NO783847L - Baerekonstruksjon. - Google Patents

Description

BÆREKONSTRUKSJON.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en bærekonstruksjon, spesielt for plattformer for utrustning eller utnyttelse av naturforekomster i marint miljø, omfattende et fagverk som stort sett ut-gjøres av tilnærmet likedannede seksjoner, hvilke seksjoner stort sett utgjøres av staver som i det minste delvis er forbundet med.hverandre i knutepunkter, idet noen staver danner et grunnplan i form av en stort sett horisontal mangekant, mens andre staver rager opp fra dennes hjørner til knutepunkter i et ovenfor liggende grunnplan.

I forbindelse med utvinning av offshore oljeforekpmster er det kjent å benytte plattformer som understøttes over havflaten av en bærekonstruksjon som hviler på havbunnen og er forankret til denne. De fleste slike bærekonstruksjoner er utført av stål, såkalte "jackets",bg det kjennes tilfeller hvor denne type er installert på ca. 3.00 m dyp. Disse stålkonstruksjoner hår gjerne et omriss som en avkortet pyramide hvor hjørnene utgjøres av hovedsøyler som opptar den alt vesentlige del av den statiske, vertikale belastning. Hovedsøylene er innbyrdes forbundet ved hjelp av fagverk for å gi konstruksjonen stabilitet og evne til å motstå horisontale belastninger i form av vind, strøm og bølgekrefter.

Ifølge de gjeldende klassifikasjonsregler kan man få godkjent konstruksjoner hvor de statiske krefter maksimalt fører til 61% av den såkalte tillatte spenning. Når konstruksjonen dessuten utsettes for dynamiske belastninger, eksempelvis i form av horisontale krefter fra bølger, vind og strøm, vil det kunne tolereres en maksimal belastning på 84% av nevnte tillatte spenning.. Til tross for at man i-tillegg til 61% statisk belastning kan tillate hele 23% dynamisk belastning, har det vist^ lseg at dersom man lot stålkonstruksjoner av den kjente type j<!>bestå hovedsakelig av de elementer som overfører de statiske belastninger, ville disse bli overbelastet av de horisontale, dynamiske belastninger fra bølger, strøm og vind. Det har derfor vært nødvendig å forsterke de konvensjonelle konstruksjoner i betydelig grad ved hjelp av fagverk som forbinder hovedsøylene. Disse fagverk, som vanligvis omfatter både gurter, diagonaler og skråstag samt knutepunkter for disse, medfører uønskede virkninger som f.eks. større kompleksitet, fordyrelser og vekt-økning. Fagverkene omfatter gjerne også staver som forløper diagonalt i pyramiden, noe som hindrer fri bruk av det innvendige rom i konstruksjonen til nedføring av borestrenger, stigerør og annet produksjonsutstyr. Videre vil fagverksstaver •og -knutepunkter gi strøm og bølger bedre tak, og dette er av særlig betydning nær vannflaten hvor bølgeamplitudene er størst.. Fagverkene har således en slags "sneball-effekt". Deres blotte tilstedeværelse gjør at de horisontale dynamiske belastninger som konstruksjonen utsettes for,blir større. Dette betinger i sin tur et sterkere fagverk, noe som igjen medfører økede dynamiske påkjenninger.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å avhjelpe eller redusere ovennevnte ulempler og mangler. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en bærekonstruksjon av den innledningsvis nevnte type, hvor det karakteristiske er at på hverandre følgende seksjoner er dreiet en vinkel lik cu" dividert med antall sider i grunnplanmangekanten om en akse perpendikulær på dennes plan. Ytter-ligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av under-kravene.

Ved bærekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen har man oppnådd et fagverk som oppviser et relativt lite antall staver. Dette gjelder også det parti av bærekonstruksjonen som bryter havflaten. Derved blir de horisontale, dynamiske belastninger relativt begrenset, og det har vist seg at disse vil kunne opptas som tilléggskrefter i fagverkselementer som er dimensjonert for overføring av de statiske belastninger. Det er således ikke nød-vendig med tilleggselementer for å oppfylle ovennevnte klassifikasjonsregler. Det har således ganske overraskende vist seg at iselv om de statiske belastninger overføres gjennom staver som forløper i tildels betydelig vinkel med vertikalen, vil konstruksjonen ifølge oppfinnelsen kunne gjøres betydelig lettere enn en tilsvarende konvensjonell konstruksjon. Videre er det i bærekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen unødvendig med innvendige diagonale.staver. Det indre rom i konstruksjonen vil derfor kunne benyttes uhindret til oppføring av stigerør etc.

