JP2014189313A - 低温タンクの制震プレート装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 平底円筒二重殻低温タンクの内槽の供用時のガス圧や熱収縮、および地震による水平方向荷重に対応して簡便で効率良く横滑りを防止し、かつタンク本体以外の部分で地震等のエネルギーを吸収してタンク本体の損傷を防止するための低温タンクの制震プレート装置を提供する。
【解決手段】 一方端縁を内槽底板７外周上端面に溶着固定し、他方端縁を基盤４より立設したアンカーボルト１３上端へ水平に架設してなる連結板１５を設けて形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、低温液体を貯蔵する内槽とその内槽を囲繞する外槽とから成る平底円筒二重殻の低温タンクにおいて、貯蔵液変動や地震荷重等に対する内槽の水平移動を抑制し、かつタンク本体以外の部分で地震等のエネルギーを吸収してタンク本体を損傷させないように、内槽底板外周上端面から基盤より立設したアンカーボルト上端へ架設した低温タンクの制震プレート装置に関するものである。

図１５の事例に示すように、平底円筒二重殻の低温タンク１は、外槽側板２と外槽底板３と外槽屋根５とからなる外槽１ａが基盤４上に固定され、この外槽１ａの内部に保冷空間９を設けて内槽底部保冷８上に内槽側板６と内槽底板７と内槽屋根板１０とからなる内槽１ｂが設置されている。
この低温タンク１の内槽１ｂには、通常供用時の低温液体のガス圧Ｐや熱収縮力、および地震荷重によって内槽１ｂの側板６が浮き上がるアップリフト力ＵＰ、および底板７が横滑りや水平移動をする水平力ＨＰが発生する。このアップリフト力ＵＰに対応するように、従来一般には、内槽側板６の下部にアンカーストラップ１１が設けられており、このアンカーストラップ１１は基盤４に対して傾斜させて確りと設置されている。

特許文献１の特開昭５５−１１２５００号公報「円筒貯槽の滑動防止装置」の発明には、基礎５上に載置する円筒貯槽１の外周縁部下端位置に、多数の滑動防止ロッド６の一端をアニュラープレート４ａのジョイント部７に連結し、且つ該各滑動防止ロッド６を、円筒貯槽１外周の接線と平行に近い小さな角度で且つ交互に向きを変えた姿勢にセットし、各滑動防止ロッド６の他端を上記基礎５の支持ボルト８に止めてなる構成が開示されている。

特許文献２の実開昭６３−１４７４９８号公報「平底円筒貯槽のスベリ止め装置」の発明は、地震時に貯槽の軸心に平行する上下方向には動きを拘束しないように貯槽の側板３の下縁近傍に固定したブラケット５，９，１１と基礎１に設けたアンカーバー７，１２との間に係合したスベリ止め装置の構成が開示されている。

特許文献３の特開平０９−１３７６２７号公報「二重殻平底円筒タンクの滑動防止装置」の発明には、地震時の内槽の横滑りを防止することができるように、複数対の細長い引張部材１２，１３を備え、各対の引張部材は両方の一端１２ａ，１３ａが外槽下部の内面に近接して回動可能に取り付けられ、他端１２ｂ，１３ｂがそれぞれ内槽下部の外面に回動可能に取り付けられた構成が開示されている。

特許文献４の特開平１１−４９２８３号公報「貯槽の滑動防止装置」の発明には、地震や強風時に、貯槽の垂直方向の動きを拘束することなく水平方向の動きを拘束するように、貯槽１の底板２を貯槽基礎４の埋設アンカー６に直接又は間接に連結した連結具８を有する滑動防止装置の構成が開示されている。

特許文献５の特開２０１０−３２０３４号公報「貯蔵タンクのアンカー」の発明には、外槽またはセカンダリーバリアに作用する内槽の周方向のせん断応力を低コストに低減するために、内槽２には径方向外側に張り出した張出部２ｅが形成され、アンカー本体１１には張出部２ｅの上面２ｔに重なる押さえ部１２を備えた構成が開示されている。

