CN104884794B - 浮体构造物 - Google Patents

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Abstract

提供一种浮体构造物，为了使支撑对象物以赋予海洋上的状态设置而附随地设置于上述支撑对象物，具备与上述支撑对象物的基端部连接的浮体部，上述浮体部具有钢制的盖体、钢制的外管及设置于上述外管内侧的钢制的内管，上述浮体部在上述内管的外壁面与上述外管的内壁面之间形成的间隙的至少一部分中填充了混凝土或砂浆的状态下通过上述盖体密封。

Description

浮体构造物
技术领域
本发明涉及一种浮体构造物，用于将风力发电机等支撑对象物以使其浮于海洋上的状态设置。本申请基于2013年04月01日在日本申请的日本特愿2013-076294号并主张其优先权，将其内容援用于此。
背景技术
一直以来，作为发电方法的种类，存在使化石燃料燃烧的发电、原子能发电及利用自然能量的发电等。其中，使化石燃料燃烧的发电，被指出可能会引起地球的温暖化、化石燃料的枯竭等这种缺点。此外，原子能发电被指出在发电站发生事故的情况下其伤害巨大这种缺点。
与此相对，在利用自然能量的发电中，不具有地球温暖化、化石燃料的枯竭、发生事故时的伤害扩大等缺点，因此推进该利用自然能量的发电***的构建在世界范围中成为紧急事务。在该利用自然能量的发电***中的、利用风使叶片旋转而通过风力发电机进行发电的风力发电中，优选在稳定地供给强风的远海的海洋上设置风力发电机。
作为在海洋上设置风力发电机的方法，主要具有：使支撑构造物从打入海底的基础桩延伸到海平面，在该延伸到海平面的支撑构造物的上方设置风力发电机的方法；以及在浮于海洋上的浮体构造物的上方设置风力发电机的方法。在设置风力发电机的远海，水深较深而导致支撑构造物的长度变长，风力发电机等的设置费用增大，因此难以采用在延伸到海平面的支撑构造物的上方设置风力发电机的方法。因此，作为在海洋上设置风力发电机的方法，优选在浮于海洋上的浮体构造物的上方设置风力发电机的方法。
这样，作为使浮体构造物浮于海洋上并在其上方设置风力发电机的浮体式风力发电设备，例如提出有下述专利文献1所公开那样的浮桥型(pontoon type)的浮体式风力发电设备、或者下述专利文献2～4所公开那样的立柱型(spar type)的浮体式风力发电设备。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－19470号公报
专利文献2：日本特开2010－223113号公报
专利文献3：日本特开2012－25272号公报
专利文献4：日本特开2009－248792号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1的公开技术为，在风力发电机的基端部设置多个主浮力部，并将这些主浮力部通过连结浮力部进行连结。在专利文献1的公开技术中，主浮力部及连结浮力部为，仅它们的下部沉入水中而浮起。此时，连结浮力部将多个主浮力部沿着海平面连结，因此与波浪对置的面积较大。此外，主浮力部及连结浮力部浮于海平面，因此直接承受波浪的能量。因此，专利文献1所公开的浮桥型的浮体构造物存在如下问题：在设置于波浪能量较大的远海的海洋上的情况下，容易受到波浪的影响而构造物整体变得不稳定。
此外，对于专利文献1的公开技术，为了使波浪的影响降低，也可以考虑使主浮力部及连结浮力部90的浮力降低，使主浮力部及连结浮力部90在规定水深的场所整体沉入水中地使其浮起的方法。但是，风力发电机的高度有时从海平面达到大约120m，使主浮力部及连结浮力部90的整体沉入水中地使其浮起的场所的水深，随着该风力发电机的高度变高，在通常情况下为15～20m，在较深时有时还会超过60m。此时，专利文献1的公开技术中，如图20所示那样，连结浮力部90的截面形状成为矩形，因此存在如下问题：在水深较深的场所作用较大的水压的情况下，在连结浮力部90的矩形截面角部及矩形截面各边的中心部容易产生较大的相当应力。
并且，为了确保能够与该水压对抗的构造耐力，也可以考虑使主浮力部及连结浮力部90的壁体变厚的方法、在壁体内侧设置与壁面垂直的加强件92的方法。但是，这些方法存在如下问题：例如在壁体使用钢材的情况下，钢材的使用量增大，从而主浮力部及连结浮力部90的制造成本增大。
此外，为了确保能够与该水压对抗的构造耐力，在主浮力部及连结浮力部90的壁体内侧全部填充混凝土的情况下，存在如下问题：主浮力部及连结浮力部90的重量变大，不能够得到用于在规定水深的场所使其浮起的浮力。
