洋上支持構造物、及びその設置方法
洋上装置向けの支持構造物及びその組み付けや設置方法である。支持構造物は、周りに３つの細長いガイドスリーブが配置された垂直なガイドスリーブ、これらに接続された様々な補強材を備える。支持構造物は又、洋上風車アッセンブリの支持タワーのような洋上装置に接続される円筒部、垂直なスリーブに接続される凸面部を有する切替ジョイントを備える。切替ジョイントは内面に接する強化部材を有してもよい。垂直なスリーブ、細長いスリーブ、補強材、切替ジョイントは、細長いスリーブに下側の杭を挿入した状態で陸上で組み立て可能である。この支持構造物のガイド部分は洋上に搬送されて杭を打ち込んで海底に固定される。支持構造物は、風車からの負荷を効果的かつ効率的に支持面に伝達して風や波によって生じる長周期的な負荷に耐える優れた疲労耐性や十分な強度を保持しながら、材料や組み立て、設置に関してコストと時間を最小化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、洋上の部材を支持するために用いられる構造物に関し、特には、例えば、洋上風車等の支持構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な洋上支持構造物は、垂直または末広がりに下向きに延びたデッキレッグを有している。デッキや沖合の装置を構造的に効率よく支持できるように、様々な一般的な配置が提供されているが、構造物の寸法の関係から、材料や組み付けには高い代償が払われている。洋上に設置される場合、風車は単一の杭群を用いて支持されているのが一般的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年では、海岸線からの景観を良くするために、より深場（概ね６、７マイルかそれ以上の沖合）に風車を設置することが検討されている。沖合に風車を移動させると、風車を設置する土台としての単一の杭群のコスト効果が減少する。
【０００４】
洋上風車産業では、単一の杭やコストのかかる重量型の基礎は、深場には適していないと考えているため、近年では、打ち込んだパイプ状の杭を備えたジャケットタイプの土台や支持構造物が洋上風車の支持に用いられている。より大きな出力が得られるように風車は大型化しているため、下部の支持部と風車タワーとの間に配置される切替部分の複雑さや重量は増加している。このジョイントは、一般に、鋳造物や鍛造物、重い金属板を溶接して接続されたものであり、建造時における陸上での組み立て段階で製造される。重い板状ジョイントの組み立てや組み付けは、風車の設置にとって著しくコストがかかる要素となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
クレーム発明に対応する実施例は、洋上装置を支持するための支持構造物であって、垂直な軸を有する垂直部材と、前記垂直部材の周囲に配置された少なくとも３つの細長部材とを備える。前記細長部材の各々は、基端と末端とを含み、当該基端は、当該末端よりも前記垂直部材に近接して位置している。支持構造物は、更に、円筒部と、前記垂直部材に接続された凸面部と、を有する切替ジョイントを備える。支持構造物は又、少なくとも３つの上側傾斜補強材を備える。上側傾斜補強材の各々は、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記凸面部に第２端が接続されている。
【０００６】
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々の前記第２端は、前記凸面部と全周にわたって接続された外周の範囲を含んでいてもよい。前記少なくとも３つの細長部材は、前記垂直部材の周囲に１２０度ずつ互いに位置ずれした３つの細長部材のみを含んでいてもよい。前記凸面部は半球状であってもよい。
【０００７】
支持構造物は、更に、少なくとも３つの上側横向き補強材を備えていてもよい。前記上側横向き補強材の各々は、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記円筒部に第２端が接続される。前記凸面部は、外側凸面を含み、前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、外側補強面を含み、前記上側傾斜補強材の各々と前記凸面部との接続部位における、前記外側凸面と、前記外側補強面とが、少なくとも３０度の面角度を形成していてもよい。
【０００８】
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、垂直な軸から４０度を越えない補強材支持角度を形成する補強材軸に沿って延びている。前記切替ジョイントは、中空体であり、内面と、この内面に接する強化材料とを含むようにしてもよい。前記強化材料は、鋼鉄とコンクリートとの混合物のように、コンクリート、すなわちショットクリートであってもよい。支持構造物は、更に、前記切替ジョイントに設置される洋上風車装置を含むものであってもよい。
【０００９】
クレーム発明に対応した他の実施例は、洋上装置を洋上で支持するための支持構造物を組み立てて設置する方法であって、陸上において、円筒部と凸面部とを有する切替ジョイントが、垂直なスリーブ部材と当該凸面部で接続される方法を含む。この方法では又、陸上において、少なくとも３つの細長いスリーブ部材が、少なくとも３つの傾斜した補強材を用いて前記垂直なスリーブ部材に接続される。陸上において、前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、下側の杭を挿入して仮接続することにより支持構造が形成される。下側の杭が挿入されている前記支持構造が、陸上から洋上に搬送される。
【００１０】
この方法では又、洋上での支持面に垂直なケーソンを打ち込むことにより、当該垂直なケーソンが垂直な支持状態に固定される。前記垂直なケーソンを前記垂直なスリーブ部材に入れ込みながら、当該垂直なケーソンの上に前記支持構造が下ろされる。前記細長いスリーブ部材の各々から下側の杭の部分の各々がが分離される。各々の前記細長いスリーブ部材を通じて、下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれる。前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、上側の杭の部分が挿入される。そして、前記下側の杭の部分の各々に、上側の杭の部分の各々が固定される。
【００１１】
前記下側の杭の部分の各々の打ち込みは、前記上側の杭の部分が挿入された後で行われるようにしてもよい。この方法では、更に、前記上側の杭の部分の各々に打ち込み力が加えられ、当該上側の杭の部分の各々によって前記下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれるようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の支持構造物及び風車の横立面図である。
【図２ａ】図１の支持構造物におけるガイド部分の異なる方向での横立面図である。
【図２ｂ】図１の支持構造物におけるガイド部分の異なる方向での横立面図である。
【図３ａ】プラットフォームの有り無しでの、図２ａ及び図２ｂの支持構造物における上面図である。
【図３ｂ】プラットフォームの有り無しでの、図２ａ及び図２ｂの支持構造物における上面図である。
【図４】図４は、図２ａ及び図２ｂにおける支持構造物の斜視図である。
【図５】図５は、コンクリートで補強された切替ジョイントの実施例の断面を示す立面図である。
【図６】図６は、図５のコンクリートで補強された切替ジョイントにおける面６−６に沿って平らに切断した断面図である。
【図７ａ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図７ｂ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図７ｃ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図７ｄ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図８】図８は、仮の内殻を利用した、コンクリートで補強された切替ジョイントの別実施例での切断した断面を示す立面図である。
