JP2024008026A - ジャケット構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】疲労強度及び終局強度の両方に対して十分な性能を担保しつつ、経済的なジャケット構造体を提供する。【解決手段】洋上風車を支持するトランジションピース１０と、トランジションピース１０を支持する第１の鋼管レグ２１と、トランジションピース１０を支持する第２の鋼管レグ２２と、第１の鋼管レグ２１と第２の鋼管レグ２２とを接続する斜めブレース３０と、を備えるジャケット構造体１００であって、第１の鋼管レグ２１の部分であって、第１の鋼管レグ２１と斜めブレース３０の上端との交点を含む上段部分Ｕと、第２の鋼管レグ２２の部分であって、第２の鋼管レグ２２と斜めブレース３０の下端との交点を含む下段部分Ｌと、のうち、疲労荷重が支配的であるものについては、第１鋼材が使用され、終局荷重が支配的であるものについては、第１鋼材より高強度な第２鋼材が使用される、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ジャケット構造体に関する。

風力発電に用いられる風車等を洋上に配置するために、鋼管を組み合わせたジャケット構造体を用いることがある。
特許文献１では、地震時への対策として、杭ガイド兼用主部材の内部に補強部が設けられているジャケット構造体が開示されている。
特許文献２では、風車の振動による繰り返し荷重への対策として、鋼管杭と、鋼製外管との溶接箇所を減少させた接合構造が開示されている。
特許文献３では、ジャケットと杭の合理的設計を可能とするため、水底地盤から所要高さ以上に突出するシアキー付杭を、杭径より内径を大きくしたレグ下部に挿入させ、この結合部のレグ内周と杭外周間の所定長さにグラウト材を充填して結合した構造が開示されている。

特開２００４－１１３６３号公報 国際公開第２０１２／１１８１８６号 特開２００３－２２１８１６号公報

ジャケットのキャンは、１種類の鋼材で構成されることが多い。洋上風車を支持するジャケット構造体においては、疲労強度が支配要因となる部位と、終局強度が支配要因となる部位と、が混在することがある。キャンの板厚を大きくすると、終局強度と疲労強度の両方を向上させることができる。キャンの鋼材を強度の高いものに変更すると、終局強度を向上させることができるが、疲労強度を向上させることができない。キャンの終局強度を向上させるには、板厚を大きくすることよりも、鋼材を強度の高いものとする方が一般的に経済的となる。このとき、終局強度に対応するために強度の高い鋼材を選択し、疲労強度に対応するために板厚を大きくすると、部位によっては過剰な性能を有することとなり、不経済となる課題がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、疲労強度及び終局強度の両方に対して十分な性能を担保しつつ、経済的なジャケット構造体を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の態様１は、洋上風車を支持するトランジションピースと、前記トランジションピースを支持する第１の鋼管レグと、前記トランジションピースを支持する第２の鋼管レグと、前記第１の鋼管レグと前記第２の鋼管レグとを接続する斜めブレースと、を備えるジャケット構造体であって、前記第１の鋼管レグの部分であって、前記第１の鋼管レグと前記斜めブレースの上端との交点を含む上段部分と、前記第２の鋼管レグの部分であって、前記第２の鋼管レグと前記斜めブレースの下端との交点を含む下段部分と、のうち、疲労荷重が支配的であるものについては、第１鋼材が使用され、終局荷重が支配的であるものについては、前記第１鋼材より高強度な第２鋼材が使用される、ことを特徴とする。

この発明によれば、上段部分と、下段部分と、のうち、疲労荷重が支配的であるものについては、第１鋼材が使用され、終局荷重が支配的であるものについては、第１鋼材より高強度な第２鋼材が使用される。これにより、例えば、１種類の鋼材によって第１の鋼管レグを形成することで、上段部分及び下段部分が同じ鋼材となる場合と比較して、疲労強度及び終局強度の両方に対して十分な性能を担保しつつ、第１の鋼管レグの各部位の性能を柔軟に設定することができる。よって、第１の鋼管レグの性能が過剰となることを防ぎ、経済的な構造とすることができる。