专利文献2的公开技术为立柱型的浮体式风力发电设备，浮体部将混凝土制的预制筒状体在高度方向上堆积多层，将各预制筒状体通过PC钢材紧固连结而实现一体化，并且具有使上端部开口的有底中空部。此时，该浮体部在风力发电运用时具有足够的性能，但在施工时具有课题。
在大气中对预制筒状体进行堆积、通过PC钢材进行紧固连结时，存在沿纵向堆积的情况和横倒排列的情况。在沿纵向堆积的情况下，需要在浮体上进一步建设塔，需要非常高的起重机，因此难以应对风车的大型化。此外，在横倒排列的情况下，起重机的高度的问题消除，但自重变得非常大，立起时会对浮体部作用较大的力矩。与此相对，为了确保足够的强度，而需要大量的PC钢材。
在立起时，在浮体部上由于弯曲耐力不足而产生裂纹等的情况下，之后，在风力发电运用时浮体部存在于水中而承受水压。该水压作为水平方向的预应力作用于浮体部，但在铅垂方向上几乎完全不能够期待其效果。因此，不具有使产生的裂纹关闭的作用，在耐久性等方面存在问题。即，专利文献2的公开技术是在构造的大型化方面存在极限的技术。
专利文献3公开的立柱型的浮体构造物具备：柱状的柱形部，在浮游时周面从吃水线露出；压载部，配置在柱形部的下部；以及凸缘部，配置在柱形部的中间部。如此构成的浮体构造物是以使通过作业船进行的浮体构造物的设置及维护变得容易为目的而开发的，不能够解决与大型化相伴随的耐久性的课题。
专利文献4所公开的立柱型的浮体构造物具备：中空的下部浮体，上下的盖体与在这些盖体之间连续地设置的筒形的预制混凝土块通过PC钢材接合而成；中空的上部浮体，通过PC钢材与该下部浮体接合，由比上述预制混凝土块小径的预制混凝土块和上盖构成；以及压载箱，经由连结钢管与上述下部浮体的下面接合。
如上述那样，在由PC钢材构成浮体构造物的情况下，在混凝土的表面不能够作用拉伸力，因此需要非常大量的PC钢材。特别是，在浮体构造物的施工时，需要在使浮体构造物横倒的状态下，进行浮体构造物的搬运、着水、沉降，因此对较重的PC钢材的构造物作用非常大的弯曲力矩。这样，专利文献4公开的立柱型的浮体构造物，也不能够解决与大型化相伴随的耐久性的课题。
本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供一种浮体构造物，即使在为了使波浪的影响降低而使浮体构造物在规定水深的场所整体沉入水中地使其浮于水中的情况下，能够不使壁体所使用的钢材等的使用量增大地确保能够与水压对抗的构造耐力，并且能够得到用于在规定水深的场所使其浮起的浮力，而且具有较大的弯曲耐力。
用于解决课题的手段
本发明为了解决上述课题而实现所述目的，而采用以下那样的手段。
(1)本发明的一个方式的浮体构造物，为了使支撑对象物以浮于海洋上的状态设置而附随地设置于上述支撑对象物，具备与上述支撑对象物的基端部连接的浮体部，上述浮体部具有钢制的盖体、钢制的外管、以及设置于上述外管的内侧的钢制的内管，上述浮体部在上述内管的外壁面与上述外管的内壁面之间形成的间隙的至少一部分中填充了混凝土或砂浆的状态下通过上述盖体密封。
(2)在上述(1)记载的浮体构造物中也可以为，上述内管具有第一接头部，该第一接头部将多个具有规定长度的内管用钢管沿上述浮体部的长度方向接合，上述外管具有第二接头部，该第二接头部将多个具有规定长度的外管用钢管沿上述长度方向接合，在上述长度方向上，上述第一接头部与上述第二接头部交错地配置。
(3)在上述(2)记载的浮体构造物中也可以为，上述内管用钢管及上述外管用钢管是通过将钢带弯曲为螺旋状而成型为圆筒状来得到的螺旋钢管。
(4)在上述(1)记载的浮体构造物在也可以为，上述内管及上述外管是通过将钢带弯曲为螺旋状而成型为圆筒状来得到的螺旋钢管。
(5)在上述(1)～(4)中任一项记载的浮体构造物中也可以为，上述支撑对象物的上述基端部从上述内管及上述外管的径向外侧朝向上述内管的内侧贯通，在上述基端部贯通的位置，向由上述内管的内壁面形成的中空部填充混凝土或砂浆。
(6)在上述(1)～(5)中任一项记载的浮体构造物中也可以为，上述内管为上述支撑对象物的上述基端部的延长部位。
(7)在上述(1)～(5)中任一项记载的浮体构造物中也可以为，上述支撑对象物的上述基端部***于上述内管的内侧，在上述基端部所***的位置，向由上述内管的内壁面形成的中空部填充混凝土或砂浆。
(8)在上述(1)～(7)中任一项记载的浮体构造物中也可以为，具备多个上述浮体部，多个上述浮体部通过浮体连结部相互连结。
(9)在上述(1)～(8)中任一项记载的浮体构造物中也可以为，上述内管的外壁面与上述外管的内壁面的间隙为600mm以上，上述外管的外径的至少一部分为6500mm以上。
发明效果
