JP2019127721A - 定着部荷重分散構造 - Google Patents

Abstract

【課題】多数のアンカに荷重を均等に分散して負荷させる定着部荷重分散構造を提供する。【解決手段】コンクリートからなる基礎１００に埋設された複数のアンカ１と、各アンカ１が固定されて基礎１００の表面１０１に定着される基板２と、複数のアンカ１の間となる位置で基板２の表面２ａに固定された複数の台部３と、複数の各台部３を各端部４ａに固定して各台部３の間に架け渡して設けられており構造物の荷重が伝達される梁部４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、構造物の定着部において荷重を分散するための定着部荷重分散構造に関する。

例えば、特許文献１に記載の杭基礎構法は、構造物から基礎および杭に伝達する柱軸力が柱直下杭と柱間杭とに分散、配分され、工期の短縮、建設コストの低減を図ることを目的としている。この構法は、構造物の柱直下および柱間にそれぞれ柱直下杭および柱間杭を構築し、同杭位置で各杭に跨ってＰＣ鋼材を配設して基礎を構築し、構造物を構築する段階、または構築後にＰＣ鋼材を緊張して基礎にプレストレスを導入し、このプレストレス力によって構造物の柱軸力を、柱直下杭と柱間杭とに配分する。

特開平７−０４２１６８号公報

多大な構造物の荷重を基礎コンクリートで受ける場合、極力長いアンカを埋設することが望ましい。しかし、長いアンカを埋設するには、基礎コンクリートの鉄筋との干渉回避が必要となり、基礎コンクリートを大きくはつらなければならない。

例えば、原子力発電設備において建屋内に新たに構造物の荷重を受けるアンカを設置する場合、線量が高く作業環境が悪いことや、基礎コンクリートの復旧時のコンクリート充填性から、はつり作業を実施しない工法を検討せざるを得ない場合がある。

このように、はつり作業が行えない場合、１本あたりの荷重負荷が小さいアンカを数多く設置する構造が考えられるが、荷重が反力として各アンカに均等に分散されないことから、荷重耐久性を確保できないおそれがある。また、新規施工においても、長いアンカを設置できない場合、同様に、１本あたりの荷重負荷が小さいアンカを数多く設置する構造とすると、荷重が反力として各アンカに均等に分散されないことから、荷重耐久性を確保できないおそれがある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、多数のアンカに荷重を均等に分散して負荷させることのできる定着部荷重分散構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る定着部荷重分散構造は、コンクリートからなる基礎に埋設される複数のアンカと、各前記アンカが固定されて前記基礎の表面に定着される基板と、複数の前記アンカの間となる位置で前記基板の表面に固定される複数の台部と、複数の各前記台部を各端に固定して各前記台部の間に架け渡して設けられており構造物の荷重が伝達される梁部と、を備える。

また、本発明の一態様に係る定着部荷重分散構造では、各前記台部を端部に固定して前記梁部が複数設けられ、少なくとも２つの前記梁部の中央部を端部に固定して各前記梁部を連結して設けられ前記構造物の荷重を各前記梁部に分けて伝達する連結梁部をさらに備えることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る定着部荷重分散構造では、前記台部に作用するモーメントを考慮し固定位置を前記梁部の延在方向に沿って前記アンカの間の中心からずらして設けることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る定着部荷重分散構造では、モーメントを作用させないようにするため前記梁部と前記連結梁部とをピン接合することが好ましい。

また、本発明の一態様に係る定着部荷重分散構造では、前記台部よりも前記梁部側に配置される前記アンカの直上から荷重を付加する荷重付加部を備えることが好ましい。

本発明によれば、梁部に伝達された荷重は、その両端に分散して各台部に伝達され、かつ台部からその周囲のアンカに分散される。この結果、多数のアンカに荷重を均等に分散して負荷させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造の概略側面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造の平面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造の斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造における反力分布を表す図表である。 図５は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図６は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図７は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図８は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図９は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図１０は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図１１は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図１２は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図１３は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図１４は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。 図１５は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造の変形例を表す平面図である。 図１６は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造の変形例を表す平面図である。 図１７は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造の変形例を表す概略図である。 図１８は、本発明の実施形態に係る定着部荷重分散構造に適用される加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造の概略側面図である。図２は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造の平面図である。図３は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造の斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る定着部荷重分散構造は、基礎１００において支持対象となる構造物の荷重Ｆを受けるように設けられる。

