som følge av storm. En konstruksjon av denne type er vist i US patentøknad nr. 806,055, innlevert 5. desember 1985.

Det foreligger et behov for en offshore-pendelplattform som ikke baserer seg på positiv oppdrift, ankerkabler eller pæler for motvirkning av de' sidekrefter som vind, bølger og havstrømmer utøver.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en offshore-pendelkonstruksjon hvor et tårn er festet til et fast fundament ved hjelp av et ledd, slik at tårnet kan svinge relativt fundamentet i samsvar med vind, bølger og havstrømmer. Fundamentet er fortrinnsvis et tyngdekraftfundament, men kan være fastpælet til havbunnen. Flere strekkelementer, fortrinnsvis enten i form av forspente kabler eller slanke stålsøyler, er innfestet mellom en forankring i fundamentet og en forankring i tårnet, i en på forhånd valgt avstand over fundamentet. Strekkelementene er anordnet slik at når tårnet svinger vil strekkelementene på den tårnsiden som vender fra vipperet-nin.en få øket strekkpåkjenning, mens strekkelementene på den an re tårnsiden får rédusert strekkpåkjenning. Dette gir et tilbakeføringspar som stabiliserer tårnet mot for sterk svaiing. Antall strekkelementer og deres plassering og rnaterialegenskaper velges slik at konstruksjonene får en svaieperiode over ca. 25 sek og fortrinnsvis i området 35 til 40 sek. Dette er tilstrekkelig høyt til å sikre at det ikke vil forekomme noen vesentlig dynamisk forsterkning av plattformens bølgerespons.

Oppfinnelsen byr på flere fordeler med hensyn til ettergivenhet og stabilisering av tårnet. I en foretrukken utførelses-form er tårnet utført som en betongskallkonstruksjon og strekkelementene er forspente kabler, som ikke bare tjener til å gi den nødvendige stabilisering relativ bølger og andre miljøkrefter, men også tjener til å holde den del av tårnet som befinner seg under kabel-tårnforankringen under kompresjon, slik at man derved unngår behovet for de konvensjonelle forspente stålstenger i betongen. Ved at strekkelementene er forspent mot tårnets nedre del vil det heller ikke være nødvendig med permanent oppdrift for å holde kablene i strekk. Ved at kabel-tårnforankringen er plassert under bølgesonen vil det konstruktive tverrsnittsareal som utsettes for bølger og strømmer være betydelig mindre enn det man har i andre offshore-pendelkonstruksjoner, så som strekkstag-plattformer, oppdriftstårn og kabelforankrede tårn. I tillegg kan strekkelementene innstalleres og settes under fullt strekk før plattformen bringes på plass i sjøen. Dette gir en enklere og billigere installasjonesprosedyre enn tilfellet er for de andre pendelkonstruksjonstyper, som jo krever installasjon av strekkstag, kabler eller pæler i sjøen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 viser et isometrisk riss av en leddet pendelkon-struksj on ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et delvis gjennomskåret oppriss av konstruk-sj onen i fig. 1 ,

fig. 3 viser et isometrisk og delvis gjennomskåret utsnitt av pendelkonstruksjonen i fig. 1 og 2, med fundamentet, leddet og en ringbjelke,

fig. 4 viser et snitt i hovedsak etter linjene 4-4 i

fig. 2,

fig. 5 viser et snitt etter linjen 5-5 i fig. 2,

fig. 6 viser en detalj av leddet i utførelsen i fig. 2,

fig. 7 viser et detalj utsnitt av leddet i fig. 6,

fig. 8 viser et isometrisk sprengriss med en heksagonal elastomerisk pute og tilhørende komponenter som inngår i leddet,

fig. 9 viser i snitt hvordan en stabiliseringskabel er forankret til tårnet og fundamentet,

fig. 10 viser et isometrisk riss av en skjærforbindelse ved

den nedre kabelavslutning,

fig. 11 viser et oppriss av en utførelse av oppfinnelsen,

med bruk av forspente kabler som er lagt i skrue-linjer, og

fig. 12 viser et oppriss av en utførelsesform av oppfinnelsen hvor stabiliseringselementene er rørformede stålelementer i stedet for forspente kabler.

I noen av tegningsfigurene er antall kabler og tilhørende komponenter redusert for derved å lette oversikten. Tegningene er ikke ment som annet enn å bidra til å klargjøre oppfinnelsen og bidra til dens forståelse, i forbindelse med den etterfølgende beskrivelse.