根据上述(1)的方式的浮体构造体，即使在为了使波浪的影响降低而使浮体构造物在规定水深的场所整体沉入水中地使其浮于水中的情况下，也能够不使壁体所使用的钢材等的使用量增大地确保能够与水压对抗的构造耐力，并且能够得到用于在规定水深的场所使其浮起的浮力。并且，能够确保足够的弯曲耐力。
特别是，根据上述(2)的方式的浮体构造体，成为如下结构：内管的第一接头部的位置在长度方向的相同位置上为外管的钢板部分，此外，外管的第二接头部的位置在长度方向的相同位置上为内管的钢板部分，内管的第一接头部与外管的第二接头部在长度方向上不存在于同一截面内。因此，能够在同一截面内使强度有可能极限地变低的接头部分分散，能够防止双重管构造的浮体部的折损。
特别是，根据上述(3)的方式的浮体构造体，内管以及外管的长度方向上的焊接被置换为螺旋焊道。螺旋焊道的焊接是工厂中的自动化的焊接，因此能够提供制造成本被抑制的双重管构造的浮体部。并且，螺旋焊道作为错位防止部起作用，因此有助于内部的混凝土与钢管部的合成化，能够得到更高构造耐力。
附图说明
图1是示意地表示设置有本发明的第一实施方式的浮体构造物的浮体式风力发电设备的结构的立体图。
图2是表示本发明的第一实施方式的浮体构造物的侧面图。
图3是表示本发明的第一实施方式的浮体构造物的平面图。
图4A是对于本发明的第一实施方式的浮体构造物，表示上部构造(支撑对象物)安装于浮体部的状态的纵截侧面图(是表示内管与上部构造连续的情况的图)。
图4B是对于本发明的第一实施方式的浮体构造物，表示上部构造(支撑对象物)安装于浮体部的状态的纵截侧面图(是表示上部构造***内管的情况的图)。
图5A是对于本发明的第一实施方式的浮体构造物，表示上部构造安装于浮体部的状态的横截平面图(是表示内管与上部构造连续的情况的图)。
图5B是对于本发明的第一实施方式的浮体构造物，表示上部构造(支撑对象物)安装于浮体部的状态的横截侧面图(是表示上部构造***内管的内侧的情况的图)。
图6是本发明的第一实施方式的浮体构造物的浮体部的纵截面图。
图7是对于本发明的第一实施方式的浮体构造物，表示内管及外管使用了弯曲钢管的方式的局部断裂立体图。
图8是对于本发明的第一实施方式的浮体构造物，表示内管及外管使用了螺旋钢管的方式的局部断裂立体图。
图9是本发明的第一实施方式的浮体构造物的侧面图。
图10A是表示本发明的第一实施方式的浮体构造物沉入水中之前的状态的说明图。
图10B是表示本发明的第一实施方式的浮体构造物沉入水中的状态的说明图。
图11是表示在为了验证本发明的效果的模拟中，假定为支撑对象物的2.5MW级的风力发电设备的示意图。
图12是示意地表示设置有本发明的第二实施方式的浮体构造物的浮体式风力发电设备的结构的立体图。
图13是表示本发明的第二实施方式的浮体构造物的浮体部的纵截侧面图。
图14是示意地表示设置有本发明的第三实施方式的浮体构造物的浮体式风力发电设备的结构的立体图。
图15是对于本发明的第三实施方式的浮体构造物，表示在对上部构造进行支撑的上部构造支撑体安装有浮体部的状态的纵截侧面图。
图16A是对于本发明的第三实施方式的浮体构造物，表示上部构造安装于浮体部的状态的纵截侧面图(是表示内管与上部构造连续的情况的图)。
图16B是对于本发明的第三实施方式的浮体构造物，表示上部构造安装于浮体部的状态的纵截侧面图(是表示上部构造***内管的内侧的情况的图)。
图17是示意地表示设置有本发明的第四实施方式的浮体构造物的浮体式风力发电设备的结构的立体图。
图18是对于本发明的第四实施方式的浮体构造物，表示在上部构造安装有浮体部的状态的纵截侧面图。
图19是表示上部构造的基端部从内管及外管的径向外侧朝向内管的内侧贯通的状态的说明图。
图20是对以往的矩形截面的连结浮力部作用的水压的分布图。
具体实施方式
以下，参照附图对浮体构造物本发明的一个实施方式进行详细说明。
如图1及图2所示那样，为了使风力发电机等支撑对象物(上部构造)4以浮于海洋上的状态进行设置，本发明的第一实施方式的浮体构造物1附随于上部构造4地设置于上部构造4的下方。浮体构造物1在规定水深的场所以整体沉入水中的状态浮于水中，通过浮体构造物1的浮力使上部构造4的至少一部分设置为比海平面靠上方。浮体构造物1通过未图示的绑定索在水中被绑定在规定的场所。
浮体构造物1具备与上部构造4的基端部4a连接的浮体部3。例如，如图1及图3所示那样，在上部构造4为3个的情况下，浮体构造物1具备3个浮体部3。在该情况下，浮体构造物1将用于对3个上部构造4进行支撑的3个浮体部3作为顶点，将对这些浮体部3进行连结的3个浮体连结部23作为3条边，形成为大致三角形的平面形状。
