JP2018071142A

JP2018071142A - 耐震補修構造および耐震補修方法

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Publication number: JP2018071142A
Application number: JP2016210513A
Authority: JP
Inventors: 克亘森友; Katsunobu Moritomo
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-27
Also published as: JP6749213B2

Abstract

【課題】既設構造物の耐震安全性能を向上させることができる耐震補修構造及び耐震補修方法を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態に係る耐震補修構造は、基礎マットに所定間隔を空けて複数立設された柱脚と、これら柱脚と柱脚の間に設けられた梁を備える架構構造物の耐震補修構造であって、上記架構構造物の架構の内側に、上記架構と間隔を空けて上記基礎マットから立設する自立壁と、この自立壁と上記架構の間に介挿され、上記架構への反力係数を調整可能な緩衝部材とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本実施形態は、例えばタービン発電機の基礎台などの既設構造物に対する制振型の耐震補修構造に関する。

火力発電所内に設置されているタービン発電機を支持する為の鉄筋コンクリート製の基礎台など既設の構造物は、許容応力度法での静的解析のみで設計されている事が多い。
近年、地震動に対する耐震性が重要視され、既に建設済みの基礎台などに対して動的時刻暦応答解析にて耐震性の検証を実施してみると、多くの部位（柱・梁）で耐震性が十分でないという結果が得られるケースが多い。耐震性を補強する一般的な方法として、ブレースの追加、アウトフレームによる筋交いの追加、鉄板巻での補強、耐力壁の設置、免振台の設置および炭素繊維巻での補強などがある。

特開２０１３−０８７５４０号公報特開２０１０−２２２８０２号公報

上記したブレースの追加、アウトフレームによる筋交いの追加及び鉄板巻での補強は、基礎台の内部に発電機器や配管などがあるため増設しようとする部材を設置するスペースが取れないという問題がある。また、耐力壁の設置は、基礎台の自重が増し、基礎台の水平地震力が今以上に増加してしまう。また、免振台の設置は、発電機器を取り外し、一部コンクリート基礎を解体しなければ取り付けられず、時間とコストがかかってしまう。炭素繊維巻では強度不足が懸念される。基礎台の建設前であれば、どれも有効な方法ではあるものの、既に発電機器や配管が取り付けられている基礎台に対しては、どれも現実的には施工が難しい。

本発明は、上述した問題に鑑み為されたものであり、既設の基礎台に対して、発電機器や配線を取り外すことなく基礎台の耐震安全性能を向上させることができる耐震補修構造及び耐震補修方法を提供することを目的とする。

本実施形態に係る耐震補修構造は、基礎マットに所定間隔を空けて複数立設された柱脚と、これら柱脚と柱脚の間に設けられた梁を備える架構構造物の耐震補修構造であって、上記架構構造物の架構の内側に、上記架構と間隔を空けて上記基礎マットから立設する自立壁と、この自立壁と上記架構の間に介挿され、上記架構への反力係数を調整可能な緩衝部材とを備えることを特徴とする。

図1は、本実施形態に係る耐震補修構造を適用したタービン発電機の基礎台の斜視図である。図2は、図１のAから見た基礎台の立面図である。図3は、図2の線B−Bにおける基礎台の断面図である。図4は、緩衝部材の側面図である。図5は、図4のCから見た緩衝部材の正面図である。図6は、図5の線D−Dにおける緩衝部材の断面図である。図7は、ゲージを取り付けた耐震補修構造を示す図である。図8は、基礎台が揺れた際のゲージの動作を示す図である。

以下、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態に係る耐震補修構造を適用したタービン発電機の基礎台の斜視図である。図2は、図1におけるAから見た立面図である。図3は、図2中の線B−Bにおける断面図である。図4は、緩衝部材の側面図であり、図5は、図4のCから見た正面図である。図6は、図5における線D−Dにおける緩衝部材の断面図である。

なお、以下の説明において、基礎台の長手方向（図1中X方向）はタービン軸方向とし、基礎台の短手方向（図1中Y方向）は基礎台の長手方向に対して直交する方向とする。また、基礎台の高さ方向（図1中Z方向）の一方を上方とし、他方を下方という場合がある。

基礎台1は、図1から図3に示すように、柱脚と梁とで構成された架構構造を有しており、基礎マット2上に所定の間隔を空けて立設する複数の柱脚11と、これら柱脚11を連結する梁12と、デッキ部13により構成される。

