JP6851752B2

JP6851752B2 - 部材間の位置決めシステム、部材間の位置決め方法、部材の接合システム、部材の接合方法、及び、洋上構造物の接合方法

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Publication number: JP6851752B2
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Description

本発明は、複数の部材の相互間における位置決めする際に使用する、部材間の位置決めシステム、部材間の位置決め方法、部材の接合システム、部材の接合方法、及び、洋上構造物の接合方法に関するものである。

地球温暖化、化石エネルギーの枯渇の問題から再生可能エネルギー利用の需要が増加している。この再生可能エネルギー利用の内でも、風力発電、特に洋上風力発電の装置は効率化のために大型化してきており、その装置の組み立て及び設置方法が課題として挙がっている。特に、波浪の影響を受けながらの洋上風力発電装置の設置においては、風車のナセルに衝撃を与えずに、かつ、膨大な費用が掛かる大型のクレーン船を用いずに、組み立て及び設置を行う工法の開発が急務となっている。また、風車のブレードや発電機などの交換を伴う大規模なメンテナンスを容易に行うことができるメンテナンス方法の開発も急務となっている。

これに関連して、風力発電装置などを搭載したスパー型等の洋上構造物の施工方法において、クレーン船を使用することなく、安全に洋上設置場所に係留するために、洋上構造物を上部構造物と下部構造物に分割して製造して、下部構造物の一部又は全部を水中に直立状態に維持して、下部構造物の上方部位に、上部構造物を移動して、その後、下部構造物を上昇させて上部構造物の下側に配置したり、又は、上部構造物を下降させて下部構造物の上側に配置したりしてから、下部構造物を上部構造物に一体化して接合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−２２７８３号公報

このような上部構造物と下部構造物を接合する際には、上部構造物と下部構造物との間の相対位置に関しての位置決めが重要になるが、特に、洋上接合においては、上部構造物は、クレーン船のクレーンで吊られた状態や、運搬船の一対の腕状部材を持つフォーク状構造物に搭載された状態等にあり、これらのクレーン船や運搬船は波浪によって搖動している。そのため、上部構造物と下部構造物の相互間の位置決めが難しく、特に、上部構造物と下部構造物を上下方向から接近させて接合する場合には、接近方向及びこの接近方向に垂直な面内における上部構造物と下部構造物との相対距離が、波浪などの外乱により大きくなったり小さくなったりして変動するため、位置決め用部材に大きな衝撃荷重や荷重変動が加わって位置決め用部材が破損する可能性があるという問題がある。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、接近方向とこの接近方向に垂直な面内における位置決めを容易に行うことができ、しかも、接近方向の相対距離の変動と衝撃荷重を弾性支持体によって効果的に吸収しながら位置決めができ、位置決め後には弾性支持体に加わっている押圧力を開放できる部材間の位置決めシステム、部材間の位置決め方法、部材の接合システム、部材の接合方法を提供することにある。

また、本発明のさらなる目的は、大型クレーン船を用いることなく、洋上で、風力発電装置のナセル等の装置及び設備を備えた上部構造物を下部構造物の上に載置して接合及び組み立てができ、また、大規模メンテナンスが必要になったときには、これらの装置及び設備を容易に取り外して陸地に運んでメンテナンス作業を簡便に行うことができる、洋上構造物の接合方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の部材間の位置決めシステムは、第１部材と第２部材の間の位置決めに際して、前記第１部材と前記第２部材の接近方向と垂直な面内における相互位置を位置決めするための部材間の位置決めシステムであって、前記第１部材側に固定される第１位置決め部材と、前記第２部材側に固定される第２位置決め部材とからなり、前記第１位置決め部材は第１係合部を備えており、前記第２位置決め部材は、前記第１係合部に係合する第２係合部を備えると共に、前記第１部材と前記第２部材の接近方向に関して、前記第２係合部の後側に弾性支持体と伸縮支持体とを備え、前記伸縮支持体を複動タイプの油圧シリンダで構成し、ピストンの加圧面の前後の油圧室を油圧ラインで接続すると共に、該油圧ラインにバルブを設けていることを特徴とする。

この構成によれば、第１係合部とこの第１係合部と係合可能な第２係合部とにより、接近方向と垂直な面における位置決めを容易に行うことができる。また、接近方向に関して第２係合部を支持している弾性支持体と伸縮支持体の両方で、接近方向の衝撃荷重と荷重変動及び相対距離の変化をより効率的に吸収でき、第１位置決め部材と第２位置決め部材の破損を防止できる。また、弾性支持体に加わっている押圧力の解除の度合いをバルブの開閉や弁開度で調整できるようになる。

さらに、適宜伸縮支持体を収縮させて弾性支持体が配置されている空間領域を大きして弾性支持体を開放することにより、位置決め後に弾性支持体への押圧力及び弾性変形を解除できる。また、位置決め作業後の第１部材と第２部材とが接合している状態で弾性支持体に荷重が加わっていない状態にできるので、この弾性支持体を繰り返し使用することが可能となる。