如图6所示那样，浮体部3为大致圆筒状的双重管构造，具有设置于内侧的大致圆筒状的钢制的内管31、以及设置于外侧的大致圆筒状的钢制的外管32。此外，如图4A及4B所示那样，浮体部3具备钢制的盖体39。浮体部3为，在内管31的外壁面与外管32的内壁面之间形成的间隙33的至少一部分填充了混凝土或砂浆34的状态下，通过盖体39密封。即，浮体部3的上端及浮体部3的下端分别被盖体39堵塞。浮体部3通过内管31的内壁面在内部形成中空部35。
此外，也可以是，对间隙33的全部填充混凝土或砂浆34。或者，也可以是，在间隙33的一部分填充混凝土或砂浆34，剩余的空间作为用于填充压载物的空间使用。此外，也可以是，在内管31的外壁面与外管32的内壁面之间的间隙33中，设置有用于对内管31进行支撑的支撑部件。并且，内管31及外管32分别不限定于圆筒状的管，例如也可以是椭圆状的管或者多边形状的管。
如图4A及图5A所示那样，浮体部3也可以通过内管31被延长的形式与上部构造4连续。换言之，内管31也可以是上部构造4的基端部4a的延长部位。
此外，如图4B及图5B所示那样，也可以是，上部构造4的基端部4a***内管31的内侧(中空部35)。在该情况下，如图4B所示那样，在内管31与基端部4a之间的空间中填充混凝土或砂浆34来进行固结，但也可以使用螺栓或焊接将内管31和基端部4a接合。在填充混凝土或砂浆34来进行固结的情况下，通过在钢材的与混凝土或砂浆34接触的接触面上作为错位防止部而配置双头螺栓、焊接焊道等，能够缩短接合部的长度。
浮体部3相互通过浮体连结部23而连结，而该浮体连结部23也可以通过焊接、螺栓与浮体部3的外管32接合。此外，如图4A、图4B及图5A、图5B所示那样，还能够使浮体连结部23从浮体部3的侧面穿入而接合。此外，浮体连结部23可以与浮体部3同样为由内管和外管构成的双重管构造，或者也可以为一般的单管构造。作为浮体连结部23的构造，在采用双重管构造的情况下，也可以与浮体部3同样，在内管与外管之间的间隙的至少一部分填充混凝土或砂浆。
如图7、图8所示那样，内管31具有第一接头部31b，该第一接头部31b将多个具有规定长度且较短的内管用钢管31a沿浮体部3的长度方向Z接合。如图7、图8所示那样，外管32具有第二接头部32b，该第二接头部32b将多个具有规定长度且较短的外管用钢管32a沿长度方向Z接合。如图9所示那样，在长度方向Z上，第一接头部31b与第二接头部32b交错地配置。
如图7所示那样，内管用钢管31a及外管用钢管32a可以是将钢板弯曲成型为圆筒状而得到的弯曲钢管。或者，如图8所示那样，内管用钢管31a及外管用钢管32a可以是将钢带弯曲为螺旋状并成型为圆筒状而得到的螺旋钢管。
此外，内管31不需要由多个内管用钢管31a构成，也可以由将1张钢板成型为圆筒状而得到的1根弯曲钢管、或者将钢带弯曲为螺旋状并成型为圆筒状而得到的1根螺旋钢管构成。同样，外管32也不需要由多个外管用钢管32a构成，也可以由将1张钢板成型为圆筒状而得到的1根弯曲钢管、或者将钢带弯曲为螺旋状并成型为圆筒状而得到的1根螺旋钢管构成。
在本实施方式的浮体构造物1中，内管31的第一接头部31b的位置在长度方向Z的相同位置上为外管32的钢板部分，此外，外管32的第二接头部32b的位置在长度方向Z的相同位置上为内管31的钢板部分。这样，在长度方向Z上，内管31的第一接头部31b与外管32的第二接头部32b交错地配置，因此内管31的第一接头部31b和外管32的第二接头部32b不存在于长度方向Z上的同一截面内。若成为具有这种构造的浮体部3，则在长度方向Z上的同一截面内，能够使强度有可能极限地降低的接头部分的应力集中分散，作为其结果，能够防止浮体部3的折损。此外，即使在内管31和外管32的一方损伤的情况下，通过未损伤的另一方，也能够确保所需要的浮体部3的构造耐力。这样，浮体部3具有对整体折损的安全自保(fail-safe)构造。
在本实施方式的浮体构造物1中，浮体部3具有双重管构造，由此能够使作为内管用钢管31a及外管用钢管32a使用的各个钢管的板厚变薄，作为其结果，能够使第一接头部31b及第二接头部32b的焊接的难易度降低。因此，根据本实施方式的浮体构造物1，作为内管用钢管31a及外管用钢管32a能够使用高强度钢。
在通过钢构造来形成沉于水中的构造体的情况下，钢构造本来就是由比较薄的板构成的。因此，在钢构造为矩形构造的情况下，若从该矩形构造的侧面作用水压，则在钢板上产生的弯曲力矩显著变大。即使在钢构造具有圆形的截面形状的情况下，由于对钢板作用较大的轴向力，因此为了确保对于屈曲的构造耐力，而板厚变得非常大。