デッキ部13は、複数の開口部14を有し、これら開口部14の上部にそれぞれ発電機、低圧タービン、高圧タービン（図示せず）が配置される。また、低圧タービンの下側の基礎マット2上には復水器（図示せず）が配置され、さらに、発電機および高圧タービンの下部には大口径の配管や相分離母線などが配置される。低圧タービン、高圧タービンおよび発電機は、デッキ部13の開口部14の周囲に基礎ボルトなどの固定具を介して固定される。なお、開口部14の数は、特に制限されない。

基礎台1の短手方向には、柱脚11、梁12およびデッキ部13により複数の架構（開口部）15が形成され、基礎台1の長手方向には、柱脚11、梁12およびデッキ部13により複数の架構（開口部）16が形成されている。基礎台1内の空間に設置される機器への配管などが架構15、16を介して貫通可能となっている。なお、架構15、16の数は、特に制限されず、柱脚11および梁12の数により増減する。

基礎台1は、例えば鉄筋とコンクリートからなる鉄筋コンクリート構造などで構成することができる。基礎台1は、高さを例えば10ｍ〜20ｍ、短手方向の長さを例えば10〜30ｍ、および長手方向の長さを例えば40〜60ｍとして構成されるが、デッキ部13に設置するタービンの大きさや数などに応じて適宜任意の長さとする。基礎マット2の厚さは、概ね3ｍで構成される。

耐震補修構造3は、自立壁3aと、緩衝部材3bにより構成される。自立壁3aは、直方体形状であり、基礎台1の一階部分の架構15、16内に設置される。自立壁3aは、基礎マット2上に直接支持される。自立壁3aは、架構15、16を構成する柱脚11及び梁12との間に所定の間隔を有する。

自立壁3aは、剛性の高い部材で構成され、例えば鉄筋とコンクリートからなる鉄筋コンクリート構造などで構成することができる。自立壁3aは、柱脚11と対面する両側面（右辺および左辺）および梁12と対面する上面に所定の間隔で複数の緩衝部材3bを備える。言い換えると、緩衝部材3bは、自立壁3aと架構15、16の間に介挿されている。また、緩衝部材3bは、自立壁3aの両側面に対称に設置される。

緩衝部材3bは、その一端がボルトなどの固定具4を介して自立壁3aに固定される。一方、緩衝部材3bの他端は、対面する柱脚11および梁12と接触するのみで固定されていない。緩衝部材3bの数は、特に制限されないが、多いほど既存フレーム（架構）への反力が集中せずに分散させることができる。

緩衝部材3bは、図4から図6に示すように、弾性体31bと、弾性体31bを収納する筐体（弾性体収納箱）32bを備える。弾性体31bとしては、例えばバネなどを挙げることができる筐体32bは、自立壁3aに固定する内蓋（第一の蓋）33bと、内蓋33bと嵌入（嵌合）する外蓋（第二の蓋）34bから構成される。

内蓋33bは、一方に閉塞端35bを有する円筒形状の部材であり、外周面には略長方形状の切り欠き（以下、「内蓋切り欠き」とも言う。）36bが形成されている。閉塞端35bには、ボルトなどの固定具4を通す穴部37bが形成されている。内蓋33bは、固定具4を介して自立壁３aに固定される。また、閉塞端35bには、弾性体31bを支持する弾性体台座（以下、「内蓋台座」とも言う。）38bが設けられている。

弾性体台座38bは、調整部39bを有し、調整部39bにより内蓋33bの軸心方向にスライド可能となっている。また、閉塞端35bには切り欠き36bから弾性体台座38bへ弾性体31bを案内するガイドプレート40bが設けられている。内蓋33bの外周面は、摩擦抵抗の小さい材料、例えばテフロン（登録商標）でコーティング加工されたコーティング層41bを有する。

外蓋34bは、一方に閉塞端42bを有する円筒形状の部材であり、外周面には内蓋33bに形成された切り欠き36bと略同一の切り欠き（以下、「外蓋切り欠き」とも言う）43bが形成されている。閉塞端42bには、内蓋台座38bに対応する位置に弾性体31bを支持する弾性体台座（以下、「外蓋台座」とも言う。）44bが設けられている。また、内蓋33bと同様に、閉塞端42b上には切り欠き43bから弾性体台座44bに弾性体31bを案内するガイドプレート45bが設けられている。

外蓋34bの内周面および閉塞端42bの柱11および梁12と接触する面には、摩擦抵抗の小さい材料、例えばテフロン（登録商標）でコーティング加工されたコーティング層41bを有する。外蓋34bの内径（コーティング層41bを含む）は、内蓋33bの外径（コーティング層41bを含む）と略同一の寸法である。