また、上記の部材間の位置決めシステムにおいて、前記第１係合部が凸形状をした雄型で、前記第２係合部が凹形状をした雌型であるか、あるいは、前記第１係合部が凹形状をした雌型で、前記第２係合部が凸形状をした雄型である。この凸形状をした雄型としては、先端がテーパー形状の円錐又は円錐台となっているピンで形成したり、これに係合する凹形状をした雌型をテーパー形状の穴で形成したりする。これらの雄型、雌型としては多くの形状を採用できるが、前記凸形状をした雄型が円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状のうちのいずれかの形状を有していると、接近方向に垂直な面内における位置ずれおよび衝撃荷重を吸収できる構造になる上に、工作性がよくなるので製造し易くなる。

また、上記の部材間の位置決めシステムにおいて、前記第１位置決め部材が前記第１部材に着脱可能に、又は、前記第２位置決め部材が前記第２部材に着脱可能に、又は、前記第１位置決め部材と前記第２位置決め部材のそれぞれが前記第１部材と前記第２部材のそれぞれに着脱可能に設けている構成にすると、これらの第１位置決め部材と第２位置決め部材の一方又は両方を、繰り返し、別の第１部材と第２部材の位置決めに使用することができるようになり、コストパフォーマンスが向上する。

そして、上記の目的を達成するための本発明の部材の接合システムは、上記の部材間の位置決めシステムを備えていることを特徴とする。これにより、上記の部材間の位置決めシステムと同様な効果を発揮できる。

また、上記の目的を達成するための本発明の部材間の位置決め方法は、上記の部材間の位置決めシステムを用いて位置決め作業を行うことを特徴とする。これにより、上記の部材間の位置決めシステムと同様な効果を発揮できる。

また、上記の目的を達成するための本発明の部材の接合方法は、上記の部材の接合システムを単数または複数用いて接合作業を行うことを特徴とする。これにより、上記の部材の接合システムと同様な効果を発揮できる。

上記の部材の接合方法において、前記第１部材が、水中若しくは水上に係留されている係留構造物、水底に立設している水中構造物、水底に立設して水上に出ている部分を有する水上構造物、地上に立設している陸上構造物のいずれかであると、前記第２部材が風車を備えた上部構造物であると、この部材の接合方法による効果はより大きくなる。
また、本発明が第１部材と第２部材の間の位置決めに際して、前記第１部材と前記第２部材の接近方向と垂直な面内における相互位置を位置決めするための部材間の位置決めシステムであって、前記第１部材側に固定される第１位置決め部材と、前記第２部材側に固定される第２位置決め部材とからなり、前記第１位置決め部材は第１係合部を備えており、前記第２位置決め部材は、前記第１係合部に係合する第２係合部を備えると共に、前記第１部材と前記第２部材の接近方向に関して、前記第２係合部の後側に弾性支持体と伸縮支持体とを備えていることを特徴とする部材間の位置決めシステムを備えていることを特徴とする部材の接合システムを単数または複数用いて接合作業を行うことを特徴とする部材の接合方法であって、前記第２部材が風車を備えた上部構造物であると、この部材の接合方法による効果はより大きくなる。

そして、上記の目的を達成するための洋上構造物の接合方法は、洋上構造物を下部構造物と上部構造物に分割して、一部又は全部を水中に直立状態に維持した前記下部構造物の上方部位に、運搬船に設けた一対の腕状部材を持つフォーク状構造物に保持した状態で前記上部構造物を移動し、前記運搬船を沈降させることにより、前記上部構造物を下降させて、前記下部構造物の上側に載置する洋上構造物の接合方法において、第１部材と第２部材の間の位置決めに際して、前記第１部材と前記第２部材の接近方向と垂直な面内における相互位置を位置決めするための部材間の位置決めシステムであって、前記第１部材側に固定される第１位置決め部材と、前記第２部材側に固定される第２位置決め部材とからなり、前記第１位置決め部材は第１係合部を備えており、前記第２位置決め部材は、前記第１係合部に係合する第２係合部を備えると共に、前記第１部材と前記第２部材の接近方向に関して、前記第２係合部の後側に弾性支持体と伸縮支持体とを備えていることを特徴とする部材間の位置決めシステムを備えていることを特徴とする部材の接合システムを単数または複数用いて接合作業を行うことを特徴とする部材の接合方法を使用し、前記下部構造物を前記第１部材とし、前記上部構造物を前記第２部材とすることを特徴とする方法である。

この方法によれば、上記の部材の接合方法を使用して、接合作業時に運搬船をバラスト調整により沈降させることにより、上部構造物の荷重をスムーズに、運搬船から下部構造物に移動させることができ、しかも、上記の部材の接合システムを使用することで、上下方向（接近方向）と水平方向（接近方向に垂直な面内）の衝撃荷重を吸収しながら位置決めすることができるので、作業時間及び接合のためのコストを低減することができる。また、設置と逆の手順を行うことにより、容易に上部構造物を下部構造物から取り外すことができるので、上部構造物を陸上に運搬して、陸上で大規模メンテナンスを行うことが容易にできるようになる。

上記の洋上構造物の接合方法において、前記下部構造物と前記上部構造物の接合作業中に、前記伸縮支持体を伸縮させることにより、接合時の風車及びナセルを支持する軸の位置と前記運搬船の位置の距離を調整すると、この方法により、運搬船の一対の腕状部材の高さを調整することよりも短時間且つ容易に伸縮支持体を伸縮させることができる。