然而，作为浮体部3的构造，在采用在内管31与外管32的间隙33中填充混凝土或砂浆34等的双重管构造的情况下，水压对混凝土或砂浆34产生压缩力，但该压缩力作为预应力进行作用，因此使作为构造体起作用的混凝土或砂浆34的强度显著提高。
并且，所填充的混凝土或砂浆34从侧面支撑内管31及外管32的钢材，因此不仅几乎不产生弯曲应力，而且还具有通过拘束来抑制产生屈曲的效果，在构造上极其合理。
本实施方式的浮体构造物1中，填充于间隙33的混凝土或砂浆34与对浮体部3沿压缩方向作用的应力相对抗，因此能够使对内管用钢管31a及外管用钢管32a要求的压缩方向的构造耐力降低。因此，本实施方式的浮体构造物1中，对于内管31及外管32，只要设计成确保拉伸方向的构造耐力即可，能够减少内管用钢管31a及外管用钢管32a使用的钢材的使用量。此外，本实施方式的浮体构造物1由于对内管用钢管31a及外管用钢管32a要求的压缩方向的构造耐力降低，因此即使在作为内管用钢管31a及外管用钢管32a而使用高强度钢的情况下，也能够抑制由于使用高强度钢而导致的屈曲应力的降低。
若将本实施方式的浮体构造物1与图20所示的以往的矩形截面的连结浮力部90进行比较，在以往的连结浮力部90中，为了确保规定的构造耐力，需要在壁体内侧设置与壁面垂直的加强件92。因此，例如需要22ton/m的钢材的重量。与此相对，在本实施方式的浮体构造物1中，通过1.2ton/m的钢材的重量，就能够确保与以往的连结浮力部90同等的构造耐力。因此，根据本实施方式的浮体构造物1，与以往的矩形截面的连结浮力部90相比较，能够通过大约5％的钢材的使用量来制造，能够显著地抑制制造成本来提供浮体式风力发电设备。
根据本实施方式的浮体构造物1，在作为内管用钢管31a及外管用钢管32a而使用了螺旋钢管的情况下，能够在钢管的制造中使用热轧钢卷。作为其结果，与使用厚板钢板的情况相比较，能够使钢管的制造成本降低。此外，能够使内管用钢管31a及外管用钢管32a的长度变长，并能够使第一接头部31b及第二接头部32b显著减少、或者都没有。因此，根据本实施方式的浮体构造物1，能够使焊接所需要的成本显著降低。并且，根据本实施方式的浮体构造物1，内管31及外管32的长度方向Z上的焊接被置换为螺旋焊道。螺旋焊道遍及钢管的全长而均匀地配置，因此作为所填充的混凝土或砂浆34的错位防止部能够非常有效地起作用。因此，根据本实施方式的浮体构造物1，能够提供浮体部3的构造耐力提高并且制造成本被抑制的浮体部3。
本实施方式的浮体构造物1如图10A所示那样，通过使中空部35成为中空状态而使浮体构造物1的浮力变大，由此能够将浮体构造物1在浮于海平面上的状态下从沿岸拖到远海。
此外，本实施方式的浮体构造物1如图10B所示那样，通过在设置上部构造4的远海，使用未图示的注入机构将海水5等向中空部35注入，由此能够使浮体构造物1的浮力降低，在规定水深的场所使浮体构造物1的整体沉入水中地使其浮于水中。
并且，在本实施方式的浮体构造物1中，由于形成有中空部35、并在浮体部3的内部全部填充有混凝土等，因此能够在规定水深的场所得到用于使其浮起的浮力。此外，根据本实施方式的浮体构造物1，为了防止由向中空部35注入的海水5等引起的腐蚀，也可以对内管31的内壁面实施未图示的防腐蚀机构。
此外，代替海水而将矿渣(slag)等粉体或者流动体、砂浆或者混凝土等流动固化体向内管31的中空部35注入也是有效的。
在浮体部3中，内管31的外壁面与外管32的内壁面之间的间隙33(混凝土或砂浆34的厚度)优选为600mm以上，优选外管32的外径的至少一部分为6500mm以上。其原因为，作为浮体部3的构造而采用双重管构造的情况下，在浮体部3的制作过程中，在现实中需要作业员进入内管31与外管32之间来进行作业。
具体地说，浮体部3例如通过以下那样的工序来制作。
首先，在为了进行浮体部3的制作作业而使用的水平面(以下称为作业面)上，将多个内管用钢管31a沿铅垂方向串联地接合，由此制作相对于作业面直立的内管31。接着，将多个外管用钢管32a沿铅垂方向串联地接合，由此制作相对于作业面直立且将内管31收纳于内侧的外管32。
接着，在内管31与外管32之间填充混凝土或砂浆34。此时，需要作业员进入内管31与外管32之间进行填充作业。接着，对于最初制作出的内管31，将多个内管用钢管31a沿铅垂方向串联地接合，由此制作更长的内管31。此时，需要作业员进入内管31与外管32之间进行接合作业。
接着，对于最初制作出的外管32，将多个外管用钢管32a沿铅垂方向串联地接合，由此制作更长的外管32。此时，也需要作业员进入内管31与外管32之间进行接合作业。然后，在变得更长的内管31与外管32之间填充混凝土或砂浆34。如以上那样，反复进行使内管31及外管32的长度逐渐延伸并在内管31与外管32之间依次填充混凝土或砂浆34这种工序，由此制作具有规定长度的浮体部3。
