FI69171C - Vaeggkonstruktion av staolbetong foer anvaendning speciellt i ff-shore-konstruktioner i arktiska foerhaollanden - Google Patents

Description

691 71

Teräsbetoninen seinämärakenne, etenkin arktisissa olosuhteissa käytettäviin off-shore-rakennelmiin

Vaggkonstruktion av stalbetong för användning speciellt i off-shore-konstruktioner i arktiska förhällanden

Keksinnön kohteena on teräsbetoninen seinämärakenne, etenkin off-shore-rakenteisiin tai vastaaviin, joissa rakenteen ulkopinta joutuu jään, veden ja/tai maan kulutuksen ja/tai paineen vaikutuksen alaiseksi, ja joka seinämärakenne on tehty valukomponentista, kuten betonista tai 5 vastaavasta ja raudoituskomponentista, joka pääasiallisesti muodostuu terästä tai vastaavaa olevien profiilien sarjasta.

Off-shore-rakenteelta ja vastaavilta vaaditaan keveyttä ja suurta lujuutta jään paineita ja lisäksi kestävyyttä jäiden tai veden mekaa-10 nista kulutusta vastaan, mikä kohdistuu rakenteen ulkopintaan. Mainittuja rakenteita ja vastaavia, kuten majakoita, aallonmurtajia, jää- ja maasaaria, satamalaitureita ja patorakenteita on ennestään tunnetusti tehty teräsbetoniselnämäisinä. Betoniseinämien ulkopinta ei kuitenkaan aina ole riittävän kestävä esim. jäiden mekaanista kulutusta vastaan.

15 Kun teräsbetoniseinämlä tehdään edellä mainittuihin käyttökohteisiin ennestään tunnettua tekniikkaa käyttäen, ilmenee hankaluuksia raudoituksen teossa ja rakenteiden korjattavuudessa. Lisäksi seinämärakenteista tulee ennestään tunnettuja raudoituksia käytettäessä verraten painavia.

20 Ennestään tunnetuissa kyseisissä seinämärakenteissa seinämärakenteissa on ollut epäkohtana myös se, että ne eivät ole olleet riittävän kestäviä sellaisia kuormituksia vastaan, joissa kuormitus kohdistuu suppealle alueelle. Kyseiset kuormitukset ovatkin aiheuttaneet ns. läpileikkautu-misen (punch-shear’n). Esimerkiksi arktisissa off-shore-rakenteissa 25 saattaa jäänpaine paikallisesti olla jopa suuruusluokkaa 10 MPa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edellä ilmenneiden epäkohtien välttäminen ja sellaisen liittorakenteisen teräsbetoniseinämärakenteen aikaansaaminen, joka on edullinen valmistettavuudeltaan ja jolla aikaan- ? 69171 saadaan keveitä, mutta riittävän lujia seinämärakenteita, joiden ulkopinta on myös mekaanisesti luja esim. jäiden mekaanista kulutusta vastaan.

5 Keksinnön lisätarkoituksena on myös aikaansaada sellainen seinämärakenne, jolla voidaan aikaansaada tarkoituksenmukaisia esim. sylinterlmäi-siä, kartiomaisia, kaarevia - myös vaihtelevasti ja monimutkaisesti kaarevia - seinämärakenteita.

1 g Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että raudoituskomponentti muodostuu olennaisesti yhtenäisestä levyrakenteesta, johon on kiinnitetty profiilien sarja, 15 että mainittu profiilien sarja muodostuu poikkileikkaukseltaan olennaisesti U-muotoisista profiileista ja tasomaisista listaprofiileista niin, että mainittujen U-muotoisten profiilien keskilaippa ja mainitut lista-profiilit, jotka tulevat mainittujen keskilaippojen väliin, muodostavat 20 seinämärakenteen teräksisen vaipan, ja että mainittujen U-profiilien sisälaipat muodostavat seinämärakenteen olennaisesti paksuussuuntaisen raudoituskomponentin niin, että muodostuu kotelomainen kuorirakenne, joka toimii seinämärakenteen sekä raudoitus-25 komponenttina että valukomponentin valuvaiheen muottina.

