JP2015168373A - 海洋構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量性、接合や成形、工事の容易性を確保でき、安価な設備・工事費用で構築でき、耐食性にも優れメンテナンス費用の大幅な低減が可能な海洋構造物を提供する。
【解決手段】全体が水中に位置する複数の水中浮力体２と、水面上方に位置する甲板３と、水中浮力体と甲板との間を接続し、少なくとも水面位置で水平方向に貫通開口を有するＦＲＰ製構造体４とを備え、ＦＲＰ製構造体が，複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織され、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されてラーメン構造を構成しているＦＲＰ製三次元ユニットが複数連接されたＦＲＰ製三次元構造体を用いて構成されていることを特徴とする海洋構造物。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）を用いて構成した海洋構造物に関し、とくに軽量化、高い力学特性（特に、比強度,比剛性）、工事費・設備費低減、長寿命化等が望まれる大型、大規模の海洋構造物に関する。

従来から、海上での風力発電や太陽光発電設備搭載用のエネルギーファーム基盤や防災基地、浮体橋、各種海洋建築物、各種港湾施設、洋上滑走路等には、鋼材を用いて構成した各種構造体が用いられてきた（例えば、特許文献１）。しかし、鋼材を用いた大型の構造体においては、基本的に、材料となる鋼材の重量が大であるため、工事、構築に行いにくさが伴うという問題、工事、構築のために大型の、あるいは専用の重機が必要となり、工期が長くなるとともに、大型の工事用スペースが必要となり、比較的安価な素材であるにもかかわらず総合的に見て工事費が高く工期も長期化するという問題、耐食性能が低く、防食塗装などのメンテナンス費用が高くなるという問題、比強度が比較的低く、長期間にわたる使用においては疲労や寒冷時脆性破壊の問題が発生する恐れがあるという問題、等が存在する。

このような基本的な問題に加え、例えば、いわゆるポンツーン式と呼ばれる形態で鋼材を用いて構築された従来の大型海上浮体構造物についてより具体的に考えてみるに、喫水線長さが長く、波浪による局部的に大きな負荷や繰り返し荷重を受ける領域が広くなるため、強度的に相当高範囲に補強しなくてはならなくなり、さらに重量が増して、設備費、工期が増大するとともに、専用重機等の付帯設備の費用も増大する。また、高波等に備えて構造物の水面からの高さを高くすると、重量と排水量が大幅に増加し、益々製造費も増加する。

このような鋼材を用いた大型構造体における種々の問題に対し、近年急速に需要が伸びてきた軽量で高い力学特性（特に、比強度、比弾性率）のＦＲＰを大型構造体構成用の材料に使用することが考えられる。この様な特性をなすＦＲＰの使用に関して、例えば、特許文献２には、浮消波装置における浮体や反射壁にＦＲＰを使用してもよい旨の記載があり（特許文献２［００４１］段落）、特許文献３には、太陽光発電装置における躯体にＣＦＲＰ(炭素繊維強化プラスチックス)補強コンクリート製構造体を使用してもよい旨の記載がある（特許文献３［００３７］段落）。しかし、これらの提案では、大型構造体の主要構造あるいは基本骨格を構成するための材料としてではなく、付帯設備への、あるいは構造体の部分的な部位へのＦＲＰの使用にとどまっている。

特許第４９８６０４９号公報 特開２０１３−２２１３８５号公報 特開２０１０−７４１３０号公報

上記の特許文献２や特許文献３に例示されるように、軽量なＦＲＰの使用が、大型構造体に対しては、その付帯設備や構造体の部分的な部位への適用に限られていたのは、大型構造体を構成するために用いる部材用のＦＲＰを形成するための強化繊維(例えば、炭素繊維)として、太物強化繊維束（多数本の強化繊維を例えばトウの形態で集合させたもの）が汎用材として本格的に普及していなかったので、大型構造体の主要構造あるいは基本骨格へのＦＲＰの展開が殆ど進展してこなかったと考えられる。

ところが最近、例えば炭素繊維についてみれば、１束が４８Ｋ（４８，０００本）や６０Ｋ（６０，０００本）といった、さらにはそれ以上のラージトウの製造による汎用供給が可能になってきた。したがって、最近入手可能になってきたこのようなラージトウをさらに複数束ねて使用できれば、数ｍから数１０ｍ規模の大型構造体の、さらには数１００ｍ規模の超大型構造体の、主要構造あるいは基本骨格へのＦＲＰの展開を安価に達成できる可能性が出てきた。

