DE10254100A1

DE10254100A1 - Verjüngter Monopfahl mit aufrechter Verstrebung

Info

Publication number: DE10254100A1
Application number: DE10254100A
Authority: DE
Inventors: Joachim Falkenhagen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: DE10254100B4

Abstract

Der rohrförmige Turm 1, 2 einer Offshore-Windkraftanlage 8 ist im Bereich der größten Welleneinwirkung 9 mittels exzentrischer Übergangsstücke 4, 5 zu einer Hauptstütze 3 verengt. Zur besseren Übertragung der von oben einwirkenden Momente bzw. vertikalen Kräfte werden neben dem verengten Bereich weitere, aufrecht stehende Stäbe 6, 7 geringeren Durchmessers angeordnet. Zum Meeresboden 11 hin reduziert sich die Konstruktion wieder auf ein Rohr 2.

Description

Stand der Technik
Gebräuchliche Bauweisen für Tüme sind – (Ein-)Rohrtürme, vorzugsweise aus Stahl oder Beton, auch konisch, oft mit kreisförmigen bzw. vieleckigem Fundament, und – Fachwerktürme, bei denen meist durch eine breite Aufstandsfläche ein großer Hebelarm genutzt wird, die Eckstützen einzeln gegründet werden und die Momentübertragung durch axiale Stabkräfte erfolgt. Dadurch, daß die Stäbe jeweils im Winkel zueinander angeordnet werden, können auch horizontale Kräfte übertragen werden.
Rohrtürme, deren Lasten unterhalb eines Übergangsstücks auf drei gleiche und gleichmäßig angeordnete, einzeln gegründete Rohrtürme verteilt werden, wurden u.a. für Mobilfunkmasten (Fiehne, Präsentation einer Diplomarbeit) und für Offshore-Winenergieanlagen (IMS: Voruntersuchung zur Gründung einer 5 MW-Offshore-WEA in 2001, Blatt Referenzprojekte) beschrieben. Bekannt sind auch Abstützungen eines vertikalen Rohrturms mit zwei schrägen, seperat gegründeten Abstützungen.
In früherer Anmeldung dieses Erfinders wurde ein Gittermast-Monopfahl beschrieben, bei dem sich ein vergleichsweise enger Fachwerksabschnitt oberhalb eines (Fundament-) Rohres ( DE 101 17 113 ) bzw. zwischen zwei Rohrabschnitten (Anspruch 7 der DE 101 17 113 ) befindet, und mit dem vorzugsweise bei Offshore-Windkraftanlagen die Wellenlasten gemindert werden sollen.
Beschrieben wurde von selben Erfinder auch die Möglichkeit eines exzentrischen Gittermast-Monopfahls, bei dem eine Stütze rohrförmig ist, und einen größeren Durchmesser aufweist als die anderen Elemente des Fachwerks in derselben Höhe (PCT/DE 02/02336 Anspruch 9), um insbesondere Drehmomente um eine vertikale Achse besser als mit schmalen Fachwerkelementen übertragen zu können, und der mögliche Einsatz von Vollprofilstahl. In den Zeichnungen ist der "Fachwerkbereich" dort jeweils mit diagonalen Aussteifungen abgebildet worden.
Erfindung
Diese Bauform wird nun gemäß anliegenden Ansprüchen in einigen Aspekten weiter fortgeführt.
Ziel ist gegenüber einem einfachen bzw. konifizierten Rohrturm die Reduzierung der Wellenkräfte durch geringe Durchmesser in dem maßgeblichen Bereich. Dabei wird ein konstruktiver. Mehraufwand in diesem Turmabschnitt in Kauf genommen, der sich jedoch durch geringeren Aufwand im Fundamentbereich ausgleicht.
Im Vergleich zu einem voll ausgebildeten Gittermast sind die Ziele

– die Reduzierung des Aufwands für Verstrebungen und deren Anschlüsse,
– weniger den Wellen ausgesetzte Elemente, und
– die Beschränkung von Streßkonzentrationen an Stabanschlüssen

In bevorzugter Ausführung dieser Erfindung besteht der Turm bei offshore-Windenergieanlagen oberhalb der Extremwellen bis zur Gondel und ebenfalls von einigen Metern unterhalb des Ruhewasserspiegels bis in den Meeresboden hinein aus einem Rohrturm bzw. leicht konifiziertem Turm, im unteren Teil auch als Monopfahl zu bezeichnen. In einem Abschnitt des Turmes in Nähe der Wasseroberfläche ist der Rohrturm unterbrochen, weil sein großer Durchmesser zu viele Wellenlasten aufnehmen würde.
