JP2018096147A - フランジ接合されたタワー構造体の制振装置及びタワー構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
このような風力発電設備17の塔体19は、図7、図8に示すように、鋼管端部に形成された内向きの上水平フランジ部5と下水平フランジ部3(断面L型フランジ)をボルト23及びナット25によってボルト接合されて形成されている。
そのため、塔体に別途制振装置を設けて振動を抑制する必要がある。
また、ビルや家屋等の建築物では、骨組み内にオイルダンパーあるいは樹脂製ダンパーを設置することにより、風や地震による振動を吸収する手法が一般的である。
この「フランジ補強治具」は、フランジ接合部をまたぐようにフランジ周方向に間隔をおいて配される複数の補強部材と、フランジ部背面付根部分に当接した状態で、前記補強部材によりフランジ部背面に押し当てられる当て部材と、前記複数の補強部材を管体に固定するためのリング状の締付部材とからなるというものである。
このため、塔体19に風荷重や自身等によって振動が生じた場合、図9に示すように、フランジ部が開くような挙動が生ずる。
そこで、発明者は、この変形に追従するように塑性変形する部材を設置することで、振動エネルギーを吸収して、制振作用を発現できると考えた。
本発明はこのような知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
引張強度200〜400N/mm2程度の鋼材からなり、前記フランジ接合部において前記下水平フランジ部と前記上水平フランジ部に跨るように設置されて、設置状態において上記上水平フランジ部と接する上片部と、前記下水平フランジ部と接する下片部と、該下片部と前記上辺部を連結する連結片部とを有し、前記上水平フランジ部と前記下水平フランジ部の基部が上下方向に離れたときに変形してエネルギーを吸収することを特徴とするものである。
また、上片部と下片部に、それぞれ設置状態で同軸上となる少なくとも2個のボルト孔を有するようにすれば、タワー構造体のフランジ接合部に用いるボルトをそのまま利用できるため、タワー構造体そのものの設計を修正する必要がなく、工数を削減可能であり、かつ管理項目を削減可能である。
タワー構造体に用いられるのが一般鋼から高強度鋼であるため、制振装置1はこれらよりも降伏点が低く変形しやすい引張強度200〜400N/mm2程度の鋼材を用いることで、塑性変形性能が向上して大きな振動エネルギーを吸収することができる。
引張強度200〜400N/mm2の鋼材としては、いわゆる極低降伏点鋼や低降伏点鋼が挙げられる。
制振装置1の形状としては、フランジ接合部が鋼管側から開こうとする変形に追従して変形するような形状が好ましい。以下、上片部7、下片部9及び連結片部11の好ましい形状の詳細を説明する。
上片部7は、図2、図3に示すように、矩形の平板状をしており、基端側にボルト13が挿通されるボルト挿通孔15を有すると共に上水平フランジ部5のフランジ面に配置されたときに先端側が上水平フランジ部5の端部よりも延出するように形成されている。
なお、上片部7の基端側とは、制振装置1をタワー構造体におけるフランジ接合部に設置した状態で上水平フランジ部5の基部側になる側をいい、上片部7の先端側とは、同様の状態で上水平フランジ部5の先端側になる側をいう。
ボルト挿通孔15に挿通されるボルト13は、タワー構造体の下水平フランジ部3と上水平フランジ部5を固定するボルト23と同径で、長さが長いものである。そして、大型の風力発電設備の場合、ボルト径は30〜50mmであるため、ボルト挿通孔15に挿通されるボルト13はこのボルト径と同径のものであることが必要である。
下片部9は、図2、図3に示すように、上片部7と同様に、矩形の平板状をしており、基端側にボルト13が挿通されるボルト挿通孔15を有すると共に下水平フランジ部3のフランジ面に配置されたときに先端側が下水平フランジ部3の端部よりも延出するように形成されている。
なお、下片部9の基端側とは、制振装置1をタワー構造体におけるフランジ接合部に設置した状態で下水平フランジ部3の基部側になる側をいい、下片部9の先端側とは、同様の状態で下水平フランジ部3の先端側になる側をいう。
ボルト挿通孔15は、上片部7と同様に2個形成されており、その径も上片部7のボルト挿通孔15と同じである。