基礎１００は、コンクリートからなり、図には明示しないが内部に鉄筋が埋設されている。本実施形態における基礎１００は、例えば、鉄筋が埋設されたコンクリート壁がある。

本実施形態の定着部荷重分散構造は、アンカ１と、基板２と、台部３と、梁部４と、連結梁部５と、で構成される。

アンカ１は、基礎１００に対し、鉄筋を避けるようにして埋設されている。アンカ１は、鋼製であり、基礎１００の表面１０１に沿うように所定間隔を開けて複数設けられている。アンカ１は、例えば、図２に示すように、平面視で互いに直交するＹ方向およびＸ方向において、Ｙ方向に６本×Ｘ方向に８本の計４８箇所配置されている。

基板２は、鋼板からなり、各アンカ１が固定されている。基板２は、各アンカ１に支持されるように基礎１００の表面１０１に沿って定着される。

台部３は、基板２の表面２ａに固定されている。台部３は、複数のアンカ１の間となる位置で基板２の表面２ａに固定されている。台部３は、図２および図３に示すように、平面視で十字形状に形成された鋼板からなり、鋼板をなす各板片３Ａが２つのアンカ１の間に配置されるように配置され、各板片３Ａの端が基板２に溶接により固定されている。台部３は、例えば、図２に示すように、Ｙ方向に２本×Ｘ方向に２本の４本に対して１個ずつ設けられて３個×４個の計１２箇所配置されている。

梁部４は、Ｘ方向に長く延在した鋼材からなり、複数（本実施形態では２つ）の台部３を各端部４ａに固定し、各台部３の間に架け渡して設けられている。梁部４は、十字形状に形成された台部３の中央部となる十字の交差部３ａが端部４ａに溶接により固定されている。梁部４は、図２に示すように、１２個の台部３の２個ずつにそれぞれ１個設けられてＹ方向に３個×Ｘ方向に２個の計６箇所配置されている。なお、Ｙ方向において中央の梁部４に符号４Ａをつけ、Ｙ方向において両端の梁部４に符号４Ｂをつける。

連結梁部５は、鋼材からなり、図１から図３に示すように、２つの台部３を端部４ａに固定した梁部４が複数設けられており、少なくとも２つの梁部４の中央部４ｂを端部に固定して各梁部４を連結する。連結梁部５は、複数が相互に連結して設けられており、本実施形態では第一連結梁部５Ａと、第二連結梁部５Ｂと、第三連結梁部５Ｃと、を有している。

第一連結梁部５Ａは、図２に示すように、Ｘ方向に沿って長く延在して設けられ、Ｙ方向の両端側においてＸ方向に並ぶ２つの梁部４の中央部４ｂを端部５Ａａに溶接により固定して各梁部４を連結するように２箇所に配置されている。

第二連結梁部５Ｂは、図２に示すように、Ｙ方向に沿って長く延在して設けられ、各第一連結梁部５Ａの中央部５Ａｂを端部５Ｂａに溶接により固定して各第一連結梁部５Ａを連結するように配置されている。

第三連結梁部５Ｃは、図２に示すように、Ｘ方向に沿って長く延在して設けられ、Ｙ方向の中央でＸ方向に並ぶ２つの梁部４（４Ａ）のうちの一方の梁部４（４Ａ）の中央部４ｂを一端部５Ｃａに溶接により固定し、第二連結梁部５Ｂの中央部５Ｂｂを他端部５Ｃｂに溶接により固定して配置されている。なお、Ｙ方向の中央でＸ方向に並ぶ２つの梁部４（４Ａ）は、荷重バランスを考慮し、図２に示すようにＹ方向で交互の位置にずれて配置され、この梁部４の配置に伴い第三連結梁部５Ｃも、Ｙ方向で交互の位置にずれて配置されている。

このように、連結梁部５は、第一連結梁部５Ａと、第二連結梁部５Ｂと、第三連結梁部５Ｃと、により各梁部４の中央部４ｂの間を連結する。

そして、連結梁部５は、図２に示すように、第二連結梁部５Ｂの中央部５Ｂｂに構造物を連結するラグ６が溶接により固定されている。

上述した定着部荷重分散構造の作用を説明する。図４は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における反力分布を表す概略図である。