Ein fachwerkartiger bzw. aufgelöster Bereich kommt erfindungsgemäß und vorzugsweise dadurch zustande, daß der Rohrturm konisch verjüngt wird, und sich dadurch weitgehend kontinuierlich zu einer "Hauptstütze" mit mittlerem Durchmesser fortentwickelt. Auf der anderen Seite weitet sich die Hauptstütze wieder zu dem Rohrtum auf. Neben der Hauptstütze sind in gleicher Höhe in der einfachsten Bauweise nur zwei weitere, aufrecht stehende Tragelemente bzw. Stäbe mit kleinerem Durchmesser (im folgenden als Verstrebungen bezeichnet) vorhanden. Diese Verstrebungen sind nahe des Übergangs von großem Rohrturm zu konischem Bereich mit dem restlichen Tragwerk verbunden.
Auf diagonal verlaufende Aussteifungen, wie sie in üblichen Fachwerktürmen der Übertragung der Horizontalkäfte und der Momente um die vertikale Achse dienen, wird verzichtet. Dieser Verzicht liegt gerade deshalb nahe, weil diese Lasten bei Offshore-WKA ein beträchtliches Ausmaß erreichen, und daher größeren Aufwand für Verstrebungen verursachen würden, der durch die Kraftabführung in dem Hauptturm vermieden wird. Die drei Tragelemente stehen vorzugsweise parallel zueinander senkrecht, abgesehen von einer Konusfom der Hauptstütze, wie sie erfindungsgemäß wenigstens an den Enden der Hauptstütze vorhanden ist.
Möglich wären auch ähnliche Ausprägungen mit mehr als drei Tragelementen, mit mehr als einer "Hauptstütze" oder mit geneigten Verstrebungen bzw. Nebenstützen. Derartige Anordnungen können mit ähnlicher Funktionsweise und Ausprägung im Detail konstruiert werden; weil sie aber grundsätzlich weniger wirtschaftlich erscheinen, werden sie in den nachfolgenden Beschreibungen nicht mehr ausdrücklich erwähnt, sondern durch die Beschreibung der bevorzugten Bauweise mit drei vertikalen Elementen repräsentiert.
In dem System mit einer Hauptstütze und daneben den beiden schlankeren Nebenstützen bzw. Verstrebungen kann der Anschluß zwischen den oben und unten anschließenden, bevorzugt rohrförmigen Turmabschnitten und den Verstrebungen wegen dem geringen Flächenträgheitsmoment dieser Verstrebungen aus statischer Sicht näherungsweise wie eine gelenkige Verbindung behandelt werden, auch wenn eine feste (Schweiß-) Verbindung vorliegt.
Dieses System kann Vertikalkräfte und Kippmomente (Momente um horizontale Achsen) in beliebigen Kipprichtungen mittels axialer, gegensätzlich gerichteter Druck- und Zugspannungen in den drei Stützen aufnehmen. Horizontalkräfte, wie sie bei Windkraftanlagen in starkem Maße durch den Schub des Windes entstehen, werden in konventionellen Fachwerktürmen durch die paarweise, im Winkel zueinander angeordneten Tragelemente aufgenommen, und dabei in axial zu den Stäben verlaufende Kräfte umgewandelt.
In dem auf drei Elemente reduzierten Fachwerk können die Horizontalkräfte im wesentlichen nur von der Hauptstütze aufgenommen werden, die wegen ihrem größeren Durchmesser eine größere Biegesteifigkeit als die beiden Verstrebungen aufweist. Entsprechend der Länge der Hauptstütze erzeugt die oben eingeleitete Horizontalkraft bei Kraftübertragung zum unteren Ende ein Kippmoment in der Hauptstütze, das wiederum auf die unteren Turmteile weiterzuleiten ist. Dieses Kippmoment erzeugt Zug- und Druckspannungen an entgegengesetzten Seiten der Hauptstütze, die sich insbesondere mit den axial von oben in die Hauptstütze eingeleiteten Spannungen und weiteren Spannungen überlagern. Wegen der geringeren Länge der Hauptstütze im Vergleich zum gesamten Turm reicht für die Übertragung dieses Kippmoments ein geringerer Durchmesser aus, als er für einem Rohrturm mit Krafteinleitung in Nabenhöhe erforderlich wäre. Durch den geringeren Durchmesser bleibt auch der Angriff von Wellenkräften gegen diese Hauptstütze begrenzt. Die geringe Zahl von drei Tragelementen trägt ebenfalls zur Lastminderung und zur Kostensenkung bei, und erleichtert den Anschluß an den vorzugsweise als Rohrtum auszuführenden oberen und unteren Teil der Tragkonstruktion.