【図９ａ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図９ｂ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図９ｃ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図９ｄ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ａ】杭の下側部分を含んでいる図２ａ−２ｂの支持構造物の組み立て方法の実施例を表している、上方から陸上を見た斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｃ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｄ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｅ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｆ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｇ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｈ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｉ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
凸面部を有する切替ジョイントを備え、風車のような洋上装置を支持するための支持構造物、及び支持構造物の組み付け、設置の方法の具体例について、洋上風車を例に説明する。当然ながら、支持構造物は、石油やガスの掘削機のプラットフォームのような、他の洋上装置を支持するためにも適用できる。実施例の不必要な曖昧さを避けるため、以下の説明では、ブロック図や他の簡略図で示すことにより、周知の構造や装置についての詳細な説明は省略する。説明の目的として、実施例の完全な理解が得られるように、多数の明示した他の細部について述べる。実施例は、これら明示した細部以外の多様な形態でも実施可能であることは考慮されるべきである。例えば、実施例のシステムや方法は、一般に拡張することができるし、より大きな、またはより小さな部材や切替ジョイントへの接続に適用できる。更に、距離や大きさを図示してはいるが、この発明のシステムや方法は、どんな特殊な設備であっても適用するように変更可能である。
【００１４】
図１〜４に示すように、実施例では、支持構造物１０は、羽根１４や支持タワー１６を含む風車アッセンブリ１２と組み合わせて示されている。支持構造物１０は、一般にインワードバッタードタイプ（inward batterd type）又はツイストジャケットタイプ（twisted jacket type）と称するものであってもよい。
【００１５】
実施例では、支持構造物１０に、垂直な縦軸４８を有する垂直なガイド部材又はスリーブ１８や、垂直部材１８の周囲に配置された３つの細長いガイド部材又はスリーブ２０、細長いスリーブ２０と垂直なスリーブ１８とを接続する様々な補強材、が備えられている。支持構造物１０は又、風車アッセンブリ１２の支持タワー１６のような洋上装置を接続するための円筒部２４を有する切替ジョイント２２と、垂直なスリーブ１８と接続される凸面部２６とを備えている。
【００１６】
後述する垂直なスリーブ１８や細長いスリーブ２０、様々な補強材の組み合わせ、及び切替ジョイント２２は、支持構造物１０のガイド部分を形成している。そのガイド部分は、支持面３０、言い換えれば海底、に打ち込まれた垂直なケーソン２８に搭載されており、杭の部分は、水面３２の下方に位置する支持面３０に打ち込まれている。支持構造物１０は、材料、組み立て（製造）及び設置に関して、コストと時間とを最小化する。支持構造物１０は、十分な強度を有し、作動中は風車１２からの負荷を効果的かつ効率的に支持面３０に伝達するとともに、風や波によって発生する長期的な周期的負荷に耐える、優れた疲労耐性を保持している。
【００１７】
細長いスリーブ２０のそれぞれは、末端又は末端部３４と、この末端３４よりも垂直なスリーブ１８に近接して位置する基端部３６と、を有している。３つの細長いスリーブ２０は、垂直なスリーブ１８の周囲に１２０°離れて位置しており、これらの末端３４は互いに１２０°ずつ、ずれて位置している。各スリーブ２０は、捩れ形状を形成するように、縦軸４８から所定の角度で、末端３４から基端部３６に向かって延びている。
【００１８】
図３ａや図３ｂに明示されているように、各スリーブ２０は又、垂直なスリーブ１８に向かって延びているので、基端部３６は、末端３４よりも垂直なスリーブ１８に近接して位置している。各スリーブ２０は、第１の端が各スリーブ２０に、そして、第２の端が切替ジョイント２２の円筒部２４に接続、つまりは溶接された、少なくとも１つの上側横向き補強材４０によって切替ジョイント２２に接続されている。各スリーブ２０は又、第１の端が各スリーブ２０に、そして、第２の端が切替ジョイント２２の凸面部２６に接続、つまりは溶接された、少なくとも１つの上側傾斜補強材４２によって切替ジョイント２２に接続されている。
【００１９】
本実施例では、垂直なスリーブ１８と細長いスリーブ２０との接続に、２つの補助的な一対の傾斜補強材が用いられている。具体的には、下側傾斜補強材４４は、それぞれ、一方の端が各スリーブ２０に接続され、上方に延びて他方の端が垂直なスリーブ１８に接続されている。また、中間傾斜補強材４６は、それぞれ、一方の端が各スリーブ２０に接続され、下方に延びて他方の端が垂直なスリーブ１８に接続されている。
【００２０】
更に、一組の下側横向き補強材５０を備えていてもよい。各下側横向き補強材５０は、一方の端が、末端３４に近接して各スリーブ２０に接続され、他方の端が垂直なスリーブ１８に接続されている。上側及び下側の横向き補強材４０，５０は、実質的に縦軸４８と垂直な方向に延びているのが好ましい。横向き補強材は、構造物１０の対向する端の部分に配置されており、傾斜補強材は、横向き補強材の間に配置されている。
【００２１】
プラットフォーム５２は、スリーブ２０の基端部に接続することができ、はしごや階段、電気ケーブル用の導管などの他の付属物も又、構造物１０に支持したり取り付けたりすることができる。例えば、下側のＪチューブアッセンブリ５４は、垂直なスリーブ１８に支持できる。
【００２２】
図５及び図６は、互いに境界面２５で溶接接合された凸面部２６と円筒部２４とを含む切替ジョイント２２の実施例を示している。切替ジョイント２２は、後述するように、外殻の内面に塗布された強化材料、つまりはコンクリートを備えているのが好ましい。しかしながら、他の実施例では、ここで説明する支持構造物における他の創作部位を組み合わせることで、切替ジョイント２２は強化材料を使用しなくてよいかもしれない。
【００２３】
本実施例では、切替ジョイント２２は、中空の殻体であり、鋼鉄のような高強度な材料で形成された強い外殻又は外壁５６と、ガラス繊維や樹脂のような軽量な材料で形成された内殻又は内壁５８とを有している。切替ジョイント２２は、その上端に、支持タワー１６におけるタワー基部のフランジに接続される連結用のフランジ２３を有している。
【００２４】
図示のように、部材どうしを溶接して形成される溶接部位６０が、円筒部２４の外殻５６に対する上側横向き補強材４０の接続と、凸面部２６の外殻５６に対する上側傾斜補強材４２及び垂直なスリーブ１８の接続とに用いられている。凸面部２６、具体的にはその外表面は、半球形状が好ましいが、長円形状のようなそれ以外の形状であってもよい。
【００２５】
アクセス通路６２が、ジョイント２２の基部ないし底部に配置されている。アクセス通路６２は、外殻５６と内殻５８とを貫通するように溶接されており、人一人が垂直なスリーブ１８の内部に入り込めるようになっている。アクセス通路６２は又、軽量な内殻５８の中心部としても機能している。電気ケーブルや機械配線を通すために、スリーブや垂直管６４としての管を、外殻５６と軽量な内殻５８とを貫通して形成してあってもよい。
【００２６】
コンクリート６５のような強化材料が、外殻５６と内殻５８との間に形成される環状部又は環状空隙６６に注入されている。注入及び試験用のポート６８は、コンクリートの注入及び溢れ出るコンクリートの採取ができる。採取されたコンクリート試料は、後のコンクリート強度検証用の試験柱として持ち出すことができる。合成混合物に基づくグラウトや樹脂のような他の強化材料を用いてもよい。しかしながら、コンクリートや、ショットクリートのような形成物は、安価で容易に利用できるし、十分な強度が得られて取り扱いや適用も容易であることから、特に効果的である。
【００２７】
鋼鉄製の鋲７０が、外殻５６の内面に溶接されていてもよい。鋲７０は、外殻５６と内殻５８との間で力を伝達し、環状部６６内のコンクリート６５を補強する。環状部６６には、鋼鉄製の補強棒（鉄筋）からなる鉄筋構造７２が挿入されていてもよい。鋲７０は、鉄筋構造７２の間に互い違いに配置されている。重い鉄筋構造７２や付加的な鋲７０は、応力集中が生じる連結部の近傍に挿入するのが好ましい。別の実施例では、鋲は備えられていない。
