JP2018020622A - 浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】波浪による動揺を居住上問題ないレベルに低減することのできる浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物を提供する。【解決手段】水面ＷＬに設けられる浮体構造物１０の動揺を低減する装置１６であって、水面ＷＬ上に設けられ、浮体構造物１０の少なくとも一部をなす上部構造体１２と、この上部構造体１２を下側から支持して水面ＷＬまたは水中に浮かぶ複数の浮体１４との間に設けられ、内部を流体１８で満たしたピストンシリンダ２０からなるレベル維持手段２２と、水平軸回りの上部構造体１２の回転に対する復元力を発生する復原力発生手段２４とを備え、少なくとも２組のピストンシリンダ２０の各シリンダ２６内に配置されたピストン３０は対応する浮体１４に連結され、一方のピストン３０が動くと他方のピストン３０が反対方向に動くように両シリンダ２６は連通するようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、水面に設置される浮体構造物の動揺を低減するための動揺低減装置に関し、特に波浪による動揺を低減する浮体構造物の動揺低減装置およびこれを備えた浮体構造物に関するものである。

海面に設置される従来の浮体構造物は一般に剛構造であり、波浪による動揺が避けられない。そこで、こうした浮体構造物の動揺を低減するための技術がいくつか提案されている（例えば特許文献１、２を参照）。

特許文献１は、浮体構造物の下部に略平板状の動揺低減部材を連結部材を介して傾斜可能に設けたものである。特許文献２は、浮体構造物の外周に固定脚と波吸収浮子を設け、波吸収浮子と浮体構造物とを固定脚を介して揺動レバーで連結したものである。

特開２００６−２４０３４１号公報 特開２００２−２２５７８８号公報

ところで、海面に浮かぶ浮体構造物を居住用の海上建築物として利用するためには、波浪による動揺を居住上問題ないレベルにまで低減する必要があるが、上記の従来の特許文献１等の技術では、波浪による動揺をある程度低減可能であるものの、居住上問題ないレベルにまで低減することは困難である。このため、浮体構造物の動揺を居住上問題ないレベルに低減することのできる技術の開発が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、波浪による動揺を居住上問題ないレベルに低減することのできる浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置は、水面に設けられる浮体構造物の動揺を低減する装置であって、水面上に設けられ、浮体構造物の少なくとも一部をなす上部構造体と、この上部構造体を下側から支持して水面または水中に浮かぶ複数の浮体との間に設けられ、内部を流体で満たしたピストンシリンダからなるレベル維持手段と、水平軸回りの上部構造体の回転に対する復元力を発生する復原力発生手段とを備え、少なくとも２組のピストンシリンダの各シリンダ内に配置されたピストンは対応する浮体に連結され、一方のピストンが動くと他方のピストンが反対方向に動くように両シリンダは連通していることを特徴とする。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置は、上述した発明において、上部構造体と直接連結している浮体をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置は、上述した発明において、復原力発生手段は、上部構造体と直接連結している浮体であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置は、上述した発明において、ピストンが連結している浮体と上部構造体とが互いに離れる向きの力を加力可能な加力手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置は、上述した発明において、復原力発生手段は、シリンダと浮体との間に介装されたばねであることを特徴とする。