Keksinnön tarjoamista eduista on korostettava valmistustekniikan merkitystä; automaattikoneilla voidaan hitsata kaksikerroksinen teräskuori, minkä tekeminen ei ennestään tunnetuissa ratkaisuissa ole onnistunut, 30 jos kuoripaksuus on niin pieni, ettei hitsaaja mahdu kuorirakenteen seinämien väliin. Samalla kaksoiskuori toimii sekä betonoinnin raudoituksena että valumuottina. Erona ennestään tunnettuihin liitosrakentei-siin nähden on sekin, että nyt kyseinen kuori voi vastaanottaa kuormia eri suunnista (so. positiivisia ja negatiivisia taivutusmomentteja), 35 mikä on oleellinen kuormitustilanne esim. arktisissa off-shore rakenteissa.

tt 3 69171

Keksinnön mukainen seinämärakenne on valmistettavuudeltaan myös sikälikin edullinen, koska sen raudoituskomponentti muodostuu standardiprofii-leista, jotka on helposti valmistettavissa, kuljetettavissa ja asennettavissa paikoilleen. Tärkeä etu keksinnön mukaisessa seinämärakenteessa 5 on sen helpompi korjattavuus verrattuna ennestään tunnettuihin teräsbetonirakenteisiin, mikä aikaansaadaan keksinnön mukaisen liittorakenteen ja sen erityisen raudoituskomponentin avulla.

Tärkeä etu keksinnössä on se, että sen mukaisella seinämärakenteella on 10 ratkaisevasti entistä parempi kestävyys betonin läpileikkautumisen (punch-shear) suhteen suuren kuorman, esim. jääpaineen vaikuttaessa suppealla alueella. Suuruusluokaltaan 8 MPa nouseva jäänpaine välittyy ulkokuoresta pääasiassa puristusjännityksinä betoniin ja sieltä puristuksena ja kitkavoimina rakenteen raudoituskomponentin vinodiagonaa-15 leihin (kuviossa 2 viitenumerolla A3 esitetyt osat). Näin tullaan toimeen entistä huomattavasti ohuemmalla betonipaksuudella ja vähemmillä betonitartunnoilla. Teräs-betoni liittorakenteet eivät kestä suuria paikallisia paineita.

20 Keksinnön mukaisesti saadaan aikaan seinämärakenne, jossa on yhtenäiset teräksiset vaippapinnat, joista ainakin toinen on kulutusta kestävä ulkopinta. Lisäksi teräsproftileistä ja vaippalevystä muodostuu sellainen kuorirakenne, joka toimii myös valumuottina, siten ettei muuta muottia tai raudoitusta tarvita, vaan teräskomponentti muodostaa sekä 25 muotin että raudoituksen.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellutusesi-merkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintö ei mitenkään ahtaasti ole 30 rajoitettu.

Kuvio 1 esittää erästä esimerkkiä keksinnön mukaisen seinämärakenteen käyttökohteesta, nimittäin arktisissa olosuhteissa käytettävää siirrettävää tuotanto- tai poraustasannetta.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen seinämärakenteen poikkileikkaus.

35 69171

Kuvio 1 esittää erästä esimerkkiä keksinnön mukaisen seinämärakenteen käyttökohteesta, nimittäin arktisissa olosuhteissa käytettäväksi tarkoitettua siirrettävää tuotanto- tai porausalustaa (AMDS = Arctic Mobile Drilling Structure). Kuviossa 1 esitetty poraus- tai tuotantotasanne 5 on pohjassa seisova jalustansa varassa. Kuvion 1 mukaisesti mainittu jalusta on tehty keksinnön mukaisesta teräsbetonisesta seinämärakenteesta, jonka useita toteutusesimerkkejä myöhemmin tarkemmin selostetaan. Mainittu jalusta käsittää ensimmäisen kartiomaisen osan 10, joka lepää merenpohjassa rungon varassa. Vesisyvyys on yleensä noin 15-30 m.

10 Ensimmäiseen kartiomaiseen osaan 10 liittyy toinen jyrkempi kartiomainen osa 11, joka sijaitsee jään tason T kohdalla. Kartiomaisen osan 11 tarkoituksena on ottaa vastaan jään 11 aiheuttama paine ja murtaa jäätä. Murrettuun jäähän viittaa Ig. Muuten poraus- tai tuotantotasanne on sinänsä tunnettu käsittäen kannen 13, jossa on majoitustilat ja muut 15 sinänsä tunnetut järjestelyt, kuten torni 14, helikopterikenttä 15, nostureita ja eräitä muita laitteita, joita ei ole esitetty.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen seinämärakenteen poikkileikkausta. Seinämärakenteessa on käytetty kahta erilaista profiilia, nimittäin poik-20 kileikkaukseltaan U-muotoisia profiileja 40 ja tasomaisia profiililis-toja 41. U-muotoiseen profiiliin 40 kuuluvat ulkolaippa 42 ja sisälaipat 43 (vinodiagonaalit), jotka viimemainitut ulottuvat viistosti sen pak-suussuuntaan H nähden seinämärakenteen läpi. Seinämärakenteen vaippapinta 24 on teräspinta ja se muodostuu U-muotoisten profiilien 40 mainituista 25 ulkolaipoista 42 ja profiililistoista 41, jotka on sijoitettu peräkkäisten profiilien 40 välille niin, että muodostuu täysin yhtenäinen teräksinen seinämärakenteen vaippapinta 24. Profiilit 40 on hitsattu kiinni vaippalevyyn 50, josta muodostuu rakenteen toinen vaippapinta 25, joka on yleisesti rakenteen kulutusta kestävä ulkopinta, mutta jota voidaan 30 käyttää myös sisäpintana toisiinsa kiinni hitsattujen osien 41 ja 42 muodostaessa tällöin rakenteen kulutusta kestävän ulkopinnan 24. Kuvion 7 mukaisesti profiilit 40 ja 41 eivät ole esitetty varustetuksi tartunta-ulokkeistolla, mutta tarvittaessa sellaiset voidaan niihin järjestää, jos käyttökohde sitä vaatii. Mainitulla tartuntaulokkeistoistolla aikaan-35 saadaan liittorakenteisen seinämän raudoituskomponentin, siis profiilien 40 ja 41 sarjojen ja valukomponentin, siis betonin 30 tai vastaavan välinen käyttökohteen ja rakenteen lujuuden edellyttämä kytkentä.