特開昭５５−１１２５００号公報 実開昭６３−１４７４９８号公報 特開平０９−１３７６２７号公報 特開平１１−４９２８３号公報 特開２０１０−３２０３４号公報

図１５の従来例に示すように、傾斜させて基盤４へ確りと頑強に設置した従来一般のアンカーストラップ１１は、供用時の低温液体のガス圧Ｐや熱収縮力、地震荷重によるアップリフト力ＵＰによって浮き上がりが生じないように設けられている。
しかしながら、図１５のＣの部分を拡大して示す図１６のように、このアンカーストラップ１１は、アンカーストラップ本体がアンカーボックスの上端から外側上方斜めに長く出ているため、水平方向の揺動や滑動による水平力ＨＰには対応が十分ではない。そこで、水平荷重による水平力ＨＰを抑制して横滑りや水平移動ＨＬを抑制し、かつタンク本体以外の部分で地震等のエネルギーを吸収してタンク本体を損傷させないようにすることが望まれている。
殊に、サスペンドデッキ構造の内槽屋根を有する二重殻低温貯槽の場合には、水平荷重による水平力で内槽が横滑りや水平移動をしないようにする防止対策が求められている。

特許文献１「円筒貯槽の滑動防止装置」の発明は、コンクリート基礎５に対して多数の滑動防止ロッド６を用いて連結し止めているが、長い部材で構造が煩雑なため施工に手間を要し、水平力が接線方向に掛かる構造のため中心方向の荷重に対しては部材を長くすることによって変形を許容しなければならないために非効率となる。

特許文献２「平底円筒貯槽のスベリ止め装置」の発明は、地震や強風による貯槽の横スベリを防止する装置であるが、スベリ止め装置を貯槽に取り付け固定する部分の側板に設計時の許容応力よりも過大な応力が発生した場合に、かえって貯槽本体を損傷することも考えられる。

特許文献３「二重殻平底円筒タンクの滑動防止装置」の発明は、地震時の内槽の横滑り（滑動）を防止することができるが、複数対の細長い引張部材１２，１３を、それぞれ１２ａ，１３ａ、１２ｂ，１３ｂに回動可能に取付ける構造であるため煩雑で施工に手間を要し、さらに内槽下部外面を頑強な構造とし、かつ頑強なコンクリート構造の外槽支持壁１６が必要である。

特許文献４「貯槽の滑動防止装置」の発明に開示された、貯槽の底板を貯槽基礎の埋設アンカーに直接又は間接連結した滑動防止装置は、常圧貯槽の空液時の強風対策として側板外面へ着脱自在に取付ける滑動防止であって、二重殻低温タンクの内槽に働く水平力に対応させるための滑動防止装置ではない。

特許文献５「貯蔵タンクのアンカー」の発明は、外槽３またはセカンダリーバリア４に作用する内槽２の周方向のせん断応力を低コストに低減するためのアンカー１０であって、内槽２の横滑りを防止するためのものではない。

この発明は上述のような従来技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、平底円筒二重殻低温タンクの内槽の供用時のガス圧や熱収縮、および地震による水平方向荷重に対応して簡便で効率良く横滑りを防止し、かつタンク本体以外の部分で地震等のエネルギーを吸収してタンク本体の損傷を防止するための低温タンクの制震プレート装置を提供する。

請求項１の発明に係る低温タンクの制震プレート装置は、一方端縁を内槽底板外周上端面に溶着固定し、他方端縁を基盤より立設したアンカーボルト上端へ水平に架設してなる連結板を設けて形成したことを特徴とする。

請求項２の発明に係る低温タンクの制震プレート装置は、上記請求項１記載の連結板の中間部に、圧縮荷重に対抗するさや構造の補強部材を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明に係る低温タンクの制震プレート装置は、一方端縁を内槽底板外周上端面に溶着固定し、他方端縁を基盤より立設したアンカーボルト上端へ水平に架設してなる連結板を設けて形成したので、
低温タンクの内槽を通常供用時のガス圧や熱収縮による水平方向引張り荷重、および地震による水平方向の引張り荷重に対応するため、簡便で効率良く内槽の横滑りや水平移動を防止することができ、さらにタンク本体以外の部分である制震プレート装置で引張り荷重のエネルギーを吸収するためタンク本体の損傷を防止することができる。