【００２８】
図７ａ〜図７ｄは、コンクリート形成過程を示している。外殻５６の上方に軽量な内殻５８が持ち上げられる（図７ａ）。アクセス通路６２が外殻５６及び内殻５８に溶接される。鉄筋構造７２は、外殻５６の内面上に挿入されている。図７ｂに示すように、軽量な内殻５８が外殻５６の内部へ下ろされる。アクセス通路６２は、中心部として、また、軽量な内殻５８の仮支持部材として機能する。
【００２９】
軽量な内殻５８は、最後には図７ｃの位置に組み付けられ、アクセス通路６２に取り付けられる。コンクリート供給ライン７７がコンクリートポンプ７８に接続され、供給源からコンクリートライン７７を通じて環状部６６にコンクリートが注入される。コンクリートは、環状部に充填され（図７ｄ）、試料は、注入及び試験用のポート６８を通じて採取することができる。予め計算されていた量のコンクリートが注入されると、コンクリートポンプ７８は停止され、コンクリートライン７７は撤収される。
【００３０】
図８、図９ａ〜図９ｄは、内殻又は内壁が無い点を除いては先の実施例と同様である、切替ジョイント２２の別の実施例を表している。図９ａ〜図９ｄは、そのコンクリート形成の一連の過程を示している。図９ａに示すように、アクセス通路６２は外殻５６の内面に溶接されており、鉄筋構造７２は内部に挿入されている。図９ｂに示すように、アクセス通路６２は、中心部として、また、外殻５６の内部に構築される仮骨組み８０のための仮支持部材として機能する。
【００３１】
仮骨組み８０は、仮殻８２と、コンクリートを注入する間、この仮殻８２の剛性を保持するために挿入された仮補強材８４とを備えている。コンクリートライン７６がコンクリートポンプ７８に接続され、コンクリートが、外殻５６と仮殻８２との間に形成された環状部８６に注入される。コンクリートは、外殻５６の内面と接するように環状部８６に充填される。コンクリートの試料は、コンクリート試験用のポート６８を通じて採取することができる。
【００３２】
予め計算されていた量のコンクリートが注入されると、コンクリートポンプ７８は停止され、コンクリートライン７６は撤収される。コンクリートが固まると、仮殻８２及び仮補強材８４を備えた仮骨組み８０は、構造物から取り除かれる。仮骨組みは、ガラス繊維、鋼鉄、木材、その他の材料で形成されていてもよい。
【００３３】
切替ジョイント２２の形状、特に凸面形状は、ジョイント２２に接続された補強材と協働し、風車タワーアッセンブリの運転中や大きな負荷事象で生じる、あらゆる力やモーメントを、土台、つまりは杭や支持面へ伝達し得る、非常に効果的な力の分散性や伝達性を提供する。これらの効果は、捩れたスリーブの配置や他の補強材の使用によって更に増強されている。更に、切替ジョイント２２に強化材料を使用することで、ジョイント２２の形成に必要な鋼鉄の量が減少する。それにより、他の重くて高価なジョイントで必要な強度を維持しながら、重量やコストは大幅に低減される。
【００３４】
洋上風車向けの、コンクリートで補強された切替ジョイント２２は、打ち込み型又は吸い込み型のパイプ状の杭基礎からなる土台に風車を接続する、改良された構造や方法を提供する。これらは、他の従来法と比べて、土台に風車を接続するのに必要な時間と材料を著しく低減できる。切替ジョイント２２の形態は、コストと組み立て時間を最小化しながら、耐久性や剛性、負荷伝達性を最大化する。切替ジョイント２２の重量は又、風車の杭基礎用土台の他のタイプと比べて、改良された固有振動数を与える。
【００３５】
強化材料の使用は、凸面部や円筒部の効果的な厚みを増加させるので、外殻と接している、コンクリート、あるいはコンクリート及び補強用の鋼鉄の強度の利用によって、代表的な断面における鋼鉄の実際量よりもいっそう優れている。コンクリートは、コンクリートラインに接続された一般的なコンクリートポンプで容易に注入でき、外殻と、軽量又は仮の内殻との間の環状のスペースをコンクリートで固めることができる。
【００３６】
これに代えて、別の実施例では、鉄筋はあるが、鋼鉄製の鋲は無く、内殻の必要も無しで、外殻の内面に単にショットクリートを吹き付けることができる。鋼鉄製の半球状／円筒状の殻の内側に補強コンクリートを設けることで、内殻の有無にかかわらず、コンクリートや鋼鉄製の補強材の耐久性を損なうおそれのある水、塩霧、補強材の腐食や他の環境要因からコンクリートは保護される。
【００３７】
切替ジョイント２２の基部における凸面部の形態は、切替ジョイントへの補強材や付属物の位置に関して、柔軟な許容性を有している。従来、効果的な溶接を行うためには、支持部材の周囲に沿って溶接部位が入り込むように、溶接される補強材の角度は、管状のジョイントが接続される支持部材の外面との間で、少なくとも３０度は確保しなければならなかった。出願人は、共振を避けるのに最適な強度、安定性、剛性、耐久性が得られる、補強材の中心線と細長いスリーブとの間の最適な角度Ａは略３０度であることを確認した。
【００３８】
しかしながら、上側傾斜補強材の外面と、その補強材が接続される凸面部の外面との間の溶接面角度を含め、角度Ａを略３０度に設定する場合、従来の管状や円錐状の切替ジョイントでは、必要とされる３０度より小さくなってしまう。クレーム発明に対応した、切替ジョイント２２の外殻５６の凸面形状は、少なくとも４５度の溶接面角度を形成する。すなわち、外殻５６の凸面形状は、上側傾斜補強材４２の外面から離れるように拡がっているので、角度Ａを略３０度に保持しながら、両部材の接続部分の周囲全体に沿って効果的に溶接できる十分なスペースが形成される。その結果、応力集中を招かずに溶接部位の最適な剛性、強度、耐久性が得られ、構造的システム全体の固有振動数の減少を最大化できる。従って、凸面部２６の凸面形状は、上側傾斜補強材４２が切替ジョイント２２の周りに配置されることで、構造的システム全体の固有振動数が減少し、共振を防いでいる。
【００３９】
コンクリートで補強された切替ジョイント２２は、建設コストを最小限に抑制しながら、洋上装置の支持や運転に必要とされる十分な強度と耐久性を備えている。切替ジョイント２２は、風車及びその支持タワーの空力学的な反応や重力によって発生する荷重やモーメントを、周囲の土地に散逸させるために、タワー基部のフランジから支持構造部材に伝達する。
【００４０】
コンクリートによる殻形態は、重い鋼板材料を付加的に使用せずにジョイントの効果的な厚みを増加させる。凸面部は、補強材の角度と位置に対し、よりいっそうの順応性を与えている。鉄骨のような鋼鉄製の補強材は、コンクリートとともに用いるのが好ましい。他の実施例では、外殻の内面における鋲の配置は、外殻の強化部材の適切な配置を確保するために用いることができる。
【００４１】
図１０ａ〜図１０ｉに示すように、支持構造物１０の組み立て及び設置は、陸上で始められる（図１０ａ）。そこでは、垂直なスリーブ１８や切替ジョイント２２、補強材４０，４２，４４，４６，５０、及び細長いスリーブ２０が互いに接続、つまりは溶接されて支持構造のガイド部分が形成される。プラットフォーム５２も、陸上で細長いスリーブ２０と切替ジョイント２２とに接続してもよい。
【００４２】
陸上の組み立て場所では、下側の杭の部分８７は、細長い各スリーブ２０内に下ろしておき、細長いスリーブ２０の各々の基端部に設けられた把持部８９により、細長いスリーブが引っ込んだ状態に一時的に保持しておくとよい。この方法によれば、杭の部分８７は、より安定して扱い易い陸上で組み立てられるので、予測が立たない洋上での杭の部分８７の組み立てに必要な時間やコスト、労力が軽減される。
【００４３】
１又はそれ以上の支持構造物１０は、その後、ジャッキアップバージ９０のような海洋船に載せられて洋上に搬送される。バージ９０は、ジャッキアップされ、その脚部は支持面３０に安定して位置決めされ、バージ本体は水面上に安定して持ち上げられる。図１０ｂに示すように、クレーン９２が使用され、バージからケーソン２８が持ち上げられて、ケーソン２８は、その末端が支持面３０、つまりは海底に位置するまで、垂直に水中へ下ろされる。
【００４４】
続いて、図１０ｃに示すように、油圧ハンマー９４が用いられ、ケーソン２８は支持面３０に打ち込まれる。図１０ｄに示すように、ケーソン２８が所望の深さまで打ち込まれた後、ケーソン２８の上方に垂直なスリーブ１８が位置するように、クレーン９２でバージ９０のデッキから支持構造物１０が持ち上げられる。そして、支持構造物１０は下ろされ、スリーブ１８がケーソン２８に形成された停止帯９６と接するまで、ケーソン２８は、スリーブ１８の内部を上方に延びていく（図１０ｅ）。
【００４５】
電気ケーブルを支持する支持アッセンブリ９８は、スリーブ１８の末端に設けるとよい。そうすれば、構造物１０が図１０ｅの最終的に落ち着く位置まで下ろされた時、支持アッセンブリ９８は停止帯９６に接し、垂直なスリーブ１８の部分は支持アッセンブリ９８の基端に接する。下側の杭の部分８７を開放するように把持部８９が操作され、杭の部分８７は、スリーブ２０を通って支持面３０内に延びる位置まで重力によってスライドする。杭の部分８７の上部はスリーブ２０内に保持される（図１０ｆ）。
