JP2014156964A - Friction type seismic tie for vibration control over boiler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に火力発電プラント用大型ボイラの耐震構造に係わり、特にボイラに設置される振動吸収装置であるサイスミックタイに関する。 The present invention mainly relates to a seismic structure of a large boiler for a thermal power plant, and more particularly to a seismic tie which is a vibration absorber installed in a boiler.
主に火力発電プラントに用いられる大型ボイラは、通常、複数の柱と上下方向に複数配される主梁との組合せにより構成される支持架構の上部からボイラ本体が吊下げられた構造である。そこで、従来採用されており、且つ本発明の実施形態に係るサイスミックタイを適用可能とするボイラの耐震構造について、図９〜図１３を参照しながら、以下説明する。 A large boiler mainly used in a thermal power plant has a structure in which a boiler body is suspended from an upper part of a support frame that is usually composed of a combination of a plurality of columns and a plurality of main beams arranged in the vertical direction. Then, the earthquake-proof structure of the boiler which is employ | adopted conventionally and which can apply the seismic tie which concerns on embodiment of this invention is demonstrated below, referring FIGS. 9-13.
ここで、図９は、従来技術に関する、ボイラ本体４と、支持架構７を構成する柱１及び主梁２と、サイスミックタイ６と、を備えたボイラ耐震構造の側面図であり、図１０は、ボイラ耐震構造における支持架構の複数層に形成されたサイスミックタイ６の配置を示す図であり、図１１は、従来技術に関するボイラ耐震構造に適用されるサイスミックタイ６の構造を示す見取図であり、図１２は、従来技術に関するサイスミックタイ６の紡錘型ピンの構造を示す図であり、図１３は、サイスミックタイによるエネルギー吸収の原理を説明する図である（本発明の原理説明図でもある）。なお、図９と図１０に示すボイラ耐震構造は本発明においても適用される技術を示す図である。図１１に示すサイスミックタイの取り付け構造は、紡錘型ピン及びリンク自体の構造を除けば、本発明においても適用される技術である。 Here, FIG. 9 is a side view of a boiler seismic structure having a boiler body 4, a pillar 1 and a main beam 2 constituting a support frame 7, and a seismic tie 6, related to the prior art. These are figures which show arrangement | positioning of the seismic tie 6 formed in the several layer of the support frame in a boiler seismic structure, and FIG. 11 is a sketch which shows the structure of the seismic tie 6 applied to the boiler seismic structure regarding a prior art FIG. 12 is a diagram showing the structure of a spindle type pin of seismic tie 6 related to the prior art, and FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of energy absorption by seismic tie (description of the principle of the present invention) (It is also a figure). In addition, the boiler seismic structure shown in FIG. 9 and FIG. 10 is a figure which shows the technique applied also in this invention. The seismic tie mounting structure shown in FIG. 11 is a technique applied in the present invention except for the structure of the spindle type pin and the link itself.
ボイラ本体４は運転中に上下方向に熱伸びする。この熱伸びを拘束しないようにするため、ボイラ本体４は主梁２（鉄骨梁とも称する）と柱１（鉄骨柱とも称する）から成る支持架構７により、吊りボルト３を介して吊下げ支持されている。 The boiler body 4 heats up and down during operation. In order not to constrain this thermal elongation, the boiler body 4 is suspended and supported via suspension bolts 3 by a support frame 7 including a main beam 2 (also referred to as a steel beam) and a column 1 (also referred to as a steel column). ing.
ここで、主梁２（以下、梁または鉄骨梁とも称する）は、地面３３からの高さ方向に配置される。下方から順に支持架構７の基礎部分（地面３３）から最下部の主梁２までを第１層、最下部の主梁２から次の主梁２までを第２層として、ボイラ本体４を吊下げる最上部の主梁２まで複数の層構造を成し、図９の例では第７層まで形成されている。支持架構７における層構造の複数層に支持架構７とボイラ本体４とを接続してボイラ本体４と支持架構７の地震などの振動エネルギーを吸収するサイスミックタイ６が設けられている。 Here, the main beam 2 (hereinafter also referred to as a beam or a steel beam) is arranged in the height direction from the ground 33. The boiler body 4 is suspended with the first layer from the base portion (ground 33) of the support frame 7 to the lowermost main beam 2 and the second layer from the lowermost main beam 2 to the next main beam 2 in order from the bottom. A plurality of layer structures are formed up to the lowermost main beam 2 to be lowered, and the seventh layer is formed in the example of FIG. A seismic tie 6 that absorbs vibration energy such as earthquakes in the boiler body 4 and the support frame 7 by connecting the support frame 7 and the boiler body 4 to a plurality of layers of the layer structure in the support frame 7 is provided.
図９に示すボイラ耐震構造において、サイスミックタイ６は、主梁２の裏側に隠れた状態で配置され、支持架構７とボイラ本体４に連結されている（図１０、図１１を参照）。サイスミックタイ６は柱１と主梁２とが連結されており、支持架構７の剛性が高い部分に設けられており、第１層の上部、第２層の上部、第４層の上部、第５層の上部、第６層の上部に設置されている。図９におけるサイスミックタイ６の配置を平面表示したものが図１０である。なお、図１０では、各断面の柱１と柱１との間にはボイラ本体を囲んで主梁２が連結されているが、煩雑になるのを避けるために図示していない。Ａ−Ａ〜Ｇ−Ｇ断面で計１４個のサイスミックタイ６が配置されている。 In the boiler seismic structure shown in FIG. 9, the seismic tie 6 is arranged in a state hidden behind the main beam 2 and is connected to the support frame 7 and the boiler body 4 (see FIGS. 10 and 11). The seismic tie 6 has the pillar 1 and the main beam 2 connected to each other, and is provided in a portion where the rigidity of the support frame 7 is high. The upper part of the first layer, the upper part of the second layer, the upper part of the fourth layer, It is installed in the upper part of the fifth layer and the upper part of the sixth layer. FIG. 10 is a plan view of the arrangement of seismic ties 6 in FIG. In FIG. 10, the main beam 2 is connected between the pillar 1 and the pillar 1 of each cross section so as to surround the boiler body, but is not shown in order to avoid complication. A total of 14 seismic ties 6 are arranged in the AA to GG cross section.
Ｂ−Ｂ断面などに示すように、ボイラ本体４と支持架構７の間には、複数のサイスミックタイ６が設置されており、このサイスミックタイ６で地震荷重５（図９を参照）による地震エネルギーを吸収してボイラ本体４と支持架構７を制振する。 As shown in the B-B cross section and the like, a plurality of seismic ties 6 are installed between the boiler body 4 and the support frame 7, and the seismic tie 6 causes an earthquake load 5 (see FIG. 9). Absorbs the seismic energy to dampen the boiler body 4 and the support frame 7.
図１１は、従来技術に関するボイラ耐震構造に適用されるサイスミックタイの構造を示す見取図である。図１１に示す紡錘型ピン６Ｂを有するサイスミックタイ６の構造例は、例えば特許文献１に開示されている。このサイスミックタイ６は支圧部６Ｃを介して、バックステー１０及び支持架構７に連結されている。このバックステー１０はボイラ本体４を囲んでボイラ本体４に連結されている。従来技術の鋼製のサイスミックタイ６は、紡錘型ピン６Ｂ（柔な鋼材）と、リンク６Ａ（剛な鋼材）をヒンジ結合して構成される。この特許文献１によると、ボイラ本体と支持鉄骨との間に掛け渡された振れ止め構造体は、平行な２本のリンクとこのリンクに結合されたピンとから構成され、このピンは、中央部から両端に向かって漸次、ピン径を小さくする紡錘型形状を構成することが開示されている（図１２を参照）。 FIG. 11 is a sketch diagram showing the structure of a seismic tie applied to a boiler seismic structure related to the prior art. An example of the structure of the seismic tie 6 having the spindle-type pin 6B shown in FIG. The seismic tie 6 is connected to the backstay 10 and the support frame 7 through a pressure bearing 6C. The backstay 10 surrounds the boiler body 4 and is connected to the boiler body 4. The seismic tie 6 made of steel of the prior art is configured by hinge-connecting a spindle type pin 6B (soft steel material) and a link 6A (rigid steel material). According to this Patent Document 1, the steady-state structure spanned between the boiler body and the supporting steel frame is composed of two parallel links and a pin coupled to the link, and the pin has a central portion. It is disclosed that a spindle-shaped shape that gradually decreases the pin diameter from the end toward the both ends is configured (see FIG. 12).