そこで本発明の課題は、上記のような強化繊維束の太束化の現状およびその適用可能性を考慮するとともに、前述のような鋼材を用いて大型構造物を構築する場合の問題点に着目し、とくに大型の海洋構造物について、ＦＲＰの特性である軽量性、高い力学特性、接合や成形の容易性等を最大限活かしつつ、通常、鋼材よりも高価なＦＲＰを部材構成用素材として使用しても、大型構造物を構築するための総合的な設備・工事費用として、鋼材を用いた場合に比べて低コストで構造物を構築することである。特に海洋環境下では、ＦＲＰの優れた耐食性等を活かしてメンテナンス費用の大幅な低減が可能で、長期間安定して所望の状態を維持可能な海洋構造物を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る海洋構造物は、全体が水中に位置する複数の水中浮力体と、水面上方に位置する甲板と、前記水中浮力体と前記甲板との間を接続し、少なくとも水面位置で水平方向に貫通開口を有するＦＲＰ製構造体とを備え、前記ＦＲＰ製構造体が，複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織され、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されて「ラーメン構造」を構成しているＦＲＰ製三次元ユニットが複数連接されたＦＲＰ製三次元構造体を用いて構成されていることを特徴とするものからなる。また、該棒状部材とはその断面が円形でも非円形でもよく、中実でも中空でも適用出来るＦＲＰ製部材である。

このような本発明に係る海洋構造物は、全体が水中に位置する複数の水中浮力体と、水面上方に位置する甲板と、水中浮力体と甲板との間を接続し、少なくとも水面位置で水平方向に貫通開口を有するＦＲＰ製構造体とを備えた構造物に構成され、このうち、ＦＲＰ製構造体が，ＦＲＰ製三次元ユニットが複数連接されたＦＲＰ製三次元構造体を用いて構成される。ＦＲＰ製三次元ユニットにおいては、複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織されて、例えば、平面的に見てあるいは側面的に見て略矩形の、あるいはユニット断面としての骨格が三角柱や四角柱形状をなす立体的な三次元ユニットが構成される。このようなＦＲＰ製三次元ユニットにおいて、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されてラーメン構造に構成されているので、この三次元ユニット自体は、鋼材等に比べて軽量性が確保されつつ、その全体として極めて高い剛性、強度が確保される。とくに、ＦＲＰ製棒状部材の作製に近年採用が可能になってきた多数本の強化繊維の太束を使用すれば、さらに高い剛性、強度の達成が可能になる。また、この三次元ユニットはＦＲＰ製であるから、成形による製造を容易に行うことができ、複数の節点部での結合も、金属同士の様な溶接作業などを伴うことなく、接着や、好ましくは一体成形によって達成でき、鋼材製に比べて製造の容易化を図ることができるとともに、鋼材よりも高価な素材費用を考慮しても全体として鋼材製に比べて遜色のない製造コストの達成が可能になる。とくに海洋環境下では、鋼材よりも高い比強度を容易に達成できるとともに、疲労、耐食性については鋼材よりも優れた特性を発現可能であるので、長期間所望の性能を安定して維持可能となり、メンテナンス費用の大幅な低減も可能になる。このように優れた特性を有するＦＲＰ製三次元ユニットを複数連接することにより、軽量性、接合や成形、工事の容易性等が確保されつつ、総合的な設備・工事費用も鋼材を用いた場合に比べて低コストであり、しかもＦＲＰの優れた耐食性等を活かしてメンテナンス費用の大幅な低減が可能なＦＲＰ製三次元構造体が形成され、該ＦＲＰ製三次元構造体を用いて水中浮力体と甲板との間を接続するＦＲＰ製構造体が構成される。したがって、本発明におけるこのＦＲＰ製構造体も、軽量性、接合や成形、工事の容易性等に優れ、安価な設備・工事費用で構成でき、しかも耐食性等に優れ安価なメンテナンス費用で済む、望ましい性能の構造体として構成される。そして、このＦＲＰ製構造体は少なくとも水面位置で水平方向に貫通開口を有する形態で設置されるので、この部分では海水が実質的に自由に通過できるようになり、その設置部では基本的に海水からは大きな且つ繰り返し負荷（波浪）を受けなくて済むことになる。したがって、ＦＲＰ製構造体が大型の構造体に構成される場合にあっても、全体として必要な形態を保つことが可能になり、この大型のＦＲＰ製構造体を用いて大型の海洋構造物の構築が可能になる。また、ＦＲＰ製構造体の下部側には、浮力体がその全体が水中に位置する状態で配置されているので、上記のＦＲＰ製構造体部分での海水が実質的に自由に通過できる貫通開口状態が維持されつつ、水中浮力体による大きな浮力により、海洋構造物として望ましい状態、姿勢の維持が可能になる。そして、上記ＦＲＰ製構造体の上部側には、甲板が設置されるので、該甲板は水面上方の位置で、安定した望ましい姿勢に維持され、その甲板をそのまま洋上での平面形成体として使用したり、甲板上に大型の施設を搭載したりすることが可能になり、各種の大型の海洋構造物の実現が可能になる。