本発明の態様２は、態様１のジャケット構造体において、前記終局荷重が支配的であるものの厚さは、前記疲労荷重が支配的であるものの厚さより、厚い、ことを特徴とする。

この発明によれば、終局荷重が支配的であるものの厚さは、疲労荷重が支配的であるものの厚さより、厚い。ここで、終局荷重が支配的であるものに対して高強度な第２鋼材を用いる際、適用する鋼材の価格によっては、却って不経済となることがある。これに対し、第１の鋼管レグの終局荷重が支配的である部位の厚さを厚くすることで、必要以上に高価な鋼材を用いることなく、必要な終局強度を担保することができる。また、例えば、構造上の理由等によって、高強度の材料を用いるのみでは十分な終局強度を得ることができない場合において、十分な終局強度を得ることができる。

本発明の態様３は、態様１のジャケット構造体において、前記終局荷重が支配的であるものの厚さは、前記疲労荷重が支配的であるものの厚さより、薄い、ことを特徴とする。

この発明によれば、終局荷重が支配的であるものの厚さは、疲労荷重が支配的であるものの厚さより、薄い。例えば、第１の鋼管レグの終局荷重が支配的である部位に高強度の材料を用いた場合において、疲労荷重が支配的である部位よりも厚さを薄くすることで、必要最小限の終局強度とすることができる。よって、より経済的な第１の鋼管レグとすることができる。

本発明の態様４は、態様１から態様３のいずれか一つのジャケット構造体において、前記上段部分と前記下段部分との一方は、前記疲労荷重が支配的であり、前記第１鋼材が使用され、前記上段部分と前記下段部分との他方は、前記終局荷重が支配的であり、前記第２鋼材が使用される、ことを特徴とする。

この発明によれば、上段部分と下段部分との一方は、疲労荷重が支配的であり、第１鋼材が使用され、上段部分と下段部分との他方は、終局荷重が支配的であり、第２鋼材が使用される。つまり、終局荷重が支配的である部位には、疲労荷重が支配的である部位よりも高強度な鋼材を用いる。このように、例えば、地盤条件を含む設計条件に合わせて用いる材料を部位ごとに適宜選択することで、効率的に第１の鋼管レグに求められる性能を担保することができる。よって、経済的な第１の鋼管レグとすることができる。

本発明の態様５は、態様４のジャケット構造体において、前記上段部分は、前記疲労荷重が支配的であり、前記第１鋼材が使用され、前記下段部分は、前記終局荷重が支配的であり、前記第２鋼材が使用される、ことを特徴とする。

例えば、洋上風車のサイズが大きいと、洋上風車の回転に伴う揺れが激しくなるので、上段部分において疲労荷重が支配的になり、下段部分において終局荷重が支配的となる。これに対し、上段部分は、第１鋼材が使用され、下段部分は、第２鋼材が使用される。これにより、洋上風車及びトランジションピースの総重量が比較的大きい場合に対応することができる。

本発明の態様６は、態様４のジャケット構造体において、前記上段部分は、前記終局荷重が支配的であり、前記第２鋼材が使用され、前記下段部分は、前記疲労荷重が支配的であり、前記第１鋼材が使用される、ことを特徴とする。

例えば、洋上風車のサイズが小さいと、洋上風車の回転に伴う揺れが小さくなるので、上段部分において終局荷重が支配的になり、下段部分において疲労荷重が支配的となる。これに対し、上段部分は、第２鋼材が使用され、下段部分は、第１鋼材が使用される。これにより、洋上風車及びトランジションピースの総重量が比較的小さい場合に対応することができる。