以上に説明したように、本発明の接合部材の位置決めシステム、接合部材の位置決め方法、接合部材の接合システム、接合部材の接合方法によれば、接近方向とこの接近方向に垂直な面内における位置決めを容易に行うことができ、しかも、接近方向の相対距離の変動と衝撃荷重を弾性支持体によって効果的に吸収しながら位置決めができ、位置決め後には弾性支持体に加わっている押圧力を開放できる。

また、本発明の洋上構造物の接合方法によれば、大型クレーン船を用いることなく、洋上で、風力発電装置のナセル等の装置及び設備を備えた上部構造物を下部構造物の上に載置して接合及び組み立てができ、また、大規模メンテナンスが必要になったときには、これらの装置及び設備を容易に取り外して陸地に運んでメンテナンス作業を簡便に行うことができる。

本発明に係る実施の形態の部材間の位置決めシステム、部材間の位置決め方法を説明するための模式的な正面図である。図１の部材間の位置決めシステムにおける、離間状態から接合までの第１段階〜第３段階における部材間の位置決めシステムの状態を示す図である。図１の部材間の位置決めシステムにおける、接合から接合完了までの第４段階〜第６段階における部材間の位置決めシステムの状態を示す図である。本発明に係る実施の形態の部材の接合システム、部材の接合方法を説明するための模式的な図で、浮体式のスパータイプの洋上構造物における第１部材となる下部構造物に第２部材となる上部構造物を接合する状態を示す図である。図４における接合部分の模式的な拡大平面図である。図４における接合部分の模式的な拡大側面図である。本発明に係る実施の形態の部材の接合システム、部材の接合方法を説明するための模式的な図で、浮体式のセミサブタイプの洋上構造物における第１部材となる下部構造物に第２部材となる上部構造物を接合する状態を示す図である。本発明に係る実施の形態の部材の接合システム、部材の接合方法を説明するための模式的な図で、着床式のモノパイルタイプの洋上構造物における第１部材となる下部構造物に第２部材となる上部構造物を接合する状態を示す図である。本発明に係る実施の形態の部材の接合システム、部材の接合方法を説明するための模式的な図で、着床式のジャケットタイプの洋上構造物における第１部材となる下部構造物に第２部材となる上部構造物を接合する状態を示す図である。本発明に係る実施の形態の部材の接合システム、部材の接合方法を説明するための模式的な図で、陸上設置式の風力発電用の陸上構造物における第１部材となる下部構造物に第２部材となる上部構造物を接合する状態を示す図である。本発明に係る実施の形態の部材の接合システム、部材の接合方法を説明するための模式的な図で、橋梁における第１部材となる下部構造物に第２部材となる上部構造物を接合する状態を示す図である。一対の腕状部材を持つフォーク状構造物を備えた運搬船を用いて、着床式のモノパイルタイプの洋上風力発電装置における第１部材となる下部構造物に第２部材となる上部構造物を接合する状態を示す正面図である。図１２の状態を示す側面図である。図１２のフォーク状構造物の周辺を示す平面図である。上部構造物の下降量と運搬船の沈降量と弾性支持体の反力と伸縮支持体のストローク量（収縮量）との関係を示す図である。伸縮支持体のストロークを途中で変化させる場合の、上部構造物の下降量と運搬船の沈降量と弾性支持体の反力と伸縮支持体のストローク量（収縮量）との関係を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の部材間の位置決めシステム、部材間の位置決め方法、部材の接合システム、部材の接合方法、及び、洋上構造物の接合方法について説明する。この実施の形態における洋上構造物の接合方法についての説明では、洋上構造物として、風力で得られる揚力を利用するプロペラ型の水平軸型風車を水面上部分に配置している洋上風力発電用の洋上構造物を例にしている。しかし、本発明は、必ずしも、洋上構造物は風力発電用の洋上構造物に限定する必要は無く、その他の洋上で上部構造物と下部構造物を一体化する洋上構造物に適用できる。

なお、図面は説明用の図面であり、必ずしも、各図の間で構成や形状や寸法が整合しているとは限らない。また、ここでは、第１位置決め部材を第１部材側に、第２位置決め部材を第２部材側に固定する例で説明しているが、逆の第１位置決め部材を第２部材側に、第２位置決め部材を第１部材側に固定してもよい。

最初に、本発明に係る実施の形態の部材間の位置決めシステム及び部材間の位置決め方法について説明する。なお、この本発明に係る実施の形態の部材間の位置決め方法は、この本発明に係る実施の形態の部材間の位置決めシステム１を用いて位置決め作業を行う位置決め方法である。

図１に示すように、この部材間の位置決めシステム１は、第１部材１０と第２部材２０の位置決めに際して、第１部材１０と第２部材２０の接近方向Ａと垂直な面内における相互位置を位置決めするための部材間の位置決めシステムである。この接近方向Ａとは、位置決め及び接合する前の離間状態の第１部材１０と第２部材２０を位置決め及び接合のために接近させていく方向のことである。