In weiteren Ausführungsmöglichkeiten kann unterhalb dieses minimal fachwerkartigen Turmbereichs auch eine tripodförmige oder andere Gründung angeordnet werden, z.B. mit einem kurzen Rohrturmabschnitt zwischen Fachwerk und Tripod. Ebenfalls denkbar wäre ein symmetrischer Aufbau mit mittiger Hauptstütze und mehrseitig darum angeordneten Verstrebungen, die dann auch als Spannseile ohne Druckbelastung ausgeführt werden könnten; grundsätzlich wird aber ein asymmetrischer Aufbau mit seitlicher Hauptstütze zu bevorzugen sein.
Da die Verstrebungen wegen ihrem geringen Durchmesser und ihrer großen Schlankheit nur begrenzt in der Lage sind, Biegemomenten in Folge seitlich angreifender Wellenkräfte zu widerstehen, könnten sie in ihrem mittleren Bereich seitlich von der Hauptstütze gehalten werden. Dies erfolgt im Falle eines einzigen Halteniveaus vorzugsweise nicht exakt mittig, sondern außermittig, um der Entstehung einer entgegengesetzten Biegung in den beiden Hälften einer Verstrebung bzw. einer Biegeschwingung zweiter Ordnung entgegenzuwirken.
Um an der Verbindungsstelle keine unerwünschten Streßkonzentrationen zu provozieren, kann es vorteilhaft sein, eine in vertikaler Richtung bewegliche bzw. entlang der Verstrebungen gleitende Verbindung auszuführen, so daß die Verstrebungen seitlich gehalten werden, ohne daß an dieser Stelle Vertikalkräfte und damit Kippmomente von der Hauptstütze auf die (beiden vertikalen Haupt-) Verstrebungen übertragen würden (Anspruch 4). Falls dagegen eine Schweißverbindung mit den Verstrebungen erfolgt, kann evtl, durch eine sehr flache, in vertikaler Richtung wenig biegesteife Gestaltung dieser Verbindung erreicht werden, daß sich wenig Momente übertragen. Vorzugsweise sollte jedoch keine Schweißverbindung mit den (Haupt-) Verstrebungen erfolgen.
Zur Dämpfung sogenannter Vortex-Schwingungen, wie sie an schlanken Stäben und hier vor allem an den Verstrebungen in einem bewegten Medium entstehen, werden unter anderem schraubenförmig gewendelte Applikationen (englisch strakes) eingesetzt. Würden diese fest mit einem Stab verbunden, ergäbe sich der Nachteil, daß sie nicht wie die Stäbe durch die axial wirkenden Kräfte auf Dehnung und Druck belastet werden. Daher können sie eine Streßkonzentration an ihrer Befestigungsstelle an dem Stab verursachen, auch wenn die unmittelbar von den Applikationen auf den Stab ausgeübten Kräfte gering sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Applikationen an einem gesonderten Bauteil befestigt werden, das den Stab vorzugsweise zylinderförmig umschließt. Bei einer Ausführung mit seitlicher Halterung kann diese Halterung auch dieses Bauteil oder unmittelbar die schwingungsdämpfenden Applikationen halten (Anspruch 5).
Eine seitliche Abspannung oberhalb des Fachwerkbereichs kann Horizontalkräfte aufnehmen und somit von dem Fachwerkbereich fernhalten (Anspruch 6). Eine zu starre Abspannung könnte jedoch auch zu vermehrten Horizontalkräften in diesem Bereich führen, so daß diese Lösung vor allem für nachgiebige Seilabspannungen und bei Übertragung eines Teils des Kippmoments in den Boden in Betracht käme.