図１２に、特許文献１に開示されたサイスミックタイ６の内で紡錘型ピン６Ｂと支圧部６Ｃの構造を示す。このピン６Ｂは、支圧部６Ｃから軸方向に断面が小さくなる、いわゆる紡錘型（ラグビーボール型）となっている。断面形状は、支圧部６Ｃにおける断面（Ｃ−Ｃ断面）、及びその他の部分の断面（Ｄ−Ｄ断面）が円形となっている。 FIG. 12 shows the structure of the spindle-type pin 6B and the bearing portion 6C in the seismic tie 6 disclosed in Patent Document 1. The pin 6B is of a so-called spindle type (rugby ball type) in which the cross section is reduced in the axial direction from the pressure bearing portion 6C. As for the cross-sectional shape, the cross section (C-C cross section) in the pressure bearing portion 6C and the cross section of the other part (DD cross section) are circular.
図１３は、従来技術及び本発明に関するサイスミックタイによるエネルギー吸収の原理を説明する図であるが、図１２に示す紡錘型ピンの従来構造におけるサイスミックタイの反力Ｆｉと変位δｉの関係を図１３の実線で表す。この実線で囲まれる面積が、振動エネルギ吸収量に相当する。なお、図１３において座標の原点を通る実線は後述する第１勾配を説明するための線である。 FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of energy absorption by the seismic tie related to the prior art and the present invention. The relationship between the reaction force Fi of the seismic tie and the displacement δi in the conventional structure of the spindle type pin shown in FIG. This is indicated by the solid line in FIG. The area surrounded by the solid line corresponds to the vibration energy absorption amount. In FIG. 13, a solid line passing through the origin of coordinates is a line for explaining a first gradient described later.
ボイラ構造物の場合、ボイラ本体と支持架構の相対変位がサイスミックタイに作用する変位δｉとなり、この作用によってサイスミックタイに反力Ｆｉが発生する。地震時にボイラ本体に接続された配管に損傷が生じないようにするため、実機におけるサイスミックタイの変位δｉを予め設定した最大値（最大変位δｉ、ｍａｘ、例えば１５ｃｍ）以下に抑える必要がある。 In the case of a boiler structure, the relative displacement between the boiler body and the support frame becomes a displacement δi that acts on the seismic tie, and this action generates a reaction force Fi on the seismic tie. In order to prevent damage to the piping connected to the boiler body during an earthquake, it is necessary to keep the displacement δi of the seismic tie in the actual machine below a preset maximum value (maximum displacement δi, max, for example, 15 cm).
ところで、振動エネルギーを吸収するダンパーの従来技術として、例えば非特許文献１には、アルミニウム板と鋼板との摩擦すべりを利用した摩擦ダンパーが提案されている。図１４は、従来技術としての非特許文献１に開示された摩擦ダンパーの構造を示す図である。 By the way, as a prior art of a damper that absorbs vibration energy, for example, Non-Patent Document 1 proposes a friction damper that uses a frictional slip between an aluminum plate and a steel plate. FIG. 14 is a diagram showing a structure of a friction damper disclosed in Non-Patent Document 1 as a prior art.
図１４に示す摩擦ダンパー１１は、薄い純アルミニウム板１２（例えば、Ａ１０５０板）を一対の鋼板１３（例えば、ＳＳ４００板）で挟み込み、純アルミニウム板１２が、鋼板１３との境界面で生じる内部塑性流動により振動エネルギーを吸収するものである。摩擦部１７は鋼板１３を２枚のアルミ板１２で挟み、ボルト数本（図示例では５本）により締め付ける２面の摩擦接合形式になっている。なお、図１４（２）に示す摩擦部１７の上部においては、母材鋼板１３とそれの両側の２枚のアルミ板１２とが、アルミ板１２の外側の鋼板１３を介してボルト６本で締結されていて、アルミ板１２と中央側の母材鋼板１３とが摺動しないようになっている。 The friction damper 11 shown in FIG. 14 sandwiches a thin pure aluminum plate 12 (for example, A1050 plate) between a pair of steel plates 13 (for example, SS400 plate), and the pure aluminum plate 12 is generated at the boundary surface with the steel plate 13. It absorbs vibration energy by flow. The friction part 17 is a two-surface friction bonding type in which the steel plate 13 is sandwiched between two aluminum plates 12 and tightened by several bolts (five in the illustrated example). In addition, in the upper part of the friction part 17 shown in FIG. 14 (2), the base steel plate 13 and the two aluminum plates 12 on both sides of the base steel plate 13 are connected by six bolts through the steel plate 13 outside the aluminum plate 12. Fastened so that the aluminum plate 12 and the central base steel plate 13 do not slide.
アルミ板１２は５ｍｍ厚程度の薄さであるので摩擦挙動による反りを防ぐこととフレーム取付治具の厚さ調整をすることのために、同じ大きさで厚さ１２ｍｍのＳＳ４００鋼板を添板１４としてアルミ板１２の上に重ねている。摩擦部１７におけるアルミ板１２間の母材鋼板１３には長孔１６が設けられていて、当該母材鋼板１３とアルミ板１２との間は摺動可能となっており、この間で摩擦すべりダンパーの機能を奏するようになっている。摩擦部１７におけるボルト・ナット間にはゴムワッシャー１５が設けられ、母材鋼板１３とアルミ板１２との間の摩擦すべりの程度を容易に調整可能なように、ボルトによる締め付け力を容易にしている。 Since the aluminum plate 12 is as thin as about 5 mm, an SS400 steel plate having the same size and a thickness of 12 mm is used as an attachment plate 14 in order to prevent warping due to frictional behavior and to adjust the thickness of the frame mounting jig. As shown in FIG. A long hole 16 is provided in the base steel plate 13 between the aluminum plates 12 in the friction portion 17, and the base steel plate 13 and the aluminum plate 12 can slide between each other. It comes to play the function of. A rubber washer 15 is provided between the bolt and nut in the friction portion 17 so that the tightening force by the bolt can be easily adjusted so that the degree of frictional sliding between the base steel plate 13 and the aluminum plate 12 can be easily adjusted. Yes.
図１４に示す摩擦ダンパー１１は、２枚のアルミニウム板１２を３枚のＳＳ４００鋼板で挟んだ構造であり、地震が発生した場合に、この摩擦ダンパー１１が建屋構造物に設置されていると、摩擦部１７において、中板である母材鋼板１３と２枚のアルミ板１２との間には相対変位が生じて、アルミ板１２は剪断変形を受ける。この剪断変形により、母材鋼板１３の境界面にはアルミニウムが固着しアルミ板１２の内部が塑性流動する．この摩擦ダンパー１１はこの塑性流動を摩擦抵抗に代用したものである。アルミニウムの塑性流動を用いたこの摩擦ダンパー１１の摩擦係数が１．０と高いということは、ボルト張力を損失することなく摩擦力に変換できるために高い摩擦力が得られ、引いては大きい振動エネルギーの吸収が得られることとなる。 The friction damper 11 shown in FIG. 14 has a structure in which two aluminum plates 12 are sandwiched between three SS400 steel plates. When an earthquake occurs, the friction damper 11 is installed in a building structure. In the friction part 17, relative displacement occurs between the base steel plate 13 as the intermediate plate and the two aluminum plates 12, and the aluminum plate 12 undergoes shear deformation. By this shear deformation, aluminum is fixed to the boundary surface of the base steel plate 13 and the inside of the aluminum plate 12 plastically flows. This friction damper 11 substitutes this plastic flow for friction resistance. The fact that the friction coefficient of the friction damper 11 using plastic flow of aluminum is as high as 1.0 means that a high frictional force can be obtained because it can be converted into a frictional force without losing the bolt tension. Energy absorption will be obtained.