这样，在浮体部3的制作过程中，需要作业员进入内管31与外管32之间而进行作业，因此浮体部3的间隙33优选为600mm以上，优选外管32的外径的至少一部分为6500mm以上。另一方面，在使用小于上述尺寸的尺寸的情况下，内管31及外管32各自的接合部的强度降低，因此需要在内管31的内侧和外管32的外侧追加加强部件。然而，在外管32的外侧设置加强部件时，从外观上及防腐蚀上的观点来看是不优选的。
发明人通过模拟而计算出了使用具有双重管构造的浮体部3来支撑风力发电设备的情况以及使用以往的一般的具有单管构造的浮体部来支撑相同的风力发电设备的情况下的板厚、产生应力、压载量及钢重。其计算结果在表1中表示。
此外，在上述模拟中，作为支撑对象物，假设了图11所示那样的2.5MW级的风力发电设备。此外，在上述模拟中，将水上部的重量设定为550ton，将浮体部直径设定为9m，将浮体部长度设定为90m，以使得包括风力发电设备和浮体部在内的整体构造的水中部(包括压载物)的重量成为水上部的重量的10倍以上，并且使得整体构造的浮力与全部重量相互平衡。此外，使水中部的重量成为水上部的10倍以上是因为，这是能够取得作为浮体的稳定的重量比的基准。在此，所谓上述压载物是指，以水中部的重量成为水上部的重量的10倍以上的方式对整体构造的重量平衡进行调整，并且为了使整体构造的浮力与全部重量平衡而填充在浮体部的内部空间的重量物。
此外，在上述模拟中，浮体部的上端部的设计耐力设计为比由于从钢管传递来的力矩而产生的负荷大，并设计为浮体部的下端部能够承受水压。允许应力设定为将屈服强度除以安全系数1.5而得到的值。作为钢材，假定了使用SM490的情况。将混凝土和钢的杨氏模量比设定为7。
【表1】
如表1所示那样，可知，在使用以往的一般的具有单管构造的浮体部来支撑2.5MW级的风力发电设备的情况下，压载物量非常多，重量不足。此外，可知，在浮体部径为9m的情况下，板厚成为25mm，因此为了得到需要的构造耐力，需要在单管内非常密集地设置加强件。
另一方面，可知，在使用具有双重管构造的浮体部3来支撑2.5MW级的风力发电设备的情况下，产生应力非常小，因此即使进一步大型化，也几乎不需要板厚的增加，也能够得到需要的构造耐力。
如以上那样，根据本实施方式的浮体构造物1，能够提供一种浮体部3，即使在为了降低波浪的影响而在规定水深的场所使其整体沉于水中地浮于水中的情况下，也能够不使钢材等的使用量增大地确保能够与水压对抗的构造耐力。
接下来，参照附图对本发明的第二实施方式的浮体构造物1A进行详细说明。此外，在以下的第二实施方式中，对于与上述第一实施方式的结构要素相同的结构要素，赋予相同的符号而在以下省略说明。
第二实施方式的浮体构造物1A如图12所示那样，例如具备：1个上部构造支撑体2，用于支撑1个上部构造4；3个浮体部3，设置于上部构造支撑体2的侧方；浮体连结部23，将3个浮体部3相互连结；以及支撑体连接部24，将上部构造支撑体2和浮体部3连接。浮体构造物1A通过未图示的绑定索在水中绑定于规定的场所。
上部构造支撑体2也与浮体部3同样具有双重管构造。即，上部构造支撑体2具有内管31与上部构造4连续的构造(内管31为上部构造4的基端部4a的延长部位的构造)、或者在内管31的内侧(中空部35)***有上部构造4的基端部4a的构造。
如图13所示那样，浮体部3为大致圆筒状的双重管构造，具有设置于内侧的大致圆筒状的钢制的内管31、以及设置于外侧的大致圆筒状的钢制的外管32。该浮体部3的上下方向为长度方向Z。浮体部3在内管31的外壁面与外管32的内壁面之间形成的间隙33的至少一部分(在图13中作为一个例子为全部)中填充了混凝土或砂浆34的状态下被密封。浮体部3通过内管31的内壁面在内部形成中空部35。浮体部3的上端及浮体部3的下端分别被盖体39堵塞。
如图13所示那样，第二实施方式的浮体构造物1A通过在设置上部构造4的远海，使用未图示的注入机构将海水5等注入到浮体部3的中空部35，由此能够使浮体构造物1A的浮力降低而沉入水中。
根据以上那样的第二实施方式的浮体构造物1A，即使在为了使波浪的影响降低而在规定水深的场所使整体沉入而浮于水中的情况下，也能够不使钢材等的使用量增大地确保能够与水压对抗的构造耐力，并且能够得到用于在规定水深的场所使其浮起的浮力。
接下来，参照附图对本发明的第三实施方式的浮体构造物1B进行详细说明。此外，在以下的第三实施方式中，对于与上述第一及第二实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的符号，而在以下省略说明。