Eine mögliche Ausprägung sieht vor, daß die Endbereiche der Verstrebungen (kleineren Stützen) abgeflacht sind, und sich von außen an die Hauptstütze, bzw. an die Stelle des Rohrturms, an dem die konusartige Verjüngung zur Hauptstütze beginnt, anschmiegen, um so die Kraftübertragung auf eine gewisse Strecke entlang des Umfangs zu verteilen (Anspruch 7). Im Querschnitt hat der Endbereich einer Verstrebung dann die Form eines Bogens, ebenso wie das jeweils benachbarte Segment der Hauptstütze. Der Anschlußbereich des Rohrturms, der hier die Kräfte der beiden konzentrisch angeordneten Bögen aufnimmt, könnte verstärkt sein, und einen gewissen Abstand zwischen den beiden Bögen herstellen, um Streßkonzentrationen bei gegensätzlicher Lastrichtung in den beiden Bögen zu vermeiden.
Die sich dadurch einstellende Verstärkung der Wandstärke des Rohrturms könnte genutzt werden, um hier auch gleich eine Verschraubung mit Flansch anzuordnen. Möglich wäre ein einzelnes Anschrauben der Elemente des Fachwerkbereichs, vorzugsweise jedoch ein Verschweißen derselben mit einem zylindrischen Übergangsstück, das dann einen Flansch zum nächsten Rohrturmsegment besitzt.
Da sich durch die gegensätzliche Kraftrichtung der Verstrebungen eine unerwünschte Abfolge unterschiedlich belasteter Stahlbereiche an der Stelle ergeben könnte, an dem die seitlichen Ausläufer der Endbereiche benachbarter Verstrebungen an dem Rohrturm bzw. Übergangsstück enden, kann es zweckmäßig sein, an dieser Stelle eine Aussparung in dem Übergangsbereich zwischen Rohrturm und Kunus zu lassen (Anspruch 8). Das gleiche gilt am jeweils anderen Rand dieser Anschlußbereiche. Da ein Loch in einer sonst geschlossenen Abfolge Rohrturm-Konus-Hauptstütze für die Kraftübertragung nicht allzu nachteilig ist, jedenfalls weniger nachteilig als etwa der Verzicht auf ein Profil mit geschlossenem Umfang, ist der durch das Loch entstehenden Nachteil durch die reduzierte Streßkonzentration mehr als ausgeglichen. Andererseits könnte auch eine Überlappung der Anschlüsse beider Verstrebungen erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit ist es, daß innerhalb des Rohrturm-Konus-Übergangsbereichs Löcher ausgespart sind, aus denen sich je eine Verstrebung ähnlich einer Nase herausentwickelt (Anspruch 9). Die Verstrebung ist dann auf der Rohrturm-Seite des Loches an diesen angeschweißt.
Bei Windkraftanlagen ist mit windbedingten Horizontallasten vorzugsweise in Nähe der Nabenhöhe zu rechnen. Dies würde es ermöglichen, die vorzugsweise drei Stützen des Fachwerkbereichs nach unten aufzuspreizen, so daß sie neben den vertikalen Zug- und Druckkräften, mit denen sie das Kippmoment nach unten weitergeben, in ihrer Achsrichtung gleichzeitig auch horizontale Kraftkomponenten übertragen. Da besonders die Nabenhöhe und der Abstand der drei Stützen das Verhältnis von Horizontalkraft und den das Kippmoment erzeugenden Vertikalkäften bestimmen, könnte die Neigung der drei Stützen so gewählt werden, daß im allgemeinen bzw. bei den auslegungsmaßgeblichen Extremlasten das System dieser drei Stützen die Horizontalkraft überwiegend axial aufnimmt (Anspruch 10).
Allerdings ist das Verhältnis zwischen Kippmoment und Horizontalkraft bzw. die mittlere Krafteinleitungshöhe je nach Betriebszustand und Windfeld unterschiedlich, so daß vorstehendes Ziel nur eingeschränkt erreicht werden kann. Weiterhin wird in verschiedenen Betriebszuständen eine Übertragung von Horizontalkräften durch die Hauptstütze erforderlich sein, und daraus die Entstehung von Biegemomenten in der Hauptstütze resultieren. Durch geschickte Auslegung kann jedoch für den wichtigsten Betriebszustand die Momententstehung in der Hauptstütze, bzw. in Teilen derselben, beschränkt werden. Bei offshore-Windenergieanlagen könnten insbesondere die betriebsbedingten Ermüdungslasten aus dem Wind auslegungsbestimmend sein. Da diese Kräfte recht hoch angreifen, und damit recht große Axialkräfte in den Stützen (Hauptstütze und Verstrebungen) zur Lastabtragung benötigen, kann eine geringe Neigung der Stützen ausreichend sein.