ここで、サイスミックタイによるエネルギ吸収の原理について図１３を用いて説明する。実線で示す図１２に示す紡錘型ピンの従来構造における最大変位（δｉ、ｍａｘ、例えば１５ｃｍに設定）、最大反力Ｆｉ、ｍａｘを超えない条件下で、振動エネルギー吸収量の最大値は、図１３に示す点線（図１３で、目標と記載）で示す矩形の面積である。 Here, the principle of energy absorption by seismic tie will be described with reference to FIG. The maximum value of the vibration energy absorption amount under the condition that the maximum displacement (δi, max, for example, set to 15 cm) and the maximum reaction force Fi, max in the conventional structure of the spindle type pin shown in FIG. 13 is a rectangular area indicated by a dotted line (denoted as a target in FIG. 13).
この矩形面積に極力近づけるように、実線で示す紡錘型ピンの従来構造による振動吸収エネルギー面積を広げるような構造が望まれる。従来構造からエネルギー吸収性能を増加するには、図１３に示すサイスミックタイにおけるピン材の第１勾配（サイスミックタイにおけるピン材が弾性時の勾配）を増加させ、第２勾配（サイスミックタイにおけるピン材が塑性時の勾配）を低減する必要がある（ピン材６は弾塑性特性を有している）。 A structure that widens the vibration absorption energy area by the conventional structure of the spindle type pin indicated by the solid line is desired so as to be as close as possible to this rectangular area. In order to increase the energy absorption performance from the conventional structure, the first gradient of the pin material in the seismic tie shown in FIG. 13 (the gradient when the pin material in the seismic tie is elastic) is increased, and the second gradient (the seismic tie). It is necessary to reduce the gradient when the pin material is plastic (the pin material 6 has elastic-plastic characteristics).
従来技術における鋼製サイスミックタイの場合、上述した第１勾配の増加には、従来構造よりも断面２次モーメントを増加する必要があり、第２勾配の低減には、塑性応力面積部分を広げてかつその応力分布を平準化する必要がある。 In the case of the steel seismic tie in the prior art, the increase in the first gradient described above requires an increase in the second moment of section compared to the conventional structure, and the reduction of the second gradient requires a wider plastic stress area. It is necessary to level the stress distribution.
しかし、この鋼製サイスミックタイの場合、断面２次モーメントを増加するように従来構造におけるピン材の直径を大きくすると、断面積も増加してしまい塑性応力面積が低減するため、エネルギー吸収増加につながらない。この逆に、塑性応力面積部分を広げるため、サイスミックタイの直径を小さくすると、断面２次モーメントが減少するため、エネルギー吸収増加につながらない。このように、断面２次モーメントを増加することと塑性応力面積部分を広げることには相反関係にあるため、両者を両立する構造を見出すことは非常に困難な課題であった。 However, in the case of this steel seismic tie, if the diameter of the pin material in the conventional structure is increased so as to increase the secondary moment of section, the cross-sectional area also increases and the plastic stress area decreases, which increases energy absorption. it dose not connect. On the contrary, if the seismic tie diameter is reduced in order to widen the plastic stress area, the secondary moment of the cross section is reduced, which does not lead to an increase in energy absorption. Thus, since there is a reciprocal relationship between increasing the moment of inertia of the cross section and expanding the plastic stress area, it has been a very difficult task to find a structure in which both are compatible.
本発明は、上述の課題を解決するために、紡錘型ピンを有する鋼製サイスミックタイに代えて、改良した摩擦ダンパーを用いた摩擦型サイスミックタイを採用することによって、ボイラ本体の振動エネルギーの吸収性能を増加し、支持架構に作用する地震荷重を低減するボイラ耐震構造を提供することを目的とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention adopts a friction type seismic tie using an improved friction damper in place of a steel seismic tie having a spindle type pin, so that vibration energy of the boiler main body is obtained. The objective is to provide a boiler seismic structure that increases the absorption performance of the boiler and reduces the seismic load acting on the support frame.
具体的には、従来技術における鋼製サイスミックタイに比べて格段に第１勾配を増加し、第２勾配を低減することで、理想に近づけた振動エネルギの吸収を得る摩擦型サイスミックタイを提供することを目的とする。 Specifically, a friction type seismic tie that absorbs vibration energy close to the ideal by increasing the first gradient and reducing the second gradient in comparison with steel seismic ties in the prior art. The purpose is to provide.
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
複数の鉄骨柱と鉄骨梁からなる支持架構と該支持架構の上部の鉄骨梁から吊り下げ支持されるボイラ本体とを接続し、地震の振動エネルギを吸収するサイスミックタイであって、
前記サイスミックタイは、摩擦ダンパーからなる一対のリンクと、該一対のリンクと回動可能に接続する２本の剛性ピンと、からなり、前記リンクと前記剛性ピンのそれぞれの両端部が互いにヒンジ結合する構造を有し、前記摩擦ダンパーは、剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、から成り、前記２本の剛性ピンは、それぞれ前記支持架構と前記ボイラ本体に連結されている構成とする。
In order to solve the above problems, the present invention mainly adopts the following configuration.
A seismic tie that absorbs vibration energy of an earthquake by connecting a support frame composed of a plurality of steel columns and steel beams and a boiler body supported by being suspended from a steel beam above the support frame,
The seismic tie includes a pair of links made of friction dampers and two rigid pins rotatably connected to the pair of links, and both ends of the link and the rigid pins are hinged to each other. The friction damper is configured to cause friction between an intermediate plate of a rigid plate, aluminum plates provided on both sides of the intermediate plate, and the intermediate plate and the aluminum plate that are relatively displaced by earthquake vibration. And the two rigid pins are connected to the support frame and the boiler body, respectively.
また、前記ボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイにおいて、前記摩擦ダンパーの中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容する構成とする。さらに、前記摩擦ダンパーは、前記中板と前記アルミニウム板と前記摩擦力発生用の締め付けボルトに加えて、前記アルミニウム板の外側に外板を設け、前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトを設け、前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定する構成とする。 Further, in the friction type seismic tie for boiler damping, the middle plate of the friction damper is provided with a long hole through which the fastening bolt for generating the friction force is inserted, and the middle plate and the aluminum plate are formed by the long hole. The relative displacement is allowed. Further, the friction damper is provided with an outer plate outside the aluminum plate in addition to the intermediate plate, the aluminum plate and the fastening bolt for generating the frictional force, on both sides of the fastening bolt for generating the frictional force. A fixing tightening bolt for fixing the aluminum plate is provided, and the fixing tightening bolt is configured to fix the aluminum plate to the outer plate through a spacer having substantially the same thickness as the middle plate.
また、地震の振動エネルギーを吸収する摩擦ダンパーにおいて、剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、前記アルミニウム板の外側に設けた外板と、前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトと、を備え、前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定し、前記中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容する構成とする。 Further, in the friction damper that absorbs the vibration energy of the earthquake, the middle plate of the rigid plate, the aluminum plates provided on both sides of the middle plate, the middle plate and the aluminum plate that are relatively displaced by the vibration of the earthquake, A fastening bolt for generating a frictional force; an outer plate provided outside the aluminum plate; and a fastening bolt for fixing the aluminum plate on both sides of the fastening bolt for generating the frictional force, The fastening bolts for fixing fix the aluminum plate to the outer plate through a spacer having the same thickness as the middle plate, and the middle plate is provided with a long hole through which the fastening bolt for generating the frictional force is inserted. The long hole allows the relative displacement between the middle plate and the aluminum plate.
本発明によれば、サイスミックタイのリンクに摩擦型ダンパーを採用することによって、ボイラ本体の振動エネルギーの吸収性能を増加し、支持架構に作用する地震荷重を低減することができる。この地震荷重低減により、支持架構に要する鉄骨使用量を低減し、既設ボイラの場合は耐震性を向上するボイラ耐震構造を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the absorption type of the vibration energy of a boiler main body can be increased by adopting a friction type damper for a seismic tie link, and the seismic load which acts on a support frame can be reduced. By reducing the seismic load, it is possible to provide a boiler seismic structure that reduces the amount of steel frame used for the support frame and improves the seismic resistance in the case of an existing boiler.