本発明の態様７は、態様１から態様６のいずれか一つのジャケット構造体において、前記下段部分の外径は、前記上段部分の外径より、大きい、ことを特徴とする。

この発明によれば、下段部分の外径は、上段部分の外径より、大きい。このように、例えば、下段部分の内径を保ちつつ、外径を大きくすることで、下段部分の厚さを大きくする。これにより、下段部分の外径を保ちつつ、内径を小さくすることで厚さを大きくする場合と比較して、より効率的に終局強度を向上させることができる。

本発明の態様８は、態様１から態様７のいずれか一つのジャケット構造体において、前記第２鋼材は、ＳＭ４９０Ｙ、ＳＭ５２０のいずれかである、ことを特徴とする。

この発明によれば、第２鋼材は、ＳＭ４９０Ｙ又はＳＮ４９０Ｙである。これにより、第２鋼材を十分な強度とすることができる。

本発明の態様９は、態様１から態様７のいずれか一つのジャケット構造体において、前記第２鋼材は、ＢＴＨＴ－４４０である、ことを特徴とする。

この発明によれば、第２鋼材は、ＢＴＨＴ－４４０である。これにより、第２鋼材を十分な強度とすることができる。

本発明の態様１０は、態様１から態様９のいずれか一つのジャケット構造体において、前記下段部分は、２つの、断面円弧状の板状部材である円弧状部材と、前記２つの円弧状部材とが接合される溶接線と、を備え、前記溶接線と、前記第１の鋼管レグと前記斜めブレースの下端との交点とは、交わらない、ことを特徴とする。

この発明によれば、溶接線と、第１の鋼管レグと斜めブレースの下端との交点とは、交わらない。これにより、例えば、溶接線と前記交点とが交わることによって、ジャケット構造体の強度に影響が及ぶことを避けることができる。

本発明の態様１１は、態様１から態様１０のいずれか一つのジャケット構造体において、前記上段部分の外径は、前記第１の鋼管レグの部分であって前記上段部分の周辺の部分の外径より、大きく、前記下段部分の外径は、前記第２の鋼管レグの部分であって前記下段部分の周辺の部分の外径より、大きい、ことを特徴とする。

この発明によれば、上段部分の外径は、第１の鋼管レグの部分であって上段部分の周辺の部分の外径より、大きく、下段部分の外径は、第２の鋼管レグの部分であって下段部分の周辺の部分の外径より、大きい。これにより、例えば、上段部分及び下段部分の厚さを大きくする際に、内径を保ちつつ、外径を大きくすることで、厚さを大きくすることができる。よって、外径を保ちつつ、内径を小さくすることで厚さを大きくする場合と比較して、より効率的に終局強度を向上させることができる。

本発明によれば、疲労強度及び終局強度の両方に対して十分な性能を担保しつつ、経済的なジャケット構造体を提供することができる。

本発明に係るジャケット構造体の斜視図である。 本発明に係るジャケット構造体の正面図である。 本発明に係るジャケット構造体の変形例である。 斜めブレースと鋼管レグとの接続部の拡大図の第１例である。 斜めブレースと鋼管レグとの接続部の拡大図の第２例である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係るジャケット構造体１００を説明する。
ジャケット構造体１００は、図１及び図２に示すように、海底に打設された杭２００と、洋上風車３００とを接続する。これにより、ジャケット構造体１００は、洋上において洋上風車３００を支持する役割を有する。

（ジャケット構造体１００の概要）
図１に示すように、ジャケット構造体１００は、トランジションピース１０と、鋼管レグ２０と、斜めブレース３０と、を備える。
トランジションピース１０は、洋上風車３００を支持する。トランジションピース１０は、ジャケット構造体１００の上端に配置され、洋上風車３００の下端が接続される部位である。トランジションピース１０は、平面視において十字状である。トランジションピース１０の十字状の中央には、洋上風車３００の下端が配置される。トランジションピース１０の十字状の各外端には、鋼管レグ２０が配置される。したがって、本実施形態において、鋼管レグ２０は４つ設けられる。これに限らず、トランジションピース１０は、平面視においてＹ字状であってもよい。つまり、鋼管レグ２０は３つ設けられてもよい。