請求項２の発明に係る低温タンクの制震プレート装置は、上記請求項１記載の連結板の中間部に、圧縮荷重に対抗するさや構造の補強部材を設けたので、
引張り荷重に加えて圧縮荷重に対しても耐久性を確保するため、簡便な構造を有し効率良く内槽の横滑りや水平移動を防止し、かつタンク本体以外の部分である制震プレート装置で引張り荷重及び圧縮荷重のエネルギーを吸収するため、タンク本体の損傷防止を一層向上することができる。

本発明に係る低温タンクの制震プレート装置を内槽サスペンドデッキ構造の平底円筒形二重殻低温タンクに設置した第１の実施形態例を示す全体側面説明図である。 図１のＡ部、制震プレート装置近傍を拡大して示す説明図である。 図２の変化例を示す説明図である。 図２を左上側方向から見た斜視説明図である。 本発明に係る低温タンクの制震プレート装置を内外槽固定屋根構造の平底円筒形二重殻低温タンクの通常のアンカーストラップと併用して設置した第２の実施形態例を示す全体側面説明図である。 図５のＢ部、制震プレート装置近傍を左上側方向から見た斜視説明図である。 制震プレート装置の詳細構造を示す平面説明図である。 図７の一部を拡大し水平方向に働く力と変位の関係を説明する図である。 制震プレート装置の第３の実施形態例を示す（１）は縦断面説明図、（２）は平面説明図である。 内槽の移動量を計測する装置及び構造を示す側断面説明図である。 単体の連結板に対する応力とひずみの関係を示す説明図である。 単体の制震プレート装置の力と変位の関係を示す説明図である。 内槽の外周位置４箇所に制震プレート装置を設置した事例を示す平面説明図である。 図１３の連結板の一部分と、力と変位の関係を示す説明図である。 従来例の低温タンクのアンカーストラップを設置した状況を示す全体側面説明図である。 図１５のＣ部、アンカーストラップ近傍を拡大して示す説明図である。

本発明に係る低温タンクの制震プレート装置の実施形態例について図１から図１０を参照しながら説明する。本発明は下記の実施形態にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記の実施形態に変更（例えば構成要素の省略または付加、構成要素の形状の変更等）を加えることが出来るのはもちろんである。なお、図は概略を示すもので、一部のみを描き詳細構造は省略した。

図１は本発明に係る低温タンクの制震プレート装置を、内槽サスペンドデッキ構造の平底円筒形二重殻低温タンクに設置した第１の実施形態例を示す全体側面説明図である。
低温タンク１は、外槽１ａと内槽１ｂとからなる平底円筒形二重殻構造である。
外槽１ａは外槽側板２と外槽底板３と外槽屋根５とからなり、基盤４上に固定されこの外槽１ａの内部に保冷空間９と内槽底部保冷８を設けて、この内槽底部保冷８上に内槽側板６と内槽底板７と内槽屋根１０とからなる内槽１ｂが設置されている。
この低温タンク１の内槽１ｂの内槽屋根１０はサスペンドデッキタイプ、つまり吊り屋根１０ａ構造で、屋根吊り材１０ｂによって外槽屋根５の内側に吊り下げ状に固定されている。１２は内槽１ｂ下部（図１のＡに示す）に設ける制震プレート装置で、円周方向に均等な間隔を設けて複数個設置する。

図１に示すように、サスペンドデッキタイプの平底円筒形二重殻の低温タンクの場合、内槽の吊り屋根と側板は連続した密閉構造ではないため、通常の供用時のタンク気相部のガス圧Ｐは、内槽１ｂの吊り屋根１０ａから屋根吊り材１０ｂを介して外槽１ａの外槽屋根５に伝達される。
そのため、ガス圧Ｐに伴う内槽１ｂの浮き上がる垂直方向の力、つまりアップリスト力は内槽屋根１０ａと吊り材１０ｂを介して外槽屋根５に伝達されるため、熱収縮力などによる内槽１ｂへのアップリフト力は小さいが、水平方向の力ＨＰは大きい。
そこで、この水平方向の力ＨＰに対応して水平方向の移動や横滑りや水平移動を防止するように、内槽１ｂ下部に制震プレート装置１２を設置した事例である。