Soweit sich die drei Stützen dabei mehr voneinander entfernen, als es durch eine etwaige Differenz des Durchmessers von unterem und oberem Rohrturm vorgeprägt ist, müßte ein unten anschließender Übergangsbereich die Stützen wieder zusammenbringen.
Vorzugsweise die Hauptstütze könnte sich dabei weiter von den Verstrebungen bzw. anderen Stützen entfernen, auch aus der Projektion der Hullfläche des Rohrturms hinaus, und erst nach einer Knickstelle bzw. einem Umlenkpunkt wieder diesen annähern (Anspruch 11). Damit könnte die Hauptstütze evtl. über eine größere Strecke schlank mit geringer Momentlast ausgeführt werden. Durch den größeren Abstand können auch Wechselwirkungen der Wellen durch mehrere sehr nahe nebeneinander gelegene Rohren beschränkt werden.
Kommt der Wellengang bzw. die Strömung meistens aus derselben Richtung, so kann eine Lösung mit zwei Stützen, darnter eine ovale Hauptstütze mit der Schmalseite parallel zur Hauptwellenrichtung, gewährleisten, daß sich die Wellenkräfte reduzieren, und gut über die Längsseite der ovalen Stütze abgetragen werden, daß aber andererseits die Konstruktion auch senkrecht dazu steif genug ist, um insbesondere Windkräfte aus unterschiedlichen Richtungen abzutragen.
Im zweckmäßiger Ausführung wird man den aufgelösten Bereich so anordnen, daß im unteren Bereich der überwiegende Teil der kleineren, alltäglichen Wellen, die für die Materialermüdung maßgeblich sind, und im oberen Bereich die Kronen der größten Wellen, die die Auslegung nach Extremlasten bestimmen, den aufgelösten Bereich des Turmes treffen und somit zwischen den Stäben hindurch strömen können.
Gegebenenfalls könnten auch zwei aufgelöste Bereiche übereinander angeordnet werden, die jeweils auf eine dieser Bemessungslasten abgestimmt sind. Auch wenn diese aufgelösten Bereiche unmittelbar aufeinander folgen, würde dies eine geeignete Momentübertragung von der oberen Hauptstütze auf das System der parallelen unteren Tragelemente erfordern. Eine derartige Momentübertragung bzw. eine Übertragung momentbildender Vertikalkräfte von der Hauptstütze zu den übrigen Elementen könnte mit zusätzlichen Schrägverstrebungen zustande kommen, an die sich oben und unten jeweils ein Bereich mit vorzugsweise nur drei parallelen Elementen (Hauptstütze und zwei Verstrebungen) anschließen würde. Alternativ wäre eine weitgehende Aufweitung der Hauptstütze und ein Übergang ähnlich dem Übergang vom Fachwerkbereich zum Rohrturm, nur mit beidseitigem Fachwerk, möglich.
Die Hauptstütze des Gittermastbereichs stellt einen zweiseitig eingespannten Stab dar, der seitlich durch Wellenkräfte belastet wird. Das Biegemoment in einem derartigen Stab hat ein Maximum in der Mitte und an den beiden Enden. Dies ermöglicht es, den Übergang zwischen ausgeprägten Konen an den Enden und einem mehr zylindrischen Mittelteil an eine Stelle mit geringer Belastung durch diese Biegemomente zu legen.
Die abgeflachten Endbereiche der Verstrebungen können eine hydrodynamisch ungünstige Bogenform haben; daher kann es sinnvoll sein, diese durch zusätzliche Verkleidungen zu einer ovalen Form zu ergänzen.
Als typische Dimensionen könnten sich bei Offshore-Windkraftanlagen etwa 4 bis 8 m Durchmesser des Rohrturmbereichs, 1,50 m bis 3 m Durchmesser der rohrförmigen Hauptstütze und 0,25 m bis 1 m Durchmesser der daneben angeordneten, stabartigen Verstrebungen bei einer Gesamtlänge des aufgelösten Bereichs von etwa 15 m bis 20 m ergeben. Der gesamte Stahlquerschnitt in den Verstrebungen und der Hauptstütze kann in ähnlicher Größe liegen. Da der Stahl bei der Hauptstütze zur besseren Momentaufname über einen größeren Umfang verteilt wird, wird dort die Wandstärke eher geringer sein. Besonders für die Hauptstütze bietet sich auch Stahlbeton an.