本発明の実施形態に係る摩擦型サイスミックタイについて、図１〜図４を参照しながら以下説明する。本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイ６は、図９と図１０に示すように、ボイラ本体４と支持架構（ボイラ建屋とも称する）７の間に複数設置されており、摩擦型サイスミックタイ６で地震荷重５による地震エネルギーを吸収してボイラ本体４と支持架構７を制振するものである。 A friction type seismic tie according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIGS. 9 and 10, a plurality of friction type seismic ties 6 according to the present embodiment are installed between the boiler body 4 and a support frame (also referred to as a boiler building) 7. 6 absorbs the seismic energy due to the seismic load 5 to dampen the boiler body 4 and the support frame 7.
ここで、本実施形態に係るサイスミックタイ６について、鉄骨柱１と鉄骨梁２からなるボイラ建屋７と、ボイラ建屋７に吊り下げられたボイラ本体４と、ボイラ本体４からその近傍に建てられた不図示のタービン建屋へ配設された主配管と、を含めた全体構造からみて、地震時対応としてのサイスミックタイの必要性を敷衍して説明する。図９〜図１１は、従来技術を説明するための構成を示す図ではあるが、本実施形態においても適用される基盤的な技術である。 Here, the seismic tie 6 according to the present embodiment is constructed in the vicinity of the boiler building 7 composed of the steel column 1 and the steel beam 2, the boiler body 4 suspended from the boiler building 7, and the boiler body 4. In view of the overall structure including the main piping arranged in the turbine building (not shown), the necessity of seismic tie as an earthquake response will be explained. 9 to 11 are diagrams showing a configuration for explaining the conventional technique, but are fundamental techniques applied also in the present embodiment.
この他、図示していないが、ボイラ本体４からボイラ建屋７を経て、その近傍にある不図示のタービン建屋に連通しているものとしてはボイラ本体４への給水を供給する主給水管などがある。主蒸気管や再熱蒸気管はボイラ本体からボイラ建屋７を経由してタービン建屋に至る経路において、ボイラ建屋７内、タービン建屋内および両者間の鉄骨構造物に設けられたスプリングハンガなどの支持サポートに吊下げられており、各構造物における配管の熱伸びに対応できるようにしている。また、排ガスダクトはボイラ建屋７からの出口部などにエクスパンション構造が設けられており、ボイラ本体の熱伸びに対応できるようにしている。 In addition, although not shown, the main water supply pipe for supplying water to the boiler body 4 and the like are connected to the turbine building (not shown) in the vicinity from the boiler body 4 through the boiler building 7. is there. The main steam pipe and reheat steam pipe support the spring hangers provided in the boiler building 7, the turbine building, and the steel structure between them in the path from the boiler body to the turbine building through the boiler building 7. It is suspended by the support so that it can cope with the thermal expansion of the piping in each structure. Further, the exhaust gas duct is provided with an expansion structure at the exit from the boiler building 7 or the like, so that it can cope with the thermal expansion of the boiler body.
これらの配管やダクトは少なくともボイラ本体４の熱伸びには対応可能に設計されているが、振幅の大きな地震時の対応には限界がある。特に、ボイラ本体４とボイラ建屋７間においては、地震時のボイラ本体４とボイラ建屋７との干渉を防止するためボイラ本体４とボイラ建屋７との相対変位量には制限があり、仮に制限を越えた変位が生じた場合には主配管等の破損が生じるため、地震後の復旧に多大の時間を要することになる。このためボイラ本体４とボイラ建屋７間には弾性変形に加えて塑性変形により振動エネルギを吸収するサイスミックタイ６を用いて対応する。 These pipes and ducts are designed so that at least the thermal expansion of the boiler body 4 can be accommodated, but there is a limit to the response to an earthquake with a large amplitude. In particular, the relative displacement between the boiler body 4 and the boiler building 7 is limited between the boiler body 4 and the boiler building 7 in order to prevent interference between the boiler body 4 and the boiler building 7 during an earthquake. If the displacement exceeds the limit, the main piping will be damaged, and it will take much time to recover after the earthquake. For this reason, between the boiler main body 4 and the boiler building 7, it respond | corresponds using the seismic tie 6 which absorbs vibration energy by plastic deformation in addition to elastic deformation.
図９にボイラ耐震構造体を説明するための側面図を示す。図９において鉄骨梁２と鉄骨柱１から成る支持架構であるボイラ建屋７内に、ボイラ本体４が吊下げられている。ボイラ本体４は吊りボルト３を介して最上部の鉄骨梁２に吊下げ支持されており、運転中に吊下げ支持部を起点として上下方向を下向きに非拘束で熱伸びする。 FIG. 9 shows a side view for explaining the boiler seismic structure. In FIG. 9, a boiler body 4 is suspended in a boiler building 7 which is a support frame composed of a steel beam 2 and a steel column 1. The boiler body 4 is suspended and supported by the uppermost steel beam 2 via suspension bolts 3, and is thermally stretched unconstrained in the vertical direction starting from the suspension support portion during operation.
ここで、鉄骨梁２は、ボイラ建屋において水平方向に配置されておりボイラ耐震構造体の重要構成部品を成しており、地面（基礎部とも称する）３３からの高さ方向に複数が水平方向に配置されている。ボイラ耐震構造体は、下から順に基礎部（地面３３）から最下部の鉄骨梁２までを第１層、最下部の鉄骨梁２から次の鉄骨梁２までを第２層と称しており、ボイラ本体４を吊下げる最上部の鉄骨梁２まで複数の層構造を成している。図９の例では第１層から第７層までからなるボイラ耐震構造体が形成されている。 Here, the steel beam 2 is arranged in a horizontal direction in the boiler building and constitutes an important component of the boiler seismic structure, and a plurality of the horizontal beams 2 in the height direction from the ground (also referred to as a base portion) 33 are arranged in the horizontal direction. Is arranged. The boiler seismic structure is referred to as the first layer from the foundation (the ground 33) to the bottom steel beam 2 from the bottom, and the second layer from the bottom steel beam 2 to the next steel beam 2, A plurality of layer structures are formed up to the uppermost steel beam 2 from which the boiler body 4 is suspended. In the example of FIG. 9, a boiler seismic structure composed of the first layer to the seventh layer is formed.
複数の層構造からなるボイラ耐震構造体であるボイラ建屋７では複数層において鉄骨柱１または鉄骨梁２のいずれかとボイラ本体４とを接続してボイラ本体４の地震時の振動エネルギを吸収する構造体であるサイスミックタイ６が設けられている。なお、サイスミックタイ６の一方は、通常は鉄骨柱１に接続されているが、剛性が高ければ鉄骨梁２に接続することも可能である。また、サイスミックタイ６の他方は、通常、ボイラ本体４の火炉周壁を取り囲むようにバックステー１０と称する火炉周壁を拘束する構造体が設けてあり（図１１を参照）、このバックステー１０を介して接続される。 In the boiler building 7 which is a boiler seismic structure composed of a plurality of layers, a structure in which either the steel column 1 or the steel beam 2 and the boiler body 4 are connected in a plurality of layers to absorb vibration energy during the earthquake of the boiler body 4. A seismic tie 6 is provided as a body. Note that one of the seismic ties 6 is normally connected to the steel column 1, but can be connected to the steel beam 2 if the rigidity is high. In addition, the other side of the seismic tie 6 is usually provided with a structure that restrains the furnace peripheral wall called a backstay 10 so as to surround the furnace peripheral wall of the boiler body 4 (see FIG. 11). Connected through.
サイスミックタイ６は、一方が鉄骨梁と同じ高さ位置で鉄骨柱１に接続され、他方が図示していないバックステー１０（図１１を参照）に接続されており、バックステー１０を介してボイラ本体４に連結されている。 One seismic tie 6 is connected to the steel column 1 at the same height as the steel beam, and the other is connected to a backstay 10 (see FIG. 11) not shown. It is connected to the boiler body 4.