如图14所示那样，浮体构造物1B例如具备：1个上部构造支撑体2，用于对1个上部构造4进行支撑；浮体部3，设置于上部构造支撑体2下方；以及多个翅片38，设置于浮体部3下方，用于取得上部构造4及浮体构造物1B在海洋上的平衡。浮体构造物1B通过未图示的绑定索在水中绑定在规定的场所。
如图15所示那样，上部构造支撑体2具有大致圆柱状的混凝土制的块体21。在上部构造支撑体2中，在具有大致圆形的平面形状的上端部2a安装有上部构造4的基端部4a。通过这种构造，上部构造支撑体2对上部构造4进行支撑。
如图15所示那样，浮体部3为大致圆筒状的双重管构造，具有设置于内侧的大致圆筒状的钢制的内管31及设置于外侧的大致圆筒状的钢制的外管32。该浮体部3的上下方向为长度方向Z。浮体部3在内管31的外壁面与外管32的内壁面之间形成的间隙33的至少一部分(在图15中作为一个例子为全部)中填充了混凝土或砂浆34的状态下被密封。浮体部3通过内管31的内壁面在内部形成中空部35。
如图15所示那样，第三实施方式的浮体构造物1B通过在设置上部构造4的远海，使用未图示的注入机构将海水5等注入浮体部3的中空部35，由此能够使浮体构造物1B的浮力降低而沉入水中。
根据以上那样的第三实施方式的浮体构造物1B，即使为了使波浪的影响降低而在规定水深的场所使整体沉入水中地浮于水中的情况下，也能够不使钢材等的使用量增大地确保能够与水压对抗的构造耐力，并且能够得到用于在规定水深的场所使其浮起的浮力。
此外，第三实施方式的上部构造4也可以如图16A所示那样，具有与双重管构造的浮体部3的内管31连续的构造(内管31为上部构造4的基端部4a的延长部位的构造)。此外，也可以如图16B所示那样，第三实施方式的上部构造4具有基端部4a***于双重管构造的浮体部3的内管31的内侧(中空部35)的构造。在图16B所示的构造的情况下，也可以通过在上部构造4与内管31之间填充砂浆或者混凝土，由此将上部构造4与内管31接合。或者，在图16B所示的构造的情况下，也可以使用螺栓或焊接将上部构造4和内管31接合。
接下来，参照附图对本发明的第四实施方式的浮体构造物1C进行详细说明。此外，在以下的第四实施方式中，对于与上述第一～第三实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的符号，由此在以下省略说明。
如图17所示那样，第四实施方式的浮体构造物1C例如具备用于对1个上部构造4进行支撑的1个浮体部3。浮体构造物1C通过未图示的绑定索而在水中绑定于规定的场所。
如图18所示那样，浮体部3为大致圆筒状的双重管构造，具有设置于内侧的大致圆筒状的钢制的内管31及设置于外侧的大致圆筒状的钢制的外管32。该浮体部3的上下方向为长度方向Z。浮体部3在内管31的外壁面与外管32的内壁面之间形成的间隙33的至少一部分(在图18中作为一个例子为全部)中填充了混凝土或砂浆34的状态下被密封。浮体部3通过内管31的内壁面在内部形成中空部35。
如图18所示那样，第四实施方式的浮体构造物1C通过在设置上部构造4的远海，使用未图示的注入机构将海水5等注入浮体部3的中空部35，由此能够使浮体构造物1C的浮力降低而沉入水中。
根据以上那样的第四实施方式的浮体构造物1C，即使在为了使波浪的影响降低而在规定水深的场所使整体沉入水中地浮于水中的情况下，也能够不使钢材等的使用量增大地确保能够与水压对抗的构造耐力，并且能够得到用于在规定水深的场所使其浮起的浮力。
此外，第四实施方式的浮体构造物1C能够通过起重机或者通过向中空部35进行注入而从横倒的状态立起。浮体部3为填充了混凝土或砂浆34的双重管构造，因此具有非常大的弯曲耐力。此外，即使在使浮体构造部1C立起的过程中在填充于浮体部3的混凝土或砂浆34产生了裂纹的情况下，由于混凝土或砂浆34完全被钢材覆盖而不与水直接接触，因此不会产生耐久性方面的问题。
此外，第四实施方式的上部构造4也可以与第三实施方式同样，具有与双重管构造的浮体部3的内管31连续的构造(内管31为上部构造4的基端部4a的延长部位的构造)(参照图16A)。此外，第四实施方式的上部构造4也可以与第三实施方式同样，具有基端部4a***于双重管构造的浮体部3的内管31的内侧(中空部35)的构造(参照图16B)。
以上，对本发明的第一～第四实施方式进行了说明，但也不必须如在上述各实施方式中说明的那样以上部构造4的中心轴线与浮体部3的中心轴线(即，内管31及外管32的中心轴线)一致的方式对上部构造4和浮体部3进行连接。