図２は図１のＡ部、制震プレート装置近傍を拡大して示す説明図で、制震プレート装置１２は、アンカーボルト１３とベースプレート１４と連結板１５とで形成する。
この連結板１５の一方端縁は内槽底板７の外周上面に溶接で確りと固着する。また連結板１５の他方端縁は、内槽底部保冷８を貫通して基盤４上面から鉛直にアンカー支持台１４ａ設け、このアンカー支持台１４ａを貫通して基盤４から鉛直に設けたアンカーボルト１３上部に、平板状のベースプレート１４を介在させてその上に連結板１５の他方端縁を水平に重ね合わせて上方に突出させ、このアンカーボルト１３の上端部をナット１３ａにて固定する。

図３は図２の変化例で、内槽側板６及び内槽底板７下部の内槽底部保冷８の外周側位置にアンカー基盤１４ｂを設けたものである。連結板１５の他方端縁は、このアンカー基盤１４ｂを貫通して基盤４から鉛直に設けたアンカーボルト１３上部に平板状のベースプレート１４を介在させてその上に連結板１５の他方端縁を水平に重ね合わせてアンカーボルト１３を上方に突出させ、このアンカーボルト１３の上端部をナット１３ａにて固定する。

図４は、図１及び図２に示す制震プレート装置１２の斜視説明図で、内槽外周の円周方向に間隔をおいて複数個を設置する。
この制震プレート装置１２及び連結板１５の構造については、図７で詳細に説明する。

図５は本発明に係る低温タンクの制震プレート装置を内外槽固定屋根構造の平底円筒形二重殻低温タンクに設置した第２の実施形態例を示す全体側面説明図で、通常のアンカーストラップ１１と本願の制震プレート装置１２を併用する事例である。
外槽１ａは外槽側板２と外槽底板３と外槽屋根５とからなり基盤４上に固定され、この外槽１ａの内部に保冷空間９と内槽底部保冷８を設けて、この内槽底部保冷８上に内槽側板６と内槽底板７と内槽屋根１０とからなる内槽１ｂが設置されている。
この内槽屋根１０は密閉構造であり、通常の供用時のタンク気相部のガス圧Ｐに伴う内槽１ｂの浮き上がる垂直方向の力、つまりアップリスト力ＵＰは内槽１ｂへ作用するため、このアップリフト力ＵＰに対応するようにアンカーストラップ１１が設けられている。
この第２の実施形態例は、内槽１ｂの下部近傍にアップリフト力ＵＰに対応するアンカーストラップ１１を設けるとともに、水平方向の力ＨＰに対応するように制震プレート装置１２を併用して設置する事例である。

図６は、図５のＢ部を拡大し、内槽１ｂ下部に設ける通常のアンカーストラップ１１と本願の制震プレート装置１２を円周方向に均等な間隔を置いて交互に設置した事例である。
内槽１ｂの側板６からアップリフト力ＵＰに対応するようにアンカーストラップ１１を設けるとともに、本願の制震プレート装置１２は、水平力ＨＰに対応して横滑りや水平移動を防止するようにその中間部に設置する。
この制震プレート装置１２は、連結板１５の一方端を内槽底板７上面に固定し、他方端はプレート１４を介してアンカーボルト１３上端に水平に固定設置する。

図７に示すように、制震プレート装置１２の連結板１５は、例えば、断面積が大きい（断面性能が良い）板厚が厚い略矩形部１５ａと略楕円形部１５ｂと中央に幅狭で長い略平行部１５ｃとを組合せて形成する。
制震プレート装置１２の連結板１５は一方端を略矩形部１５ａに形成して、くり抜き長穴１７を設け、内槽底板外周７の上面に長い溶接距離部１８にて固着する。また他方端は略楕円形部１５ｂに形成し、距離Ｌ（矢印）の取付長穴１６を設け、アンカーボルト１３の上端を取り付け、低温液受入れのクールダウンに伴って内槽が収縮して移動する距離Ｌにスライド追従が可能となるように形成する。