連結片部11は、一端側が上片部7の先端側に連続すると共に他端側が下片部9の先端側に連続している。連結片部11は、制振装置1を設置した状態において、上水平フランジ部5と下水平フランジ部3の基部が上下方向に離れたときに下片部9の基端側と上片部7の基端側が離れようとするのに抵抗する。
なお、本例では、連結片部11と上片部7及び下片部9との境界の角部には、応力集中を低減するための切り欠き溝16を設けている。
上記のように構成された本実施の形態に係る制振装置1の取り付け方法を説明する。
フランジ接合部を接合するボルト13を取り外し、コ字状の制振装置1の基端側をフランジ接合部に挿入する。
そして、フランジ接合部のボルト孔と、制振装置1における上片部7及び下片部9のボルト挿通孔15を位置合わせして、ボルト接合する。このとき、ボルト13の締め付け力の管理は、タワー構造体のフランジ接合部のボルト締付力と同等にすればよい。
風荷重が作用すると、上述したように、上水平フランジ部5及び下水平フランジ部3は変形し、上水平フランジ部5と下水平フランジ部3の基部が開こうとする。
このとき、制振装置1の上片部7の基部側が持ち上げられ、逆に下片部9の基部側が押し下げられて変形して、振動エネルギーを吸収する。制振装置1は上水平フランジ部5や下水平フランジ部3よりも降伏点の低い引張強度200〜400N/mm2の鋼材であるから、変形性能に優れ、容易に変形して効果的にエネルギー吸収をする。
また、上片部7と下片部9に、それぞれ設置状態で同軸上となる少なくとも2個のボルト挿通孔15を設けているので、タワー構造体のフランジ接合部に用いるボルト孔をそのまま利用できる。
また、使用するボルト13は、既設のボルト23と同径のものを用いればよく、ボルト再選定についても煩雑な作業が不要である。
タワー構造体のフランジ接合部の中でも、変形量の大きい部分であるほど、本発明の制振効果は大きい。その意味で、曲げモーメントが大きく、かつ断面係数の小さい層のフランジ接合部に設けるのが最も効果的である。
そして、本発明の制振装置1は、フランジ接合部を挟むようなごく小さい形状であるため、所望の箇所に設置が可能であり、極めて効率的である。
3 下水平フランジ部
5 上水平フランジ部
7 上片部
9 下片部
11 連結片部
13 ボルト
15 ボルト挿通孔
16 切り欠き溝
17 風力発電設備
19 塔体
21 ブレード
23 ボルト
25 ナット
引張強度200〜400N/mm2程度の鋼材からなり、前記フランジ接合部において前記下水平フランジ部と前記上水平フランジ部に跨るように設置されて、設置状態において上記上水平フランジ部と接する上片部と、前記下水平フランジ部と接する下片部と、該下片部と前記上片部を連結する連結片部とを有し、前記上水平フランジ部と前記下水平フランジ部の基部が上下方向に離れたときに変形してエネルギーを吸収することを特徴とするものである。
また、上片部と下片部に、それぞれ設置状態で同軸上となる少なくとも2個のボルト孔を有するようにすれば、タワー構造体のフランジ接合部に用いるボルトをそのまま利用できるため、タワー構造体そのものの設計を修正する必要がなく、工数を削減可能であり、かつ管理項目を削減可能である。
Claims (5)
- 下側の鋼管の端部に設けられた下水平フランジ部と、上側の鋼管の端部に設けられた上水平フランジ部を、ボルト及びナットによって接合したフランジ接合部によって前記鋼管同士を連結したタワー構造体の制振装置であって、
引張強度200〜400N/mm2の鋼材からなり、前記フランジ接合部において前記下水平フランジ部と前記上水平フランジ部に跨るように設置されて、設置状態において上記上水平フランジ部と接する上片部と、前記下水平フランジ部と接する下片部と、該下片部と前記上辺部を連結する連結片部とを有し、前記上水平フランジ部と前記下水平フランジ部の基部が上下方向に離れたときに変形してエネルギーを吸収することを特徴とするタワー構造体の制振装置。 - 前記上片部と前記下片部は、それぞれ設置状態で同軸上となる少なくとも2個のボルト孔を有することを特徴とする請求項1記載のタワー構造体の制振装置。
- 全体形状が、側面視でU字又はコ字状であることを特徴とする請求項1又は2に記載のタワー構造体の制振装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の制振装置を設置してなることを特徴とするタワー構造体。
- 制振装置がフランジ接合部の周方向の一部の領域に設置されていることを特徴とする請求項4記載のタワー構造体。
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