この部材間の位置決めシステム１は、図１の下側の第１部材１０側に固定される第１位置決め部材３０と、図１の上側の第２部材２０側に固定される第２位置決め部材４０とを有して構成される。この第１位置決め部材３０は第１係合部３１を備えており、また、第２位置決め部材４０は、第１係合部３１に係合する第２係合部４１を備えている。それと共に、第１部材１０と第２部材２０の接近方向Ａに関して、第２係合部４１の後側に弾性支持体４２と伸縮支持体４３とを備えている。これらの第２係合部４１と弾性支持体４２と伸縮支持体４３は、筒状カバー体４４の内部に配置されて保持されている。

この構成により、第１係合部３１と第２係合部４１を係合させることで接近方向Ａに垂直な面内における位置決めを行い、弾性支持体４２の弾性変化と伸縮支持体４３の伸縮により接合作業時における接近方向Ａの第１部材１０と第２部材２０の相互距離Ｌの変動及びこの変動に起因する衝撃荷重及び荷重変動を吸収する。

より詳細には、第１係合部３１は凸形状をした雄型で、第２係合部４１が凹形状をした雌型で形成されている。あるいは、逆に、第１係合部３１が凹形状をした雌型で、第２係合部４１が凸形状をした雄型で形成される。この凸形状をした雄型としては、例えば、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状のうちのいずれかの形状を採用することが好ましく、この形状にすると接近方向Ａに垂直な面内における位置ずれ及び衝撃荷重を吸収できる構造になる上に、工作性がよく製造し易くなる。しかしながら、雄型と雌型の形状は、これらの形状に限定する必要は無く、その他の形状であってもよく、互いに係合したときに、接近方向Ａに垂直な面内での平面的な動きが制限されて固定される形状であればよい。

この実施の形態の示す図面では、第１係合部３１をピン形状とし、この先端の凸形状をした雄型を一つの円錐台３１ａで形成し、第２係合部４１は、第１係合部３１のピン形状に係合するテーパー穴で形成している。しかしながら、必ずしも、テーパー穴である必要はなく、傾斜面を有するガイド板を周囲に接近方向に沿って配置して第１係合部４１を傾斜面で囲いこむようなガイド構造であってもよい。第１係合部３１も第２係合部４１も、例えば、円錐台とテーパー穴を互いに並列で有しているような、互いに係合する凹凸形状で形成されていてもよい。要するに、第１位置決め部材３０と第２位置決め部材４０における接近方向Ａの相対距離Ｌが小さくなるにつれて、接近方向Ａに垂直な面内の移動が制限されて、第１係合部３１と第２係合部４１の係合が完了したときに、第１係合部３１が第２係合部４１に対して接近方向Ａに垂直な面内で位置決めされている結果となるような構成であればよい。

図１に示すように第１位置決め部材３０は、取り付け部材３２と第１部材１０の固定部材１１とを締結ボルト３３で締結することにより、第１部材１０に固定される。この第１位置決め部材３０は、締結ボルト３３を外すことにより、容易に、第１部材１０から取り外しできる。つまり、第１位置決め部材３０は、第１部材１０に着脱可能に固定される。

また、第２位置決め部材４０は、取り付け部材４５と第２部材２０の固定部材２１とを締結ボルト４６で締結することにより、第２部材２０に固定される。この第２位置決め部材４０は、締結ボルト４６を外すことにより、容易に、第２部材２０から取り外しできる。つまり、第２位置決め部材４０は、第２部材２０に着脱可能に固定される。

また、弾性支持体４２は、防舷材などで使用されるゴム部材やゴムと金属を積層した耐震用の弾性体等を使用することができる。この弾性支持体４２は衝撃緩衝部材の機能を有して、第１部材１０と第２部材２０との相対距離Ｌの変動による第１係合部３１と第２係合部４１との間の衝撃荷重と荷重変動を一次的に負担及び吸収する必要があるので、衝撃荷重に強く、ある程度の量の弾性変形をする材料で構成する。

一方、伸縮支持体４３には油圧シリンダや空気シリンダ等の流体シリンダを用いることができる。流体シリンダに加わる荷重が小さい場合には、衝撃荷重を吸収し易い空気シリンダでもよい。また、衝撃荷重が比較的小さく、また、第２位置決め部材４０を小さく軽量にする必要がある場合には、弾性支持体４２と伸縮支持体４３の代わりに空気シリンダを設けて、この空気シリンダに弾性支持体４２の機能と伸縮支持体４３の機能を発揮させてもよい。

一方、荷重が大きい場合には、耐荷重が大きく、かつ、大きな力を出せる油圧シリンダを使用する。さらに、伸縮支持体４３をピストンの加圧面の両面に油圧を加えることのできる複動タイプの油圧シリンダで構成し、ピストンの加圧面の前後の油圧室を油圧ライン（図示しない）で接続すると共に、この油圧ラインに開閉弁(図示しない)を設けて構成すると、この開閉弁の開閉でピストンの移動速度をきめ細かく制御できるので、弾性支持体４２に加わる荷重を調整しながら解放することができるようになる。

なお、第２係合部４１と弾性支持体４２と伸縮支持体４３の順序に関しては、位置決め作業時における衝撃荷重や荷重変動は、第２係合部４１に加わるので、衝撃力を吸収する弾性支持体４２は第２係合部４１の直後に配置し、弾性支持体４２の弾性変形の量を調整する伸縮支持体４３は弾性支持体４２の後側に配置する構成にして、伸縮支持体４３に衝撃力が加わるのを回避することが好ましい。