Fig. 1 viser et riss av en leddet offshore-pendelkonstruksjon 10 ifølge oppfinnelsen. Som det vil gå frem nedenfor er konstruksjonen 10 beregnet for boring etter olje og gass og som produksjonsplattform, for vanndyp større enn ca. 300 m. Imidlertid kan oppfinnelsen realiseres i andre former og kan naturligvis utnyttes for mange andre formål. Når oppfinnelsen her derfor beskrives i forbindelse med en offshore-bore- og produksjonsplattform, så er dette bare ment som et eksempel og ikke som noen begrensing.

Som vist i fig. 1 innbefatter konstruksjonen 10 et bore- og produksjonsdekk 12 som er fast montert på toppen av et tårn 14. Tårnet 14 bæres av et fundament 16, her i form av et tyngdekraft-fundament. Både for tårnet 14 og fundamentet 16 er det her benyttet armert forspent betong i skallkonstruk-sjonen. Man kan imidlertid også benytte stålfagverk. Tårnet 14 er forbundet med fundamentet 16 ved hjelp av et ledd 18 (fig. 2) som tillater tårnet 14 å svaie relativt fundamentet 16, slik at derved konstruksjonen 10 kan pendle i samsvar med de krefter som virker på konstruksjonen i fra vind, bølger og havstrømmer. I den foretrukne utførelsesform er leddet 18 utført som et elastomert svingeledd lagt inn mellom sam-passede halvkuleformede lagerflater. Det skal her nevnes at selve oppbyggingen av leddet 18 i og for seg ikke er vesentlig og at man kan tenke seg bruk av mange andre leddutfør-elser istedenfor det som beskrives her. Eksempelvis kan leddet 18, når fundamentet og tårnet er utført som stålfagverk, være i form av et fleksibelt fag, som vist og beskrevet i US Patentsøknad 756,405, 17. juli 1985.

Stabilitet oppnås ved hjelp av stabiliseringselementer 20, fortrinnsvis i form av forspente kabler. Disse strekker seg fra en nedre strekkelementforankring 22 i fundamentet 16 og opp til en øvre strekkelementforankring 24 på tårnet 14. Når konstruksjonen 10 vipper ut fra vertikalen vil de kabler 20 som ligger på den siden som vender fra vipperetningen få øket strekkpåkjenning, mens kablene 20 på vippesiden vil få redusert strekkpåkjenning. Derved etableres det et opprett-ingspar som forsøker å bringe konstruksjonen 10 tilbake til den vertikale orientering. Fordi kablene 20 er forspent mellom forankringene er det ikke nødvendig å gi plattformen noen ekstra oppdrift. Kablene vil gi full stabilisering av konstruksjonene for å møte miljøkreftene.

I den foretrukne utførelsesform vil bruken av pendeltårnet 14 sammen med et tyngdekraftfundament 16 medføre at tårnets 14 dynamiske repons i hovedsaken vil være ufølsom overfor fundamentstivheten. Kombinasjonen av et ettergivende element (tårnet 14) i serie med et stivt element (fundamentet 16) vil medføre at systemets kombinerte vibrasjonskarakteristikk vil være i hovedsaken ufølsom overfor det stive elements vibrasjonskarakteristikk. Dette er meget fordelaktig sammenlignet med de konvensjonelle stive tyngdekraftkonstruksjoner, som jo har en sterk dynamisk kobling mellom tårnet og fundamentet og defor også har en dynamisk respons som hovedsaklig bestemmes av fundamentstivheten. Fordelen ved den nye pendelkonstruk-sj on sammenlignet med konvensjonelle tyngdekraftskonstruksjoner kan best angis med følgende ligning:

