JP2018167841A - 円筒タンク - Google Patents

Abstract

【課題】円筒タンクのタンク胴に発生するバルジング振動を抑制するために内側からタンク胴の半径方向の変形を抑えるフレームを実現する。【解決手段】円筒タンク２の内包液中にタンク胴４の内部にタンク胴の内壁面と微小な隙間を持って沿うトーラス形状の密閉され気体を封入された中空のパイプで構成された補強フレーム１を配置する。補強フレーム１は底部付近のタンク固定点３３に係留されており、補強フレームの浮力と係留する反力が釣り合って、補強フレームはタンク胴の高さのおおよそ中央の高さに位置する。タンク胴がバルジング変形した場合にはタンク胴の内壁面が補強フレームに接触する。【選択図】 図２

Description

本発明は円筒タンクに関する。

水や燃料油を貯留する円筒タンクは、地震が作用した場合にも、倒壊せずに自立した状態を維持し、かつ漏洩が発生しないことが求められる。円筒タンクに地震が作用した場合に想定される損傷モードとしては、タンク胴の下端付近の象足座屈などがあり、従来から対策されている。これらの損傷モードに対する補強方法は例えば、特許文献１に示されている。

特許文献１では、平底円筒形鋼製タンクの側板で地震によって座屈変形を生じやすい箇所を含む所定高さ部位について、離隔して所定幅位置に設置する支持枠体と、この支持枠体の内部及び又は支持枠体の外周面に張設するＰＣ鋼線と、支持枠体の内部に連続的に打設するコンクリートとで補強形成する、と記載されている。

特開２０１２−２５０７１２号公報

特許文献１には、例えば象足座屈などに対する対策が記載されている。特許文献１に記載された補強構造は円筒タンクの底部付近を補強するのに有効である。

一方で、液体を貯留した円筒タンクに地震が作用すると、円筒タンクの胴板の高さの半分の位置で振幅が大きくなる、水平断面で胴板が花びら状に波打つように振動するバルジングモードが励起されることがある。

たとえば、特許文献１のようにコンクリートなどによる補強方法を高い位置まで適用するには、高所の補強部材を底面から支持するために底面付近ではコンクリートの板厚を厚くする必要があり、工事コストの増加と設置面積の増加が課題である。

本発明の目的は、簡易かつ軽量な補強構造によってバルジングモードが抑制される、円筒タンク及び円筒タンクの補強方法を提供することである。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の円筒タンクの一つは、液体を貯留する円筒タンクであって、前記円筒タンクの内壁面に微小な隙間をあけて沿うような環状の補強フレームと、前記円筒タンク内であって、タンク胴の高さの略半分の位置にて、前記補強フレームを停留し、一端が前記補強フレームと接続された拘束装置と、前記円筒タンクの下部にて前記拘束装置の他端を接続する接続治具と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡易かつ軽量な補強構造によって円筒タンクのバルジング変形を抑制することができる。

実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。 実施例２における補強フレームを適用した円筒タンクの一部を断面とした概略鳥瞰図である。 実施例２による補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。 実施例３による補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。 実施例４による補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は、実施例１における補強フレームを適用した円筒タンクの概略断面図である。ここで、補強フレーム１を適用する円筒タンク２について定義する。円筒タンク２は地盤に繋がる強固な基礎３に周方向に複数設置されたガセットプレート３３によって強固に取り付けられているタンク胴４を備え、タンク胴４は下ほど板厚が厚く、上部には屋根５が取り付けられており、液体１０を貯留できる。

実施例１による補強フレーム１は、トーラス形状の補強フレームであり、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などの剛性の高い材料で一体に成形している。補強フレーム１は単独で高い剛性を有しており、タンク胴の半径方向の内側向きに荷重が作用してもトーラス形状を単独で維持する。補強フレーム１は中空で密閉構造とし、内部に窒素などの気体を封入することで液体１０に対して浮力を有する。

補強フレーム１はタンク胴４の外側にガセットプレート３３が溶接されている位置の内側にタンク胴４の高さの約半分の長さのチェーン６で繋がれ、補強フレーム１の浮力とチェーンの反力が釣り合うことによって、バルジング変形の振幅が大きくなるタンク胴４の高さのおおよそ中央に位置した状態かつ、補強フレーム１とタンク胴４の内壁面とは隙間がある状態で液中に沈んでいる。

このような状態で補強フレーム１があれば、バルジング変形が生じた際に、内側に向かって変形するタンク胴の内壁面と補強フレーム１が接触する。補強フレーム１はタンク胴４の半径方向に対して高い剛性を有するためタンク胴４は補強フレーム１と接触するとそれ以上内側に変形できない。このようにして補強フレーム１は補強フレーム１とタンク胴４との隙間以上の振幅でタンク胴４がバルジング変形することを防止する効果を発揮する。