また、図９において、サイスミックタイ６は柱１と主梁２とが連結されており、支持架構７の剛性が高い部分に設けられており、第１層の上部、第２層の上部、第４層の上部、第５層の上部、第６層の上部に設置されている。図９におけるサイスミックタイ６の配置を平面表示したものが図１０である。なお、図１０では、各断面の柱１と柱１との間にはボイラ本体を囲んで主梁２が連結されているが、煩雑になるのを避けるために図示していない。図９と図１０に示すＢ−Ｂ断面〜Ｇ−Ｇ断面に全１４個のサイスミックタイ６が配置されている。火炉側に１０個、後部壁部側に４個である。また、各サイスミックタイ６の鉄骨柱１への取り付け角度は例えば３０度〜４５度としており（図１０に示す長尺形状のサイスミックタイ６が鉄骨柱１に当接する角度）、ボイラ本体の平面上のあらゆる変位方向に対応できるようにしている。なおまた、ボイラ本体の熱伸び（上下移動）に対しても対応できる構造になっている。このように、サイスミックタイ６により地震荷重５による地震エネルギを吸収してボイラ本体４とボイラ建屋７とのボイラ構造物を制振する。 In FIG. 9, the seismic tie 6 has the pillar 1 and the main beam 2 connected to each other, and is provided in a portion where the support frame 7 has high rigidity. The upper portion of the first layer, the upper portion of the second layer, It is installed in the upper part of the fourth layer, the upper part of the fifth layer, and the upper part of the sixth layer. FIG. 10 is a plan view of the arrangement of seismic ties 6 in FIG. In FIG. 10, the main beam 2 is connected between the pillar 1 and the pillar 1 of each cross section so as to surround the boiler body, but is not shown in order to avoid complication. A total of 14 seismic ties 6 are arranged on the BB cross section to the GG cross section shown in FIGS. 9 and 10. 10 on the furnace side and 4 on the rear wall side. The angle of attachment of each seismic tie 6 to the steel column 1 is, for example, 30 to 45 degrees (the angle at which the long seismic tie 6 shown in FIG. 10 abuts the steel column 1). It corresponds to any displacement direction on the plane. In addition, it has a structure that can cope with thermal expansion (up and down movement) of the boiler body. Thus, the seismic energy due to the seismic load 5 is absorbed by the seismic tie 6 to control the boiler structure of the boiler body 4 and the boiler building 7.
図１１にはサイスミックタイ６の従来例を示しており、これによると、サイスミックタイ６は、鋼板などの剛な鋼材２枚を１組として長さ方向の端部を溶接して１枚の板状にしたもの（リンク材６Ａと称する）をボイラの高さ方向に上下１組ずつ平行に配置したものと、リンク材６Ａの上下の両端部にそれぞれ垂直方向に鋼材２枚の間に差し込んで配置した紡錘型の柔な２本の鋼材（ピン材６Ｂと称する）と、から構成され、ピン材６Ｂの両端部とリンク材６Ａの両端部を小径の丸鋼（ピン）によりヒンジ接続している。 FIG. 11 shows a conventional example of seismic tie 6. According to this, seismic tie 6 is composed of two pieces of rigid steel materials such as steel plates as a set and welded at one end in the length direction. Between the two steel members in the vertical direction on the upper and lower ends of the link member 6A and the one in the upper and lower ends of the link member 6A. It is composed of two spindle-type soft steel materials (referred to as pin material 6B) that are inserted and arranged, and both ends of the pin material 6B and both ends of the link material 6A are hinged by small-diameter round steel (pins). doing.
また、２本のピン材６Ｂの中央部に設けた支圧部６Ｃにそれぞれ接続部材を設け、一方を支圧部６Ｃを介して、支持架構７の鉄骨柱１に連結し、他方をバックステー１０に連結している。すなわち、サイスミックタイ６は、ピン６Ｂ（柔な鋼材）と、リンク６Ａ（剛な鋼材）をピンによりヒンジ結合して構成されている（上述した特許文献１を参照）。 In addition, a connection member is provided in each of the support portions 6C provided in the center of the two pin members 6B, one is connected to the steel column 1 of the support frame 7 via the support portion 6C, and the other is connected to the backstay. 10 is connected. That is, the seismic tie 6 is configured by hinge-connecting a pin 6B (soft steel material) and a link 6A (rigid steel material) with a pin (see Patent Document 1 described above).
図１２に、図１１で説明した従来構造のサイスミックタイに使用されているピン材６Ｂを示す。このピン材６Ｂは、ピン材の軸方向の中央部に設けた支圧部６Ｃから軸方向に離間するに従い断面が小さくなる、いわゆる紡錘型(ラグビーボール型)となっており、断面形状は、支圧部６Ｃにおける断面（Ｃ−Ｃ断面）、及びその他の部分の断面（Ｄ−Ｄ断面）とは同心円形となっている。 FIG. 12 shows a pin material 6B used in the seismic tie having the conventional structure described in FIG. This pin material 6B has a so-called spindle type (rugby ball type) in which the cross section becomes smaller as it is separated from the pressure bearing portion 6C provided in the central portion in the axial direction of the pin material in the axial direction. The cross section (CC cross section) in the pressure bearing portion 6C and the cross section of the other part (DD cross section) are concentric circles.
この従来構造におけるサイスミックタイの反力Ｆｉと変位δiの関係を、図１３中の実線で示す。この実線で囲まれる菱形の面積が、地震時の振動エネルギ吸収量に相当する。 The relationship between the seismic tie reaction force Fi and the displacement δi in this conventional structure is shown by a solid line in FIG. The area of the rhombus surrounded by the solid line corresponds to the amount of vibration energy absorbed during an earthquake.
次に、本発明の実施形態におけるボイラ耐震構造物の場合について説明する。ボイラ本体４とボイラ建屋７との相対変位がサイスミックタイに作用する変位δｉとなり、この変位によってサイスミックタイに反力Ｆｉが発生する。地震時に主配管等に損傷が生じないようにするため、実機におけるサイスミックタイの変位δｉを最大値（最大変位とも称する）以下に抑える必要がある。すなわち最大変位は主配管等が損傷しない範囲で変位する最大の相対変位となり、ボイラ本体４とボイラ建屋７とが地震時の振動により相対変位したときに、ボイラ本体４と同じ変位をする主配管がボイラ建屋７側でのスプリングハンガー等による変位吸収量を超えてボイラ建屋７に干渉する相対変位以下になるように考慮して任意に設定する。 Next, the case of the boiler seismic structure in the embodiment of the present invention will be described. The relative displacement between the boiler body 4 and the boiler building 7 becomes a displacement δi acting on the seismic tie, and a reaction force Fi is generated on the seismic tie due to this displacement. In order to prevent damage to the main piping and the like during an earthquake, it is necessary to suppress the seismic tie displacement δi in the actual machine to a maximum value (also referred to as the maximum displacement) or less. In other words, the maximum displacement is the maximum relative displacement that displaces within a range in which the main piping is not damaged. When the boiler body 4 and the boiler building 7 are relatively displaced due to vibration during an earthquake, the main piping is displaced in the same manner as the boiler body 4. Is set arbitrarily in consideration of the relative displacement that exceeds the amount of displacement absorbed by the spring hanger on the boiler building 7 side and interferes with the boiler building 7.
ここでは、最大変位δｉ，ｍａｘを１５ｃｍと仮定して、サイスミックタイによる地震時の振動エネルギ吸収の原理について、図１３を用いて以下に説明する。図１３の実線は、地震時のサイスミックタイが変位に対して作用する反力の状態を示したものである。変位開始前は原点にあり、右側の変位に応じて右上がりに増加する。この勾配を第１勾配と称し、弾性変形により反力が増加する。変位が進むと弾性変形から塑性変形へとなり、ここからの勾配を第２勾配と称する。この第２勾配は変位が最大変位（１５ｃｍ）に達するまで続く。 Here, assuming that the maximum displacement δi, max is 15 cm, the principle of vibration energy absorption during an earthquake by seismic tie will be described with reference to FIG. The solid line in FIG. 13 shows the state of the reaction force that acts on the displacement of the seismic tie during an earthquake. It is at the origin before the start of displacement and increases to the right according to the displacement on the right side. This gradient is referred to as a first gradient, and the reaction force increases due to elastic deformation. As the displacement progresses, the elastic deformation changes to plastic deformation, and the gradient from this is called the second gradient. This second gradient continues until the displacement reaches the maximum displacement (15 cm).