そして、第１部材１０と第２部材２０は、第１位置決め部材３０の第１係合部３１と第２位置決め部材４０の第２係合部４１が係合した状態で、接近方向Ａに垂直な面内における位置決めがなされ、第１部材１０を第２部材２０に向かって接近方向Ａに移動し、第１部材１０の接合部材１２の接合穴１３とは、第２部材２０の接合部材２２の接合穴２３とが一致する位置まで移動させる。この接合穴１３と接合穴２３の一致後に、締結ボルト(図示しない)を挿入して締結ナット(図示しない)で固定する。

この接合部材の位置決めシステム１は、第１部材１０と第２部材２０のそれぞれに第１位置決め部材３０と第２位置決め部材４０を設置して行われるが、この第１位置決め部材３０と第２位置決め部材４０のセット（組み合わせ)を１組とした場合は、第１部材１０と第２部材２０の接近方向Ａに垂直な面内の位置決めを行うことができるが、第１位置決め部材３０と第２位置決め部材４０を旋回中心とする、第１部材１０と第２部材２０の旋回方向の位置決めはできないので、この旋回方向の位置決めも行うときは、２つ以上（複数）の組のセット。好ましくは２〜４組のセットを用いることになる。

次に、本発明に係る実施の形態の部材の接合システム及び部材の接合方法について説明すると、本発明に係る実施の形態の部材の接合システムは、この部材間の位置決めシステム１を備えた接合システムであり、本発明に係る実施の形態の部材の接合方法は、この部材の接合システム１を用いて接合作業を行う接合方法である。

次に、本発明に係る実施の形態の部材間の位置決めシステム１、部材間の位置決め方法、部材の接合システム、部材の接合方法における、離間状態から接合完了までの第１段階〜第６段階の部材間の位置決めシステム１の状態、より詳細には、第１部材１０に固定された第１位置決め部材３０と第２部材２０に固定された第２位置決め部材４０とにおける位置決め及び接合の作業時における各状態を図２及び図３を参照しながら説明する。

図２の左側に示す第１段階では、第１係合部３１と第２係合部４１とは離間している状態であり、第１部材１０と第２部材２０のどちらか一方または両方を接近方向Ａと平行な面内または同じ面内で移動させて（図２では第２部材２０を下降させて）、第２係合部４１を第１係合部３１に対向させる。そして、伸縮支持体４３を伸長させている状態で、第２位置決め部材４０（第２部材２０）を第１位置決め部材３０（第１部材１０）に接近方向Ａから接近させて、第２係合部４１を第１係合部３１に当接させる。この図２の中央に示す第２段階では、弾性支持体４２が弾性変形していない。

次に、図２の右側に示す第３段階になるように、第２位置決め部材４０（第２部材２０）を第１位置決め部材３０（第１部材１０）に接近方向Ａからさらに接近させて、弾性支持体４２を押圧して圧縮して弾性変形させる。この第２部材２０の第１部材１０への接近を続けて、第１部材１０と第２部材２０を図４の左側に示す接合位置のある状態にして、第４段階とする。この第３段階から第４段階に至るまでの間は、第１部材１０と第２部材２０との相対距離Ｌの変動に起因する、第２係合部４１から第１係合部３１に加わる衝撃荷重及び荷重変動は、弾性支持体４２で吸収される。

この第４段階の第２部材２０と第１部材１０とが接合位置にある状態になった時点では、第２部材２０の荷重の全部または一部を第２部材２０をクレーンやその他の構成では支持するか、あるいは、第２部材２０の荷重の一部または全部を第１部材１０で負担する。そして、第２部材２０と第１部材１０との接合位置になっている状態では、図１に示すように、第１部材１０の接合部材１２の接合穴１３と、第２部材２０の接合部材２２の接合穴２３の位置が互いに一致しているので、締結ボルトを挿入して締結ナットにより締結して第１部材１０の接合部材１２と第２部材２０の接合部材２２とを固定する。これにより、第１部材１０と第２部材２０の接合が行われる。

この位置決め又は接合後に、図３の中央に示す第５段階に移り、伸縮支持体４３を収縮して、弾性支持体４２の弾性変形の量を軽減し、図３の右側に示す第６段階になるようにする。この第６段階では、接合後の弾性支持体４２の収納空間を拡大して弾性支持体４２を弾性変形させている圧縮力をゼロにして弾性支持体４２を開放する。これにより、接合後は、弾性支持体４２には押圧力が加わっていない解放状態になるので、弾性支持体４２の劣化を防止でき、繰り返し使用することができる。

上記の構成の部材間の位置決めシステム１、部材間の位置決め方法、部材の接合システム、部材の接合方法によれば、第１係合部３１とこの第１係合部３１と係合可能な第２係合部４１とにより、接近方向Ａと垂直な面における位置決めを容易に行うことができる。