内蓋33bを嵌入した外蓋34bは、内蓋33bの嵌入方向（軸心方向）にスライド可能で、且つ軸心を中心に回動可能であり、内蓋切り欠き36bと外蓋切り欠き43bの位置を合わせることで弾性体31bを搬出入するための搬出入開口部46bを形成する。外蓋34bの移動量（図6中両矢印m）は、コンクリートの最大層間変形角は1／200として、少なくとも50mm以上に調整される。

筐体32bに収納された弾性体31bは、例えばX方向地震波に対しては、X方向のみ伸縮し、Y方向及びZ方向に横ずれしない。耐震補修構造3の数は、特に制限されないが、耐震補修構造3の数は多いほど基礎台1の耐震性は向上する。

また、本実施形態に係る耐震補修構造3は、自立壁3aの両側面（左辺および右辺）に緩衝部材3bの変位量を測定するゲージ3cを取り付けることで、地震が起きた際に弾性体31bがどの程度収縮したかを把握することができる。これにより、既存フレーム（架構）の移動量（変位量）を把握することができる。
なお、緩衝部材3bは、外蓋34bが自立壁3aに固定される形態、即ち、外蓋34bを第一の蓋とし、内蓋33bを第二の蓋とする形態としてもよい。

以下、ゲージ3cを取り付けた耐震補修構造3について、図7および図8を参照して詳細に説明する。図7は、ゲージ3cを取り付けた耐震補修構造を示す図である。図8は、基礎台が揺れた際のゲージ3cの動作を示す図である。

ゲージ3cは、図7に示すように、自立壁3aから水平に延びるゲージ芯31cと、ゲージ芯31cに摺動可能に支持されるゲージ針32cを備える。ゲージ芯31cの一端は、自立壁3aに固定支持される。ゲージ芯31cには、ゲージ針32cの移動量（変位量）が分かるように、mm単位の目盛りが形成されている。ゲージ芯31cは、筐体32bの方向に延びており、外蓋34bの開口側と接している。

外蓋34bが自立壁3aの方向へ移動すると、これに従ってゲージ針32cも移動する。即ち、ゲージ針32cは、ゲージ芯31cに沿って弾性体31bが縮んだ方向に移動する。一方、ゲージ3cは、既存フレーム（架構）の方向、即ち、弾性体31bが伸びる方向には移動しない。このため、ゲージ3cを自立壁3aの両側面（左辺および右辺）に設置する。これにより、図8（a）に示すように、a方向の揺れに対しては右辺側のゲージ3c（矢印b）が変位する。この場合は、左辺側のゲージ3cは変位しない。

一方、図8（b）に示すように、a方向の反対方向であるc方向の揺れに対しては、左辺側のゲージ3c（矢印d）が変位する。この場合は、右辺側のゲージ3cは変位しない。このように、自立壁3aの方向および既存フレームの方向の双方向の変位量を目視または計測により測定することができる。ゲージ3cは、コンクリートの最大層間変形角は1／200として、少なくとも50mm以上記録できるものとする。また、自立壁3aの両側面（左辺および右辺）に取り付けるゲージ3cは、同じ高さであることが好ましい。

ゲージ3cを取り付けた耐震補修構造3において、緩衝部材3bを高さ方向に等間隔で複数設置し、それぞれの緩衝部材3bに対応してゲージ3cを取り付けることで、地震後の変位量を集積し、既存フレームの高さ方向の最大変位モードを観測することができる。

本実施形態に係る耐震補修構造は、以下の手順に従って既設の構造物に設置される。
先ず、基礎マット2上に自立壁3a を設置し、アンカーボルト（固定具4）を取り付ける位置にドリルで穴をあける。次に、外蓋34bに内蓋33bを嵌入させた筐体32bを既存フレーム（架構）と設置した自立壁3aの隙間に挿入する。

その後、筐体32bの搬出入開口部46bから適切なバネ係数を持った弾性体31bをガイドプレート40b、45bに沿って挿入し、内蓋台座38b及び外蓋台座44bに設置する。内蓋台座38bの調整部39bにより弾性体31bを介して外蓋34bをスライド移動させ、外蓋34bの閉塞端42bを既存フレーム（架構）に接触させる。