【００４６】
実施例では、それから、上側の杭の部分９１が、１つの細長いスリーブ２０の上方位置へ、クレーン９２によってバージ９０から持ち上げられる（図１０ｇ）。そして、上側の杭の部分９１は、その末端がスリーブ２０内の下側の杭の部分８７の基端に接するまで、スリーブ２０内に下ろされる。
【００４７】
その後、油圧ハンマー９４がクレーン９２によって支持され（図１０ｈ）、上側の杭の部分９１に打ち込み力が加えられる。打ち込み力は、下側の杭の部分８７の基端に加わって、下側の杭の部分８７は支持面３０に打ち込まれる（図１０ｉ）。上側の杭の部分９１及び下側の杭の部分８７のそれぞれは、スリーブ２０内の互いに接している端部の部分で接続、つまりはグラウチングされる。このプロセスは、他の細長いスリーブ２０で繰り返し行われる。
【００４８】
上側の杭の部分９１と下側の杭の部分８７とを接続しているグラウトされた接合部は、２０１０年６月３日に出願された同時継続中の米国特許出願１２／７９３２３０：「グラウトされた接合部、及びその形成方法」に記載された方法を用いて行ってもよい。ここではその全ての内容を援用する。従って、同時継続中の米国特許出願１２／７９３２３０に詳しく記載されているように、上側の杭の部分９１は、一体化された打ち込みヘッド９６や差し込みガイド９８を含む。クレーン９２を用いて、挿入部を備えたグラウトラインアッセンブリが、上側の杭の部分９１内に下ろされ、杭を接続するためにグラウトが供給される。
【００４９】
本発明によれば、コンクリートで補強された、球形の頭部及び円筒状の殻からなるジョイントと、外側の頭部及び円筒状の管状殻の組立体のために、軽量な又は仮の、内側の頭部及び円筒状の管状殻の組立体をコンクリートで固める方法とが備えられていることは明らかである。本発明は、多数の図例と共に記載されているので、多くの代替例や具体例、変形例を、本発明の技術分野の当業者が理解できることは明らかである。従って、本開示は、そのような本発明の思想や射程の範囲内にある代替例や具体例、類似例の全てを包含する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、洋上の部材を支持するために用いられる構造物に関し、特には、例えば、洋上風車等の支持構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な洋上支持構造物は、垂直または末広がりに下向きに延びたデッキレッグを有している。デッキや沖合の装置を構造的に効率よく支持できるように、様々な一般的な配置が提供されているが、構造物の寸法の関係から、材料や組み付けには高い代償が払われている。洋上に設置される場合、風車は単一の杭群を用いて支持されているのが一般的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年では、海岸線からの景観を良くするために、より深場（概ね６、７マイルかそれ以上の沖合）に風車を設置することが検討されている。沖合に風車を移動させると、風車を設置する土台としての単一の杭群のコスト効果が減少する。
【０００４】
洋上風車産業では、単一の杭やコストのかかる重量型の基礎は、深場には適していないと考えているため、近年では、打ち込んだパイプ状の杭を備えたジャケットタイプの土台や支持構造物が洋上風車の支持に用いられている。より大きな出力が得られるように風車は大型化しているため、下部の支持部と風車タワーとの間に配置される切替部分の複雑さや重量は増加している。このジョイントは、一般に、鋳造物や鍛造物、重い金属板を溶接して接続されたものであり、建造時における陸上での組み立て段階で製造される。重い板状ジョイントの組み立てや組み付けは、風車の設置にとって著しくコストがかかる要素となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
クレーム発明に対応する実施例は、洋上装置を支持するための支持構造物であって、垂直な軸を有する垂直部材と、前記垂直部材の周囲に配置された少なくとも３つの細長部材とを備える。前記細長部材の各々は、基端と末端とを含み、当該基端は、当該末端よりも前記垂直部材に近接して位置している。支持構造物は、更に、円筒部と、前記垂直部材に接続された凸面部と、を有する切替ジョイントを備える。支持構造物は又、少なくとも３つの上側傾斜補強材を備える。上側傾斜補強材の各々は、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記凸面部に第２端が接続されている。
【０００６】
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々の前記第２端は、前記凸面部と全周にわたって接続された外周の範囲を含んでいてもよい。前記少なくとも３つの細長部材は、前記垂直部材の周囲に１２０度ずつ互いに位置ずれした３つの細長部材のみを含んでいてもよい。前記凸面部は半球状であってもよい。
【０００７】
支持構造物は、更に、少なくとも３つの上側横向き補強材を備えていてもよい。前記上側横向き補強材の各々は、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記円筒部に第２端が接続される。前記凸面部は、外側凸面を含み、前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、外側補強面を含み、前記上側傾斜補強材の各々と前記凸面部との接続部位における、前記外側凸面と、前記外側補強面とが、少なくとも３０度の面角度を形成していてもよい。
【０００８】
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、垂直な軸から４０度を越えない補強材支持角度を形成する補強材軸に沿って延びている。前記切替ジョイントは、中空体であり、内面と、この内面に接する強化材料とを含むようにしてもよい。前記強化材料は、鋼鉄とコンクリートとの混合物のように、コンクリート、すなわちショットクリートであってもよい。支持構造物は、更に、前記切替ジョイントに設置される洋上風車装置を含むものであってもよい。
【０００９】
クレーム発明に対応した他の実施例は、洋上装置を洋上で支持するための支持構造物を組み立てて設置する方法であって、陸上において、円筒部と凸面部とを有する切替ジョイントが、垂直なスリーブ部材と当該凸面部で接続される方法を含む。この方法では又、陸上において、少なくとも３つの細長いスリーブ部材が、少なくとも３つの傾斜した補強材を用いて前記垂直なスリーブ部材に接続される。陸上において、前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、下側の杭を挿入して仮接続することにより支持構造が形成される。下側の杭が挿入されている前記支持構造が、陸上から洋上に搬送される。
【００１０】
この方法では又、洋上での支持面に垂直なケーソンを打ち込むことにより、当該垂直なケーソンが垂直な支持状態に固定される。前記垂直なケーソンを前記垂直なスリーブ部材に入れ込みながら、当該垂直なケーソンの上に前記支持構造が下ろされる。前記細長いスリーブ部材の各々から下側の杭の部分の各々がが分離される。各々の前記細長いスリーブ部材を通じて、下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれる。前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、上側の杭の部分が挿入される。そして、前記下側の杭の部分の各々に、上側の杭の部分の各々が固定される。
【００１１】
前記下側の杭の部分の各々の打ち込みは、前記上側の杭の部分が挿入された後で行われるようにしてもよい。この方法では、更に、前記上側の杭の部分の各々に打ち込み力が加えられ、当該上側の杭の部分の各々によって前記下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれるようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の支持構造物及び風車の横立面図である。
【図２ａ】図１の支持構造物におけるガイド部分の異なる方向での横立面図である。
【図２ｂ】図１の支持構造物におけるガイド部分の異なる方向での横立面図である。
【図３ａ】プラットフォームの有り無しでの、図２ａ及び図２ｂの支持構造物における上面図である。
【図３ｂ】プラットフォームの有り無しでの、図２ａ及び図２ｂの支持構造物における上面図である。
【図４】図４は、図２ａ及び図２ｂにおける支持構造物の斜視図である。