som sier at den naturlige vibrasjonsperiode, Tx, til et system med to frihetsgrader vil være tilnærmet lik kvadrat-roten av summen av kvadratene til de naturlige vibrasjonsperioder Tu og Tjesefor de to elementene i systemet. Da man ikke nøyaktig kan fastslå egenskapene til havbunnen hvor plattformen skal plasseres, vil det ofte foreligge en betydelig usikkerhet med hensyn til plattformfundamentets naturlige vibrasjonsperiode. I forbindelse med konvensjonelle stive tyngdekraftskonstruksjoner medfører denne usikkerhet at man får en meget konservativ (d.v.s. meget stiv) tårn-og fundamentutførelse, slik at man derved kan være sikker på at den naturlige vibrasjonsperiode for den kombinerte konstruksjon ligger under ca. 7 sek. For en konstruksjon ifølge foreliggende oppfinnelse vil imidlertid en slik usikkerhet med hensyn til havbunnens egenskaper ikke ha noen vesentlig innvirkning på konstruksjonens periode. Dette skyldes at perioden til det stive fundament, vanligvis mindre enn 4 sek., er liten sammenlignet med tårnets periode, som vanligvis vil ligge rundt 35 sek. Endringer i fundament-perioden på + 100 % vil bare bety en endring av den kombinerte konstruksjonsperiode på mindre enn 1 sek. Ved foreliggende oppfinnelse unngår man således behovet for en sterkt konservativ fundamentutførelse. I tillegg til at den dynamiske respons for ofshore-konstruksjoner ifølge foreliggende oppfinnelse er relativt ufølsom overfor fundamentstivheten, vil pendelkonstruksjoner også ha relativt lave fundamentbelastninger, hvilket gjør dem mer anvendbare i forbindelse med myke grunnforhold enn tilfellet er for de stive tyngdekraftkonstruksjoner. Pendelkonstruksjoner er også mindre følsomme overfor jordskjelv enn de konvensjonelle stive konstruksjoner.

Fundamentet 16 er et tyngdekraftfundament. Som best vist i fig. 2 innbefatter fundamentet 16 en sentral senkekassecelle 28 som danner et hus 30 for leddet 18 og også inneholder fundamentforankringen 22 for strekkelementene. Rundt den sentrale celle 28 er det plassert flere ytre senkekasseceller 32. Fra de ytre, konsentriske celler 32 strekker det seg skjørt 34 ned i havbunnen 36. Fundamentet 16 bærer konstruksjonens 10 neddykkede vekt og motvikrer de sidebelastninger som overføres gjennom leddet 18 og kablene 20. De ytre celler 32 er beregnet for selektiv flomming med sjøvann under oppbyggingen, transporten og installasjonen av konstruksjonen 10, slik at man derved kan få kontroll med flytestabiliteten. De ytre celler 32 vil være totalt vannfylt under installasjonen, for derved å øke konstruksjonens 10 vekt og presse skjørtene 34 ned i havbunnen 36. Hydrostatisk trykk kan også benyttes for å lette skjørtenes 34 penetrering. Etter at oljeproduksjonen har startet kan de ytre celler 32 benyttes for lagring av råolje. En ikke vist olje-stigeledning går mellom de ytre celler 32 og dekket 12, slik at derved råoljen kan overføres til og fra cellene 32. Selv om den foretrukne utførelsesform av konstruksjonen 10 benytter et tyngdekraft-fundament kan man eventuelt benytte et pæle-fundament, uten at man derved går utenfor oppfinnelsens ramme.

Som best vist i fig. 3-5 er leddhuset 30 bygget opp med de indre og ytre husringvegger 38, 40 som er forbundet med hverandre ved hjelp av flere radielle vegger 42. De øvre endedeler av ringveggen 38, 40 og de radielle veggskiver 42 bærer et konkavt krummet, halvkuleformet tårnbæreskall 44. Tårnets 14 nedre del har et tilsvarende kovekst krummet, halvkuleformet nedre tårnskall 46. Som det vil bli beskrevet nærmere nedenfor er det nedre tårnskall 46 svingbart opp-lagret på fundamentets 16 tårnbæreskall 44 for dannelse av leddet 18. Selv om det i det foretrukne utførelseseksempelet benyttes halvkuleformede lagerflater med en diameter lik diameteren til tårnets 14 nedre ende kan leddet 18 være utført med en annen krumningsradius, og leddet 18 kan også være konkavt nedover. Tårnet 14 og leddhuset 30 er forsynt med fluktende vertikale rom 48, 50 rundt konstruksjonens 10 senterakse. Disse rommene gir plass for borerør 52, import- eksport-stigerør 53, et lagerstigerør, j-rør, plastvannrør og tilhørende komponenter.