特に、この第１部材１０と第２部材２０の接近時に相対距離Ｌを安定して減少することができないようない場合、例えば、洋上接合の場合には、第１部材１０と第２部材２０の相対距離Ｌが変動するので、第１係合部３１と第２係合部４１の両方が第１部材１０と第２部材２０にそれぞれ剛な状態で支持されていると、第１係合部３１と第２係合部４１が接触してから完全に係合するまでの間に衝突を繰り返して破損にしたりする場合が生じるが、これを、接近方向Ａに関して第２係合部４１を弾性支持体４２で支持することにより、接近方向Ａの衝撃荷重と荷重変動と相対距離の変化をより効率的に吸収できる。

つまり、接近方向Ａに垂直な面内における位置ずれ及び衝撃荷重は、第１係合部３１と第２係合部４１の間で徐々に吸収しながら、第１部材１０と第２部材２０の接近方向Ａに垂直な面内における相対距離Ｌがゼロになるように、第１部材１０と第２部材２０の一方又は両方を動かして位置調整することにより、接合時の接近方向Ａに垂直な面内における位置決めを行うことができる。

また、接近方向Ａの衝撃荷重と荷重変動と相対距離Ｌの変動は、まずは弾性支持体４２における弾性変形で吸収する。そして、接近方向Ａの接近距離Ｌが小さくなるのに従って、弾性支持体４２が押圧されて弾性変形して小さくなる。

また、第１部材１０と第２部材２０を位置決めして接合した後では、伸縮支持体４３を収縮して弾性支持体４２に加わっている荷重を解除することができる。この荷重の解除により、弾性支持体４２に大きな荷重が加わるのを接合作業時の一時的なものとすることができる。これにより、接合作業後では、弾性支持体４２は荷重から解放された状態になるので、弾性支持体４２を繰り返し使用することが可能となる。

これにより、第１部材１０に第２部材２０を載置するような場合には、第１部材１０と第２部材２０との間の荷重受け機構(図示しない)に第２部材２０の荷重を確実に受け渡すことができ、第１係合部３１と第２係合部４１との係合により、第１部材１０と第２部材２０とが位置決めされていることで、接合面における第１部材１０の接合部材１２の接合穴１３と第２部材２０の接合部材２２の接合穴２３との位置が一致し、互いに当接している接合部材１２、２２同士を締結ボルトで締結することで、第２部材２０を第１部材１０に確実に固定することができる。

この部材の接合方法を使用できる対象物としては、さまざまな構造物が考えられる。例えば、洋上構造物に関しては、第１部材１０が、水中若しくは水上に係留されている、図４に示すような浮体式のスパータイプの洋上構造物や図７に示すような浮体式のセミサブタイプの洋上構造物の下部構造物となる係留構造物がある。また、特に図示しないが、水底に立設している水中構造物があり、さらに、水底に立設して水上に出ている部分を有する、図８に示すような着定式のモノパイルタイプの洋上構造物や図９に示すような着床式のジャケットタイプの洋上構造物の下部構造物となる水上構造物がある。また、陸上構造物としては、図１０に示すような地上に立設している陸上設置式の風力発電用の陸上構造物や、図１１に示すような地上基礎の上に載置される橋梁の陸上構造物がある。

そして、これらの下部構造物（第１部材）１０の上に載置する上部構造物（第２部材）２０を、図４及び図７〜図１０に示すように、第２部材２０が、プロペラのブレード２４をナセル２５で回転可能に支持して、このナセル２５を支柱２６で支持しているような、風車を備えた上部構造物で構成すると、この部材の接合方法による効果がより大きくなる。

これらの下部構造部（第１部材）１０と上部構造物（第２部材）２０との接合部分を拡大して、図５と図６に示す。図５は平面図であり、部材間の位置決めシステム１を円周方向に３セット配置している状態を示している。また、図６は側面図であり、部材間の位置決めシステム１の側面断面を示しているが、部材間の位置決めシステム１の固定部分を正面と側面で示すことができるように、部材間の位置決めシステム１を円周方向に４セット配置している状態を示している。つまり、３セットの図５と４セットの図６では整合が取れていないが、あえて、説明し易い図とするためと、本発明では、部材間の位置決めシステム１のセット数が固定して限定されないことを例示するために、３セットと４セットの図面としている。

この図５及び図６の構成では、部材間の位置決めシステム１の第１位置決め部材３０は、第１部材１０の固定部材１１の上に取り付け部材３２と締結ボルト３３で取り付けられている。一方、この部材間の位置決めシステム１の第２位置決め部材４０は取り付け部材４５と締結ボルト４６で、第２部材２０の接合部材２２に取り付けられている。

これらの第２位置決め部材４０は、取り付け及び取り外し作業がし易いように、作業台として使用する接合用ステージ２７よりも上に置かれている。この接合用ステージ２７は、第２部材２０の外周側に、設けられており、接合状態では、第１部材１０の上に載置される。また、この接合用ステージ２７は安全確保のために周囲を作業台の囲い２７ａで囲まれている。

また、図１１に示すように、橋梁を固定支持する基礎部分を第１部材１０とし、橋梁を第２部材２０とすることもできる。この構成では、クレーン（図示しない）で、クレーン側吊りワイヤー６２により、クレーン吊り具６１を吊上げて、このクレーン吊り具６１に固定接続された吊りワイヤー６３で橋梁（第２部材）２０を吊上げている。そして、部材間の位置決めシステム１が橋梁の両端側に配置されている。