Die Verstrebungen könnten z.B. aus einem Rohling geschmiedet werden. Diese könnten insgesamt durch Schmiedevorgänge an den Enden abgeflacht werden, oder auch in den Endbereichen der Länge nach aufgesägt werden, so daß leichter verformbare Teilquerschnitte entstehen, die dann einzeln zum Radius des Rohrturms geführt werden können. Umgekehrt wäre auch eine Herstellung der Verstrebungen aus mehreren Einzelstäben, Blechen, Seilen oder Fasern möglich, die im mittleren Teil der Verstrebung gebündelt und evtl. mit einer Füllmasse verbunden werden. Die bessere Formbarkeit dieses Materials könnte auch zum Einsatz von faserverstärktem Kunststoff in diesem Bereich führen, was auch gewisse Korrosionsprobleme im Spritzwasserbereich vermeiden würde. Im Falle einer rohrförmigen Verstrebung könnte diese in Nähe ihrer Anschlußstelle zunächst in eine Nierenform übergehen, die sich dann zu einem Bogen weiter abflacht.
Weitere Ausführungsdetails ergeben sich aus den Ansprüchen.
Zeichnungen
1 zeigt die Ansicht mit Rohrabschnitten (1, 2) im oberen und unteren Teil des Turms, der verjüngten Hauptstütze (3), die mit konischen Übergangsstücken (4, 5) aus dem Rohrturm (1, 2) entwickelt wird, und einer sichtbaren Verstrebung (6, dahinter verdeckt 7), die an den Enden abgeflacht und verbreitert ist. Die Zeichnung der Zusammenfassung zeigt dieselbe Situation, ergänzt um eine Windturbine (8) am oberen Ende, die Darstellung der Wasseroberfläche (9) und einen Monopfahl (10) im Erdreich (11).
2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch einen Turm mit Hauptstütze (3) und zwei Verstrebungen (6, 7), 3 einen Schnitt mit ovaler Hauptstütze (8) und nur einem weiteren Tragelement und Andeutung der vorherrschenden Wellenrichtung (Pfeil 9).
4 zeigt einen Querschnitt durch den Verbindungsbereich des Rohrtums (1, oben mit angedeutetem Flansch) mit der konisch aufgeweiteten Wand der Hauptstütze (3) und einen Verstrebung (6).
5 zeigt als Querschnitt die Detailausprägung einer seitlichen Halterung der durchlaufenden und als Vollstab ausgeführten Verstrebung (6), die von einem Rohr (12) umfaßt wird, an das ein spiralförmiger Schwingungsdämpfer (13) befestigt ist, und das mit einer kurzen Halterung (14) an der rohrförmigen Hauptstütze (3) befestigt ist.
6 zeigt eine Bauweise gemäß Anspruch 9, bei der sich die Hauptstütze schräg ist und sich etwas aus dem Bereich des Rohrturms heraus entwickelt. Die Ansichten in 1 und 6 sind gegenüber praxisnahen Proportionen etwas gestaucht dargestellt.
7 zeigt die Ansicht eines Verbindungsbereichs mit einem Loch (15) zwischen den Bereichen, an denen die Endbereiche beider Verstrebungen (6, 7) mit dem Rohrturm (1) und mit dem konusartig aufgeweiteten Übergangsbereich (4) der Hauptstütze (3) befestigt sind (Anspruch 7, Querschnitt wie 4).
8 zeigt einen Verbindungbereich, bei dem eine Verstrebung (6) in einem Loch (16) in der Verbindung Rohrturm (1) – Hauptstütze (3) aus dem Rohrturm entwickelt wird (Anspruch 9), 9 einen dazu gehörigen Querschnitt (gestrichelt: sichtbare Linien hinter der Zeichenebene)

Claims

Tragkonstruktion für offshore-Bauten, bei der in vertikaler Abfolge – zunächst ein grundsätzlich aus einem tragenden Pfeiler bzw. Rohrturm bestehender Bereich – dann ein aus mehreren tragenden Elementen bestehender Bereich, zwischen denen Wasser durchströmen kann – anschließend erneut ein grundsätzlich aus einem Pfeiler bzw. Rohrturm oder Monopfahl bestehender Bereich mindestens einmal aufeinander folgen, dadurch gekennzeichnet, daß – die Zahl und die Neigung der Elemente in dem Bereich mit mehreren Elementen geringer ist, als sie notwendig wäre, um von oben eingeleitete Kräfte und Momente durch axial zu den Elementen verlaufende Kräfte weiterzuleiten, – diese Elemente unterschiedlich dimensioniert und damit unterschiedlich biegesteif sind, und somit in unterschiedlichem Maße dazu geeignet sind und beitragen, von oben eingeleitete Horizontalkräfte über diesen Bereich zu übertragen, und die durch die vertikale Weiterleitung dieser Horizontalkräfte entstehenden Kippmomente abzuleiten, – das größere Element bzw. mindestens eines der größeren Elemente durch konische bzw. exzentrisch konische Übergangsbereiche aus dem Pfeiler- bzw. Rohrturmbereich übergeführt wird, ergänzt durch zusätzliche Maßnahmen insbesondere zur Anknüpfung der übrigen Elemente.