次に、変位が右から左に方向を変えると反力の方向が逆になり、弾性変形により前記最大変位から連続して第１勾配と平行に逆進し、原点まで戻らない位置で塑性変形となり、左側の変位に対して第２勾配と平行に最大変位（−１５ｃｍ）に達するまで進む。さらに変位が左から右に方向を変えると反力の方向がまた逆、すなわち最初の方向と同じになり、弾性変形により第１勾配と平行に塑性変形に変わるまで進み、塑性変形後は第２勾配で最大変位（１５ｃｍ）まで進むことになる。 Next, when the displacement changes direction from right to left, the direction of the reaction force is reversed, and the elastic deformation causes the plastic deformation at a position where it continuously moves backward from the maximum displacement in parallel with the first gradient and does not return to the origin. The process proceeds until the maximum displacement (−15 cm) is reached in parallel with the second gradient with respect to the displacement on the left side. Further, when the displacement changes direction from left to right, the direction of the reaction force is reversed, that is, the same as the first direction, and progresses until it changes to plastic deformation in parallel with the first gradient by elastic deformation. It will go up to the maximum displacement (15 cm) with a gradient.
図１３において、実線で示す従来構造における最大変位(δｉ，ｍａｘ＝１５ｃｍ)、最大反力Ｆｉ，ｍａｘを超えない条件下で、地震時の振動エネルギ（以下、単に振動エネルギとも称する）吸収量を最大にするのが、図１３の点線(図１３で、目標と記載)で示す矩形の面積（以下、振動吸収エネルギ面積とも称する）である。 In FIG. 13, the vibration energy (hereinafter also simply referred to as vibration energy) absorption amount at the time of an earthquake under the condition not exceeding the maximum displacement (δi, max = 15 cm) and the maximum reaction force Fi, max in the conventional structure indicated by a solid line. What is maximized is a rectangular area (hereinafter also referred to as a vibration absorption energy area) indicated by a dotted line in FIG. 13 (described as a target in FIG. 13).
この矩形面積に極力近づけるように、実線で示す従来構造による振動吸収エネルギ面積を広げるような構造が望まれる。従来構造から振動エネルギの吸収性能を増加するには、図１３に示すサイスミックタイの第１勾配(サイスミックタイが弾性時の勾配)を増加させ、第２勾配(サイスミックタイが塑性時の勾配)を低減する必要がある。 A structure that widens the vibration absorption energy area by the conventional structure indicated by the solid line is desired so as to be as close as possible to the rectangular area. To increase the vibration energy absorption performance from the conventional structure, the first gradient of the seismic tie shown in FIG. 13 (the gradient when the seismic tie is elastic) is increased and the second gradient (when the seismic tie is plastic). (Gradient) needs to be reduced.
上述した第１勾配の増加には、従来構造よりも断面２次モーメントを増加する必要があり、第２勾配の低減には、塑性応力面積部分を広げてかつその応力分布を平準化する必要がある。 In order to increase the first gradient described above, it is necessary to increase the second moment of section as compared with the conventional structure. To reduce the second gradient, it is necessary to widen the plastic stress area and level the stress distribution. is there.
本発明の特徴は、概して云えば、従来技術における鋼製のサイスミックタイ６に代えて、改良した摩擦ダンパー３１を用いた摩擦型サイスミックタイ３０を採用することによって、ボイラ本体の振動エネルギーの吸収性能を増加させるような、図１〜図４に示す具体的構造を備えることにある。 The characteristics of the present invention are generally as follows. Instead of the steel seismic tie 6 in the prior art, the friction type seismic tie 30 using the improved friction damper 31 is used to reduce the vibration energy of the boiler body. It exists in providing the concrete structure shown in FIGS. 1-4 which increases absorption performance.
本発明の実施形態に係る摩擦型サイスミックタイ３０について、図１〜図４を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの全体構造とその取付態様を示す図であり、図２は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの側面図であり、図３は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの断面図であり、図４は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの分解斜視図である。 The friction type seismic tie 30 according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing the overall structure of a friction type seismic tie according to an embodiment of the present invention and its mounting mode, FIG. 2 is a side view of the friction type seismic tie according to this embodiment, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of a friction type seismic tie according to the present embodiment, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the friction type seismic tie according to the present embodiment.
図面において、３０は摩擦型サイスミックタイ、３１は摩擦ダンパー、３２は剛性ピン、４１は外板（添板、ＳＳ４００鋼板）、４２は中板（ＳＳ４００鋼板）、４３は摩擦力発揮用締付ボルト、４４は摩擦板固定用締付ボルト、４５は摩擦板（アルミニウム板）、４６は摩擦板固定用スペーサ、４７は中板用長孔、をそれぞれ表す。 In the drawing, 30 is a friction type seismic tie, 31 is a friction damper, 32 is a rigid pin, 41 is an outer plate (attachment plate, SS400 steel plate), 42 is a middle plate (SS400 steel plate), and 43 is a fastening for exerting frictional force. Bolts, 44 are friction plate fixing tightening bolts, 45 are friction plates (aluminum plates), 46 are friction plate fixing spacers, and 47 are medium plate slots.
図１に示す摩擦型サイスミックタイ３０は、図２〜図４に示す上下２個の摩擦ダンパ３１（図２〜図４を参照）と左右２本の剛性ピン３２とをヒンジ結合する構成である。摩擦型サイスミックタイ３０の一方の剛性ピン３２はボイラ本体４の周壁に立設されたバックステー１０に結合され、摩擦型サイスミックタイ３０の他方の剛性ピン３２は支持架構７の鉄骨柱に取り付けられている。本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイ３０の摩擦ダンパー３１は、図１４に示す従来技術の摩擦ダンパー１１におけるダンパー金属板１２（純アルミニウム板、Ａ１０５０板）１２と母材鋼板１３（ＳＳ４００板）とで発生する摩擦力を利用する原理に基づくものである。ただし、本実施形態に関する摩擦ダンパー３１の具体的構成は図１４に示す構造とは異なるものであり、以下説明する。 A friction type seismic tie 30 shown in FIG. 1 has a configuration in which two upper and lower friction dampers 31 (see FIGS. 2 to 4) and two left and right rigid pins 32 shown in FIGS. is there. One rigid pin 32 of the friction type seismic tie 30 is coupled to the backstay 10 erected on the peripheral wall of the boiler body 4, and the other rigid pin 32 of the friction type seismic tie 30 is attached to the steel column of the support frame 7. It is attached. The friction damper 31 of the friction type seismic tie 30 according to the present embodiment includes a damper metal plate 12 (pure aluminum plate, A1050 plate) 12 and a base steel plate 13 (SS400 plate) in the friction damper 11 of the prior art shown in FIG. This is based on the principle of using the frictional force generated by However, the specific configuration of the friction damper 31 relating to the present embodiment is different from the structure shown in FIG. 14 and will be described below.
図２〜図４によると、摩擦ダンパー３１は、アルミニウム板（１０５０Ｐ）等（銅、真鍮でもよい）からなる摩擦板４５を挟んでＳＳ４００鋼板からなる中板４２とＳＳ４００鋼板からなる外板４１とを締付ボルト４３で締め付けて、地震などの振動によって変位する中板４２とその両側の摩擦板４５との間で摩擦力を発揮させて地震の振動エネルギーを吸収させている。さらに、中板４２の上下には略同厚さの摩擦板固定用スペーサ４６（中板４２とは非接触）を設け、例えばＳＳ４００鋼板からなる当該スペーサ４６とその両側に配置された摩擦板４５及びその外側の外板４１を締付ボルト４４で締め付けて、スペーサ４６と摩擦板４５と外板４１とを一体的構造体としている。 2 to 4, the friction damper 31 includes an intermediate plate 42 made of SS400 steel plate and an outer plate 41 made of SS400 steel plate with a friction plate 45 made of aluminum plate (1050P) or the like (copper or brass may be used). Is tightened with a tightening bolt 43, and a frictional force is exerted between the middle plate 42 that is displaced by vibration such as an earthquake and the friction plates 45 on both sides thereof to absorb the vibration energy of the earthquake. Further, friction plate fixing spacers 46 (not in contact with the intermediate plate 42) having substantially the same thickness are provided above and below the intermediate plate 42. For example, the spacer 46 made of SS400 steel plate and the friction plates 45 arranged on both sides thereof are provided. The outer plate 41 on the outer side thereof is tightened with the tightening bolts 44, and the spacer 46, the friction plate 45, and the outer plate 41 are formed as an integral structure.