Il 5 691 71

Profiileissa AO ja AI voi olla sarja perforointeja ja/tai ulokkeita, jotka ovat valukomponentin ja raudoituskomponentin keskeisen tartunnan parantamista varten.

5 Keksinnössä yhtenäinen vaippalevy 50 ja sen toiseen pintaan hitsattujen profiilien AO sarjasta yhdessä listojen AI kanssa muodostaa kotelomaisen kuorirakenteen, joka toimii sekä seinämärakenteen raudoituksena että valu-muottina. Betonikomponentin tai vastaavan valukomponentin valu tapahtuu sen jälkeen kun teräskomponentti (kuorirakenne) on olennaisesti kokonaan 10 valmis. Betonivalu voidaan tehdä samalla rakennuspaikalla kuin teräsosien teko. Toinen mahdollisuus on kuljettaa teräskomponentin osat betoniase-malle valuvaihetta varten esim. uittokuljetuksena. Betonivalu tapahtuu vaippalevyn 50 ja profiilisarjän 20 muodostamiin suljettuihin koteloti-loihin esim. normaalia letkutäyttömenetelmää hyväksikäyttäen ilman, että 15 tarvitaan erillistä muottia tai raudoitusta. Varsinaiset lopulliset rakenteet voidaan koota rakennuspaikalla keksinnön mukaisesti valmistetuista valmiiksi valetuista teräsbetonielementeistä hitsausliitoksia käyttäen.

Edellä selostettua liittorakenteista teräsbetonista seinämärakennetta 20 voidaan käyttää useissa eri käyttökohteissa, joissa vaaditaan lujaa ja kevyttä rakennetta ja lisäksi kestävyyttä seinämärakenteen ulkopintaan tai molempiin pintoihin kohdistuvia mekaanisia rasituksia, kuten veden tai jään kulutusta vastaan. Keksintöä voidaan soveltaa esim. kuviossa 1 esitetyissä arktisiin olosuhteisiin tarkoitetuissa poraus- ja tuotanto-25 tasanteissa. Mainituissa tasanteissa voi kuviossa 1 poiketen olla myös yksi tai useampia sylinterin muotoisia pilarimaisia jalkoja, joiden varassa poraus- tai tuotantotasanne seisoo. Tällaiset sylinterimäiset jalat on yleensä varustettava kartionmuotoisella jäänmurto-osalla, joka voidaan tehdä keksinnön mukaisesta seinämärakenteesta, samoin kuin 30 edellä mainitut sylinterimäiset jalatkin.

Keksintöä voidaan soveltaa myös keinosaarissa ja uivissa poraus- ja tuotantotasanteissa.

35 Eräs keksinnön sovellutuskohde on erilaiset laiturirakenteet, kuten satamalaiturit, uivat laiturit ja kiinteät laiturit. Keksinnön mahdollisia sovellutuskohteita ovat myös majakat, aaltovoimalat tai muut vastaavat.

69171

Keksintöä voidaan soveltaa myös erilaisissa patorakenteissa, kuten vesi-ja maapadoissa. Myös muut edellä mainitsemattomat sovellutuskohteet voivat tulla kysymykseen. Yleisesti voidaan todeta keksinnön soveltuvan sellaisiin kohteisiin, joissa seinämärakenteen ulkopintaan tai molempiin 5 pintoihin kohdistuu jään, veden, maan tai vastaavan kuluttava vaikutus ja/tai paine.