Dersom seksjonene i fagverket ifølge oppfinnelsen gjøres likedannede, vil de aller fleste knutepunktene også bli likedannede,

dvs. at det møtes like mange staver i hvert av disse knutepunktene og at vinklene som tilsvarende stavpar danner, er like. Dermed har man mulighet til å gjøre knutepunktene like også når det gjelder materialdimensjon, noe som byr på store fordeler av både beregningsmessig, fremstillingsmessig, tidsmessig og økonomisk karakter.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på tegningene. Fig. 1 viser skjematisk en bærekonstruksjon ifølge oppfinnelsen i perspektiv.

Fig. 2 viser bærekonstruksjonen på fig. 1 i grunnriss.

Fig. 3 viser et sideriss av bærekonstruksjonen sett i retningen III-III angitt på fig. 2. Fig. 4 viser et sideriss sett i retningen IV-IV angitt på fig. 2. Fig. 5 viser et sideriss sett i retningen V-V angitt på fig. 2. Fig. 6 viser et sideriss i likhet med fig. 3 av et utsnitt av en alternativ utførelse av bærekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen.

Det utførelseseksempel på fagverkskonstruksjonen ifølge oppfinnelsen som er vist på fig. 1 - 5, omfatter fem seksjoner generelt betegnet med A-E. Seksjonene er likedannede, og tilsvarende staver er derfor gitt samme henvisningstall med til-

' I

jføyelse av en liten bokstav i henhold til hvilken seksjon de tilhører. Hver seksjon har et kvadratisk grunnplan bestående av stavene 1, 2, 3, 4, og på hver av disse er det reist en likebenet trekant ved hjelp av like lange staver 5, 6; 7, 8; 9, 10; 11, 12. Toppunktene i disse trekanter utgjør hjørnene i det kvadratet som danner grunnplanet i den påfølgende seksjon.

Det vil sees at for seksjonenes B-E vedkommende er hver enkelt dreiet 45° i forhold til den foregående om en vertikal akse,

dvs. en akse som står perpendikulært på grunnplanene. Grunnplanets mangekant kan ha et hvilket som helst antall sider, og generelt gjelder det at dreiningen mellom to på hverandre følgende . seksjoner er lik en vinkel på W dividert med antall sider i grunnplanmangekanten.

Herved oppnås at alle de staver som overfører vertikale krefter

i en seksjon, dvs. stavene 5-12, har sin naturlige forlengelse i naboseksjonen og således danner tilnærmede spiraler som strekker seg fra den ene ende av fagverket ifølge oppfinnelsen til den andre. Tar man f.eks. utgangspunkt i det hjørnet som dannes av sidene la og 4a i seksjonen A, vil man se at stav 5a naturlig går over i 5b, som igjen går over i 5c osv. Den spiral som her dannes av stagene 5, er høyre-dreiet. Fra samme hjørner utgår det også en venstre-dreiet spiral, nemlig den som dannes av stagene 12a, 10b, 8c, 6d og 12e. Fra hvert hjørne i grunn-planmangekantene utgår det to slike spiraler, en høyre-dreiet og en venstre-dreiet. Generelt gjelder at man kan gjenfinne dobbelt så mange spiraler som det er sider i grunnplanmangekanten. Spiralene muliggjør en gunstig belastningsoverføring og bidrar dessuten til å gi konstruksjonen ifølge oppfinnelsen dens klassiske skjønnhet.

Betrakter man f.eks. fig. 1, vil man se at konstruksjonen har

tre forskjellige knutepunktsformer. En første form utgjøres av knutepunktene 13 som dannes i hjørnene av grunnplanet la-4a i seksjonen A. En andre form utgjøres av knutepunktene 15 i det øverste grunnplan lf-4f. Alle de øvrige knutepunkter 14 er likedannede, dys. de forbinder like mange staver som danner innbyrdes like vinkler med hverandre. Videre vil man se at dersom'

knutepunktsformene 13 og 15 kombineres, vil man oppnå samme form som for knutepunktene 14. I og med at seksjonene A-E er likedannede kan dette eksempel på fagverkskonstruksjonen ifølge oppfinnelsen innskrives i en avkortet kjegle. Generatriser av denne kjegle er antydet med brutte linjer på fig. 3 og 4. Det vil sees at samtlige knutepunkter 13, 14, 15 ligger på denne kj.egleflate. Imidlertid behøver seksjonene ikke være likedannede. Eksempelvis kan man ved å la høydedimensjonen av seksjonene avta mindre enn deres horisontale dimensjoner oppnå en konstruksjon som avsmalner asymptotiskoppad, eksempelvis slik at knutepunktene blir liggende på en hyperboloide.