Leddhuset 30 holdes under triaksial kompresjon. Man er derved sikret at betongen i denne delen av konstruksjonen 10 hindres i å sprekke. Aksial kompresjon etableres ved at tårnet 14 virker nedad mot tårnbæreskallet 44 og ved at kablene 20 gir en oppadrettet belastning via kableforankrin-gene. De ytre celler 32 virker ved den ytre husringvegg 40, og havbunnene 36 virker mot bunnen av leddhuset 30. Som best vist i fig. 5 etableres omkrets-forspenningen ved hjelp av innstillbare omkrets-forspenningselementer 54 som strekker seg rundt langs utsiden av den ytre husringvegg 40. Radiell forspenning etableres ved hjelp av forspenningselementer 56 som går radielt gjennom hver av de radielle veggskiver 42.

I den foretrukne utførelsesform er et lag av elastomert materiale 60 lagt inn mellom tårnbæreskallet 44 og det nedre tårnskall 46. Dette lag 60 av elastomert materiale tjener som et hengselledd og opptar samtlige relative bevegelser i leddet 18. Som best vist i fig. 8 er det elastomere lag 60 bygget opp av flere heksagonale elastomere puter 62 som her dekker i hovedsaken hele flaten mellom tårnbæreskallet 44 og det nedre tårnskall 46. De elastomere puter 62 er på undersiden (radielt sett den ytre siden) understøttet av en stålforing 64 som er festet til betongskallet 44 ved hjelp av ankeret 66. Denne leddforing 64 er forsynt med flere holderibber 68 av stål på oversiden. Disse ribber 68 danner et gitterverk av heksagonale lommer 70 hvor de elastomere puter 62 er plassert. Et øvre holdedeksel 72 er støpt inn i det av betong fremstilte nedre tårnskall 46 og ligger an mot oversiden av hver pute 62. Som beskrevet nærmere nedenfor vil disse øvre holdedeksler 72 sammen danne en forskaling under støpingen av det nedre tårnskall 46.

Tårnets 14 neddykkede vekt og reaskjonsbelastningen til de forspente kabler 20 overføres til fundamentet 16 gjennom de elastomere puter 62. I mange tilfeller vil den resulterende putebelastning være stor nok til å hindre enhver relativ bevegelse av kontaktflatene mellom hver pute 62 og foringen 64 og holdedekselet 72 under tårnets svaiing, men dersom friksjonsmotstanden ikke er stor nok til å hindre glide-bevegelse vil holderibbene 68 og holdedekselet 72 bidra til mekanisk hindring av relative bevegelser. Leddet 18 vil således ikke ha noen glidelagerflater som slites. Dreiebevegelse av nedre tårnskall 46 relativt tårnbæreskallet 44 på fundamentet 16 under tårnsvaiingen opptas fullt ut av skjærvirkningen i putene 62.

Den konstruktive utførelse av de elastomere puter 62 bestemmes stort sett av leddets 18 størrelse, den belastning som overføres i leddet 18 og av den maksimale tårn-inklinasjon. I en foretrukket utførelsesform har nedre tårnskall 46 en radius på 14,5 m og tårnets 14 maksimale inklinasjon eller skråstilling er 2°. Den resulterende bevegelse ("kick-back") for nedre tårnskalls 46 ytterflate relativt tårnbæreskallet 44 ved maksimal inklinasjon vil være ca. 51 cm. Denne bevegelse gir en total skjærdeformasjon på ca. 51 cm i hver av de elastomere puter 62. Det er ønskelig å begrense skjærpåkjenningen i putene 62 til ikke mer enn rundt 100 %, hvilket vil si godt innenfor putenes 62 elastiske grense. I samsvar hermed bør putene 62 ha en tykkelse på 50-60 cm. Putene 62 er bygget opp av vekslende lag av naturgummi og stål som er laminert sammen. I den foretrukne utførelsesform har hvert gummilag en tykkelse på ca. 4 cm og hvert stållag en tykkelse på ca. 0,5 cm. Ved å dele hver pute 62 opp i et antall relativt tynne lag eller plater av elastomert materiale vil formfaktoren (d.v.s. forholdet mellom belastet overflateareal og ubelastet overflateareal) kunne holdes meget høy, med tilhørende øking av den maksimalt tillatte skjærpåkjenning og normalbelastning på hver pute. Side-sidedimensjonen til hver av de heksagonale elastomere puter 62 bør være ca 2 m. Med puter av denne størrelsen ville et elastomert ledd 18 av den type som er vist i fig. 6 med en radius på 14,5 m, kreve et totalt antall på ca. 250 puter 62 for full dekking av leddflaten.