図８は、図７に示す連結板１５の一部を拡大し、水平方向に働く力と変位の関係を説明する平面図である。
略楕円形部１５ｂの初期取付け位置は、アンカーボルト１３を取付長穴１６距離Ｌのａ１の位置に挿通して上端のナット１３ａで固定する。
クールダウン時のタンク内槽の収縮に伴って、連結板１５にかかる引張り力（矢印で示す）によってアンカーボルト１３の位置は、図の破線矢印で示すように移動して（距離Ｌ）低温液受入れ後はａ２の位置で固定状態が確保される。
さらに引張り荷重がかかる場合には、略平行部１５ｃで対抗して、弾性変形から塑性変形して引張り荷重のエネルギーを吸収する。なお、所定以上の過大な荷重がかかる場合には略平行部１５ｃで降伏する。
また、液の変化に伴う圧縮荷重が作用した場合にはａ１の位置に戻り、所定以上の圧縮荷重がかかる場合は略平行部１５ｃで対抗する。

上記制震プレート装置１２の連結板１５は、低温用鋼材を用いて過大な引張り荷重に対しては幅狭の略平行部１５ｃで引張降伏するため、水平方向に過大な荷重が作用した場合に略平行部１５ｃで対抗して引張り荷重のエネルギーを吸収する。さらに、所定以上の過大な引張り荷重が掛かった場合にはこの略平行部１５ｃが降伏することによって、内槽側板６や内槽底板７が損傷することがない。
また、ベースプレート１４は、図示を省略するが断熱材を介装して冷熱の伝導、ショートパスが生じないようにする。
このように、制震プレート装置１２は構造が簡単で簡便化が図られ、組立て施工がし易く、貯蔵液変化や地震荷重などによって内槽１ｂにかかる水平力ＨＰに対応し横滑りや水平移動を防止する。

図９は制震プレート装置の第３の実施形態例であり、（１）は側面説明図、（２）は平面説明図を示す。
制震プレート装置１２の連結板１５の略平行部１５ｃには、Ｎの範囲の圧縮力が増すように設ける部材としてさや構造の補強部材１９を装着した場合を示す。
このさや構造の補強部材１９は、連結板１５へ擦動自在に装着することによって引張り荷重に対しては連結板１５が対抗し、圧縮方向の過大な荷重Ｔに対してはさや構造の補強部材１９の両端縁部が当接して抵抗し、連結板１５が湾曲したり潰れたりすることがない。このように、圧縮荷重のエネルギーを吸収するため、タンク本体の損傷を防止することができる。
この図示例は、略楕円形部１５ｂをアンカーボルト１３に対して遊嵌状に挿通して架設するピン差込部１３ｂに形成した事例を示す。このようにピン差込部１３ｂとすることにより、ピン差込部１３ｂで略楕円形部１５ｂの挿通部近傍が上下方向に擦動する（矢印Ｓで示す）ため、垂直方向の動きを拘束することなく垂直方向の過大な荷重に対する破損を防止することができる。

このように、アンカーボルト１３とベースプレート１４と連結板１５とで形成する制震プレート装置１２は、構造が簡単で取付けの施工がし易く、供用時の液変動や地震荷重などによって内槽１ｂにかかる水平方向の力に対処してエネルギーを吸収する簡便で効率的な横滑りや水平移動を防止する装置となる。

図１０は、内槽の水平方向の移動量を計測する計測装置２０の設置状況を示す。
計測装置２０は、内槽側板６表面に固着した計測端縁２０ａから、外槽２の外側に設けた伸縮機能を有するノズル２１先端に気密固定した計測先端部２０ｂへと至る、棒状の計測ロッド２０ｃで形成する。この計測ロッド２０ｃは断熱性を有する部材で形成し、ノズル２１の内部には弾力性を有するグラスウールやウレタンなどの断熱材を充填する。
内槽側板６及び内槽底板７の水平方向の移動量は、伸縮機能を有するノズル２１の先端に固定した計測先端部２０ｂの移動する距離に相当する。
外槽２の外側に位置する計測先端部２０ｂで、図に示す距離Ｍを計測することによって、外部からは判らない内槽側板６及び内槽底板７の移動量を確認し、さらに連結板１５の伸縮量を検知することができる。このようにして、連結板１５の伸縮量の計測履歴から、内部の連結板１５の劣化状況や降伏の有無を判断することが可能となる。

