TWI435019B - Piping support structure - Google Patents

Description

配管支撐構造物

本發明係關於支撐設於原子能發電設備、火力發電設備、化學設備等各種設備中之配管的構造物。

如圖15所示，設於各種設備之配管，配管100之軸之直角方向(X方向)，係於支撐構架101之所有支撐點102其移動被拘束(固定)，軸向(Y方向)則考慮到配管100之熱延伸而在支撐點102之一部份處固定，但在其餘之支撐點102則成可動狀態。

另，配管100布滿於設備內，當配管100改變朝向而配置時，如圖16所示，係使用複數之支撐構架101，每個直線部份係以支撐構架101支撐。

以上之配管支撐構造物若受到源自大地震之大振動時，包含支撐構架101之支撐構造物整體之衰減性能較小，因此需要對配管固定部之破損，或配管本體之破損作出準備。另，配管支撐構造物整體若產生大變形時，需要講求防止與鄰接之設備建築等產生碰撞之手段。又，使用複數之支撐構架101時，於鄰接之支撐構架101間會產生相對變位，從而當然不只是防止配管100於支撐點102間破損，還需要防止支撐點102本身之破損。例如如圖16產生相對變位Δ×時，會有在配管固定點之(a)部份、配管固定點(i)部份處配管損傷之虞。

因此，為提高配管之抗震性能，專利文獻1中提案有對配管與支撐構架間插入積層橡膠體，而提高配管系統之衰減性能，藉此而降低地震時配管之響應。

另，專利文獻2中，提案有藉由以桿連結固定於支撐構架上之振動抑制裝置與配管，使振動抑制裝置吸收地震振動時之振動能量，而降低配管之響應。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]

日本特開昭63-312594號公報

[專利文獻2]

日本特開平1-188735號公報

但，以支撐構架直接支撐如圖15、圖16所示之配管之構造物的情形時，會有在配管100與支撐構架101間缺乏組裝入積層橡膠體等元件之空間之情形。因此，就既設支撐構架的情形而言，需要大幅修改配管系統。

本發明係基於如此課題而完成者，其目的係在提供一種即使是既設者亦可在無須進行配線系統之修改下提高抗震性能之配管支撐構造物。

本發明之主旨係提供一種配管支撐構造物，基於該目的而完成之配管支撐構造物係在以支柱與托樑、或支柱與樑構成之構面內設置制震機構，從而可不進行配管系統之修改且可提高抗震性能。即，本發明之配管構造物包括支撐構架及以托樑上之支撐點予以支撐之配管；該支撐構架包含：從設置面立設，在配管之徑向隔以間隔配置，且在配管之軸向隔以間隔重複配置之複數之支柱；沿著徑向支撐於支柱之托樑；沿著軸向支撐於支柱之樑。並且，本發明之配管支撐構造物之特徵在於具備：第1制震機構，其設於由鄰接於徑向之支柱與托樑所構成之1個或2個以上之第1構面中；及第2制震機構，其設於由鄰接於軸向之支柱與樑所構成之1個或2個以上之第2構面中。

本發明之配管支撐構造物中，第1制震機構係以設於包含具有使配管之徑向移動受到拘束之支撐點(以下稱拘束支撐點)之托樑之第1構面較佳。另，本發明之配管支撐構造物中，第2制震機構係以設於與具有使配管之軸向移動受到拘束之支撐點的托樑鄰接之第2構面較佳。在較大震動施加於配管支撐構造物時，會對拘束支撐點施加較大之反作用力。因此，為提高拘束支撐點周圍之衰減性能，建議在包含具有拘束支撐點之托樑之第1構面，及/或與具有拘束支撐點之托樑鄰接之第2構面設置制震機構。

作為本發明之第1制震機構或第2制震機構，可使用阻尼構件。藉由將阻尼構件設於構面內，可提高該構面之衰減性能。作為阻尼構件，可使用軸降伏型阻尼、剪切板型阻尼、摩擦型阻尼等眾所周知者。

作為本發明之第1制震機構，除阻尼構件外，亦可為以支撐點為中心於徑向兩側將剖面減少部設於托樑上之形態。該形態係藉由因震動而於托樑兩端產生之彎曲力矩，使剖面減少部彎曲降伏，藉而吸收震動能量。