ゲージ3cを取り付ける場合には、自立壁3aの緩衝部材3b近傍にゲージ3cを取り付け、ゲージ針32cを外蓋34bの開口側と接触する位置に置く。同様に手順で、右辺、左辺、および上方の3辺に複数の緩衝部材3bを取り付ける。

このように、本実施形態に係る耐震補修構造3は、発電設備などを止める事無く基礎台1に対して施工することができる。また、本実施形態に係る耐震補修構造3（自立壁3a、緩衝部材3b及びゲージ3c）は、既設の基礎台1に取り付け固定されないため、既設の基礎台１（構造物）に更なる荷重はかからない。このため、耐震補修構造3を取り付けた後、改めて、基礎台1に対する応力解析などの構造計算をする手間がかからない。

また、本実施形態に係る耐震補修構造3は、緩衝部材3bの作用により、地表面の時刻暦入力地震波に対する2階庄面、3階庄面での時刻暦応答の加速度を小さくし、上層階の入力地震力を小さくすることが期待できる。これにより、既存フレーム（柱脚11および梁12）に耐震余裕度を確保することができる。

また、本実施形態に係る耐震補修構造3は、1階庄から2階庄下で取り付けられるため、2階以上でのフレームを構成する各部材（柱脚11、梁12およびデッキ部13）の変位量を小さく抑えることができる。また、地震時の基礎台1の変位量を抑えることで、上層階に据え付けられているタービン発電機や配管などの機器への損傷を低減することができ、機器への損傷が少なければ地震後の発電所再稼働までの時間を短縮できる。

さらには、ゲージ3cを設けることで、ゲージ3cによって既存フレーム（架構）の移動量（変位量）を測定できるため、この移動量（変位量）に基づいて既存フレーム（架構）や固定している配管、機器等の損傷度の予測を立てることができる。

本実施形態に係る耐震補修構造3は、自立壁の自重が増えても増設・改造をせずに増加荷重に耐えうる下部構造（基礎マット）が既存している必要がある。そのため、このような下部構造を有している構造物であれば、上述したタービン発電機の基礎台だけでなく、一般の建築物にも応用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

1 … 基礎台（上部構造）
2 … 基礎マット（下部構造）
3 … 耐震補修構造
3a … 自立壁（反力壁）
3b … 緩衝部材
3c … ゲージ
11 … 柱脚
12 … 梁
13 … デッキ部
15,16 … 架構（開口部）
31b … 弾性体
32b … 筐体（弾性体収納箱）
33b … 内蓋（第一の蓋）
34b … 外蓋（第二の蓋）
38b … 弾性体台座
39b … 調整部

Claims

基礎マットに所定間隔を空けて複数立設された柱脚と、これら柱脚と柱脚の間に設けられた梁を備える架構構造物の耐震補修構造であって、
前記架構構造物の架構の内側に、前記架構と間隔を空けて前記基礎マットから立設する自立壁と、
この自立壁と前記架構の間に介挿され、前記架構への反力係数を調整可能な緩衝部材と、
を備えることを特徴とする耐震補修構造。
前記緩衝部材は、前記自立壁に固定支持されていることを特徴とする請求項１に記載の耐震補修構造。
前記緩衝部材は、
弾性体と、
この弾性体の圧力係数を調整する調整部と、
前記自立壁に固定支持される第一の蓋および前記第一の蓋と嵌合し前記架構に接する第二の蓋からなり、前記弾性体および前記調整部を収納する筐体と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の耐震補修構造。
前記緩衝部材の変位量を測定するゲージを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の耐震補修構造。
前記緩衝部材は、複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の耐震補修構造。
前記緩衝部材は、前記自立壁の上面および両側面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の耐震補修構造。
前記緩衝部材は、前記自立壁の両側面に対称に設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の耐震補修構造。
前記緩衝部材は、高さ方向に等間隔に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の耐震補修構造。
基礎マットに所定間隔を空けて複数立設された柱脚と、これら柱脚と柱脚の間に設けられた梁を備える架構構造物の耐震補修方法であって、
前記架構構造物の架構の内側に、前記基礎マットから前記架構と間隔を空けた自立壁を立設する自立壁設置工程と、
前記自立壁と前記架構の間に、前記架構への反力係数を調整可能な緩衝部材を設置する緩衝部材設置工程と、
前記緩衝部材の前記架構への反力係数を調整する調整工程と、
を含むことを特徴とする耐震補修方法。
さらに、前記自立壁に前記緩衝部材の変位量を測定するゲージを取り付けるゲージ設置工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の耐震補修方法。