つづいて、液面の位置と補強フレーム１の効果の関係について説明する。液面がタンク胴４の高さのおおよそ中央の位置より上方にある場合、補強フレーム１はタンク胴４の高さのおおよそ中央に位置しており、バルジング変形の振幅が大きくなる位置もタンク胴４の高さのおおよそ中央の位置から低下しないため、補強フレーム１がバルジングを防止する効果に変化はない。

液面がタンク胴４の高さのおおよそ中央の位置より低下した場合には、補強フレーム１が液面に露出し、補強フレーム１の位置も液面と共に低下し、バルジング変形の振幅が大きくなる位置が補強フレーム１の位置より上方になることがある。このとき、液面が十分に低くなっていれば、地震によって液体１０がタンク胴４に作用する荷重も小さく、バルジングを防止する必要が無い。補強フレーム１が液面に露出していても、液面がタンク胴４の高さの中央付近であれば、補強フレーム１がバルジングを防止する効果に変化はない。

以上より、補強フレーム１がバルジング変形を防止する効果は液面の位置によらない。

本実施例では、タンク胴４の高さのおおよそ中央の内側に簡易で軽量な補強フレーム１を設置することでバルジングモードが抑制される。補強フレーム１は浮力によってタンク胴４の高さのおおよそ中央にとどまるため、基礎３から支持する必要が無く、簡易かつ軽量な補強構造によって円筒タンク２のバルジング変形を抑制することができる。

図２は、実施例２における補強フレームを適用した円筒タンクの一部を断面とした概略鳥瞰図である。図３は、実施例２における補強フレームを適用した円筒タンクの概略縦断面図である。補強フレーム１を適用する円筒タンク２は図１に示した例と同様であるので、図示及び詳細な説明は省略する。

実施例１では、単独で形状を維持できる高剛性なトーラス状のフレームを用いていたが、実施例２では、これを分割された状態で円筒タンク２内まで搬入可能な構造へと変更した。

実施例２では補強フレーム１の材料として、例えば、内面と外面を樹脂によってコーティングされ、互いに挿しこめる端部形状となっているステンレスパイプを用いる。タンク胴４に沿う円弧状の複数のパイプを円筒タンク内で接着剤を用いて接合することで、トーラス形状のフレーム１１を簡易に構築でき、既設の円筒タンクにも補強フレームを適用できる。実施例１と同様に内部に窒素などの気体を封入することで液体１０に対して浮力を有する。

実施例１では、トーラス形状の補強フレームのみで補強フレーム１を構成したのに対して、実施例２では、トーラス形状のフレーム１１にスポーク７を備えている。スポーク７は上向きと下向きの円錐面に間隔をあけてタンク胴の半径方向に設置したロッド状の構造物である。スポーク７はタンク胴４の中心において上と下それぞれ集合し、集合した上下の二点はタンク胴４と同心の細い円筒形状の構造であるハブ８に結合する。スポーク７はその中間にターンバックル７１を備え、それぞれ長さを微調整でき、互いにおおよそ等しい引張の力を作用させておく。この効果として補強フレーム１の円形形状を微調整でき、半径方向の剛性も強化できる。

トーラス形状のフレーム１１の板厚や断面の形状は補強フレーム１が液体１０に対して浮力を持つように作成する。補強フレーム１がタンク胴４の高さのおおよそ中央に位置した状態かつ、補強フレーム１とタンク胴４の内壁面とは隙間がある状態で液中に位置するメカニズムと効果は実施例１と同様である。

本実施例では、実施例１の効果に加えて既設の円筒タンク２にも、補強フレーム１を追加して設置することが可能となり、既設の円筒タンク２の補強方法が実現できる。

図４に、実施例３における補強フレーム１を適用した円筒タンク２の概略縦断面図を示す。補強フレーム１を適用する円筒タンク２は図１に示した例と同様であるので、図示及び詳細な説明は省略する。

実施例１及び実施例２ではトーラス形状のフレームは１本であったが、本実施例３による補強フレーム１では、トーラス形状のフレームは２本あり、補強フレームが傾斜しようとする場合にもタンク胴と補強フレームが接触することによって、補強フレーム１が底面に対して傾斜することを防ぐ効果がある。

補強フレーム１はタンク胴４の外側にガセットプレート３３が溶接されている位置の内側にチェーン６で繋がれ、補強フレーム１の浮力とチェーンの反力が釣り合うことによって、バルジング変形の振幅が大きくなるタンク胴４の高さのおおよそ中央に上部のトーラス形状のフレーム１１ａが位置した状態かつ、補強フレーム１とタンク胴の内壁面とは隙間がある状態で液中に沈んでいる。補強フレーム１がバルジング変形を防止するメカニズムと効果は実施例１と同様である。