本発明においては、上述したようなＦＲＰ製三次元ユニットを複数連接して、より大型のＦＲＰ製三次元構造体が構成される。例えば、ＦＲＰ製三次元ユニットを複数連接することにより、全体として直線状に延びるＦＲＰ製三次元構造体や面状に延びるＦＲＰ製三次元構造体を構成することが可能である。

このようなＦＲＰ製三次元構造体においては、ＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の剛接によるラーメン構造に構成されていることもできるし、ＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の柔接による非ラーメン構造に構成されていることもできる。構成されるべきＦＲＰ製三次元構造体に対する要求特性に応じて、連接部を剛接構造にしたり、柔接構造にしたりできる。この連接部の剛接構造には、基本的にはＦＲＰ製三次元ユニット内における剛接ラーメン構造と同等の構造を採用することができ、柔接構造には、回動可能な連結構造(例えば、ピンを介した連結構造)等を採用できる。ただし、これらの連接部では、必ずしもＦＲＰ製部材のみを使用する必要はなく、必要に応じて、金属製部材(例えば、（穿孔部を有する）金属板状部材、ボルト／ナット、ピン)を使用してもよい。

上記ＦＲＰ製三次元構造体の構成に用いられるＦＲＰ製三次元ユニットにおいては、上記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維がＦＲＰ製棒状部材間にわたって連続して延びていることが好ましい。節点部で強化繊維が連続して延びていることにより、節点部でＦＲＰ製棒状部材同士がより確実に剛接され、望ましいラーメン構造が構成され、三次元ユニットとしての高い強度や剛性が達成される。また、上記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維と不連続繊維が共存している形態とすることもできる。不連続繊維の存在により、優れた形状賦形性や成形性を発揮しつつ、節点部での連続繊維の存在により、上記同様、ＦＲＰ製棒状部材同士がより確実に剛接され、三次元ユニットとしての高い強度と剛性が達成される。

また、上記ＦＲＰ製三次元ユニットを構成するＦＲＰ製棒状部材においても、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維が用いられる形態、連続繊維と不連続繊維が共存している形態とすることができる。連続繊維と不連続繊維が共存している形態においては、例えば、不連続繊維が存在しているが、連続繊維と例えば２０ｍｍ以上はオーバーラップしている棒状部材の構造を採用することができ、高い剛性、強度と、優れた形状賦形性や成形性との両立を図ることが可能である。

また、上記ＦＲＰ製三次元構造体に、部分的にＦＲＰ製面状体が接合されている構造を採用することも可能である。面状体は、その面方向に高い剛性を発現するので、必要に応じて部分的にＦＲＰ製面状体を接合しておくことにより、ＦＲＰ製三次元ユニットを補強でき、とくに該面状体設置部で三次元ユニットの立体形状を維持するための高い剛性を確保できるようになり、上記節点部での剛接と併せて、ＦＲＰ製三次元ユニット全体としてより高い剛性を確保できるようになる。さらに、複数の三次元ユニットの連接のために、ＦＲＰ製面状体同士による接合用としても効果的に利用できる。