【図５】図５は、コンクリートで補強された切替ジョイントの実施例の断面を示す立面図である。
【図６】図６は、図５のコンクリートで補強された切替ジョイントにおける面６−６に沿って平らに切断した断面図である。
【図７ａ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図７ｂ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図７ｃ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図７ｄ】外殻に対して軽量な内殻を持ち上げ、挿入し、組み合わせ、これら殻の間の環形の部分にコンクリートを注入する一連の過程を示した横立面図である。
【図８】図８は、仮の内殻を利用した、コンクリートで補強された切替ジョイントの別実施例での切断した断面を示す立面図である。
【図９ａ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図９ｂ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図９ｃ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図９ｄ】外殻の内部に仮の内殻を組み付け、コンクリートを注入し、仮の内殻を取り除く一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ａ】杭の下側部分を含んでいる図２ａ−２ｂの支持構造物の組み立て方法の実施例を表している、上方から陸上を見た斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｃ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｄ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｅ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｆ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｇ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｈ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【図１０ｉ】図１０ａで組み立てられた支持構造物を洋上に設置する方法の実施例での一連の過程を示した横立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
凸面部を有する切替ジョイントを備え、風車のような洋上装置を支持するための支持構造物、及び支持構造物の組み付け、設置の方法の具体例について、洋上風車を例に説明する。当然ながら、支持構造物は、石油やガスの掘削機のプラットフォームのような、他の洋上装置を支持するためにも適用できる。実施例の不必要な曖昧さを避けるため、以下の説明では、ブロック図や他の簡略図で示すことにより、周知の構造や装置についての詳細な説明は省略する。説明の目的として、実施例の完全な理解が得られるように、多数の明示した他の細部について述べる。実施例は、これら明示した細部以外の多様な形態でも実施可能であることは考慮されるべきである。例えば、実施例のシステムや方法は、一般に拡張することができるし、より大きな、またはより小さな部材や切替ジョイントへの接続に適用できる。更に、距離や大きさを図示してはいるが、この発明のシステムや方法は、どんな特殊な設備であっても適用するように変更可能である。
【００１４】
図１〜４に示すように、実施例では、支持構造物１０は、羽根１４や支持タワー１６を含む風車アッセンブリ１２と組み合わせて示されている。支持構造物１０は、一般にインワードバッタードタイプ（inward batterd type）又はツイストジャケットタイプ（twisted jacket type）と称するものであってもよい。
【００１５】
実施例では、支持構造物１０に、垂直な縦軸４８を有する垂直なガイド部材又はスリーブ１８や、垂直部材１８の周囲に配置された３つの細長いガイド部材又はスリーブ２０、細長いスリーブ２０と垂直なスリーブ１８とを接続する様々な補強材、が備えられている。支持構造物１０は又、風車アッセンブリ１２の支持タワー１６のような洋上装置を接続するための円筒部２４を有する切替ジョイント２２と、垂直なスリーブ１８と接続される凸面部２６とを備えている。
【００１６】
後述する垂直なスリーブ１８や細長いスリーブ２０、様々な補強材の組み合わせ、及び切替ジョイント２２は、支持構造物１０のガイド部分を形成している。そのガイド部分は、支持面３０、言い換えれば海底、に打ち込まれた垂直なケーソン２８に搭載されており、杭の部分は、水面３２の下方に位置する支持面３０に打ち込まれている。支持構造物１０は、材料、組み立て（製造）及び設置に関して、コストと時間とを最小化する。支持構造物１０は、十分な強度を有し、作動中は風車１２からの負荷を効果的かつ効率的に支持面３０に伝達するとともに、風や波によって発生する長期的な周期的負荷に耐える、優れた疲労耐性を保持している。
【００１７】
細長いスリーブ２０のそれぞれは、末端又は末端部３４と、この末端３４よりも垂直なスリーブ１８に近接して位置する基端部３６と、を有している。３つの細長いスリーブ２０は、垂直なスリーブ１８の周囲に１２０°離れて位置しており、これらの末端３４は互いに１２０°ずつ、ずれて位置している。各スリーブ２０は、捩れ形状を形成するように、縦軸４８から所定の角度で、末端３４から基端部３６に向かって延びている。
【００１８】
図３ａや図３ｂに明示されているように、各スリーブ２０は又、垂直なスリーブ１８に向かって延びているので、基端部３６は、末端３４よりも垂直なスリーブ１８に近接して位置している。各スリーブ２０は、第１の端が各スリーブ２０に、そして、第２の端が切替ジョイント２２の円筒部２４に接続、つまりは溶接された、少なくとも１つの上側横向き補強材４０によって切替ジョイント２２に接続されている。各スリーブ２０は又、第１の端が各スリーブ２０に、そして、第２の端が切替ジョイント２２の凸面部２６に接続、つまりは溶接された、少なくとも１つの上側傾斜補強材４２によって切替ジョイント２２に接続されている。
【００１９】
本実施例では、垂直なスリーブ１８と細長いスリーブ２０との接続に、２つの補助的な一対の傾斜補強材が用いられている。具体的には、下側傾斜補強材４４は、それぞれ、一方の端が各スリーブ２０に接続され、上方に延びて他方の端が垂直なスリーブ１８に接続されている。また、中間傾斜補強材４６は、それぞれ、一方の端が各スリーブ２０に接続され、下方に延びて他方の端が垂直なスリーブ１８に接続されている。
【００２０】
更に、一組の下側横向き補強材５０を備えていてもよい。各下側横向き補強材５０は、一方の端が、末端３４に近接して各スリーブ２０に接続され、他方の端が垂直なスリーブ１８に接続されている。上側及び下側の横向き補強材４０，５０は、実質的に縦軸４８と垂直な方向に延びているのが好ましい。横向き補強材は、構造物１０の対向する端の部分に配置されており、傾斜補強材は、横向き補強材の間に配置されている。
【００２１】
プラットフォーム５２は、スリーブ２０の基端部に接続することができ、はしごや階段、電気ケーブル用の導管などの他の付属物も又、構造物１０に支持したり取り付けたりすることができる。例えば、下側のＪチューブアッセンブリ５４は、垂直なスリーブ１８に支持できる。
【００２２】
図５及び図６は、互いに境界面２５で溶接接合された凸面部２６と円筒部２４とを含む切替ジョイント２２の実施例を示している。切替ジョイント２２は、後述するように、外殻の内面に塗布された強化材料、つまりはコンクリートを備えているのが好ましい。しかしながら、他の実施例では、ここで説明する支持構造物における他の創作部位を組み合わせることで、切替ジョイント２２は強化材料を使用しなくてよいかもしれない。
【００２３】
本実施例では、切替ジョイント２２は、中空の殻体であり、鋼鉄のような高強度な材料で形成された強い外殻又は外壁５６と、ガラス繊維や樹脂のような軽量な材料で形成された内殻又は内壁５８とを有している。切替ジョイント２２は、その上端に、支持タワー１６におけるタワー基部のフランジに接続される連結用のフランジ２３を有している。
【００２４】
図示のように、部材どうしを溶接して形成される溶接部位６０が、円筒部２４の外殻５６に対する上側横向き補強材４０の接続と、凸面部２６の外殻５６に対する上側傾斜補強材４２及び垂直なスリーブ１８の接続とに用いられている。凸面部２６、具体的にはその外表面は、半球形状が好ましいが、長円形状のようなそれ以外の形状であってもよい。
【００２５】