Utførelsen av leddet 18 er enkel og krever ingen trange toleranser. Oppbyggingen av leddet 18 begynner så snart ringveggene 38, 40 og de radielle veggskiver 42 til fundamentet 16 er ferdige. På ringveggene 38, 40 og de radielle veggskiver 42 legges det en forskaling som vil danne tårn-bæreskallets 44 nedre flate. Over forskalingen plasseres så armeringsstål. Leddforingen 64 fremstilles i flere seksjoner som legges på plass over armeringsstålet og sveises sammen for dannelse av en enhet. Betong pumpes så inn gjennom ikke viste hull i foringen 64 for støping av tårnbæreskallet 44. Tårnbæreskallet 44 begrenses under dette nederst av forskalingen og oventil av foringen 64. Alternativt kan tårnbæreskallet 44 plasstøpes uten foringen 64, idet denne plasseres etterpå. I så tilfelle føres det inn utstøpings-masse mellom tårnbæreskallet 44 og foringen 64 for å gi en binding og utjevnende understøttelse for foringen 64.

Etter at foringen 64 er ferdigstilt plasseres en elastomer pute 62 i hver av de heksagonale lommer 70 som dannes mellom holderibbene 68. Det er som nevnt ikke nødvendig å feste putene 62 til foringen 64. Deretter plasseres de øvre holdedeksler 72 over hver pute 62. Holdedekslene 72 har ribber 74 som rager opp og ned, slik det er vist i fig. 7 og 8. Så snart dekslene 72 er satt på plass plasseres kanal-profiler 76 over hvert hosliggende par av oppadrettede ribber 74 ved skjøten mellom hosliggende holdedeksler 72. Betongen for nedre tårnskall 46 fylles så direkte på holdedekslene 72, idet holdedekslene 72 vil danne nedre tårnskalls 46 ytre flatebegrensning. Kanalprofilene 76 hindrer betongen i å gå inn i skjøterommene mellom foringen 64 og holdedekslene 72.

Dimensjonstoleranser i leddet 18 kan lett tilfredsstilles. De elastomere puter 62 fremstilles med en side-sidedimensjon som er ca. 1-2 cm mindre enn den gjennomsnittlige side-side-dimensj on i de heksagonale lommer 70 og 0,5-1 cm mindre enn side-sidedimensjonen til holdedekslene 72. Fordi nedre tårnskall 46 støpes direkte på holdedekslene 72 kan tykkelsen til putene 62 variere opptil flere cm fra pute til pute uten at dette har noen innflytelse på funksjonen til leddet 18. Bruken av de elastomere puter 62 mellom tårnbæreskallet 44 og nedre tårnskall 46 medfører at mindre uregelmessigheter i kuleformen i skallene 44, 46 ikke byr på noen problemer, fordi de enkelte elastomere puter 62 kan trimmes og stilles inn i forhold til et felles fokuspunkt. Det er viktig at profilene til skallene 44, 46 har god sarnpassing. Dette oppnås imidlertid automatisk fordi holdedekslene 72 som nevnt brukes som nedre forskaling under støpingen av det nedre tårnskall 46.

Fordi leddets overflateareal er så stort (ca. 1120 m2) i forhold til belastningen, vil kompresjonspåkjenningene på hver pute 62 være relativt lave. I utførelseseksempelet vil den maksimale påkjenning på hver av putene 62 være ca. 7 MPa, med antatt fullt antall puter. Dette er betydelig mindre enn den maksimalt tillatte kompresjonspåkjenning for de laminerte elastomere puter 62. Som følge herav vil leddet 18 kunne virke selv om et betydelig antall puter 62 mangler eller er ute av funksjon. Leddkonstruksjonen sikrer at i tilfelle av svikt (eksempelvis delaminering) i noen eller samtlige av putene 62, vil man ikke få noe vesentlig tap eller redistri-buering av leddmaterialet, og heller ingen bevegelse av tårnet 14 i leddhuset 30 eller noen umiddelbar skade på tårnet 14. Leddet 18 er således i realiteten tilnærmet absolutt funksjonssikkert.