Betrakter man konstruksjonen ifølge oppfinnelsen fra siden i

en vinkel med en av grunnplanets diagonaler som er lik halvparten av den vinkel som seksjonene er. dreiet i forhold til hverandre med, vil konstruksjonens konturer utgjøres av rette linjer. Dette vil fremgå av fig. 5 som er et sideriss sett i en vinkel på 22,5° med den horisontale diagonal angitt på fig. 2. Forut-setningen for dette er at seksjonene er likedannede.

Ved bruk av bærekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen for under-støttelse av. offshore plattformdekk eller lignende, vil man søke å la konstruksjonen bryte overflaten mellom to grunnplan.. Herved oppnår man et minimalt antall staver og ingen knutepunkter i det området hvor de sterkeste krefter på grunn av ' bølger og strøm gjør seg gjeldende. Videre kan det i visse tilfeller være fordelaktig å avslutte konstruksjonen mellom to grunnplan og forbinde de derved fremkomne ender av stavene 5-12 med horisontale stag. Derved fremkommer en mangekant med dobbelt så mange sider som grunnplanmangekanten. Dette kan være spesielt hensiktsmessig for den nedre avslutning av konstruksjonen i og med at man hermed får det dobbelte antall hjørner-hvor det er naturlig å forankre konstruksjonen med havbunnen, eksempelvis ved hjelp av peling.

På fig. 6 er det vist et parti av en alternativ utførelse av bærekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen. Her er de oppad ragende staver 5-12 ved sine øvre ender forbundet ved hjelp av staver som danner en mangekant av samme form som grunnplanmangekanten i ! Iden ovenfor liggende seksjon. Disse to mangekanter ligger rela;i- tivt tett inntil hverandre, har innbyrdes parallelle sider og !er forbundet med hverandre ved hjelp av knutepunkter 16. Disse knutepunkter er innbyrdes likedannede, men vil nødvendigvis få en noe annen form enn knutepunktene 14 i det førstnevnte utfør-elseseksempel. Utformningen ifølge fig. 6 medfører den fordel at seksjonene lettere kan fremstilles separat, eventuelt på forskjellige steder, og deretter bringes sammen og fastsveises til hverandre, f.eks. ved sammensveising av to halvparter av knutepunktene 16. Disse knutepunktshalvdeler vil også være egnet for serieproduksjon, f.eks. ved fremstilling i sveise-jigger.

Claims (4)

1. Bærekonstruksjon, eksempelvis for plattform for utvinning eller utnyttelse av naturforekomster i marint miljø, omfattende et fagverk som stort sett utgjøres av tilnærmet likedannede sek sjoner, hvilke seksjoner stort sett utgjøres av staver som i det minste delvis er forbundet med hverandre i knutepunkter, idet noen staver danner et grunnplan i form av en stort sett horisontal mangekant mens andre staver rager opp fra dennes hjørner til knutepunkter i et ovenfor liggende grunnplan, karakterisert ved at på hverandre følgende seksjoner (A-E) er dreiet en vinkel lik IT dividert med antall sider (lr4) i grunnplanmangekanten om en akse perpendikulær på dennes plan.

2. Bærekonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte andre, oppadragende staver (5-12) danner sider i likebenete trekanter hvor sider (1 4) i grunnplanene danner grunnlinjene.

3. Bærekonstruksjon ifølge krav 1 eller w, karakterisert ved at knutepunktene (13,14,15) i grunnplanenes hjørner ligger på en og samme omdreiningsflate. .

4. Bærekonstruksjon ifølge et foregående krav, karakterisert ' ved at nevnte andre, oppadragende staver (5 - 12) danner tilnærmede.spiraler, hvorav en høyre-dreiet og en venstre-dreiet spiral strekker seg fra hvert hjørne av grunnplanene.

5. Bærekonstruksjon ifølge et foregående krav, karakterisert ved at samtlige knutepunkter (14, 16) i samtlige grunnplan, eventuelt bortsett fra knutepunktene (13, 15) i.det øverste og/eller nederste grunnplan, er likedannede.

6. Bærekonstruksjon ifølge krav 5, karakterisert ved. at nevnte knutepunkter (14, 16) er like.

17. Bærekonstruksjon ifølge et foregående krav, k a r a k - I jteris ert ved at endene av nevnte andre, oppad- <i!> ragende staver (5 - 12) som vender bort fra respektive seksjons grunnplan, er forbundet med staver (l'-4') som danner en mangekant lik grunnplanet i den påfølgende seksjon.