次に、本発明に係る洋上構造物の接合方法について説明する。この洋上構造物の接合方法は、上記の部材の接合方法を使用する方法である。より詳細には、図１２〜図１５に示すように、洋上構造物を下部構造物と上部構造物に分割して構成する。この下部構造物を第１部材１０とし、この上部構造物を第２部材２０とする。そして、下部構造物（第１部材）１０の一部又は全部を水中に直立状態に維持して、この下部構造物１０の上方部位に、運搬船５０に設けた一対の腕状部材５１ａを持つフォーク状構造物５１に上部構造物（第２部材）２０を保持し、このフォーク状構造物５１に載置した状態で上部構造物２０を移動する。次に、この上部構造物２０を下部構造物１０の直上に移動し終わったら、運搬船５０をバラスト調整して沈降させることにより、上部構造物２０を下降させて、下部構造物１０の上側に載置する。

この洋上構造物の接合方法における、上部構造物（第２部材）２０の下降量（移動量）と運搬船５０の沈降量（移動量）と弾性支持体４２の反力（弾性力）と伸縮支持体のストローク（収縮量）との関係の一例を図１６に示す。この例では、第２部材２０を下降して第１係合部３１と第２係合部４１が接触した時点（ｔ１）から弾性支持体４２が弾性変形し始めて反力が次第に大きくなる。そして、時点（ｔ２）で上部構造物２０の荷重が運搬船５０側から第２位置決め部材４０の弾性支持体４２側に移動し終わる。

この時点（ｔ２）から時点（ｔ３）までは静定時間であり、この時間の間で上部構造物２０の荷重が弾性支持体４２にかかっていることを確認する。この確認の終了の時点（ｔ３）からは、上部構造物２０の荷重がかからなくなった運搬船５０を水平方向に移動し、退避する。そして、下部構造物１０と上部構造物２０の接合部が接触し始めた時点（ｔ４）から弾性支持体４２から下部構造物１０と上部構造物２０の接合部に荷重がすべて移動した時点（ｔ５）から締結ボルトでの締結を開始する。この時点（ｔ４）から次の時点（ｔ５）までは、伸縮支持体４３のストロークを収縮して、弾性支持体４２を開放し、弾性変形と反力を減少してゼロにする。なお、接合作業を終了した後は、必要に応じて、第１位置決め部材３０と第２位置決め部材４０の両方または一方を取り外す。

この洋上構造物の接合方法によれば、上記の部材の接合方法を使用して、接合作業時に運搬船５０をバラスト調整により沈降させることにより、上部構造物２０の荷重をスムーズに、運搬船５０から下部構造物１０に移動させることができ、しかも、上記の部材の接合方法及び部材の接合システムを使用することで、上下方向（接近方向Ａ）と水平方向（接近方向に垂直な面内）の衝撃荷重を吸収しながら、位置決めすることができる。なお、図１７は、伸縮支持体４３を」ストロークさせて第１係合部３１を迎えに行く形にした場合を示す。

さらには、上記の上部構造物２０を下部構造物１０の位置決めと接合のための作業と逆の手順の作業を行うことにより、容易に上部構造物２０を下部構造物１０から取り外すことができるので、風車のナセル２５とブレード２４と支柱２６等を備えた上部構造物２０を陸上に運搬して、陸上で大規模メンテナンスを行うことが容易にできるようになる。

なお、この下部構造物１０は、スパータイプやセミサブタイプ等の浮体式の下部構造物であっても、モノパイルタイプやジャケットタイプ等の着床式の下部構造物のいずれであっても構わない。また、運搬船５０に設ける一対の腕状部材５１ａを持つフォーク状構造物５１は、フォークリフトのように、２つ腕状部材５１ａを離間して、運搬船５０の後ろ側に平行に突き出した構造であり、下部構造物１０の支柱（又は上部構造物２０の支柱）をその離間した腕状部材５１ａの間に入れられるように構成されている。

また、上部構造物２０には、運搬船５０に設けられた一対の腕状部材５１ａで保持し易いように、上部構造物２０を構成しておく。この構成としては、接合部又は接合部の近傍に張り出し部となる接合用ステージ２７を設けることで、この接合用ステージ２７の下面の両側を一対の腕状部材５１ａの上に載置又は取り付けることが簡単にできるようになる。この構成により、上部構造物２０を運搬船５０に固定することが容易にできるようになる。この接合用ステージ２７は、上部構造物２０をメンテナンスするときに使用するデッキと兼用にすることが好ましい。また、作業員の安全のために接合用ステージ２７の周囲には、囲い２７ａを設ける。

この洋上構造物の接合方法においては、下部構造物１０と上部構造物２０の接合作業中に、伸縮支持体４３を伸縮させることにより、接合時の軸の位置と運搬船５０の位置との距離を調整するように構成する。この構成にすると、伸縮支持体４３を伸縮させて位置調整する方が、一対の腕状部材５１ａを持つフォーク状構造物５１の高さを調整するために運搬船５０をバラスト調整して沈降させるよりも、短時間且つ容易である。従って、接合作業における作業時間及びコストを低減できる。