Som best vist i fig. 1 er tårnet 14 utført som en i hovedsak stiv betongskallkonstruksjon med en øvre og en nedre tårnseksjon 78 henholdsvis 80. Disse to er stivt sammen-bundne ved hjelp av en ringbjelke 82 som tjener som tårnfor-ankring 24 for strekkelementene. Det er forutsatt at det indre av tårnet 14 skal flommes etter innstalleringen av konstruksjonen 10. I utførelseseksempelet har tårnet 14 og dekket 12 sammen en netto negativ oppdrift. Selv om oppdrift ikke er nødvendig for stabilisering av konstruksjonen 10, kan det i noen tilfeller være ønskelig å ha ekstra oppdrift nær tårnets 14 øvre del i den hensikt å kunne forskyve en del av dekklasten eller for å kunne justere konstruksjonens 10 grunnperiode.

Strekkelementene 20, fortrinnsvis kabler, er forankret i den ene enden til ringbjeiken 82 og i den andre enden til fundamentforankringen 22. Kablene 20 justeres under fremstillingen av konstruksjonen 10 slik at de får en på forhånd bestemt spenning. Som foran nevnt tjener strekkablene 20 til å gi den nødvendige stabilisering for konstruksjonen 10. Størrelsen til kabelforspenningen velges fortrinnsvis stor nok til å hindre at kablene 20 blir slakke ved maksimal tårninklinasjon. Derved unngår man snappbelastninger i kablene 20 og tårnet 14 når tårnet 14 går tilbake til en vertikal orientering. Bruken av forspente kabler gir også en torsjonsmotstand for tårnet 14 og gjør tårnet 14 mer mot-standsdyktig mot svaiing enn tilfellet ville være dersom kablene ikke var under spenning når tårnet 14 står vertikalt. I tillegg vil bruken av forspente kabler holde det nedre tårnavsnitt 80 under kompresjon til enhver tid. Dette har en innvirkning på kompresjonsforbelastningen som er nødvendig for betongkonstruksjoner, og minimaliserer derved den mengde vanlig forspent stål som kreves i den nedre tårndel 80. Den øvre tårndel 78, som ikke er kompresjonsbelastet ved hjelp av kablene 20, er forspent med konvensjonell forspent stål-armering.

Som best vist i fig. 9 og 10 har hver kabel 20 en øvre og nedre kabelavslutning 84, 86. Hver kabelavslutning 34, 86 har fortrinnsvis form av halvkuleformede fatninger med elastomere lagre 88, 90. Bruken av elastomere lagre mulig-gjør opptak av kabelbevegelser når tårnet 14 svaier, slik at man derved i hovedsak eliminerer sekundære bøyepåkjenninger i kablene 20. Alternativt kan elimineringen av de sekundære bøyepåkjenninger skje ved at man benytter tilformede kabel-avslutninger (ikke vist) hvor kablene kan bøye seg over en kontrollert lengde i stedet for å bevege seg om et bestemt svingepunkt.

Den nedre kabelavslutning 86 har en skjærkonnektor 92 som er sampasset med og låst på plass i et skjærkonnektorhus 94. Skjærkonnektorhuset 94 er innfestet i en tilhørende kabel-forankrings-innleiring 95, se fig. 6, i lagerhusets 30 ytre husringvegg 40. Som vist i fig. 5 danner kabelforankrings-innleiringene 95 en sirkelrad som er konsentrisk med og ligger innenfor omkrets-forspenningselementene 54. Inn-leiringene 95 er i form av glatte rør som strekker seg ned til en stilling omtrent ved bunnen av leddhuset 30. Hver innleiring 95 har skjærknaster 96 ved den nedre enden, slik at belastningen i kablene 20 kan overføres til fundamentet 16 ved bunnområdet til ringveggen 40. Den øvre kabelavslutning 84 til hver kabel 20 strekker seg opp gjennom en åpning 97 i ringbjeiken 82. Den øvre kabelavslutning 84 hviler på splittede ringmellomlegg 100 på toppen av en ringbjelke-lagerplate 102 som er plassert ved den øvre enden av og rundt hver ringbjelkeåpning 97.