また、上記ＦＲＰ製三次元構造体における強化繊維としては、とくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維、さらにはこれら強化繊維を組み合わせたハイブリッド構成の採用が可能である。例えば、強化繊維構成として疲労特性や剛性に優れる炭素繊維と疲労特性は高くないが材料費が安価なガラス繊維を適正な比率で構成することによって、波浪による繰り返し荷重に対して海洋構造体として必要な剛性を維持しつつ耐疲労特性にも優れたコストパフォーマンスの高い強化繊維プラスチックスを創出可能となる。また、高い剛性、強度を目指す部位には、ＦＲＰ製棒状部材の強化繊維として炭素繊維だけを用いられることが好ましい。前述したように、近年炭素繊維の太束の入手が可能になってきたことから、太束化された炭素繊維束(例えば、４８Ｋ（４８，０００本）や６０Ｋ（６０，０００本）といった太束化された炭素繊維束)を使用したり、さらにはこのような太束化された炭素繊維束を複数束ねてより太束化された炭素繊維束を形成して使用したりできる。それによって、高い剛性、強度を確保しつつ、より大型のＦＲＰ製三次元構造体を作製できる。また、より安価な構成を望む場合には、高い剛性や疲労特性を必要としない部位にはガラス繊維を主体に使用すればよい。この様に強化繊維のハイブリッド構成には、繊維束が複数種の強化繊維から構成される場合や三次元構造体の部位によって適用する強化繊維を変更するなど、繊維束の強化繊維構成を極端に変えることもある。

また、本発明においては、少なくとも３つの上記ＦＲＰ製三次元構造体を、平面的に見て枠体を形成するように接続してＦＲＰ製組立構造体を構成するようにしてもよい。つまり、ＦＲＰ製三次元構造体が、三角形や四角形の、さらにはそれ以上の多角形の枠体を形成するように接続され、より大型のＦＲＰ製組立構造体が構成されることになる。各接続部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。大型になっても極力剛体構造であることが望まれる場合には剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造が望まれる場合には柔接すればよい。

そして、このようなＦＲＰ製組立構造体を複数連接することにより、より一層大型のＦＲＰ製組立構造体の連結体である「大型ＦＲＰ製構造体」の構成が可能になる。各連接部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。この場合にも、該ＦＲＰ製組立構造体と同様に連接部については、大型になっても極力剛体構造の構築体であることが望まれる場合には剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造の構築体が望まれる場合には柔接すればよい。

本発明に係る海洋構造物において、上記甲板は、ＦＲＰ製部材を用いて構成することができる。甲板上には重量構造物や重量施設が搭載されることが予測されるので、甲板自体の強度や剛性は高いことが好ましく、それを満たすために、上記ＦＲＰ製部材は強化繊維として炭素繊維を含むことが好ましい。また、極力安価に構成したり、炭素繊維の存在による金属部材の電食を回避したりすることが望まれる場合等には、上記ＦＲＰ製部材の強化繊維として炭素繊維およびガラス繊維を含むハイブリッド構成とすることもできる。

また、上記甲板が、ＦＲＰ製部材を用いて構成されているとともに、該ＦＲＰ製部材上に表層材を有している構成を採用することも可能である。このような表層材は、例えば、無機材料(例えば、アスファルトやコンクリートなど)を用いて構成することができる。あるいは、表層材として耐摩耗性材料を用いて構成することもできる。海洋構造物の種類や、上部に搭載される施設等に応じて適切な表層材を選択すればよい。

本発明に係る海洋構造物において、浮力を発生させる上記水中浮力体は、両端部を封止された筒状体に形成されていることが経済的で好ましく、その水中浮力体の寸法や数量によって大きな浮力を得ることが可能になる。また、該水中浮力体は常に海面下に配設されており、直接波浪の負荷を受けることは無い。