図４において（ａ）は、一般的に設計される定着部の構成を示すもので、基礎１００に定着した基板２に対して構造物の荷重Ｆを受けるアンカ１’が十分な長さとされた場合を表している。また、（ｂ）は、（ａ）に対して十分な長さが確保できないアンカ１を数多く配置した定着部の構成を示す。また、（ｃ）は、（ｂ）と同様に（ａ）に対して十分な長さが確保できないアンカ１を数多く配置し、かつ上述した構成を適用した構成を示す。

図４において、（ａ）の構成は、アンカ１’が十分な長さであるため、各アンカ１’に反力が分布され構造物の荷重Ｆを各アンカ１’に分散することができる。（ｂ）の構成は、十分な長さが確保できないアンカ１を数多く配置しているが、荷重Ｆが掛かる位置のアンカ１に反力が偏るため構造物の荷重Ｆを各アンカ１に分散することができない。一方、（ｃ）の本実施形態の構成では、十分な長さが確保できないアンカ１を数多く配置し、かつ上述した構成を適用したことで、荷重Ｆが掛かる位置のアンカ１の周囲にも反力が分布されるため構造物の荷重Ｆを各アンカ１に分散することができる。

図５〜図１４は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造における作用を説明する説明図である。図５〜図８は、定着部の構成例を示し、図５および図６はその斜視図、図７はその側断面図、図８は基板２に掛かる荷重およびアンカ１に掛かる反力を示す図である。図９および図１０は、図５〜図８に示す定着部における本実施形態の適用例を示し、図９は側断面図、図１０は基板２に掛かる荷重およびアンカ１に掛かる反力を示す図である。図１１および図１２は、定着部の他の構成例を示し、図１１はその側断面図、図１２は基板２に掛かる荷重およびアンカ１に掛かる反力を示す図である。図１３および図１４は、図１１および図１２に示す定着部における本実施形態の適用例を示し、図１３は側断面図、図１４は基板２に掛かる荷重およびアンカ１に掛かる反力を示す図である。

図５〜図８に示す定着部の構成例は、基板２にアンカ１が１列４個配置されている。この場合、図７に示すように、基板２の中央に基礎１００から離れる引張方向の荷重Ｆが作用するとき、これを力学的に図８に置き換えることができる。ここでは、アンカ１の伸びは考慮しない。また、基板２の下面はコンクリートに接触しているためアンカ１の取付け部の回転は拘束されているものとする。但し、実際は微小なアンカ１の伸びやアンカ１の取付け部の回転等、構造物の剛性の影響を受けることから、荷重を均等に分散させるためにはこれらを適切に考慮する必要がある。また、荷重Ｆが作用する際、各支持点に発生する反力をＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とする。

図８では、荷重Ｆは、アンカ１の位置に相当する中央２カ所の支持点に作用して反力Ｒ２、Ｒ３が発生し、その両側の支持点には分配されず反力は発生しない。すなわち、両端のアンカ１は、力学的に意味をなさない。

このような定着部の構成例において、本実施形態を適用し、図９および図１０に示すように、隣り合うアンカ１の中央に台部３を設け、各台部３に梁部４を架け渡し、左右対称配置で梁部４の中央に荷重Ｆを作用させると各台部３に掛かる荷重Ｆ１，Ｆ２は同一となる。また、４個のアンカ１に均等に荷重が分配され反力Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が発生する。
ここで、荷重Ｆは２つに分配されることから、荷重Ｆと、分配された荷重Ｆ１，Ｆ２の合計とは等しい。…Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２
基板２に付加される荷重Ｆ１，Ｆ２は、基板２を介して４箇所のアンカ１（支持点）に均等に分配され作用する。…Ｆ１＋Ｆ２＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４
なお、図１０に示す寸法は一例を示すものであり、構造物の剛性を考慮し適切に設定する必要がある。