ここで、中板４２の厚さをスペーサ４６の厚さよりも若干薄くすることによって、摩擦板固定用締付ボルト４４による摩擦板４５と外板４１とスペーサ４６の堅い締結をした上で、ボルト４３による中板４２と摩擦板４５との適宜の摩擦力を発揮できるようになる（外板４１とアルミニウム板４５の撓みを利用して）。
また、図２に示すように、中板４２には長孔４７が開けられており、長孔４７に摩擦力発揮用の締付ボルト４３が通され、この長孔４７と締付ボルト４３によって外板４１、摩擦板４５、中板４２が締め付けられた状態となり、地震動が発生して中板４２が左右に動いた場合に、中板４２と摩擦板４５との接触面に摩擦力が発生する。
Here, by making the thickness of the intermediate plate 42 slightly smaller than the thickness of the spacer 46, the friction plate 45, the outer plate 41, and the spacer 46 are firmly fastened by the friction plate fixing fastening bolt 44, and then the bolt Thus, an appropriate frictional force between the intermediate plate 42 and the friction plate 45 can be exerted (using the bending of the outer plate 41 and the aluminum plate 45).
As shown in FIG. 2, a long hole 47 is formed in the intermediate plate 42, and a fastening bolt 43 for exerting frictional force is passed through the long hole 47. When the outer plate 41, the friction plate 45, and the middle plate 42 are tightened and an earthquake motion occurs and the middle plate 42 moves left and right, friction force is generated on the contact surface between the middle plate 42 and the friction plate 45. To do.
ここで、外板４１及び中板４２にはＳＳ４００等の軟鋼が用いられ、摩擦板には純アルミ（Ａｌ０５０Ｐ）等の柔な材料が用いられる。締付ボルト４３，４４には高張力ボルト等が用いられる。 Here, mild steel such as SS400 is used for the outer plate 41 and the middle plate 42, and a flexible material such as pure aluminum (Al050P) is used for the friction plate. High tension bolts or the like are used for the fastening bolts 43 and 44.
摩擦材に純アルミニウム板（Ａｌ０５０Ｐ）等の柔な材料を用いた場合、摩擦係数が１．０となり、締付ボルト４３による締め付け力を無駄なく摩擦力に変換することができ、従来技術の図１１に示す鋼製サイスミックタイ６に比べて格段に第１勾配を増加し、第２勾配を低減したサイスミックタイを、図５に示すように実現することができる。 When a soft material such as a pure aluminum plate (Al050P) is used as the friction material, the friction coefficient becomes 1.0, and the tightening force by the tightening bolt 43 can be converted into the friction force without waste. As shown in FIG. 5, a seismic tie in which the first gradient is significantly increased and the second gradient is reduced as compared with the steel seismic tie 6 shown in FIG.
図５は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの振動エネルギー吸収量を従来技術の鋼製サイスミックタイのそれと比較した図である。図５は、本実施形態と従来技術とにおける振動エネルギーの吸収量を実験で得た結果を示したものである。図示するように、従来技術による荷重変位曲線（実線）５１で囲まれる振動エネルギー吸収面積に比べて、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの荷重変位曲線（点線）５０で囲まれるエネルギー吸収面積が約３０％大きくなっていることが分かる。 FIG. 5 is a diagram comparing the vibration energy absorption amount of the friction type seismic tie according to the present embodiment with that of the conventional steel seismic tie. FIG. 5 shows the results of experiments on the amount of vibration energy absorbed in this embodiment and the prior art. As shown in the figure, the energy absorption area surrounded by the load displacement curve (dotted line) 50 of the friction type seismic tie according to the present embodiment as compared to the vibration energy absorption area surrounded by the load displacement curve (solid line) 51 according to the prior art. Is about 30% larger.
図６は、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイをボイラ本体に適用した場合における地震時の横方向荷重（層せん断力の比）を、従来技術の鋼製サイスミックタイと対比して、表す図である。すなわち、支持架構における層せん断力のボイラ建屋高さ方向の分布を示している。図６に示すように、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイを設置したボイラ建屋の地震荷重（層せん断力）は、従来技術のものよりも、約３０％低減される。このように、支持架構７の地震時における横方向荷重が低減されることによって、引いては支持架構の軽量化及び耐震性向上につながる。 FIG. 6 compares the lateral load (ratio of laminar shear force) during an earthquake when the friction type seismic tie according to this embodiment is applied to the boiler body, in comparison with the steel seismic tie of the prior art. FIG. That is, the distribution of the layer shear force in the support frame in the boiler building height direction is shown. As shown in FIG. 6, the seismic load (laminar shear force) of the boiler building in which the friction type seismic tie according to the present embodiment is installed is reduced by about 30% compared to that of the prior art. Thus, the lateral load at the time of the earthquake of the support frame 7 is reduced, which leads to the weight reduction and the improvement of the earthquake resistance of the support frame.
さらに、本実施形態に関する摩擦ダンパー３１は、図７に示すボイラ本体４と支持架構７の間の接続部材（サイスミックタイ）５５としてだけでなく、鉄骨柱１と鉄骨梁２で構成される図８に示す鉄骨フレームのブレース部材６０としても適用可能であり、これによってさらに振動エネルギー吸収を増加することができる。ここで、図７は本実施形態に関する摩擦ダンパーを摩擦型サイスミックタイに用いる場合とブレース部材として用いる場合とを示す概略図である。図８は本実施形態に関する摩擦ダンパーがブレース部材として用いた構成例を示す図である。 Furthermore, the friction damper 31 relating to the present embodiment is not only a connection member (seismic tie) 55 between the boiler body 4 and the support frame 7 shown in FIG. 7, but also includes a steel column 1 and a steel beam 2. It can also be applied as a brace member 60 of a steel frame shown in FIG. 8, thereby further increasing vibration energy absorption. Here, FIG. 7 is a schematic view showing a case where the friction damper according to the present embodiment is used for a friction type seismic tie and a case where it is used as a brace member. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example in which the friction damper according to the present embodiment is used as a brace member.
また、図２〜図４に示す摩擦ダンパー３１は、２枚の外板の内側にアルミニウム板をそれぞれ設け、アルミニウム板の内側に中板を介在させ、中板の設けた長孔に摩擦力発生用の締め付けボルトを通すことで２枚のアルミニウム板と中板との間で摩擦力を発生させ、中板と外板間での振動エネルギーの吸収量を増加させる構成を有するものであり、上述したボイラ建屋のサイスミックタイとして用いることの外に、汎用的なダンパーとして機能させることができる。 In addition, the friction damper 31 shown in FIGS. 2 to 4 is provided with an aluminum plate inside each of the two outer plates, with an intermediate plate interposed inside the aluminum plate, and generates a frictional force in a long hole provided with the intermediate plate. A frictional force is generated between the two aluminum plates and the intermediate plate by passing the tightening bolts, and the amount of vibration energy absorbed between the intermediate plate and the outer plate is increased. In addition to being used as a seismic tie for a boiler building, it can function as a general-purpose damper.