本發明之配管支撐構造物中，係以具備限制支撐構架之徑向及軸向中任一方或兩方之變位之變位控制機構較佳。藉由限制支撐構架之變位，而防止配管支撐構造物與鄰接之構造物碰撞。另，還可確實達到防止支撐點間之配管破損、支撐點之配管破損之效果。

本發明之配管支撐構造物係於構面中設置制震機構者，因此即使不進行既設者之配線系統之修改，亦可提高抗震性能

<第1實施形態>

以下，基於附圖所示之實施形態詳細說明本發明。

如圖1所示，第1實施形態之配管支撐構造物30係由支撐構架10、及以支撐構架10支撐之配管20所構成。

支撐構架10係如下構成。

具備從設置面G立設之複數之支柱1。支柱1係於配管20之徑向(圖中X方向)隔以間隔配置成2列，且於配管20之軸向(圖中Y方向)以均等間隔配置成5行。又，配管支撐構造物30係延設於軸向者，但圖1只顯示其一部份。

配管支撐構造物30具備沿著配管20之徑向支撐於支柱1上之托樑2，及沿著配管20之軸向支撐於支柱1上之樑3。利用在配管20之徑向鄰接之二個支柱1與托樑2所構成之各單元而構成第1構面4。另，利用在配管20之軸向鄰接之二個支柱1與樑3，由各單元而構成第2構面5。

第1構面4、第2構面5各者中設有撐桿6。撐桿6在各第1構面4、各第2構面5中配設成反V字狀，以提高支撐構架10之剛性。本實施形態中，撐桿6成為設於各第1構面4、各第2構面5之制震機構之構成要素。

如上構成之支撐構架10中，配管20以托樑2上之支撐點P支撐於鉛直方向。另，配管20以於各支撐點P被拘束其徑向移動之方式經固定。又，配管20以箭頭之前端彼此匯合之支撐點P(軸向正中之支撐點P)處被拘束其軸向移動之方式經固定。於軸向被拘束之支撐點P較少，係為抑制由於熱延伸產生於配管20之熱應力之影響。

直接支撐配管20之支撐構架10中，例如由於地震而產生大振動能量時，於支撐點P及其附近產生較大反作用力，因此，配管支撐構造物30在包含具有配管20其徑向移動受到拘束之支撐點P的托樑2之第1構面中設置第1制震機構。另，配管支撐構造物30在與具有配管20其軸向移動受到拘束之支撐點P的托樑2鄰接，即夾著托樑2在軸向相連之2個第2構面5中設置第2制震機構。又，圖1中，顯示以粗線描繪之撐桿6上於第1構面4中作為第1制震機構之構成要素設置。

作為第1制震機構、第2制震機構，可使用各種制震裝置。將該例顯示於圖2，本發明可將軸降伏型阻尼(圖2(a))、剪切板型阻尼12(圖2(b))、摩擦型阻尼13(圖2(c))作為第1制震機構、第2制震機構應用。但本發明不限於此，亦可適用發揮其他衰減效果之制震裝置。支撐配管20之支撐構架10之負擔負荷係以較小之情形較多，因此此時適合使用易以小負荷實現非線形行為之摩擦型阻尼13。軸降伏型阻尼11、剪切板型阻尼12及摩擦型阻尼13為相關領域技術人員眾所周知，因此此處說明省略。

軸降伏型阻尼11等制震裝置係為利用伴隨著因大地震等大振動能量之輸入負荷，使負荷-變位關係調整進入非線形區域(軸降伏型阻尼、剪切板型阻尼之情形時係鋼材之降伏，摩擦型阻尼之情形時係滑動區域)而設置。由此，大地震時進入制震裝置之負荷-變位關係，根據其遲滯能量而吸收地震能量。

要提高支撐構架10之衰減性能，除如上所述設置制震裝置以外亦屬可能。例如如圖3(a)所示，藉由以支撐點P為中心於配管20(圖3中省略)之徑向兩側之托樑2上設置缺口部(剖面減少部)14，可提高該構面之衰減性能。該制震機構係利用由振動而於托樑2兩端產生之彎曲力矩(箭頭所示)，使缺口部14彎曲降伏，並利用該負荷-變位遲滯能量(圖3(b))而吸收地震能量。惟托樑2需要預先確保可支撐因配管20所造成之鉛直負荷之強度。

本實施形態中，對於與所固定之支撐點P無關連性之第1構面4、第2構面5，在本實施形態中設有撐桿6，但若強度上無問題則亦可撤除。若為只支撐垂直負荷之撐桿6，則可以對水平方向之變形無影響之方式變更成柱構件。另，配管20之支撐條件與先前相同即可。