また、図１１および図１２に示すように、基板２にアンカ１が１列３個配置されている場合でも、同様の考え方により荷重を分配できる。
図１１および図１２の構造では、中央の荷重Ｆの作用点に対して中央のアンカ１にすべての荷重が作用し、反力Ｒ２のみが発生する。
そこで、図１３および図１４に示すように、隣り合うアンカ１の中間に台部３を設け、各台部３に梁部４を架け渡し、左右対称配置で梁部４の中央に荷重Ｆを作用させると、荷重Ｆは荷重Ｆ１、Ｆ２に均等に分配され、荷重Ｆ１，Ｆ２はそれぞれその両隣のアンカ1に分配されることから、Ｆ１，Ｆ２を図１４に示す位置に作用させることで、荷重Ｆは３個のアンカ１に均等に分配され、各アンカに反力Ｒ１〜Ｒ３が均等に発生する。なお、図１４に示す寸法は一例を示すものであり、構造物の剛性を考慮し適切に設定する必要がある。

このように、本実施形態の定着部荷重分散構造は、コンクリートからなる基礎１００に埋設される複数のアンカ１と、各アンカ１が固定されて基礎１００の表面１０１に定着される基板２と、複数のアンカ１の間となる位置で基板２の表面２ａに固定される複数の台部３と、複数の各台部３を各端部４ａに固定して各台部３の間に架け渡して設けられており構造物の荷重が伝達される梁部４と、を備える。

従って、梁部４に伝達された荷重は、その両端部４ａに分散して各台部３に伝達され、かつ台部３からその周囲のアンカ１に分散される。この結果、多数のアンカ１に荷重を均等に分散して負荷させることができる。

また、本実施形態の定着部荷重分散構造では、各台部３を端部４ａに固定して梁部４が複数設けられ、少なくとも２つの梁部４の中央部４ｂを端部（５Ａａ）に固定して各梁部４を連結して設けられており構造物の荷重を各梁部４に分けて伝達する連結梁部５をさらに備える。

従って、連結梁部５に伝達された荷重は、その両端（５Ａａ）に分散して各梁部４に伝達され、さらに梁部４に伝達された荷重は、その両端部４ａに分散して各台部３に伝達され、かつ台部３からその周囲のアンカ１に分散される。この結果、アンカ１の数が多い場合であっても荷重を均等に分散して負荷させることができる。

図１５〜図１７は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造の変形例を表す概略図である。

台部３と梁部４の曲げ剛性などが影響するため、アンカ１の数が多い、アンカ１が２次元的に配置されている場合は、ＦＥＭ解析にて構造計算を補完することが望ましい。ＦＥＭ解析にて構造計算を行った結果、例えば、図１５〜図１７に示すような変形例を実施する。

図１５に示す変形例では、図２に示す形態において梁部４の中央に荷重が掛かることで梁部４が撓み、この撓みにより台部３を間とする両隣りのアンカ１に掛かる各荷重に差が生じることを補完する。中央に荷重が掛かった梁部４は、中央が持ち上がるように撓みが生じる。すると、台部３には梁部４側が多く持ち上がるように荷重が掛かる。このため、図１５に一点鎖線で示すように、台部３の固定位置を梁部４の延在方向に沿ってアンカ１の間の中心よりも梁部４から遠ざかるようにずらして設ける。この結果、台部３を間とする両隣りのアンカ１に掛かる各荷重に差が生じることを補完することができる。

図１６に示す変形例では、図２に示す形態において第一連結梁部５Ａの中央に荷重が掛かることで第一連結梁部５Ａが撓み、この撓みにより梁部４の端部４ａに均等に荷重が分散されず、台部３を間とする両隣りのアンカ１に掛かる各荷重に差が生じることを補完する。中央に荷重が掛かった第一連結梁部５Ａは、その両端部５Ａａにモーメントが生じる。このため、図１６に示すように、第一連結梁部５Ａと梁部４の連結において相互の延在方向に直交するピン７によるピン接合を適用する。この結果、第一連結梁部５Ａに生じたモーメントによる影響を補完することができる。

図１７に示す変形例では、梁部４の中央に荷重が掛かることで梁部４が撓み、この撓みにより台部３を間とする両隣りのアンカ１に掛かる各荷重に差が生じることを補完する。中央に荷重が掛かった梁部４は、中央が持ち上がるように撓みが生じる。すると、台部３には梁部４側が多く持ち上がるように荷重が掛かる。このため、図１７に示すように、台部３よりも梁部４側のアンカ１の直上から予め荷重を付与する荷重負荷部を設ける。荷重負荷部は、ボルト８からなる。ボルト８は、梁部４に支持されて締緩によりアンカ１の延在方向に沿って移動可能に設けられている。そして、ボルト８を締めて基板２を介してアンカ１に荷重を付加しておくことで、アンカ１に付加した荷重の反力が発生し、台部３よりも梁部４側のアンカ１に掛かる負荷を低減する。この結果、台部３を間とする両隣りのアンカ１に掛かる各荷重に差が生じることを補完することができる。