また、上記水中浮力体を形成する材料はとくに限定されず、鋼材やプラスチック等の使用も可能であるが、大きな浮力の発生が要求され、かつ、水中での想定外の衝突等による大きな外力の負荷への対応が要求されることから、水中浮力体としても軽量で強度、剛性の高いことが望まれ、ＦＲＰやエンジニアリングプラスチックスを用いて構成することが好ましい。ＦＲＰ製水中浮力体のＦＲＰの強化繊維としては炭素繊維を含むことが好ましく、場合によっては、炭素繊維およびガラス繊維を含む構成とすることもできる。また、大きな浮力を維持するためには、水中浮力体内への浸水を極力防止することが求められるが、そのためには、例えば、水中浮力体が見かけ比重の低いフォーム材を浮力体内全体または浮力体内周面近傍に内蔵している構成を採用することができる。フォーム材としては、独立空孔タイプのフォーム材（発泡により形成された空孔が連通することなく互いに独立しているもの）を水中浮力体内に充填すればよい。又は、水中浮力体内周面全体に破断強度の高いフィルムやゴムシートなどを貼り付けても良い。このような構成により、仮に想定外の外力により筒状に形成された浮力体の一部に損傷等が発生した場合であっても、浸水を全く阻止したり、浸水してもごく一部にとどめることが可能になって、実質的に大きな浮力を維持することが可能になる。さらに、水中浮力体を大型の筒状体に形成するには、例えば、前述したようなラージトウの強化繊維をフィラメントワインディングに類似の方法（例えば、ドルストホルム方式）により連続的に筒状に巻いていく技術を適用できる。

また、上記水中浮力体は、深さ方向に複数配列されていてもよく、それによって平面的に設置面積を増大させることなく、より大きな浮力を発生させることが可能になる。もちろん、平面的に複数の浮力体を併置してもよい。この水中浮力体は、本発明におけるＦＲＰ製構造体の下部(水中に位置する下部)に接続されるが、ＦＲＰ製構造体を構成するＦＲＰ製三次元構造体のそれぞれに対して設けられてもよく、前述のＦＲＰ製組立構造体が構成される場合には、そのＦＲＰ製組立構造体の下部の適切な部位に対して設けられてもよい。更に、甲板に設置される建設物など大きな荷重が作用する部位の下方にだけ、それ以外の場所より数多くの浮力体を設置したり、寸歩の大きな浮力体に変えてもよい。

本発明に係る海洋構造物において、上記ＦＲＰ製三次元構造体同士の接続部あるいは上記ＦＲＰ製組立構造体同士の接続部、さらにはそれら構造体と上記水中浮力体あるいは上記甲板との接続部には、金属（例えばチタン合金やアルミ合金など）部材をそれぞれにインサート成形しておいたり、外部より該金属製当て板を貼り付けた後に該金属製のボルトで締結することが出来る。大型部材同士の接続部には大きな強度が要求されたり、精度の高い連結構造が要求されたりすることが多いので、このような要求を満たすためには上記の様に少なくとも部分的に金属部材や場合によってはセラミック部材を用いることが好ましい場合が多いが、いずれもＦＲＰ成形時にインサート成形することにより容易に実現可能である。ただし、ＦＲＰの強化繊維として炭素繊維を含む場合には、導電性を有する炭素繊維との接触により金属部材（特にアルミ合金）に電食による腐食を生じる可能性があるので、金属インサートＦＲＰ部材の金属接触部におけるＦＲＰの強化繊維としてガラス繊維を含む構成が好ましい。

本発明に係る海洋構造物は、あらゆる大型の海洋構造物に適用可能であり、例えば、エネルギーファーム基盤、災害避難基地、石油備蓄基地、浮体橋、海洋建築物、港湾施設、汚泥処理施設やゴミ処理施設、飛行体の海洋基地や洋上滑走路等に好適なものである。

このように、本発明によれば、軽量性、接合や成形、輸送や組立・設置工事の容易性等を確保しつつ、総合的な設備・工事費用として、従来の鋼材を用いた場合に比べて低コストで大型の海洋構造物を構築でき、しかもＦＲＰの優れた耐食性等を活かしてメンテナンス費用の大幅な低減が可能になる。