また、本発明に係る浮体構造物は、上述した浮体構造物の動揺低減装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置によれば、水面に設けられる浮体構造物の動揺を低減する装置であって、水面上に設けられ、浮体構造物の少なくとも一部をなす上部構造体と、この上部構造体を下側から支持して水面または水中に浮かぶ複数の浮体との間に設けられ、内部を流体で満たしたピストンシリンダからなるレベル維持手段と、水平軸回りの上部構造体の回転に対する復元力を発生する復原力発生手段とを備え、少なくとも２組のピストンシリンダの各シリンダ内に配置されたピストンは対応する浮体に連結され、一方のピストンが動くと他方のピストンが反対方向に動くように両シリンダは連通しているので、浮体構造物の波浪による動揺を居住上問題ないレベルにまで低減することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置によれば、上部構造体と直接連結している浮体をさらに備えるので、仮にレベル維持手段をなすピストンシリンダ等に不具合が生じた場合にも、これまで通り安定して上部構造体を支えることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置によれば、復原力発生手段は、上部構造体と直接連結している浮体であるので、直接連結された浮体の復原力により転倒安定性を保つことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置は、上述した発明において、ピストンが連結している浮体と上部構造体とが互いに離れる向きの力を加力可能な加力手段をさらに備えるので、上部構造体の水平性を保ち、揺れをさらに抑えることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置によれば、復原力発生手段は、シリンダと浮体との間に介装されたばねであるので、ばねの復原力により転倒安定性を保つことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る浮体構造物によれば、上述した浮体構造物の動揺低減装置を備えるので、浮体構造物の波浪による動揺を居住上問題ないレベルにまで低減することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物の実施の形態を示す図である。 図２は、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物の波浪時の挙動を示す図である。 図３は、一体型浮体の波浪時の挙動を示す図である。 図４は、風圧等による転倒に対してばねで抵抗する状況を示す図である。 図５は、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物の実施の形態の変形例１を示す図である。 図６は、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物の実施の形態の変形例２を示す図である。 図７は、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物の実施の形態の変形例３を示す図である。

以下に、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明に係る浮体構造物１０は、海面ＷＬ（水面）よりも上方に設けられる上部構造体１２と、上部構造体１２を下側から支持して海面ＷＬに浮かぶ複数の浮体１４と、本発明の動揺低減装置１６とを備えている。

上部構造体１２は、海上建築物の一部または全部をなす略板状の剛体構造物であり、一部をなす場合には海上建築物の基礎として利用することができる。

浮体１４は、海水よりも比重が小さい構造物であり、例えば柱状の中空体などで構成することができる。浮体１４に作用する浮力はバラストなどにより適宜調整可能であるが、図の例では海面ＷＬから浮体１４の上側半分程度が出るように浮力が調整されている。また、浮体１４は上部構造体１２の下方で水平方向に間隔を空けて複数設けられる。図の例では、説明の便宜上、浮体１４を上部構造体１２の左端下側と右端下側とに設けた場合を示しているが、本発明はこれに限るものではなく、例えば上部構造体１２の前後方向の端部などに浮体１４をさらに設けてもよい。

動揺低減装置１６は、上部構造体１２と左右の浮体１４との間にそれぞれ設けられ、ピストンシリンダ２０からなるレベル維持手段２２と、水平軸回りの上部構造体１２の回転に対する復元力を発生するコイルばね２４（復原力発生手段）とを備えている。

ピストンシリンダ２０は、シリンダ２６と、シリンダ２６内を上下移動可能なピストン３０と、ピストン３０と連結してシリンダ２６から下方に延出するピストンロッド２８とからなる。シリンダ２６の内部は液体１８（流体）で満たされている。シリンダ２６の上端面は上部構造体１２の下面に固定され、ピストンロッド２８の下端は対応する浮体１４の上端面に連結されている。

また、一方（左側）のシリンダ２６内のピストン３０の上側および下側は、それぞれ配管３２、３４を通じて他方（右側）のシリンダ２６内のピストン３０の上側および下側と連通している。こうすることにより、ピストン３０の上側および下側の液体１８の各圧力が一定となる。このため、一方のピストン３０が動くと他方のピストン３０が反対方向に動くことになる。

コイルばね２４は、シリンダ２６の下端面と浮体１４の上端面との間のピストンロッド２８の外周に介装されている。このコイルばね２４は、シリンダ２６の下端面と浮体１４の上端面が初期位置から接近すると互いを引き離すように付勢し、初期位置から離れると接近するように付勢する。これにより、水平軸回りの上部構造体１２の回転に対する復元力を発生することが可能である。