図１１は、図７に示す連結板１５の単体部材に着目して、ひずみ（伸び）と応力（張力）の関係を示すグラフである。
Ｏ〜Ａは弾性域（ひずみδ１）、Ａ〜Ｂは塑性域（ひずみδ２）、Ｃは降伏位置を示す。Ｏ〜Ａ〜Ｂ〜Ｏに囲まれる面積がエネルギー吸収量に相当する。
この連結板１５のひずみ量を、図１０に示す計測装置２０による測定値Ｍ（計測端部２０ｂの移動量）と対応させて、設計時の許容応力を設定する。

図１２は、図９に示す単体の制震プレート装置１２に着目して、力と変位（移動距離）の関係を示す。
グラフの０（ゼロ）点は、連結板１５を設置したアンカーボルト１３のナット固定部１３ａ（図８参照）の初期設定の取付け位置ａ１を示す。また、クールダウン時の内槽収縮に伴う引張り力による移動位置ａ２を示し、ａ１とａ２の間隔は、クールダウン時に内槽収縮によって移動する距離Ｌに相当する。
また、連結板１５の張力と変位Ｌ１が対応し、被覆部材１９の圧縮力と変位Ｌ２が対応する。
このように、制震プレート装置１２を構成する連結板１５及び被覆部材１９によって、液変位や地震荷重による内槽にかかる水平方向の力に対応してエネルギーを吸収して横滑りや水平移動を防止することができる。

図１３は、内槽６外周の内槽底板７から周囲４箇所に、制震プレート装置１２の連結板１５を設置した事例で、水平方向の力Ｐと変位δが作用する場合を示す。
連結板１５の一部分、Ａ−ａと対向する位置のＢ-ａについて、図１４で説明する。
この制震プレート装置１２は、図４で説明したように必要に応じて複数個を設置する。

図１４は、図１３に示す連結板１５のＡ−ａと対向するＢ−ａを示し、内槽に低温液体を受入れる際のクールダウン時にタンクが内側に縮んで移動する（太線矢印）状況を示す。（図８、図１２と対応する）
クールダウンでタンクが縮み移動することにより、アンカーボルト１３の位置がａ１からａ２に（距離Ｌ）それぞれスライドして移動する。（破線矢印）
また、低温タンク供用時に地震などによって水平方向の力が作用する場合には、１５のＡ−ａ部分はａ２を起点として引張力が作用し、対向する１５のＢ-ａ部分はａ２を起点としてまずスライド移動した後に圧縮力が作用する。さらにその後は、上記Ａ−ａ部分の引張力とＢ-ａ部分の圧縮力の両方が合算して作用するため、水平方向の荷重に対して耐久力が増加しエネルギー吸収能力も向上する。

上記横滑りや水平移動を防止する制震プレート装置は、内槽を有する平底円筒二重殻の低温タンクのみならず、地震時の防護対策や耐震性能向上が望まれる種々構造のタンクや貯蔵庫などの構築物にも適用することができる。

１低温タンク
１ａ外槽
１ｂ内槽
２外槽側板
３外槽底板
４基盤
５外槽屋根
６内槽側板
７内槽底板
８内槽底部保冷
９内外槽空間
１０内槽屋根
１１アンカーストラップ
１２制震プレート装置
１３アンカーボルト
１３ａナット固定部
１３ｂピン差込部
１４ベースプレート
１４ａアンカー支持台
１４ｂアンカー基盤
１５連結板
１５ａ略矩形部
１５ｂ略楕円形部
１５ｃ略平行部
１６取付長穴
１７くり抜き長穴
１８溶接部
１９筒状補強部材
２０計測装置
２１ノズル
２２断熱材


Ｐガス圧
ＵＰアップリフト力
ＨＰ水平方向の力
ＨＬ横滑りや水平移動

Claims (2)

1. 一方端縁を内槽底板外周上端面に溶着固定し、他方端縁を基盤より立設したアンカーボルト上端へ水平に架設してなる連結板を設けて形成したことを特徴とする低温タンクの制震プレート装置。
2. 上記連結板の中間部に、圧縮荷重に対抗するさや構造の補強部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の低温タンクの制震プレート装置。
   
   
   

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