トーラス形状のフレームは分割した金属製のパイプを円筒タンク内で溶接して形成し、実施例１や実施例２と同様に内部に窒素などの気体を封入することで液体１０に対して浮力を有する。上部のトーラス形状のフレーム１１ａと下部のトーラス形状のフレーム１１ｂは平行になるよう、高さ方向に設置された支柱パイプ９によって接続されている。トーラス形状のフレームのうち下部のトーラス形状のフレーム１１ｂからは上向き、上部のトーラス形状のフレーム１１ａからは下向きの円錐面にタンク胴４の半径方向にスポーク７としてパイプを溶接する。スポーク７はタンク胴４の中心でハブ８の上端と下端にそれぞれ集合し、ターンバックル７１によってそれぞれ長さを微調整できる。スポーク７のメカニズムと効果は実施例２と同様である。

本実施例では、実施例１及び実施例２の効果に加えて補強フレームが底面に対して傾斜することを防ぐ効果がある。

図５に、実施例４における補強フレーム１を適用した円筒タンクの概略縦断面図を示す。
補強フレーム１を適用する円筒タンク２は図１に示した例と同様であるので、図示及び詳細な説明は省略する。

実施例１から実施例３では補強フレーム１は全て液中にあったが、実施例４による補強フレーム１では、平行になるよう、高さ方向に設置された支柱パイプ９によって接続されたトーラス形状のフレームは３本あり、最も上部のトーラス形状のフレーム１１ａが液面より上方、かつタンク胴４の上端までに位置するよう、補強フレーム１はタンク胴４の外側にガセットプレート３３が溶接されている位置の内側にチェーン６で繋がれている。

バルジング変形の振幅が大きくなるタンク胴４の高さのおおよそ中央に中央部のトーラス形状のフレーム１１ｃが位置した状態かつ、補強フレーム１とタンク胴の内壁面とは隙間がある状態で液中に沈んでいる。補強フレーム１がバルジング変形を防止するメカニズムと効果は実施例１と同様である。

補強フレーム１が底面に対して傾斜することを防ぐメカニズムと効果は実施例３と同様であり、液面が動揺した場合にも上部のトーラス形状のフレーム１１ａ、中央部のトーラス形状のフレーム１１ｃ、下部のトーラス形状のフレーム１１ｂは底面とおおよそ平行な状態を維持する。

円筒タンク２にスロッシングが発生した場合、タンク胴４に沿って上方向かって流れる液体の一部は、液面より上に位置する上部のトーラス形状のフレーム１１ａに衝突し、強制的に流れの向きを変更される。タンク胴４に沿って上方に流れる液体の、屋根５に衝突する割合が上部のトーラス形状のフレーム１１ａによって低減されるため、補強フレーム１は屋根に作用する圧力と上端に作用するモーメントをそれぞれ低減する。したがって、補強フレーム１はバルジング変形の防止に加えて、屋根の破損防止とタンク胴４の象足座屈の防止の３つの効果を発揮する。

トーラス形状のフレーム１１は実施例２と同様にそれぞれにスポーク７を備えており、スポーク７のメカニズムと効果は実施例２と同様である。

本実施例では、実施例１から実施例３の効果に加えて屋根の破損防止とタンク胴４の象足座屈の防止の効果がある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：補強フレーム
２：円筒タンク
３：基礎
４：タンク胴
５：屋根
６：チェーン
７：スポーク
８：ハブ
９：支柱パイプ
１０：液体
１１：トーラス形状のフレーム
１１ａ：上部のトーラス形状のフレーム
１１ｂ：下部のトーラス形状のフレーム
１１ｃ：中央部のトーラス形状のフレーム
３３：ガセットプレート
７１：ターンバックル

Claims (6)

1. 液体を貯留する円筒タンクであって、
   前記円筒タンクの内壁面に微小な隙間をあけて沿うような環状の補強フレームと、
   前記円筒タンク内であって、タンク胴の高さの略半分の位置にて、前記補強フレームを停留し、一端が前記補強フレームと接続された拘束装置と、
   前記円筒タンクの下部にて前記拘束装置の他端を接続する接続治具と、
   を備えたことを特徴とする円筒タンク。
2. 請求項１に記載の円筒タンクにおいて、
   前記補強フレームはタンク胴の内壁面に沿うような複数の環状の補強フレームと、
   前記複数の環状の補強フレーム相互を支持する支持構造とから構成されることを特徴とする円筒タンク。
3. 請求項１又は請求項２に記載の円筒タンクにおいて、
   前記補強フレームはタンク胴の内壁面に沿うような複数の環状の補強フレームと、
   前記複数の環状の補強フレームの中心部に位置するハブと、
   前記補強フレームと前記ハブとを接続するスポークとから構成されることを特徴とする円筒タンク。
4. 請求項３における円筒タンクにおいて、
   前記スポークは長さ調整可能な調整装置を備えたことを特徴とする円筒タンク。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項における円筒タンクにおいて、
   前記円筒タンクの液体より上方に、複数の環状の補強フレームの少なくとも一つが位置していることを特徴とする円筒タンク。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項における円筒タンクにおいて、
   前記補強フレームは中空で密閉構造であることを特徴とする円筒タンク。

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