上記構成の動作および作用について説明する。
図３に示すように、波浪によって図の左側が波の山部、右側が波の谷部になった状態を考える。従来の剛体構造の一体型浮体１では左側に浮力が働き一体型浮体１を時計廻りに回転させる力が働き傾く。

これに対し、本実施の形態では、図２に示すように、この波浪によって左側の浮体１４が上昇し、右側の浮体１４が下降するが、左側の浮体１４が上昇しようとしてピストンロッド２８を介してピストン３０を押し上げるとピストン３０の上側の液圧が上昇しようとし、上側の配管３２を通じて右側のピストン３０の上側に液体１８が流れ、左側のピストン３０が上昇するとともに右側のピストン３０が下降する。こうすることによって波浪に伴う揺れが吸収される。なお、この動きと連動して、右側のピストン３０の下側から配管３４を通じて左側のピストン３０の下側に液体１８が流れることになる。このとき、上部構造体１２を支える力（＝ピストン３０に作用する液圧）は一定に保たれるので上部構造体１２は安定的に支えられる。

一方、このような構造では、図４に示すように、風圧Ｐなどによって、上部構造体１２の上に設置された海上建築物Ｓが転倒しようとするときに従来の浮体構造物のような「復原力」が生じないため転倒に対して不安定である。そこで、本実施の形態では、シリンダ２６の下端面と浮体１４の上端面との間のピストンロッド２８の外周にコイルばね２４を介装することで、回転に対する復原力を持たせることができる。

このように、本実施の形態では、浮体構造物１０を複数の浮体１４と上部構造体１２に分離し、両者の間にレベル維持手段２２とコイルばね２４とからなる動揺低減装置１６を配置することで波浪による動揺を吸収する。したがって、本発明によれば、浮体構造物１０の波浪による動揺を居住上問題ないレベルにまで低減することができる。これにより、上部構造体１２などに長期間定住するための居住性を確保することができる。また、浮体構造物１０の端部における波浪の力を吸収し、上部構造体１２に作用する力を低減することができる。

（変形例１）
次に、本実施の形態の変形例１について説明する。
図５に示すように、本変形例１に係る浮体構造物１００は、上記の実施の形態において、上部構造体１２と直接連結している浮体３６をさらに備えたものである。この浮体３６は、上部構造体１２の略中央の下側に設けられ、左右の連結部材３８を介して上部構造体１２の下面中央と直接連結している。浮体３６は上記の浮体１４と同様の構造で構成することができる。本変形例１によれば、レベル維持手段２２をなすピストンシリンダ２０や配管３２、３４等に不具合が生じた場合にも、これまで通り安定して上部構造体１２を支えることが可能である。転倒に対しては、この直接連結された浮体３６の復原力も転倒安定性に寄与する。

（変形例２）
次に、本実施の形態の変形例２について説明する。
図６に示すように、本変形例２に係る浮体構造物２００は、上記の実施の形態において、上部構造体１２と直接連結している浮体４０をさらに備えたものであり、浮体４０をコイルばね２４の代わりの復原力発生手段として用いている。この浮体４０は、上部構造体１２の略中央の下側に設けられ、左右の連結部材４２を介して上部構造体１２の下面中央と直接連結している。浮体４０は上記の浮体１４と同様の構造で構成することができる。本変形例２によれば、直接連結された浮体４０の復原力により安定性を保つことができる。浮体４０が、高さが低く幅が広い構造物の場合は安定性が大きいのでこのような構造が可能になる。

（変形例３）
次に、本実施の形態の変形例３について説明する。
図７に示すように、本変形例３に係る浮体構造物３００は、上記の実施の形態において、ピストン３０が連結している浮体１４と上部構造体１２とが互いに離れる向きの力を加力可能なジャッキ４４（加力手段）をさらに備えたものである。ジャッキ４４のような加力手段で力を加えることにより積載物の偏心による上部構造体１２の傾きを修正することができる。また、ジャッキ４４の圧力を制御することにより、上部構造体１２の揺れ（縦方向の揺れおよび水平軸回りの回転による揺れ）をより小さく抑えることができる。このように、ジャッキ４４を付加することにより上部構造体１２の水平性を保ち、揺れをさらに抑えることができる。