アクセス通路６２が、ジョイント２２の基部ないし底部に配置されている。アクセス通路６２は、外殻５６と内殻５８とを貫通するように溶接されており、人一人が垂直なスリーブ１８の内部に入り込めるようになっている。アクセス通路６２は又、軽量な内殻５８の中心部としても機能している。電気ケーブルや機械配線を通すために、スリーブや垂直管６４としての管を、外殻５６と軽量な内殻５８とを貫通して形成してあってもよい。
【００２６】
コンクリート６５のような強化材料が、外殻５６と内殻５８との間に形成される環状部又は環状空隙６６に注入されている。注入及び試験用のポート６８は、コンクリートの注入及び溢れ出るコンクリートの採取ができる。採取されたコンクリート試料は、後のコンクリート強度検証用の試験柱として持ち出すことができる。合成混合物に基づくグラウトや樹脂のような他の強化材料を用いてもよい。しかしながら、コンクリートや、ショットクリートのような形成物は、安価で容易に利用できるし、十分な強度が得られて取り扱いや適用も容易であることから、特に効果的である。
【００２７】
鋼鉄製の鋲７０が、外殻５６の内面に溶接されていてもよい。鋲７０は、外殻５６と内殻５８との間で力を伝達し、環状部６６内のコンクリート６５を補強する。環状部６６には、鋼鉄製の補強棒（鉄筋）からなる鉄筋構造７２が挿入されていてもよい。鋲７０は、鉄筋構造７２の間に互い違いに配置されている。重い鉄筋構造７２や付加的な鋲７０は、応力集中が生じる連結部の近傍に挿入するのが好ましい。別の実施例では、鋲は備えられていない。
【００２８】
図７ａ〜図７ｄは、コンクリート形成過程を示している。外殻５６の上方に軽量な内殻５８が持ち上げられる（図７ａ）。アクセス通路６２が外殻５６及び内殻５８に溶接される。鉄筋構造７２は、外殻５６の内面上に挿入されている。図７ｂに示すように、軽量な内殻５８が外殻５６の内部へ下ろされる。アクセス通路６２は、中心部として、また、軽量な内殻５８の仮支持部材として機能する。
【００２９】
軽量な内殻５８は、最後には図７ｃの位置に組み付けられ、アクセス通路６２に取り付けられる。コンクリート供給ライン７７がコンクリートポンプ７８に接続され、供給源からコンクリートライン７７を通じて環状部６６にコンクリートが注入される。コンクリートは、環状部に充填され（図７ｄ）、試料は、注入及び試験用のポート６８を通じて採取することができる。予め計算されていた量のコンクリートが注入されると、コンクリートポンプ７８は停止され、コンクリートライン７７は撤収される。
【００３０】
図８、図９ａ〜図９ｄは、内殻又は内壁が無い点を除いては先の実施例と同様である、切替ジョイント２２の別の実施例を表している。図９ａ〜図９ｄは、そのコンクリート形成の一連の過程を示している。図９ａに示すように、アクセス通路６２は外殻５６の内面に溶接されており、鉄筋構造７２は内部に挿入されている。図９ｂに示すように、アクセス通路６２は、中心部として、また、外殻５６の内部に構築される仮骨組み８０のための仮支持部材として機能する。
【００３１】
仮骨組み８０は、仮殻８２と、コンクリートを注入する間、この仮殻８２の剛性を保持するために挿入された仮補強材８４とを備えている。コンクリートライン７６がコンクリートポンプ７８に接続され、コンクリートが、外殻５６と仮殻８２との間に形成された環状部８６に注入される。コンクリートは、外殻５６の内面と接するように環状部８６に充填される。コンクリートの試料は、コンクリート試験用のポート６８を通じて採取することができる。
【００３２】
予め計算されていた量のコンクリートが注入されると、コンクリートポンプ７８は停止され、コンクリートライン７６は撤収される。コンクリートが固まると、仮殻８２及び仮補強材８４を備えた仮骨組み８０は、構造物から取り除かれる。仮骨組みは、ガラス繊維、鋼鉄、木材、その他の材料で形成されていてもよい。
【００３３】
切替ジョイント２２の形状、特に凸面形状は、ジョイント２２に接続された補強材と協働し、風車タワーアッセンブリの運転中や大きな負荷事象で生じる、あらゆる力やモーメントを、土台、つまりは杭や支持面へ伝達し得る、非常に効果的な力の分散性や伝達性を提供する。これらの効果は、捩れたスリーブの配置や他の補強材の使用によって更に増強されている。更に、切替ジョイント２２に強化材料を使用することで、ジョイント２２の形成に必要な鋼鉄の量が減少する。それにより、他の重くて高価なジョイントで必要な強度を維持しながら、重量やコストは大幅に低減される。
【００３４】
洋上風車向けの、コンクリートで補強された切替ジョイント２２は、打ち込み型又は吸い込み型のパイプ状の杭基礎からなる土台に風車を接続する、改良された構造や方法を提供する。これらは、他の従来法と比べて、土台に風車を接続するのに必要な時間と材料を著しく低減できる。切替ジョイント２２の形態は、コストと組み立て時間を最小化しながら、耐久性や剛性、負荷伝達性を最大化する。切替ジョイント２２の重量は又、風車の杭基礎用土台の他のタイプと比べて、改良された固有振動数を与える。
【００３５】
強化材料の使用は、凸面部や円筒部の効果的な厚みを増加させるので、外殻と接している、コンクリート、あるいはコンクリート及び補強用の鋼鉄の強度の利用によって、代表的な断面における鋼鉄の実際量よりもいっそう優れている。コンクリートは、コンクリートラインに接続された一般的なコンクリートポンプで容易に注入でき、外殻と、軽量又は仮の内殻との間の環状のスペースをコンクリートで固めることができる。
【００３６】
これに代えて、別の実施例では、鉄筋はあるが、鋼鉄製の鋲は無く、内殻の必要も無しで、外殻の内面に単にショットクリートを吹き付けることができる。鋼鉄製の半球状／円筒状の殻の内側に補強コンクリートを設けることで、内殻の有無にかかわらず、コンクリートや鋼鉄製の補強材の耐久性を損なうおそれのある水、塩霧、補強材の腐食や他の環境要因からコンクリートは保護される。
【００３７】
切替ジョイント２２の基部における凸面部の形態は、切替ジョイントへの補強材や付属物の位置に関して、柔軟な許容性を有している。従来、効果的な溶接を行うためには、支持部材の周囲に沿って溶接部位が入り込むように、溶接される補強材の角度は、管状のジョイントが接続される支持部材の外面との間で、少なくとも３０度は確保しなければならなかった。出願人は、共振を避けるのに最適な強度、安定性、剛性、耐久性が得られる、補強材の中心線と細長いスリーブとの間の最適な角度Ａは略３０度であることを確認した。
【００３８】
しかしながら、上側傾斜補強材の外面と、その補強材が接続される凸面部の外面との間の溶接面角度を含め、角度Ａを略３０度に設定する場合、従来の管状や円錐状の切替ジョイントでは、必要とされる３０度より小さくなってしまう。クレーム発明に対応した、切替ジョイント２２の外殻５６の凸面形状は、少なくとも４５度の溶接面角度を形成する。すなわち、外殻５６の凸面形状は、上側傾斜補強材４２の外面から離れるように拡がっているので、角度Ａを略３０度に保持しながら、両部材の接続部分の周囲全体に沿って効果的に溶接できる十分なスペースが形成される。その結果、応力集中を招かずに溶接部位の最適な剛性、強度、耐久性が得られ、構造的システム全体の固有振動数の減少を最大化できる。従って、凸面部２６の凸面形状は、上側傾斜補強材４２が切替ジョイント２２の周りに配置されることで、構造的システム全体の固有振動数が減少し、共振を防いでいる。
【００３９】
コンクリートで補強された切替ジョイント２２は、建設コストを最小限に抑制しながら、洋上装置の支持や運転に必要とされる十分な強度と耐久性を備えている。切替ジョイント２２は、風車及びその支持タワーの空力学的な反応や重力によって発生する荷重やモーメントを、周囲の土地に散逸させるために、タワー基部のフランジから支持構造部材に伝達する。
【００４０】
コンクリートによる殻形態は、重い鋼板材料を付加的に使用せずにジョイントの効果的な厚みを増加させる。凸面部は、補強材の角度と位置に対し、よりいっそうの順応性を与えている。鉄骨のような鋼鉄製の補強材は、コンクリートとともに用いるのが好ましい。他の実施例では、外殻の内面における鋲の配置は、外殻の強化部材の適切な配置を確保するために用いることができる。
【００４１】
図１０ａ〜図１０ｉに示すように、支持構造物１０の組み立て及び設置は、陸上で始められる（図１０ａ）。そこでは、垂直なスリーブ１８や切替ジョイント２２、補強材４０，４２，４４，４６，５０、及び細長いスリーブ２０が互いに接続、つまりは溶接されて支持構造のガイド部分が形成される。プラットフォーム５２も、陸上で細長いスリーブ２０と切替ジョイント２２とに接続してもよい。
【００４２】
陸上の組み立て場所では、下側の杭の部分８７は、細長い各スリーブ２０内に下ろしておき、細長いスリーブ２０の各々の基端部に設けられた把持部８９により、細長いスリーブが引っ込んだ状態に一時的に保持しておくとよい。この方法によれば、杭の部分８７は、より安定して扱い易い陸上で組み立てられるので、予測が立たない洋上での杭の部分８７の組み立てに必要な時間やコスト、労力が軽減される。