如上說明，根據本實施形態，由於在第1構面4、第2構面5中設置制震機構(第1制震機構、第2制震機構)，因此即使是既設之配管支撐構造物30亦無需修改配管系統。另，藉由只對與配管20之固定支撐點P關連之構面4、構面5組裝入制震機構，可更有效地提高支撐構架10之衰減效果，且無需對配管固定點附近以外之構面作修改(撐桿等之撤除等)，因而可抑制成本。尤其如圖3所示，於托樑2上設置缺口部之情形時，無需進行將設於第1構面4、第2構件5之既有之撐桿6替換成耐震裝置之作業，因此在成本之點上有利。

<第2實施形態>

接著，針對控制第1實施形態之支撐構架10之變位之變位控制機構，一面參照圖4~圖8一面說明。

如圖4、5所示，變位控制機構之第1例係利用鄰接構造物15而限制支撐構架10之變位者，在支撐構架10(樑3)與鄰接構造物15間設置阻擋器16。該阻擋器16包含凹型雌構件16a與凸型雄構件16b。雌構件16a與雄構件16b皆為鋼製。雌構件16a設於與所欲控制變位之方向平行之鄰接構造物15上，雄構件16b設於支撐構架10(樑3)上。又，當然亦可將雄構件16b設於鄰接構造物15上，將雌構件16a設於支撐構架10上。

如圖5(b)所示，雌構件16a與雄構件16b間之間隙△係以使支撐構架10之最大變位量在容許變位量以內之方式設定。藉由設置該阻擋器16，加上圖5(c)所示之構架(支撐構架10)之特性與阻擋器16之特性，在支撐構架10達到容許變位量之前顯示圖5(c)之右側線圖之行為。

接著，第2例之變位控制機構如圖6所示，係使用橡膠等彈性體之阻擋器17，在與欲控制變位之方向(振動方向)正交之鄰接構造物15之側面設置包含彈性體之阻擋器17。

阻擋器17與支撐構架10相接，或以在與支撐構架10之間設置間隙Δ量(圖6(b))之方式設置，又，任一情形下均是以支撐構架10之最大變位量落於容許變位量內之方式設置阻擋器17。藉由設置該阻擋器17，加上圖6(c)所示構架(支撐構架10)之特性與阻擋器17之特性，在支撐構架10達到容許變位量前顯示圖6(c)之右側線圖之行為。

變位控制機構即使無鄰接構造物15亦可設於支撐構架10本身上。參照圖7~圖9說明該例。

圖7係顯示應用軸降伏型阻尼11之支撐構架10。此時，第1構面4內，夾著軸降伏型阻尼10之支撐點，於兩側將一對阻擋器18設成八字形。如圖7(a)所示，阻擋器18一端固定於托樑2上，另一端與撐桿6間設有間隙。該間隙規定支撐構架10之容許變位量。

根據以上之支撐構架10，如圖7(b)所示，由於地震如反白箭頭所示之有朝右負荷加於托樑2上時，支撐構架10以上端朝右成最大變位量之方式變形。但變位量達到容許變位量時，位於右側之阻擋器18前端與支柱1抵接，控制支撐構架10之變位。

圖8係顯示應用剪切板型阻尼12之支撐構架10。此時，第1構面4內，夾著剪切板型阻尼12，於兩側設置一對阻擋器19。如圖8(a)所示，阻擋器19係以在與剪切板型阻擋器12間設有間隙之方式，以一端固定於托樑2上，該間隙規定支撐構架10之容許變位量。

根據以上之支撐構架10，如圖8(b)所示，由於地震以反白箭頭所示之有朝右負荷施加於托樑2時，支撐構架10係以上端朝右成最大變位量之方式變形。伴隨於此，剪切板型阻尼12變形成平行四邊形。但，支撐構架10之變位量達到容許變位量時，剪切板型阻尼12左下側角係與位於左側之阻擋器19抵接，而控制支撐構架10之變位。

又，此處係針對剪切板型阻尼12進行說明，但對摩擦型阻尼13亦同樣適用。

另，對摩擦型阻尼13可不使用阻擋器，而將變位控制機構設於支撐構架10本身。該第3例形態係顯示於圖9。

該摩擦型阻尼13係由第1摩擦體131與第2摩擦體132所構成。摩擦型阻尼13利用第1摩擦體131與第2摩擦體132之接觸面之摩擦力而吸收振動能量。第2摩擦體132上固定有撐桿6之一端側，第2摩擦體132與撐桿6成一體而變位。