Tragkonstruktion nach Anspruch 1, bei der der aus mehreren Elementen bestehende Bereich (Fachwerkbereich) aus einem Element mit größerem Durchmesser (im folgenden: Hauptstütze) und zwei daneben, ebenfalls aufrecht angeordneten Elementen mit geringerem Durchmesser (im folgenden: Verstrebungen) besteht, und bei dem das oberhalb des Fachwerkbereichs eingeleitete Moment im Bereich des Fachwerks überwiegend durch gegensätzliche Druck- und Zugspannungen in den drei Elemente- übertragen wird, während die von oben eingeleitete Horizontalkraft überwiegend nicht durch die unterschiedliche Richtung von axialen Kräften in Stäben nach unten übertragen wird, sondern überwiegend durch die Hauptstütze, wodurch die Hauptstütze Kippmomente aufnimmt, die aus der Horizontalkraft in der Hauptstütze und der Höhe der Hauptstütze resultieren.
Tragkonstruktion nach Anspruch 2, bei der die Hauptstütze über den überwiegenden Teil ihrer Höhe konisch ausgebildet ist, mit nach unten zunehmendem Durchmesser und dabei vorzugsweise exzentrisch konisch, mit größerer Schräge ihrer Mantelfläche auf der Seite der Verstrebungen als auf der abgewandten Seite.
Tragkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der von der Hauptstütze eine oder mehrere seitliche Abstützungen zu den Verstrebungen bzw. kleineren Elementen verlaufen, die jedoch nicht dazu bestimmt sind, vertikale Kräfte an die Verstrebungen zu übertragen.
Tragkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der Bauteile die Verstrebungen umschließen, und an diesen vorzugsweise zylindrischen, umschließenden Bauteilen Dämpfungselemente angeordnet sind.
Tragkonstruktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die oberhalb des Fachwerkbereichs seitlich durch Abspannungen gehalten wird.
Tragkonstruktion nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Verstrebungen an ihrem oberen und/oder oberen Ende abgeflacht und dabei aufgeweitet sowie zu einem bogenförmigen Querschnitt umgeformt sind und sich von außen dem Übergangsbereich zwischen dem Rohrturm und der Hauptstütze, bzw. deren konusförmigen Ende, nähern, so daß entlang des Umfangs de Rohrturms bzw. seiner Fortsetzung stellenweise die Anschlußbereiche der Hauptstütze und einer Verstrebung nebeneinander verlaufen.
Tragkonstruktion nach Anspruch 7, bei dem seitlich bzw. zwischen den Bereichen, in denen sieh die Anschlußbereiche einer Vertrebung dem übrigen Bereich des Rohrturms und Konus annähern, Löcher bzw. nur mit elasterischerem Material gefüllte Stellen in der Mantelfläche aus Rohrturm und Konus angeordnet werden.
Tragkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in der Abfolge "Konus zur Hauptstütze" – Rohrturm Löcher ausgespart sind, an deren Ränderns an der dem Rohrturm zugewandten Seite die vorzugsweise verbreiterten Ausläufer der Verstrebungen einmünden.
Tragkonstruktion nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Hauptstütze und die Verstrebungen im Winkel zueinander angeordnet sind, und sich ihr Achsabstand nach unten aufweitet, so daß die Zug- und Druckspannungen in diesen Elementen bereits einen Teil der horizontalen Last aufnehmen.
Tragkonstruktion nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Hauptstütze nach außen geneigt ist, und sich nach einem Umkehrpunkt wieder den Verstrebungen annähert.
Tragkonstruktion gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der mittlere Bereich aus einem ovalisiertem Hauptrohr und einer weiteren Vertrebung bzw. Nebenstütze besteht.