例如，也可以是，如图19所示那样，上部构造4的基端部4a从内管31及外管32的径向的外侧朝向内管31的内侧贯通。换言之，也可以是，以上部构造4的中心轴线与浮体部3的中心轴线正交的方式将上部构造4和浮体部3连接。也可以是，如该图19所示那样，在基端部4a所贯通的位置，在由内管31的内壁面形成的中空部35中填充混凝土或砂浆34’，由此将上部构造4固定于浮体部3。
以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但上述实施方式均仅示出了为了实施本发明而具体化的例子，不能够根据这些实施方式来限定地解释本发明的技术范围。
符号的说明
1、1A、1B、1C 浮体构造物
2 上部构造支撑体
2a 上部构造支撑体的上端部
21 块体
23 浮体连结部
24 支撑体连接部
3 浮体部
31 内管
31a 内管用钢管
31b 第一接头部
32 外管
32a 外管用钢管
32b 第二接头部
33 间隙
34 混凝土或砂浆
35 中空部
38 翅片
39 盖体
4 上部构造
4a 上部构造的基端部
5 海水
90 连结浮力部
Z 长度方向

Claims (11)

1.一种浮体构造物，为了使支撑对象物以浮于海洋上的状态设置而附随地设置于上述支撑对象物，其特征在于，
具备与上述支撑对象物的基端部连接的浮体部，
上述浮体部具有钢制的盖体、钢制的外管、以及设置于上述外管的内侧的钢制的内管，
上述浮体部在上述内管的外壁面与上述外管的内壁面之间形成的间隙的至少一部分中填充了混凝土或砂浆的状态下通过上述盖体密封，
上述浮体部的长度方向为上述外管和上述内管的轴向，
上述内管具有第一接头部，该第一接头部将多个具有规定长度的内管用钢管沿上述浮体部的上述长度方向接合，
上述外管具有第二接头部，该第二接头部将多个具有规定长度的外管用钢管沿上述长度方向接合，
在上述长度方向上，上述第一接头部与上述第二接头部交错地配置。
2.如权利要求1记载的浮体构造物，其特征在于，
上述内管用钢管及上述外管用钢管是通过将钢带弯曲为螺旋状而成型为圆筒状来得到的螺旋钢管。
3.一种浮体构造物，为了使支撑对象物以浮于海洋上的状态设置而附随地设置于上述支撑对象物，其特征在于，
具备与上述支撑对象物的基端部连接的浮体部，
上述浮体部具有钢制的盖体、钢制的外管、以及设置于上述外管的内侧的钢制的内管，
上述浮体部在上述内管的外壁面与上述外管的内壁面之间形成的间隙的至少一部分中填充了混凝土或砂浆的状态下通过上述盖体密封，
上述内管及上述外管是通过将钢带弯曲为螺旋状而成型为圆筒状来得到的螺旋钢管。
4.一种浮体构造物，为了使支撑对象物以浮于海洋上的状态设置而附随地设置于上述支撑对象物，其特征在于，
具备与上述支撑对象物的基端部连接的浮体部，
上述浮体部具有钢制的盖体、钢制的外管、以及设置于上述外管的内侧的钢制的内管，
上述浮体部在上述内管的外壁面与上述外管的内壁面之间形成的间隙的至少一部分中填充了混凝土或砂浆的状态下通过上述盖体密封，
上述支撑对象物的上述基端部从上述内管及上述外管的径向外侧朝向上述内管的内侧贯通，
在上述基端部贯通的位置，向由上述内管的内壁面形成的中空部填充混凝土或砂浆。
5.如权利要求4记载的浮体构造物，其特征在于，
上述浮体部的长度方向为上述外管和上述内管的轴向，
上述内管具有第一接头部，该第一接头部将多个具有规定长度的内管用钢管沿上述浮体部的上述长度方向接合，
上述外管具有第二接头部，该第二接头部将多个具有规定长度的外管用钢管沿上述长度方向接合，
在上述长度方向上，上述第一接头部与上述第二接头部交错地配置。
6.如权利要求5记载的浮体构造物，其特征在于，
上述内管用钢管及上述外管用钢管是通过将钢带弯曲为螺旋状而成型为圆筒状来得到的螺旋钢管。
7.如权利要求4记载的浮体构造物，其特征在于，
上述内管及上述外管是通过将钢带弯曲为螺旋状而成型为圆筒状来得到的螺旋钢管。
8.如权利要求1～7中任一项记载的浮体构造物，其特征在于，
上述内管为上述支撑对象物的上述基端部的延长部位。
9.如权利要求1～7中任一项记载的浮体构造物，其特征在于，
上述支撑对象物的上述基端部***于上述内管的内侧，
在上述基端部所***的位置，向由上述内管的内壁面形成的中空部填充混凝土或砂浆。
10.如权利要求1～7中任一项记载的浮体构造物，其特征在于，
具备多个上述浮体部，
多个上述浮体部通过浮体连结部相互连结。
11.如权利要求1～7中任一项记载的浮体构造物，其特征在于，
上述内管的外壁面与上述外管的内壁面的间隙为600mm以上，
上述外管的外径的至少一部分为6500mm以上。
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