以上説明したように、本発明の実施形態に係るサイスミックタイで使用される摩擦ダンパーの特徴を簡潔に述べると、外板の上部と下部に締付けボルトを設け、外板の内部にアルミ板を設け、アルミ板の内部に中板を設け、中板の長孔部分に摩擦力発生用ボルトを設けることによって摩擦ダンパを構成する。そして、サイスミックタイの特徴を簡潔に述べると、複数の柱と上下方向に複数配置される梁との組合せからなる支持架構と該支持架構の上部梁から吊り下げられるボイラ本体との間に設置され、支持架構とボイラ本体の地震時の相対変位を利用して振動エネルギを吸収するサイスミックタイは、相対変位の発生する方向に対して水平方向に２本のリンクと、相対変位の発生する方向に対して垂直方向に２本のピンとからなり、上述した特徴をもつ摩擦ダンパをリンクとして採用し、摩擦型サイスミックタイを構成する。さらに、上述した特徴をもつ摩擦ダンパを鉄骨柱と梁からなるフレーム構造内に設けてブレース型摩擦ダンパを構成する。 As described above, briefly describing the characteristics of the friction damper used in the seismic tie according to the embodiment of the present invention, the fastening bolts are provided at the upper and lower portions of the outer plate, and the aluminum plate is provided inside the outer plate. A friction damper is formed by providing a middle plate inside the aluminum plate and providing a frictional force generating bolt in the long hole portion of the middle plate. The characteristics of seismic ties are briefly described. The seismic tie is installed between a support frame composed of a combination of a plurality of columns and a plurality of beams arranged in the vertical direction and a boiler body suspended from the upper beam of the support frame. The seismic tie that absorbs vibration energy using the relative displacement of the support frame and the boiler body during an earthquake generates two links in the horizontal direction with respect to the direction in which the relative displacement occurs, and the relative displacement occurs. The friction damper is composed of two pins perpendicular to the direction, and the friction damper having the above-described characteristics is adopted as a link to constitute a friction type seismic tie. Furthermore, a brace type friction damper is configured by providing a friction damper having the above-described characteristics in a frame structure composed of a steel column and a beam.
以上のように、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイを採用することにより、地震などの振動エネルギーの吸収量が増加し、ボイラ構造物の地震荷重（層せん断力）を低減でき、ひいては支持架構の軽量化及び耐震性向上に効果がある。 As described above, by adopting the friction type seismic tie according to the present embodiment, the absorption amount of vibration energy such as an earthquake is increased, and the seismic load (layer shearing force) of the boiler structure can be reduced, which in turn is supported. It is effective in reducing the weight of the frame and improving the earthquake resistance.
１ 支持架構の柱（鉄骨柱）
２ 支持架構の主梁（梁、鉄骨梁）
３ 吊りボルト
４ ボイラ本体
５ 地震荷重
６ サイスミックタイ
６Ａ リンク（リンク材）
６Ｂ 紡錘型ピン
６Ｃ 支圧部
７ 支持架構（ボイラ建屋）
８ ボイラ本体と支持架構からなるボイラ耐震構造の重心位置
９ ボイラ鉛直部の最下部
１０ バックステー
１１ 摩擦ダンパー
１２ ダンパー金属板（純アルミ板、Ａ１０５０板）
１３ 母材鋼板（ＳＳ４００板）
１４ 添板（鋼板）
１５ ゴムワッシャー
１６ 長孔
１７ 摩擦部
３０ 摩擦型サイスミックタイ
３１ 摩擦ダンパー
３２ 剛性ピン
３３ 地面
４１ 外板（添板、ＳＳ４００鋼板）
４２ 中板（ＳＳ４００鋼板）
４３ 摩擦力発揮用締付ボルト
４４ 摩擦板固定用締付ボルト
４５ 摩擦板（アルミニウム板）
４６ 摩擦板固定用スペーサ
４７ 中板用長孔
５０ 本実施形態に関する摩擦型サイスミックタイの荷重変位曲線
５１ 従来技術に関する鋼製サイスミックタイの荷重変位曲線
５５ ボイラ本体と支持架構との接続部材（サイスミックタイ）
６０ ブレース部材
1 Column of support frame (steel column)
2 Main beam of support frame (beam, steel beam)
3 Suspension bolt 4 Boiler body 5 Seismic load 6 Seismic tie 6A Link (link material)
6B Spindle type pin 6C Bearing section 7 Support frame (boiler building)
8 Center of gravity of boiler seismic structure consisting of boiler body and supporting frame 9 Bottom of boiler vertical part 10 Backstay 11 Friction damper 12 Damper metal plate (pure aluminum plate, A1050 plate)
13 Base steel plate (SS400 plate)
14 Substrate (steel plate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Rubber washer 16 Long hole 17 Friction part 30 Friction type seismic tie 31 Friction damper 32 Rigid pin 33 Ground 41 Outer plate (attachment plate, SS400 steel plate)
42 Medium plate (SS400 steel plate)
43 Clamping bolt for exerting frictional force 44 Clamping bolt for fixing friction plate 45 Friction plate (aluminum plate)
46 Friction plate fixing spacer 47 Medium plate long hole 50 Load displacement curve of friction type seismic tie related to the present embodiment 51 Load displacement curve of steel seismic tie related to the prior art 55 Connecting member between the boiler body and the support frame ( Seismic Thailand)
60 brace members
Claims (6)
前記サイスミックタイは、摩擦ダンパーからなる一対のリンクと、該一対のリンクと回動可能に接続する２本の剛性ピンと、からなり、前記リンクと前記剛性ピンのそれぞれの両端部が互いにヒンジ結合する構造を有し、
前記摩擦ダンパーは、剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、から成り、
前記２本の剛性ピンは、それぞれ前記支持架構と前記ボイラ本体に連結されている
ことを特徴とするボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイ。 A seismic tie that absorbs vibration energy of an earthquake by connecting a support frame composed of a plurality of steel columns and steel beams and a boiler body supported by being suspended from a steel beam above the support frame,
The seismic tie includes a pair of links made of friction dampers and two rigid pins rotatably connected to the pair of links, and both ends of the link and the rigid pins are hinged to each other. Having a structure
The friction damper includes an intermediate plate of a rigid plate, an aluminum plate provided on both sides of the intermediate plate, and a fastening bolt that generates a frictional force between the intermediate plate and the aluminum plate that are relatively displaced by an earthquake vibration. And consists of
The two rigid pins are respectively connected to the support frame and the boiler body. A friction type seismic tie for boiler vibration control.
前記摩擦ダンパーの中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容することを特徴とするボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイ。 In claim 1,
An elongated plate through which the tightening bolt for generating the frictional force is inserted is formed in the middle plate of the friction damper, and the relative vibration displacement between the middle plate and the aluminum plate is allowed by the elongated hole. Friction type seismic tie for use.
前記摩擦ダンパーは、前記中板と前記アルミニウム板と前記摩擦力発生用の締め付けボルトに加えて、前記アルミニウム板の外側に外板を設け、
前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトを設け、
前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定する
ことを特徴とするボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイ。 In claim 1 or 2,
In addition to the intermediate plate, the aluminum plate, and the fastening bolt for generating the frictional force, the friction damper is provided with an outer plate on the outer side of the aluminum plate,
A fixing bolt for fixing the aluminum plate is provided on both sides of the bolt for generating the frictional force,
The friction-type seismic tie for boiler vibration suppression, wherein the fixing fastening bolt fixes the aluminum plate to the outer plate through a spacer having substantially the same thickness as the intermediate plate.
剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、前記アルミニウム板の外側に設けた外板と、前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトと、を備え、
前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定し、
前記中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容する
ことを特徴とする摩擦ダンパー。 In friction dampers that absorb vibration energy of earthquakes,
Rigid plate middle plate, aluminum plates provided on both sides of the middle plate, clamping bolts for generating frictional force between the middle plate and the aluminum plate that are relatively displaced by earthquake vibration, and the aluminum plate A fixing bolt for fixing the aluminum plate to both sides of the tightening bolt for generating frictional force,
The fixing fastening bolt fixes the aluminum plate to the outer plate through a spacer having substantially the same thickness as the middle plate,
The middle plate is provided with a long hole through which the fastening bolt for generating the friction force is inserted, and the long plate allows the relative displacement between the middle plate and the aluminum plate.
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