本発明の一実施態様に係る海洋構造物の概略分解斜視図である。 図１の海洋構造物におけるＦＲＰ製三次元ユニットの概略斜視図である。 図１の海洋構造物におけるＦＲＰ製三次元構造体およびＦＲＰ製組立構造体の概略斜視図である。 図１の海洋構造物におけるＦＲＰ三次元構造体の別の実施態様の概略斜視図である。 図１の海洋構造物の部分拡大斜視図である。 本発明の別の実施態様に係る海洋構造物の概略部分側面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る海洋構造物を示している。図１に示す海洋構造物１は、全体が水中に位置する複数の水中浮力体２と、水面上方に位置する甲板３と、水中浮力体２と甲板３との間を接続し、少なくとも海水面位置で水平方向に貫通開口を有するＦＲＰ製構造体４とを備えている。ＦＲＰ製構造体４は、ＦＲＰ製三次元ユニット５が複数連接されたＦＲＰ製三次元構造体６を用いて構成されており、図示例では、とくに、３つのＦＲＰ製三次元構造体６が三角形の枠体を形成するように接続されてＦＲＰ製組立構造体７に構成されている。このようなＦＲＰ製組立構造体７を複数連接することにより、より一層大型の海洋構造物用ＦＲＰ製構造体４としての構成が可能になる。ＦＲＰ製組立構造体７の連接は、例えばＸ−Ｘ方向やＹ−Ｙ方向、さらにはこれら両方向に行うことが可能である。図示例では、ＦＲＰ製組立構造体７が複数Ｘ−Ｘ方向とＹ−Ｙ方向に連接された構成例を示しているが、必要に応じて任意の立体的な連接、構成も可能である。各連接部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。各連接部においては、大型になっても極力剛体構造であることが望まれる場合には適宜剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造が望まれる場合には適宜柔接すればよい。

ＦＲＰ製三次元構造体６を構成するＦＲＰ製三次元ユニット５は、例えば図２に示すように構成される。このＦＲＰ製三次元ユニット５においては、複数の節点部１１での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材１２が三次元的に組織され、より具体的には全体として矩形の箱形の骨組みを形成するように三次元的に組織され、全節点部１１でＦＲＰ製棒状部材１２同士が剛接されてラーメン構造を構成している。全節点部１１での剛接により、ＦＲＰ製三次元ユニット５全体として極めて高い剛性が確保されている。図示した矩形の骨組み構造をなすＦＲＰ製三次元構造体６に捩り応力が作用する場合は、各節点部１１同士を結ぶ斜行方向に配向されたＦＲＰ製棒状部材１２を配置した構造でもよい。また、断面が矩形の骨組みに限定するものではなく、図４に示す様な力学的にバランスの良い三角形（望ましくは正三角形）であってもよく、それ以上の多角形であってもよい。

このようなＦＲＰ製三次元ユニット５においては、前述したように、全節点部１１の少なくとも一部の節点部１１において、ＦＲＰの強化繊維(例えば、炭素繊維)がＦＲＰ製棒状部材１２間にわたって連続して延びていることが好ましい。また、少なくとも一部の節点部１１において、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維と不連続繊維が共存している形態とすることもできる。とくに節点部１１での連続繊維の存在により、ＦＲＰ製棒状部材１２同士がより確実に剛接され、三次元ユニット５としての高い剛性が達成される。さらに高い剛性を例えば部分的に確保したい場合には、その部位に対してＦＲＰ製面状体(図示略)を付設することもできる。

上記のようなＦＲＰ製三次元ユニット５を連接可能に構成しておき、複数のＦＲＰ製三次元ユニット５を連接することにより、例えば図３に示すように(図１に示した構成の)、より大型のＦＲＰ製三次元構造体６を構成することができ、図示例では、複数のＦＲＰ製三次元ユニット５を直線状に連接することにより、直線状に延びるＦＲＰ製三次元構造体６が形成されている。ただし、面状に連接すれば、面状に広がるＦＲＰ製三次元構造体(図示略)を構成することも可能である。このようなＦＲＰ製三次元構造体６においては、ＦＲＰ製三次元ユニット５間の連接部は、剛接によるラーメン構造に構成することもできるし、柔接による非ラーメン構造に構成することもでき、必要に応じて選択すればよい。例えばＦＲＰ製三次元構造体６の長さが比較的長く、外力により大きなモーメントや応力(例えば曲げ応力)が発生しやすい場合には、適宜柔接構造を採用すればよく、ＦＲＰ製三次元構造体６の長さが比較的短く、ＦＲＰ製三次元構造体６全体が剛体であることを望まれる場合には、適宜剛接構造を採用すればよい。とくに柔接構造を採用する場合には、連結部に金属製の板状部材やボルト／ナットやピン等の使用も可能である。

上記のようなＦＲＰ製三次元構造体６を、少なくとも３つ、枠体を形成するように接続することにより、例えば図３に示すようなＦＲＰ製組立構造体７を構成できる。図示例では、平面的に見て三角形の枠体を形成するように３つのＦＲＰ製三次元構造体６が接続されているが、ＦＲＰ製組立構造体の構成は、三次元立体的に行われてもよい。このようなＦＲＰ製組立構造体７の各接続部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。大型になっても極力剛体構造であることが望まれる場合には適宜剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造が望まれる場合には適宜柔接すればよい。