図１８は、本実施形態に係る定着部荷重分散構造に適用される加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図である。

既設プラントの補強改造工事において、基礎コンクリート内の鉄筋の干渉回避が必要な加圧水型原子炉１２を例えると、本実施形態の定着部荷重分散構造は、図１８に示すように、構造物を支持する支持部６１に適用される。支持部６１は、構造物として、制御棒駆動装置６０および制御棒駆動装置６０の上端から上方に延在する制御棒クラスタ駆動軸６２の上端部を支持する。支持部６１は、結束部材６１Ａと、連結部材６１Ｂと、を有する。結束部材６１Ａは、制御棒駆動装置６０や制御棒クラスタ駆動軸６２の上端部を束ねる部材である。連結部材６１Ｂは、結束部材６１Ａと基礎１００とを連結する部材であり、地震などによる制御棒駆動装置６０や制御棒クラスタ駆動軸６２の上端部に作用する荷重を基礎１００に伝達することで、この荷重を基礎１００で受けるためのものである。連結部材６１Ｂは、棒状部材で構成されている。基礎１００は、原子炉格納容器の内部において、加圧水型原子炉１２を囲むコンクリート壁である。

すなわち、加圧水型原子炉１２を囲む基礎１００としてのコンクリート壁において、長いアンカを埋設する厚さが確保できない。また、加圧水型原子炉１２の周囲は、線量が高く作業環境が悪く、はつり作業を実施しない工法を検討する必要がある。

この点、本実施形態の定着部荷重分散構造を適用することで、基礎１００としてのコンクリート壁のはつり作業を実施することなく、かつ長いアンカを用いずに短いアンカ１を多数用いつつ、これらアンカ１に荷重を均等に分散することで、構造物の荷重を適宜受けることができる。

なお、本実施形態の定着部荷重分散構造の適用は、加圧水型原子炉１２を囲む基礎１００としてのコンクリート壁に限定されず、他の構造物の荷重を受ける支持部において適用してもよく、また、コンクリート壁ではなく、床や天井などのコンクリートの基礎１００に適用してもよい。

１ アンカ
２ 基板
２ａ 表面
３ 台部
３Ａ 板片
３ａ 交差部
４ 梁部
４Ａ Ｙ方向の中央の梁部
４Ｂ Ｙ方向の両端の梁部
４ａ 端部
４ｂ 中央部
５ 連結梁部
５Ａ 第一連結梁部
５Ａａ 端部
５Ａｂ 中央部
５Ｂ 第二連結梁部
５Ｂａ 端部
５Ｂｂ 中央部
５Ｃ 第三連結梁部
５Ｃａ 一端部
５Ｃｂ 他端部
６ ラグ
７ ピン
８ ボルト（荷重付加部）
１００ 基礎
１０１ 表面

Claims (5)

1. コンクリートからなる基礎に埋設される複数のアンカと、
   各前記アンカが固定されて前記基礎の表面に定着される基板と、
   複数の前記アンカの間となる位置で前記基板の表面に固定される複数の台部と、
   複数の各前記台部を各端に固定して各前記台部の間に架け渡して設けられており構造物の荷重が伝達される梁部と、
   を備える定着部荷重分散構造。
2. 各前記台部を端部に固定して前記梁部が複数設けられ、少なくとも２つの前記梁部の中央部を端部に固定して各前記梁部を連結して設けられ前記構造物の荷重を各前記梁部に分けて伝達する連結梁部をさらに備える請求項１に記載の定着部荷重分散構造。
3. 前記台部の固定位置を前記梁部の延在方向に沿って前記アンカの間の中心からずらして設ける請求項１または２に記載の定着部荷重分散構造。
4. 前記梁部と前記連結梁部とをピン接合する請求項２に記載の定着部荷重分散構造。
5. 前記台部よりも前記梁部側に配置される前記アンカの直上から荷重を付加する荷重付加部を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着部荷重分散構造。

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