第1摩擦體131包含高μ部131a與低μ部131b，以低μ部131b為中心於其兩側配置高μ部131a。高μ部131a比低μ部131b摩擦係數高。當然摩擦係數之高低係指第1摩擦體131與第2摩擦體132之接觸面之摩擦係數。另，第2摩擦體132之該接觸面之摩擦係數均等。

以上摩擦型阻尼13在第1摩擦體131之低μ部131b與第2摩擦體132接觸之範圍內，如圖9(c)所示，以低摩擦力F1使第1摩擦體131與第2摩擦體132相對變位。但，如圖9(b)所示，第2摩擦體132若與第1摩擦體131之高μ部131a接觸，如圖9(c)所示，第1摩擦體131與第2摩擦體132間會產生高摩擦力F2，而限制第2摩擦體132之變位。

如上，藉由在第1實施形態中設置變位控制機構，可實現有效之地震能量之吸收，且進而可使支撐構架10之變位落於容許範圍內。因此，可避免變位變大而招致支撐構架10或配管20之破損。

第1例之鋼製阻擋器16之情形中，地震時支撐構架10超過雌構件16a與雄構件16b間之間隙量△而變位時，雌構件16a與雄構件16b接觸，對支撐構架10之剛性附加上阻擋器16之剛性，而防止支撐構架10之變位超過容許變位。

第2例之包含彈性體之阻擋器17之情形中，地震時若支撐構架10與阻擋器17接觸，則如圖6(c)所示，阻擋器為使其在作某種程度之變形時不作更大程度之變形，乃利用該性質而將支撐構架10之變位量控制在容許變位量以下。

如第3例所示，於支撐構架10本身設置變位控制機構時，將有無關周圍之構造物可將支撐構架10之變位控制在容許範圍內之優點。

<第3實施形態>

支撐構架10之振動特性全體一致，在確保支撐構架10之抗震性之層面而言較佳。因此，需要調整所使用之各制震機構(制震裝置)之特性。第3實施形態中說明該例。

例如，針對具備支撐於圖10(a)所示之二個構架A、B之配管20之配管支撐構造物30，說明調整制震裝置之特性之例。

<剛性之調整>

i)構架A、B都是X方向、Y方向之特佳模式，係調整制震裝置之剛性，使構架成全體於同方向移動般之振動模式。

例如構架A為如圖10(b)所示之支撐構架時，其X方向及Y方向之特佳模式分別成為如圖11、圖12所示。

ii)以構架A、B之各方向之特佳模式振動數成一致之方式調整剛性。具體言之，使構架A之X方向、Y方向之特佳模式之固有振動數為Tax、Tay，構架B之X方向、Y方向之特佳模式之固有振動數為Tbx、Tby時，Tax=Tbx，Tay=Tby。

<降伏負荷之調整>

地震時作用於配管20之支撐點P之負荷由於慣性力之不均一而於每個支撐點P上不同。由此，作用於制震裝置之負荷亦有不均一之情形，因此考慮該等因素而設定各制震裝置之降伏負荷，制震裝置降伏後振動亦為一致。

例如，如圖13所示，配管20於固定於Y方向之支撐點處由於地震而有Y方向之負荷P1~P7作用時，該等因慣性力之不均一而有所不同。此處，圖13之負荷狀態時，為使其降伏而調整制震裝置之降伏軸力之情形下，將該狀態下之制震裝置中產生之負荷作為降伏軸力設定。即，以制震裝置a、b為例，將圖13之狀態下產生之負荷pa(Nay)、pb(Nby)作為降伏負荷設定。圖14目視確認顯示該特性。即，制震裝置a、b同時軸降伏。

如上，藉由使支撐構架10之振動特性全體一致，可以配管支撐構造物30全體有效吸收地震能量。

另，為使各支撐構架10彼此之振動特性一致，使支撐構架10以同相位振動，可防止伴隨著支撐構架10彼此之相對變位之固定點(支撐點)P間之配管20之破損、或固定點(支撐點)P之破損等。

以上說明僅係本發明之一實施形態，在不脫離本發明主旨之範圍內，可取捨選擇上述實施形態中所舉之構成，將其適當變更為其他構成。

1．．．支柱

2．．．托樑

3．．．樑

4．．．第1構面

5．．．第2構面

6．．．撐桿(第1制震機構、第2制震機構)