Ved montering av en kabel 20 senkes kabelen 20 ned gjennom åpningen 97 og den nedre kabelavslutnings skjærkonnektor 92 føres inn i skjærkonnektorhuset 94. Kabelen 20 dreies og trekkes så oppover, hvorved skjærkonnektoren 92 låses på plass i skjærkonnektorhuset 94. Så snart kabelen 20 er forankret til fundamentet 16 trekkes øvre kabelavslutning 84 oppover ved hjelp av en ikke vist jekk, helt til kabelen 20 har fått den ønskede forspenning. Nå plasseres det splittede mellomveggringer 100 mellom øvre kabelavslutning 84 og lagerplatene 102, for derved å holde kabelen 20 på dette spenningsnivå. Kablene 20 monteres og spennes før konstruksjonen 10 plasseres på det ønskede sted i sjøen. Når konstruksjonen 10 er i bruk kan de enkelte kabler 20 fjernes for inspeksjon og eventuell bytting. Byggingen av konstruksjonen 10 er enkel og kan gjennomføres stort sett med kjente prosedyrer. Skjørtene 34, cellene 32, lagerhuset 30, leddet 18 og nedre tårnskall 46 fremstilles på vanlig måte i en konvensjonell byggedokk. Nedre tårndel 80 og ringbjeiken 82 glidestøpes og kablene 20 monteres tørt, mens konstruksjonen flyter på cellene 32. Konstruksjonen 10 ballasteres så for fortsatt glidestøping av øvre tårndel 78. Utførelsen av leddet 18 minimaliserer som nevnt behovet for trange toleranser under fremstillingen av leddet 18. Etter at leddhuset 30 er ferdig, blir tårnet 14 glidestøpt på vanlig måte. Nedre tårndel 80 stabiliseres temporært ved hjelp av ikke viste stålsøyler som innleires i ringveggen 40 og sveises til innstøpte innsatser i nedre tårndel 80. Etter at nedre tårndel 80 og ringbjeiken 82 er ferdig, men før øvre tårndel 78 bygges, bør kablene 20 monteres og strammes i ønsket grad. På dette tidspunkt kan så de temporære stålstabiliserings-søyler fjernes. Installasjonen av konstruksjonen 10 lettes meget som følge av at kablene 20, som gir i hovedsak all den stabilisering som konstruksjonen 10 trenger, installeres og gjøres fullt operasjonsklare før utslep og installasjon. På det tidspunkt konstruksjonen 10 installeres ute i havet, vil den altså være fullt ut stabilisert.

I noen tilfeller vil det kunne være ønskelig med en konstruksjon 10' som har økt motstand mot svaiing og vridning. Slik virkning kan oppnås ved å anordne kablene 20' etter skrue-linjer og i vridningsbalanse i et mønster som vist i fig. 11. I den der viste utførelse er det nødvendig å ha to kabelsett med motsatte skruelinjeforløp. De to kabelsett forankres fordelaktig i to konsentriske sirkulære rekker ved fundamentforankringen 22' og tårnforankringen 24'. Det ene sett av kabler 20' har en første skruelinjeorientering fra en ytre forankringssirkel ved fundamentforankringen 22' og til en indre forankringssirkel ved tårnforankringen 24'. Det andre kabelsettet 20' har motsatt skruelinjeorientering og går fra den indre forankringssirkel ved fundamentforankringen 22<1>og til den ytre forankringssirkel ved tårnforankringen 24' .

I en annen alternativ utførelse ifølge oppfinnelsen, vist i fig. 12, brukes det stålrørelementer 106" i stedet for kablene som stabiliseringselementer for konstruksjonen 10". Til forskjell fra kablene kan rørelementene 106" både ta strekk og kompresjon ved etableringen av den nødvendige tilbakestillingskraft for tårnet. Sidestyringer 108" går ut fra nedre tårndel 80" og avstøtter stålrørelementene 106" med hensyn til bukling under kompresjonsbelastning. Torsjons-belastninger overføres fra tårnet til rørelementene 106" gjennom de nederste sidestyringer 108" for hvert rørelement 106". Det er relativt usannsynlig at det vil være nødvendig å måtte bytte ut rørelementene 106". Derfor kan de innleires fast i ytre husringvegg 40" og i ringbjeiken 82".

En annen mulig utførelsesform av oppfinnelsen, ikke vist, er en hvor flere tårn eller skaft strekker seg opp fra et felles fundament for bæring av et dekk over vannflaten. Ved en slik utførelse forsynes hvert tårn med et eget sett stabiliseringselementer .