上記のようなＦＲＰ製組立構造体７単体でも本発明におけるＦＲＰ製構造体を構成できるが、ＦＲＰ製組立構造体７を複数連接することにより、より一層大型のＦＲＰ製構造体４（図１）の構成が可能になる。ＦＲＰ製組立構造体７の連接は、前述したように、例えばＸ−Ｘ方向やＹ−Ｙ方向、さらにはこれら両方向に行うことが可能であるこの場合にも、各連接部においては、剛接、柔接のいずれも可能である。前述したのと同様、各連接部においては、大型になっても極力剛体構造の構築体であることが望まれる場合には適宜剛接すればよく、大型になったために局部的に応力を解放して全体として大きな外力やモーメントを支えなくてもよい構造の構築体が望まれる場合には適宜柔接すればよい。

海洋構造物１における甲板３は、図１に示すように各ＦＲＰ製三次元構造体６に対応させてその上部に接続してもよく、図１に２点鎖線で示すように、ＦＲＰ製組立構造体７全体に対応する大きさに殆ど連続した面状体として形成し、その上部に接続してもよい（甲板３ａ）。このような甲板３、３ａもＦＲＰで構成することができる。さらに前述したように、ＦＲＰ製の甲板３、３ａ上に、無機材料や耐摩耗性材料を用いて構成した表層材(図６)を設けてもよい。

水中浮力体２は、図５に示す本実施態様では、両端部を封止したＦＲＰ製の筒状体に形成されており、各ＦＲＰ製三次元構造体６に対し２本ずつ併設されている。さらに大きな浮力が要求される場合には、深さ方向に複数配列してもよい。また、前述したように、耐浸水性を向上するために、筒状のＦＲＰ製水中浮力体２内にフォーム材が充填されていてもよい。そして、図６に示す別の実施態様のように、海洋構造物１におけるＦＲＰ製三次元構造体６（ＦＲＰ製構造体４）が、上下方向（深さ方向）に水面２１を含む位置に配置されるので、この水面２１を含む位置では貫通開口が形成されることになり、この部分では海水が実質的に自由に通過できるようになって、基本的に海水からは大きな力を受けなくて済むことになる。その結果、海洋構造物１においては、たとえ部分的に柔接部があったとしても、海洋構造物１全体として必要な形態を保つことが可能になり、極めて大型の海洋構造物１であっても、構築が可能になる。そして、全体が水中に位置する水中浮力体２が設けられていることにより、その大きな浮力によって、海洋構造物１の上面位置を水面２１の上方の適切な高さに保つことが可能になる。さらに、甲板３，３aの上面上（例えば、甲板３、３ａ上に設けた表層材２２上）に建築物２３などの重量物を設置した部位には複数の水中浮力体を配設することにより浮力を補充することによって相当な重量物の搭載が可能になり、様々な用途展開をはかることが可能になる。

上述したような海洋構造物１は、現場にて、適切な大きさのＦＲＰ製ユニット単位で作製したものを順次接合していくことで構築可能である。各ユニットはＦＲＰ製で軽量であるから、大型のあるいは専用の重機を使用することなく極めて容易にかつ安価に接合することが可能になり、最終的な海洋構造物１が大型のものであっても、総合的にみて安価な工事費の達成が可能である。また、海洋構造物１の主要素材がＦＲＰであるので、長期間安定して性能を維持することが可能であり、メンテナンス費用の削減も達成できる。

本発明は、軽量化、高い力学特性、工事費・設備費低減、長寿命化等が望まれるあらゆる大型、大規模の海洋構造物に適用可能である。

１ 海洋構造物
２ 水中浮力体
３、３ａ 甲板
４ ＦＲＰ製構造体
５ ＦＲＰ製三次元ユニット
６ ＦＲＰ製三次元構造体
７ ＦＲＰ製組立構造体
１１ 節点部
１２ ＦＲＰ製棒状部材
２１ 水面
２２ 表層材
２３ 建築物

Claims (25)