【００４３】
１又はそれ以上の支持構造物１０は、その後、ジャッキアップバージ９０のような海洋船に載せられて洋上に搬送される。バージ９０は、ジャッキアップされ、その脚部は支持面３０に安定して位置決めされ、バージ本体は水面上に安定して持ち上げられる。図１０ｂに示すように、クレーン９２が使用され、バージからケーソン２８が持ち上げられて、ケーソン２８は、その末端が支持面３０、つまりは海底に位置するまで、垂直に水中へ下ろされる。
【００４４】
続いて、図１０ｃに示すように、油圧ハンマー９４が用いられ、ケーソン２８は支持面３０に打ち込まれる。図１０ｄに示すように、ケーソン２８が所望の深さまで打ち込まれた後、ケーソン２８の上方に垂直なスリーブ１８が位置するように、クレーン９２でバージ９０のデッキから支持構造物１０が持ち上げられる。そして、支持構造物１０は下ろされ、スリーブ１８がケーソン２８に形成された停止帯９６と接するまで、ケーソン２８は、スリーブ１８の内部を上方に延びていく（図１０ｅ）。
【００４５】
電気ケーブルを支持する支持アッセンブリ９８は、スリーブ１８の末端に設けるとよい。そうすれば、構造物１０が図１０ｅの最終的に落ち着く位置まで下ろされた時、支持アッセンブリ９８は停止帯９６に接し、垂直なスリーブ１８の部分は支持アッセンブリ９８の基端に接する。下側の杭の部分８７を開放するように把持部８９が操作され、杭の部分８７は、スリーブ２０を通って支持面３０内に延びる位置まで重力によってスライドする。杭の部分８７の上部はスリーブ２０内に保持される（図１０ｆ）。
【００４６】
実施例では、それから、上側の杭の部分９１が、１つの細長いスリーブ２０の上方位置へ、クレーン９２によってバージ９０から持ち上げられる（図１０ｇ）。そして、上側の杭の部分９１は、その末端がスリーブ２０内の下側の杭の部分８７の基端に接するまで、スリーブ２０内に下ろされる。
【００４７】
その後、油圧ハンマー９４がクレーン９２によって支持され（図１０ｈ）、上側の杭の部分９１に打ち込み力が加えられる。打ち込み力は、下側の杭の部分８７の基端に加わって、下側の杭の部分８７は支持面３０に打ち込まれる（図１０ｉ）。上側の杭の部分９１及び下側の杭の部分８７のそれぞれは、スリーブ２０内の互いに接している端部の部分で接続、つまりはグラウチングされる。このプロセスは、他の細長いスリーブ２０で繰り返し行われる。
【００４８】
上側の杭の部分９１と下側の杭の部分８７とを接続しているグラウトされた接合部は、２０１０年６月３日に出願された同時継続中の米国特許出願１２／７９３２３０：「グラウトされた接合部、及びその形成方法」に記載された方法を用いて行ってもよい。ここではその全ての内容を援用する。従って、同時継続中の米国特許出願１２／７９３２３０に詳しく記載されているように、上側の杭の部分９１は、一体化された打ち込みヘッド９６や差し込みガイド９８を含む。クレーン９２を用いて、挿入部を備えたグラウトラインアッセンブリが、上側の杭の部分９１内に下ろされ、杭を接続するためにグラウトが供給される。
【００４９】
本発明によれば、コンクリートで補強された、球形の頭部及び円筒状の殻からなるジョイントと、外側の頭部及び円筒状の管状殻の組立体のために、軽量な又は仮の、内側の頭部及び円筒状の管状殻の組立体をコンクリートで固める方法とが備えられていることは明らかである。本発明は、多数の図例と共に記載されているので、多くの代替例や具体例、変形例を、本発明の技術分野の当業者が理解できることは明らかである。従って、本開示は、そのような本発明の思想や射程の範囲内にある代替例や具体例、類似例の全てを包含する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洋上装置を支持するための支持構造物であって、
垂直な軸を有する垂直部材と、
前記垂直部材の周囲に配置された少なくとも３つの細長部材と、
円筒部と、前記垂直部材に接続された凸面部と、を有する切替ジョイントと、
少なくとも３つの上側傾斜補強材と、
を備え、
前記細長部材の各々は、基端と末端とを含み、当該基端は、当該末端よりも前記垂直部材に近接して位置し、
上側傾斜補強材の各々が、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記凸面部に第２端が接続されている支持構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々の前記第２端が、前記凸面部と全周にわたって接続された外周の範囲を含む、支持構造物。
【請求項３】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの細長部材が、前記垂直部材の周囲に１２０度ずつ互いに位置ずれした３つの細長部材のみを含む、支持構造物。
【請求項４】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記凸面部が半球状である、支持構造物。
【請求項５】
請求項１に記載の支持構造物において、更に、
少なくとも３つの上側横向き補強材を備え、
前記上側横向き補強材の各々が、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記円筒部に第２端が接続されている支持構造物。
【請求項６】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記凸面部は、外側凸面を含み、
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、外側補強面を含み、
前記上側傾斜補強材の各々と前記凸面部との接続部位における、前記外側凸面と、前記外側補強面とが、少なくとも４５度の面角度を形成している支持構造物。
【請求項７】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、前記少なくとも３つの細長部材のうちの１つの軸から、略４０度の補強材支持角度を形成する補強材軸に沿って延びている、支持構造物。
【請求項８】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記切替ジョイントは、中空体であり、内面と、この内面に接する強化材料とを含む、支持構造物。
【請求項９】
請求項８に記載の支持構造物において、
前記強化材料がコンクリートである、支持構造物。
【請求項１０】
請求項１に記載の支持構造物において、更に、
前記切替ジョイントに設置される洋上風車装置を含む、支持構造物。
【請求項１１】
洋上装置を支持するための支持構造物であって、
垂直な軸を有する垂直部材と、
円筒部と、前記垂直部材に接続された凸面部と、を有する切替ジョイントと、
前記凸面部に一端が接続された、少なくとも１つの傾斜補強材と、
を備える、支持構造物。
【請求項１２】
請求項１１に記載の支持構造物において、
前記凸面部が半球状である、支持構造物。
【請求項１３】
請求項１１に記載の支持構造物において、更に、
各々の一端が前記円筒部に接続された、少なくとも３つの上側横向き補強材を備える、支持構造物。
【請求項１４】
請求項１３に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの上側横向き補強材の各々が、前記切替ジョイントの中心軸に対し、実質的に直角をなす方向に延びている、支持構造物。
【請求項１５】
請求項１１に記載の支持構造物において、
前記凸面部は、外側の凸面を有し、
前記少なくとも１つの傾斜補強材は、外側の補強面を有し、
前記各傾斜補強材と前記凸面との接続部位において、前記外側の凸面及び前記外側の補強面が、少なくとも４５度の面角度を形成している、支持構造物。
【請求項１６】
請求項１１に記載の支持構造物において、
前記切替ジョイントは、中空体であり、内面と、この内面に接する強化材料とを含む、支持構造物。
【請求項１７】
請求項１６に記載の支持構造物において、
前記強化材料がコンクリートである、支持構造物。
【請求項１８】
洋上装置を洋上で支持するための支持構造物を組み立てて設置する方法であって、
陸上において、円筒部と凸面部とを有する切替ジョイントが、垂直なスリーブ部材と当該凸面部で接続され、
陸上において、少なくとも３つの細長いスリーブ部材が、少なくとも３つの傾斜した補強材を用いて前記垂直なスリーブ部材に接続され、
陸上において、前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、下側の杭を挿入して仮接続することにより支持構造が形成され、
下側の杭が挿入されている前記支持構造が、陸上から洋上に搬送され、