鋼管レグ２０は、ジャケット構造体１００の略鉛直方向に亘って複数設けられる。本実施形態において、鉛直方向とは、洋上風車３００が設置される海面に直交する方向をいう。鋼管レグ２０には、例えば鋼管が用いられる。本実施形態において、鋼管レグ２０は４箇所設けられる。鋼管レグ２０の上端にはトランジションピース１０が接続される。鋼管レグ２０の下端には接合部材４０が接続される。鋼管レグ２０の詳細については後述する。

斜めブレース３０は、トランジションピース１０において複数設けられた鋼管レグ２０同士の間を接続する。具体的には、斜めブレース３０は、後述する第１の鋼管レグ２１と第２の鋼管レグ２２とを接続する。これにより、斜めブレース３０は、ジャケット構造体１００を補強する。斜めブレース３０には、例えば鋼管が用いられる。本実施形態において、斜めブレース３０は、例えば、鋼管レグ２０と鋼管レグ２０との間において２本の鋼管によってＸ字状に構成される。斜めブレース３０は、２本の鋼管によってＸ字状に構成されず、第１の鋼管レグ２１と第２の鋼管レグ２２との間において１本の鋼管のみによって構成されてもよい。図１及び図２に示すように、前記Ｘ字状は、例えば、ジャケット構造体１００の鉛直方向において１段設けられる。あるいは、図３に示すように、斜めブレース３０は、ジャケット構造体１００の鉛直方向において２段設けられていてもよい。１本の鋼管のみによって構成される斜めブレース３０が、鉛直方向に２段設けられてもよい。斜めブレース３０は、ジャケット構造体１００の鉛直方向において３段以上設けられていてもよい。１本の鋼管のみによって構成される斜めブレース３０が、鉛直方向に３段以上設けられてもよい。

斜めブレース３０が２段設けられている場合、図３に示すように、ジャケット構造体１００において上側に位置する斜めブレース３０を、上段斜めブレース３１と呼称する。また、ジャケット構造体１００において下側に位置する斜めブレース３０を、下段斜めブレース３２と呼称する。以下、上段斜めブレース３１と下段斜めブレース３２とを区別しない場合に、斜めブレース３０と呼称することがある。

本実施形態において、斜めブレース３０の各部位を以下のように呼称する。すなわち、斜めブレース３０と鋼管レグ２０との接続部のうち、上側に位置する部位を、斜めブレース３０の上端と呼称する。斜めブレース３０と鋼管レグ２０との接続部のうち、下側に位置する部位を、斜めブレース３０の下端と呼称する。

接合部材４０は、ジャケット構造体１００を複数の杭２００に接合する。接合部材４０は、鋼管レグ２０の下端に設けられる。接合部材４０は、スリーブ４１と、接続部材４２と、を含む。
スリーブ４１は、ジャケット構造体１００の備える複数の鋼管レグ２０のうちの１つに対して複数設けられる。複数のスリーブ４１のそれぞれには、杭２００が挿入される。これにより、ジャケット構造体１００と杭２００とを接続する。
接続部材４２は、鋼管レグ２０の１つと、鋼管レグ２０の１つに対して複数設けられたスリーブ４１を接続する板状の部材である。すなわち、鋼管レグ２０の１つ及び複数のスリーブ４１は、接続部材４２で接続される。

（鋼管レグ２０の詳細）
次に、鋼管レグ２０の詳細について説明する。なお、以下において、鋼管レグ２０のうちの任意の１つを第１の鋼管レグ２１と呼称する。鋼管レグ２０のうち、周方向において第１の鋼管レグ２１に隣り合う鋼管レグ２０を、第２の鋼管レグ２２と呼称する。ここで、周方向とは、トランジションピース１０に接続される洋上風車３００の下端の中心軸とした、ジャケット構造体１００の周方向をいう。第１の鋼管レグ２１及び第２の鋼管レグ２２は、トランジションピース１０を支持する。以下、第１の鋼管レグ２１と第２の鋼管レグ２２とを区別しない場合に、鋼管レグ２０と呼称する。