この洋上構造物の接合方法によれば、大型クレーン船を用いることなく、洋上で、風力発電装置のナセル２５等の装置及び設備を備えた上部構造物２０を下部構造物１０の上に載置して接合及び組み立てができ、また、大規模メンテナンスが必要になったときには、これらの装置及び設備を容易に取り外して陸地に運んでメンテナンス作業を簡便に行うことができる。

１０第１部材
１１固定部材
１２接合部材
２０第２部材
２１固定部材
２２接合部材
２７接合用ステージ
３０第１位置決め部材
３１第１係合部
３２取り付け部材
４０第２位置決め部材
４１第２係合部
４２弾性支持体
４３伸縮支持体
４５取り付け部材
５１フォーク状構造物
５１ａ腕状部材
５２転倒防止用抑え部
５２ａ把持部材
Ａ接近方向

Claims

第１部材と第２部材の間の位置決めに際して、前記第１部材と前記第２部材の接近方向と垂直な面内における相互位置を位置決めするための部材間の位置決めシステムであって、
前記第１部材側に固定される第１位置決め部材と、前記第２部材側に固定される第２位置決め部材とからなり、
前記第１位置決め部材は第１係合部を備えており、
前記第２位置決め部材は、前記第１係合部に係合する第２係合部を備えると共に、前記第１部材と前記第２部材の接近方向に関して、前記第２係合部の後側に弾性支持体と伸縮支持体とを備え、
前記伸縮支持体を複動タイプの油圧シリンダで構成し、ピストンの加圧面の前後の油圧室を油圧ラインで接続すると共に、該油圧ラインにバルブを設けていることを特徴とする部材間の位置決めシステム。
前記第１係合部が凸形状をした雄型で、前記第２係合部が凹形状をした雌型であるか、あるいは、前記第１係合部が凹形状をした雌型で、前記第２係合部が凸形状をした雄型であることを特徴とする請求項１に記載の部材間の位置決め機構。
前記凸形状をした雄型が円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状のうちのいずれかの形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の部材間の位置決め機構。
前記第１位置決め部材が前記第１部材に着脱可能に、又は、前記第２位置決め部材が前記第２部材に着脱可能に、又は、前記第１位置決め部材と前記第２位置決め部材のそれぞれが前記第１部材と前記第２部材のそれぞれに着脱可能に設けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の部材間の位置決めシステム。
請求項１〜４のいずれか１項の部材間の位置決めシステムを備えていることを特徴とする部材の接合システム。
請求項１〜４のいずれか１項の部材間の位置決めシステムを用いて位置決め作業を行うことを特徴とする部材間の位置決め方法。
請求項５の部材の接合システムを単数または複数用いて接合作業を行うことを特徴とする部材の接合方法。
前記第１部材が、水中若しくは水上に係留されている係留構造物、水底に立設している水中構造物、水底に立設して水上に出ている部分を有する水上構造物、地上に立設している陸上構造物のいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の部材の接合方法。
第１部材と第２部材の間の位置決めに際して、前記第１部材と前記第２部材の接近方向と垂直な面内における相互位置を位置決めするための部材間の位置決めシステムであって、
前記第１部材側に固定される第１位置決め部材と、前記第２部材側に固定される第２位置決め部材とからなり、
前記第１位置決め部材は第１係合部を備えており、
前記第２位置決め部材は、前記第１係合部に係合する第２係合部を備えると共に、前記第１部材と前記第２部材の接近方向に関して、前記第２係合部の後側に弾性支持体と伸縮支持体とを備えていることを特徴とする部材間の位置決めシステムを備えていることを特徴とする部材の接合システムを単数または複数用いて接合作業を行うことを特徴とする部材の接合方法であって、
前記第２部材が風車を備えた上部構造物であることを特徴とする部材の接合方法。
洋上構造物を下部構造物と上部構造物に分割して、一部又は全部を水中に直立状態に維持した前記下部構造物の上方部位に、運搬船に設けた一対の腕状部材を持つフォーク状構造物に保持した状態で前記上部構造物を移動し、前記運搬船を沈降させることにより、前記上部構造物を下降させて、前記下部構造物の上側に載置する洋上構造物の接合方法において、
第１部材と第２部材の間の位置決めに際して、前記第１部材と前記第２部材の接近方向と垂直な面内における相互位置を位置決めするための部材間の位置決めシステムであって、
前記第１部材側に固定される第１位置決め部材と、前記第２部材側に固定される第２位置決め部材とからなり、
前記第１位置決め部材は第１係合部を備えており、
前記第２位置決め部材は、前記第１係合部に係合する第２係合部を備えると共に、前記第１部材と前記第２部材の接近方向に関して、前記第２係合部の後側に弾性支持体と伸縮支持体とを備えていることを特徴とする部材間の位置決めシステムを備えていることを特徴とする部材の接合システムを単数または複数用いて接合作業を行うことを特徴とする部材の接合方法を使用し、前記下部構造物を前記第１部材とし、前記上部構造物を前記第２部材とすることを特徴とする洋上構造物の接合方法。
前記下部構造物と前記上部構造物の接合作業中に、前記伸縮支持体を伸縮させることにより、接合時の風車及びナセルを支持する軸の位置と前記運搬船の位置の距離を調整することを特徴とする請求項１０に記載の洋上構造物の接合方法。