Vaikka edellä on mainittu keksinnön mukaiseksi valukomponentiksi betoni, joka yleisemmin tulee kysymykseen, voidaan keksinnössä eräissä erikois-10 sovellutuksissa käyttää myös muita valukomponentteja, esim. polyuretaania tai vastaavaa.

Edellä on puhuttu raudoitus- tai teräskomponentista, mutta on ymmärrettävä, että keksinnön puitteissa saattaa eräissä erikoissovellutuksissa 15 tulla kysymykseen sellaiset armeerausrakenteet, jotka ovat muutakin materiaalia kuin terästä.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaih-20 della.

Claims (8)

1. Teräsbetoninen seinämärakenne, etenkin arktisissa olosuhteissa käytettäviin off-shore-rakennelmiin tai vastaaviin, Joissa rakenteen ulkopinta joutuu jään, veden ja/tai maan kulutuksen ja/tai paineen vaikutuksen alaiseksi, ja joka seinämärakenne on tehty valukomponentista, 5 kuten betonista (30) tai vastaavasta ja raudoituskomponentista, joka pääasiallisesti muodostuu teräksestä tai vastaavaa olevien profiilien (20) sarjasta, tunnettu siitä, että raudoituskomponentti muodostuu olennaisesti yhtenäisestä levyrakenteesta (50), johon on kiinnitetty profiilien (40,41) sarja, 10 että mainittu profiilien (40,41) sarja muodostuu poikkileikkaukseltaan olennaisesti U-muotoisista profiileista (40) ja tasomaisista listapro-fiileista niin, että mainittujen U-muotoisten profiilien (40) keski-laippa (42) ja mainitut listaprofiilit (41), jotka tulevat mainittujen 15 keskilaippojen väliin, muodostavat seinämärakenteen teräksisen vaipan (24), ja että mainittujen U-profiilien (40) sisälaipat (43) muodostavat seinämä-rakenteen olennaisesti paksuussuuntaisen (H) raudoituskomponentin niin, 20 että muodostuu kotelomainen kuorirakenne, joka toimii seinämärakenteen sekä raudoituskomponenttina että valukomponentin valuvaiheen muottina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen seinämärakenne tunnettu siitä, että U-muotoiset profiilit (40) on kiinnitetty sisälaippojensa (43) 25 ulkoreunoista hitsausliitoksin (51) yhtenäiseen levyseinämään (50).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen seinämärakenne tunnettu siitä, että mainittu yhtenäinen levyseinämä (50) toimii seinämärakenteen kulutusta ja/tai paineita kestävänä uiko- tai sisävaippana. 30

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen seinämärakenne, tunnettu siitä, että mainittujen profiilien (40) ulkolaippojen (42) ja niiden välisten listaprofiilien (41) sarjasta muodostuu teräsbetonirakenteeseen kulutusta ja/tai paineita kestävä, olennaisesti yhtenäinen uiko- tai 35 sisävaippa. 8 691 71

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen seinämärakenne, tunnettu siitä, että mainituissa profiileissa (40) on rei'itys ja/tai ulokkeisto, joilla lisätään raudoituskomponentin ja valukomponentin (30) välistä kytkentää ja tartuntaa niin, että saadaan aikaan liittorakenne, 5 jolla on kussakin sovellutuskohteessa tarvittava lujuus.

6. Jokin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen seinämärakenne, tunnettu siitä, että mainittujen U-profiilien (40) laipat (43) ovat vinossa asennossa uiko- ja sisäpintojen (24,25) kohtisuoriin suuntiin 10 nähden, ja että laippojen (43) vinous, U-profiilien (40) keskinäinen välimatka ja keskilaippojen (42) ja listaprofiilien (41) leveys on valittu niin, että saadaan aikaan kussakin sovellutuskohteessa tarvittava läpileik-15 kautumis- eli punch-shear-lujuus.

6 9171 Patenttivaatimukset υ

7. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen seinämärakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että mainitusta levyseinämästä (50) ja profiilien (40) sarjasta valmistetaan, U-profiilit (40) levy- 20 seinämän (50) toiseen pintaan ja listaprofiilit (41) niiden (40) väliin hitsaamalla (51) kennomainen kuorirakenne ja että tämän jälkeen suoritetaan valukomponentin kuten betonin valu mainitun kuorirakenteen kenno-maisiin tiloihin sinänsä tunnettuja valumenetelmiä käyttäen.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen seinämärakenteen ja/tai pa tenttivaatimuksen 7 mukaisen menetelmän käyttö off-shore rakenteissa, kuten poraus- ja tuotantotasanteissa, keinosaarissa, aaltovoimaloissa ja/tai laiturirakenteissa, patorakenteissa ja/tai vastaavissa. 691 71