以上説明したように、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置によれば、水面に設けられる浮体構造物の動揺を低減する装置であって、水面上に設けられ、浮体構造物の少なくとも一部をなす上部構造体と、この上部構造体を下側から支持して水面または水中に浮かぶ複数の浮体との間に設けられ、内部を流体で満たしたピストンシリンダからなるレベル維持手段と、水平軸回りの上部構造体の回転に対する復元力を発生する復原力発生手段とを備え、少なくとも２組のピストンシリンダの各シリンダ内に配置されたピストンは対応する浮体に連結され、一方のピストンが動くと他方のピストンが反対方向に動くように両シリンダは連通しているので、浮体構造物の波浪による動揺を居住上問題ないレベルにまで低減することができる。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置によれば、上部構造体と直接連結している浮体をさらに備えるので、仮にレベル維持手段をなすピストンシリンダ等に不具合が生じた場合にも、これまで通り安定して上部構造体を支えることができる。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置によれば、復原力発生手段は、上部構造体と直接連結している浮体であるので、直接連結された浮体の復原力により転倒安定性を保つことができる。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置は、上述した発明において、ピストンが連結している浮体と上部構造体とが互いに離れる向きの力を加力可能な加力手段をさらに備えるので、上部構造体の水平性を保ち、揺れをさらに抑えることができる。

また、本発明に係る他の浮体構造物の動揺低減装置によれば、復原力発生手段は、シリンダと浮体との間に介装されたばねであるので、ばねの復原力により転倒安定性を保つことができる。

また、本発明に係る浮体構造物によれば、上述した浮体構造物の動揺低減装置を備えるので、浮体構造物の波浪による動揺を居住上問題ないレベルにまで低減することができる。

以上のように、本発明に係る浮体構造物の動揺低減装置および浮体構造物は、水面に設置される浮体構造物の動揺を低減するのに有用であり、特に、波浪による動揺を居住上問題ないレベルにまで低減するのに適している。

１ 一体型浮体
１０，１００，２００，３００ 浮体構造物
１２ 上部構造体
１４，３６，４０ 浮体
１６ 動揺低減装置
１８ 液体（流体）
２０ ピストンシリンダ
２２ レベル維持手段
２４ コイルばね（復原力発生手段）
２６ シリンダ
２８ ピストンロッド
３０ ピストン
３２，３４ 配管
３８，４２ 連結部材
４４ ジャッキ（加力手段）
Ｐ 風圧
Ｓ 海上建築物
ＷＬ 海面（水面）

Claims (6)

1. 水面に設けられる浮体構造物の動揺を低減する装置であって、
   水面上に設けられ、浮体構造物の少なくとも一部をなす上部構造体と、この上部構造体を下側から支持して水面または水中に浮かぶ複数の浮体との間に設けられ、内部を流体で満たしたピストンシリンダからなるレベル維持手段と、水平軸回りの上部構造体の回転に対する復元力を発生する復原力発生手段とを備え、
   少なくとも２組のピストンシリンダの各シリンダ内に配置されたピストンは対応する浮体に連結され、一方のピストンが動くと他方のピストンが反対方向に動くように両シリンダは連通していることを特徴とする浮体構造物の動揺低減装置。
2. 上部構造体と直接連結している浮体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の浮体構造物の動揺低減装置。
3. 復原力発生手段は、上部構造体と直接連結している浮体であることを特徴とする請求項２に記載の浮体構造物の動揺低減装置。
4. ピストンが連結している浮体と上部構造体とが互いに離れる向きの力を加力可能な加力手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の浮体構造物の動揺低減装置。
5. 復原力発生手段は、シリンダと浮体との間に介装されたばねであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の浮体構造物の動揺低減装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の浮体構造物の動揺低減装置を備えることを特徴とする浮体構造物。

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