洋上での支持面に垂直なケーソンを打ち込むことにより、当該垂直なケーソンが垂直な支持状態に固定され、
前記垂直なケーソンを前記垂直なスリーブ部材に入れ込みながら、当該垂直なケーソンの上に前記支持構造が下ろされ、
前記細長いスリーブ部材の各々から下側の杭の部分の各々が分離され、
各々の前記細長いスリーブ部材を通じて、下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれ、
前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、上側の杭の部分が挿入され、
前記下側の杭の部分の各々に、上側の杭の部分の各々が固定される、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記下側の杭の部分の各々の打ち込みは、前記上側の杭の部分が挿入された後で行われ、
前記上側の杭の部分の各々に打ち込み力が加えられ、当該上側の杭の部分の各々によって前記下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれる、方法。
【請求項１】
洋上装置を支持するための支持構造物であって、
垂直な軸を有する垂直部材と、
前記垂直部材の周囲に配置された少なくとも３つの細長部材と、
円筒部と、前記垂直部材に接続された凸面部と、を有する切替ジョイントと、
少なくとも３つの上側傾斜補強材と、
を備え、
前記細長部材の各々は、基端と末端とを含み、当該基端は、当該末端よりも前記垂直部材に近接して位置し、
上側傾斜補強材の各々が、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記凸面部に第２端が接続されている支持構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々の前記第２端が、前記凸面部と全周にわたって接続された外周の範囲を含む、支持構造物。
【請求項３】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの細長部材が、前記垂直部材の周囲に１２０度ずつ互いに位置ずれした３つの細長部材のみを含む、支持構造物。
【請求項４】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記凸面部が半球状である、支持構造物。
【請求項５】
請求項１に記載の支持構造物において、更に、
少なくとも３つの上側横向き補強材を備え、
前記上側横向き補強材の各々が、前記細長部材の各々の１つに第１端が接続され、前記円筒部に第２端が接続されている支持構造物。
【請求項６】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記凸面部は、外側凸面を含み、
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、外側補強面を含み、
前記上側傾斜補強材の各々と前記凸面部との接続部位における、前記外側凸面と、前記外側補強面とが、少なくとも４５度の面角度を形成している支持構造物。
【請求項７】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの上側傾斜補強材の各々は、前記少なくとも３つの細長部材のうちの１つの軸から、略４０度の補強材支持角度を形成する補強材軸に沿って延びている、支持構造物。
【請求項８】
請求項１に記載の支持構造物において、
前記切替ジョイントは、中空体であり、内面と、この内面に接する強化材料とを含む、支持構造物。
【請求項９】
請求項８に記載の支持構造物において、
前記強化材料がコンクリートである、支持構造物。
【請求項１０】
請求項１に記載の支持構造物において、更に、
前記切替ジョイントに設置される洋上風車装置を含む、支持構造物。
【請求項１１】
洋上装置を支持するための支持構造物であって、
垂直な軸を有する垂直部材と、
円筒部と、前記垂直部材に接続された凸面部と、を有する切替ジョイントと、
前記凸面部に一端が接続された、少なくとも１つの傾斜補強材と、
を備える、支持構造物。
【請求項１２】
請求項１１に記載の支持構造物において、
前記凸面部が半球状である、支持構造物。
【請求項１３】
請求項１１に記載の支持構造物において、更に、
各々の一端が前記円筒部に接続された、少なくとも３つの上側横向き補強材を備える、支持構造物。
【請求項１４】
請求項１３に記載の支持構造物において、
前記少なくとも３つの上側横向き補強材の各々が、前記切替ジョイントの中心軸に対し、実質的に直角をなす方向に延びている、支持構造物。
【請求項１５】
請求項１１に記載の支持構造物において、
前記凸面部は、外側の凸面を有し、
前記少なくとも１つの傾斜補強材は、外側の補強面を有し、
前記各傾斜補強材と前記凸面との接続部位において、前記外側の凸面及び前記外側の補強面が、少なくとも４５度の面角度を形成している、支持構造物。
【請求項１６】
請求項１１に記載の支持構造物において、
前記切替ジョイントは、中空体であり、内面と、この内面に接する強化材料とを含む、支持構造物。
【請求項１７】
請求項１６に記載の支持構造物において、
前記強化材料がコンクリートである、支持構造物。
【請求項１８】
洋上装置を洋上で支持するための支持構造物を組み立てて設置する方法であって、
陸上において、円筒部と凸面部とを有する切替ジョイントが、垂直なスリーブ部材と当該凸面部で接続され、
陸上において、少なくとも３つの細長いスリーブ部材が、少なくとも３つの傾斜した補強材を用いて前記垂直なスリーブ部材に接続され、
陸上において、前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、下側の杭を挿入して仮接続することにより支持構造が形成され、
下側の杭が挿入されている前記支持構造が、陸上から洋上に搬送され、
洋上での支持面に垂直なケーソンを打ち込むことにより、当該垂直なケーソンが垂直な支持状態に固定され、
前記垂直なケーソンを前記垂直なスリーブ部材に入れ込みながら、当該垂直なケーソンの上に前記支持構造が下ろされ、
前記細長いスリーブ部材の各々から下側の杭の部分の各々が分離され、
各々の前記細長いスリーブ部材を通じて、下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれ、
前記少なくとも３つの細長いスリーブ部材の各々に、上側の杭の部分が挿入され、
前記下側の杭の部分の各々に、上側の杭の部分の各々が固定される、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記下側の杭の部分の各々の打ち込みは、前記上側の杭の部分が挿入された後で行われ、
前記上側の杭の部分の各々に打ち込み力が加えられ、当該上側の杭の部分の各々によって前記下側の杭の部分の各々が前記支持面に打ち込まれる、方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１０ｅ】
【図１０ｆ】
【図１０ｇ】
【図１０ｈ】
【図１０ｉ】
【図１０ａ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図９ｄ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１０ｅ】
【図１０ｆ】
【図１０ｇ】
【図１０ｈ】
【図１０ｉ】
【図１０ａ】
【公表番号】特表２０１２−５２９５８４（Ｐ２０１２−５２９５８４Ａ）
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１５１０２（Ｐ２０１２−５１５１０２）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３７９６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４４５７０
【国際公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５１１２９５６６７）キーストーン エンジニアリング，インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３７９６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４４５７０
【国際公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５１１２９５６６７）キーストーン エンジニアリング，インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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