1. 全体が水中に位置する複数の水中浮力体と、水面上方に位置する甲板と、前記水中浮力体と前記甲板との間を接続し、少なくとも水面位置で水平方向に貫通開口を有するＦＲＰ製構造体とを備え、前記ＦＲＰ製構造体が，複数の節点部での結合を介して複数のＦＲＰ製棒状部材が三次元的に組織され、全節点部でＦＲＰ製棒状部材同士が剛接されてラーメン構造を構成しているＦＲＰ製三次元ユニットが複数連接されたＦＲＰ製三次元構造体を用いて構成されていることを特徴とする海洋構造物。
2. 前記ＦＲＰ製三次元構造体におけるＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の剛接によるラーメン構造に構成されている、請求項１に記載の海洋構造物。
3. 前記ＦＲＰ製三次元構造体におけるＦＲＰ製三次元ユニット間の連接部の少なくとも一部が、ＦＲＰ製三次元ユニットの端部同士の柔接による非ラーメン構造に構成されている、請求項１または２に記載の海洋構造物。
4. 前記ＦＲＰ製三次元ユニットの前記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維がＦＲＰ製棒状部材間にわたって連続して延びている、請求項１〜３のいずれかに記載の海洋構造物。
5. 前記ＦＲＰ製三次元ユニットの前記全節点部の少なくとも一部において、ＦＲＰの強化繊維として連続繊維と不連続繊維が共存している、請求項１〜４のいずれかに記載の海洋構造物。
6. 前記ＦＲＰ製三次元構造体に、部分的にＦＲＰ製面状体が接合されている、請求項１〜５のいずれかに記載の海洋構造物。
7. 前記ＦＲＰ製三次元構造体の少なくとも一部に強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の海洋構造物。
8. 前記ＦＲＰ製三次元構造体の強化繊維として炭素繊維およびガラス繊維を含む、請求項７に記載の海洋構造物。
9. 少なくとも３つの前記ＦＲＰ製三次元構造体が、平面的に見て枠体を形成するように接続されてＦＲＰ製組立構造体を構成している、請求項１〜８のいずれかに記載の海洋構造物。
10. 前記ＦＲＰ製組立構造体が複数連接されている、請求項９に記載の海洋構造物。
11. 前記甲板がＦＲＰ製部材を用いて構成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の海洋構造物。
12. 前記ＦＲＰ製部材が、強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１１に記載の海洋構造物。
13. 前記ＦＲＰ製部材が、強化繊維として炭素繊維およびガラス繊維を含む、請求項１２に記載の海洋構造物。
14. 前記甲板が、ＦＲＰ製部材を用いて構成されているとともに、該ＦＲＰ製部材上に表層材を有している、請求項１〜１４のいずれかに記載の海洋構造物。
15. 前記表層材が無機材料を用いて構成されている、請求項１５に記載の海洋構造物。
16. 前記表層材が耐摩耗性材料を用いて構成されている、請求項１５または１６に記載の海洋構造物。
17. 前記水中浮力体が、両端部を封止した筒状体に形成されている、請求項１〜１６のいずれかに記載の海洋構造物。
18. 前記水中浮力体がＦＲＰを用いて構成されている、請求項１〜１７のいずれかに記載の海洋構造物。
19. 前記水中浮力体のＦＲＰの強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１８に記載の海洋構造物。
20. 前記水中浮力体のＦＲＰの強化繊維として炭素繊維およびガラス繊維を含む、請求項１８または１９に記載の海洋構造物。
21. 前記水中浮力体がフォーム材を内蔵している、請求項１７〜２０のいずれかに記載の海洋構造物。
22. 前記水中浮力体が、深さ方向に複数配列されている、請求項１〜２１のいずれかに記載の海洋構造物。
23. 前記ＦＲＰ製三次元構造体同士の接続部あるいは前記ＦＲＰ製組立構造体同士の接続部に金属インサートＦＲＰ部材が用いられている、請求項９〜２２のいずれかに記載の海洋構造物。
24. 前記金属インサートＦＲＰ部材の金属接触部におけるＦＲＰの強化繊維としてガラス繊維を含む、請求項２３に記載の海洋構造物。
25. エネルギーファーム基盤、災害避難基地、石油備蓄基地、浮体橋、海洋建築物、港湾施設、海洋基地、汚泥処理施設、ゴミ処理施設、飛行体の洋上滑走路のいずれかに用いられる、請求項１〜２４のいずれかに記載の海洋構造物。

Images