10．．．支撐構架

11．．．軸降伏型阻尼

12．．．剪切板型阻尼

13．．．摩擦型阻尼

14．．．缺口部

15．．．鄰接構造物

16、17、18、19．．．阻擋器

20．．．配管

30．．．配管支撐構造物

圖1係顯示第1實施形態之配管支撐構造物之基本構成之圖。

圖2係顯示第1實施形態之配管支撐構造物所使用之制震機構之圖，(a)係顯示軸降伏型阻尼之概要構成與其負荷-變位經歷曲線，(b)係顯示剪切板型阻尼之概要構成與其負荷-變位經歷曲線，(c)係顯示摩擦型阻尼之概要構成與其負荷-變位經歷曲線。

圖3(a)、(b)係顯示於托樑上設置缺口而提高衰減性能之例。

圖4係顯示第2實施形態之配管支撐構造物。

圖5(a)~(c)係說明圖4之變位控制機構之細節之圖。

圖6(a)~(c)係顯示控制振動方向之變位之變位控制機構之圖。

圖7(a)、(b)係顯示應用軸降伏型阻尼之支撐構架本身上設有變位控制機構之例之圖。

圖8(a)、(b)係顯示應用剪切型阻尼(或摩擦型阻尼)之支撐構架本身上設有變位控制機構之例之圖。

圖9(a)~(c)係顯示應用摩擦型阻尼之支撐構架本身上設有變位控制機構之例之圖。

圖10(a)係顯示應用第3實施形態之配管支撐構造物之例，(b)係顯示該支撐構架之構成。

圖11係顯示圖10(b)所示之支撐構架之X方向之特佳模式(虛線)之圖。

圖12係顯示圖10(b)所示之支撐構架之Y方向之特佳模式(虛線)之圖。

圖13係顯示Y方向之負荷P2~P7作用於圖10(a)所示之配管支撐構造物之支撐點上之狀態。

圖14係顯示將圖13之負荷狀態時於制震裝置a、b中產生之負荷pa(Nay)、pb(Nby)作為降伏負荷而設定之圖。

圖15係顯示先前之配管支撐構造物之基本構成之圖。

圖16係顯示支撐正交之配管之先前之配管支撐構造物之圖。

1．．．支柱

2．．．托樑

3．．．樑

4．．．第1構面

5．．．第2構面

6．．．撐桿(第1制震機構、第2制震機構)

10．．．支撐構架

20．．．配管

30．．．配管支撐構造物

G．．．設置面

P．．．支撐點

Claims (6)

1. 一種配管支撐構造物，其具備支撐構架及配管，其中該支撐構架具備：複數之支柱，其自設置面立設，於配管之徑向隔以間隔配置且於前述配管之軸向隔以間隔重複配置；托樑，其沿著前述徑向支撐於前述支柱；樑，其沿著前述軸向支撐於前述支柱；第1制震機構，其設於由在前述徑向鄰接之前述支柱與前述托樑所構成之1個或2個以上之第1構面；及第2制震機構，其設於由在前述軸向鄰接之前述支柱與前述樑所構成之1個或2個以上之第2構面；且前述配管係由前述托樑上之支撐點支撐；其中前述支撐構架係至少有二個以上於水平方向連續配置；各前述支撐構架彼此間之振動特性為一致；前述第1制震機構與前述第2制震機構之剛性及降伏負荷係受調整。
2. 如請求項1之配管支撐構造物，其中前述第1制震機構係設於前述第1構面，該第1構面係包含具有使前述配管之在前述徑向之移動受到拘束的前述支撐點之前述托樑者。
3. 如請求項1或2之配管支撐構造物，其中前述第2制震機構係設於前述第2構面，該第2構面係鄰接於具有使前述配管之在前述軸向之移動受到拘束的前述支撐點之前述托 樑者。
4. 如請求項1之配管支撐構造物，其中前述第1制震機構或前述第2制震機構係阻尼構件。
5. 如請求項1之配管支撐構造物，其中前述梁係確保有可支持前述配管之鉛直負荷之強度；前述第1制震機構係以前述支撐點為中心而設於前述徑向之兩側之前述托樑上之剖面減少部。
6. 如請求項1之配管支撐構造物，其中具備限制前述支撐構架之前述徑向及前述軸向中任一方或兩方之變位之變位控制機構。