Claims (12)

1. Offshore-pendelkonstruksjon (10), innbefattende et fundament (16) beregnet til å hvile på havbunnen, et i hovedsaken vertikalt tårn (14) som strekker seg opp ifra fundamentet og til et sted i nærheten av havoverflaten, og et dekk (12) båret av tårnet, idet dekk og tårn sammen har en netto negativ oppdrift ved en normaloperasjon av konstruksjonen, karakterisert ved et ledd (18) som danner grensesnittet mellom tårnet (14) og fundamentet (16), hvilket ledd muliggjør en svingebevegelse av tårnet relativt fundamentet, en kabelforankring (24) festet til tårnet (14) på et sted i en avstand over leddet (18), en kabelforankring (22) på fundamentet (16), og flere kabler (20) som hver har en første ende festet til fundament-kabelforankringen (22) og en andre ende festet til tårn-kabelforankringen (24), idet kablene (20) er strekkspent og anordnet i en rekke rundt tårnets (14) lengdeakse.

2. Offshore-pendelkonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at tårn-kabelforankringen (24) er plassert under havflaten.

3. Offshore-pendelkonstruksjon ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at tårnet (14) er en betongskallkonstruksjon og at fundamentet (16) er en betongsenke-kasse.

4. Offshore-pendelkonstruksjon ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at fundamentet (16) innbefatter en konkavt leddhus (30) og at tårnet (14) har et krummet bunnparti (46) beregnet for sampassende opptak i leddhuset (30), idet det mellom leddhuset og det krummede tårnbunnparti er lagt inn et elastomert hengsel (60).

5. Offshore-pendelkonstruksjon ifølge krav 4, karakterisert ved at det elastomere hengsel (60) innbefatter flere elastomere puter (62) som hver har en nedre flate som hviler mot leddhuset (30) og en øvre flate som understøtter den nevnte konvekse tårnbunn (46).

6. Offshore-pendelkonstruksjon ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at leddhuset (30) og den nevnte nedre tårndel (46) danner lagerflater med i hovedsaken konstant krumningsradius, idet et sentralt parti i hver lagerflate er fjernet for derved å danne et rom som gir vertikal adkomst gjennom leddet (18).

7. Offshore-pendelkonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at fundament og tårn er metallfagverk-konstruksjoner, idet fundamentet er festet til havbunnen ved hjelp av pæler.

8. Offshore-pendelkonstruksjon ifølge krav 7, karakterisert ved at det nevnte ledd er et fleksibelt fag.

9. Fremgangsmåte ved bygging av en offshore-tyngdekraftkon-struksjon av betong og med ettergivende respons på miljø-krefter, karakterisert ved følgende trekk: Fremstilling av en fundamentdel beregnet til å etablere et tyngdekraft-fundament for konstruksjonen på havbunnen, start av fremstillingen av en tårndel av konstruksjonen, hvilket tårn er beregnet til å bære et dekk over havflaten, idet grensenittet mellom tårn og fundament danner et ledd som muliggjør en dreiebevegelse av tårnet relativt fundamentet, fortsatt bygging av tårnet helt til det har nådd en bestemt høyde over fundamentet, festing av flere avlange stabili seringselementer til konstruksjonen, idet hvert stabili-seringselement festes med den første ende til fundamentet og med den andre ende til tårnet, på et sted omtrent ved den nevnte valgte høyde over fundamentet, idet stabiliseringselementene anordnes i en rekke rundt tårnet og er beregnet til ved installasjonen av konstruksjonen å kunne stabilisere det delvis ferdigstilte tårn mot for sterk svaiing, ferdig-fremstilling av tårnet etter fastkjøringen av stabiliseringselementene, og etablering av et dekk på toppen av tårnet, idet dekket og tårnet er beregnet til å ha en netto negativ oppdrift ved en normal operasjon av tårnet, hvoretter konstruksjonen slepes ut til oppstillingstårnet i havet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at det som stabiliseringselementer benyttes kabler, idet disse kabler strammes i en bestemt grad før ferdig-gjøringen av tårnet.

11 . Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at avlange stabiliseringselementer temporært festes til konstruksjonen før oppbyggingen av tårnet har nådd den nevnte valgte høyde, idet disse temporære, avlange stabiliseringselementer festes med en resp. første ende til fundamentet og med en resp. andre ende til tårnet i et høydenivå som ligger under den nevnte valgte høyde.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at de nevnte temporære, avlange stabiliseringselementer fjernes før konstruksjonen installeres.