図１及び図２に示すように、第１の鋼管レグ２１は、第１上段部分２１Ｕと、第１下段部分２１Ｌと、を有する。
第１上段部分２１Ｕは、いわゆるレグキャンである。すなわち、第１上段部分２１Ｕは、第１の鋼管レグ２１の部分であって、第１の鋼管レグ２１と斜めブレース３０の上端との交点を含む部分である。具体的には、第１上段部分２１Ｕは、前記交点から、第１の鋼管レグ２１の長さ方向の両側に向かって、第１の鋼管レグ２１に接続される斜めブレース３０の径の１．５倍～２．０倍程度の長さだけ延びた領域をいう。
第１下段部分２１Ｌは、いわゆるレグキャンである。すなわち、第１下段部分２１Ｌは、第１の鋼管レグ２１の部分であって、第１の鋼管レグ２１と斜めブレース３０の下端との交点を含む部分である。具体的には、第１下段部分２１Ｌは、前記交点から、第１の鋼管レグ２１の長さ方向の両側に向かって、第１下段部分２１Ｌの径の３倍～５倍程度の長さだけ延びた領域をいう。なお、第１下段部分２１Ｌは、少なくともスリーブ４１と同等以上の長さである。

斜めブレース３０が鉛直方向に２段設けられている場合、第１の鋼管レグ２１は以下のような構成となる。すなわち、図３に示すように、第１の鋼管レグ２１は、第１上段部分２１Ｕと、第１下段部分２１Ｌと、第１中段部分２１Ｍと、を有する。
第１上段部分２１Ｕは、第１の鋼管レグ２１の部分であって、第１の鋼管レグ２１と上段斜めブレース３１の上端との交点を含む部分である。
第１下段部分２１Ｌは、第１の鋼管レグ２１の部分であって、第１の鋼管レグ２１と下段斜めブレース３２の下端との交点を含む部分である。

第１中段部分２１Ｍは、いわゆるレグキャンである。すなわち、第１中段部分２１Ｍは、第１の鋼管レグ２１の部分であって、第１の鋼管レグ２１と上段斜めブレース３１の下端及び下段斜めブレース３２の上端それぞれとの交点を含む部分である。具体的には、第１中段部分２１Ｍは、前記交点から、第１の鋼管レグ２１の長さ方向の両側に向かって、第１の鋼管レグ２１の径の２．５倍～５．０倍程度の長さだけ延びた領域をいう。
なお、斜めブレース３０が１本の鋼管のみによって構成されている場合、第１中段部分２１Ｍは、第１の鋼管レグ２１の部分であって、第１の鋼管レグ２１と、上段斜めブレース３１の下端又は下段斜めブレース３２の上端の少なくともいずれかとの交点を含む部分である。

図１及び図２に示すように、第２の鋼管レグ２２は、第２上段部分２２Ｕと、第２下段部分２２Ｌと、を有する。
第２上段部分２２Ｕは、いわゆるレグキャンである。すなわち、第２上段部分２２Ｕは、第２の鋼管レグ２２の部分であって、第２の鋼管レグ２２と斜めブレース３０の上端との交点を含む部分である。具体的には、第２上段部分２２Ｕは、前記交点から、第２の鋼管レグ２２の長さ方向の両側に向かって、第２の鋼管レグ２２に接続される斜めブレース３０の径の１．５倍～２．０倍程度の長さだけ延びた領域をいう。
第２下段部分２２Ｌは、いわゆるレグキャンである。すなわち、第２下段部分２２Ｌは、第２の鋼管レグ２２の部分であって、第２の鋼管レグ２２と斜めブレース３０の下端との交点を含む部分である。具体的には、第２下段部分２２Ｌは、前記交点から、第２の鋼管レグ２２の長さ方向の両側に向かって、第２下段部分２２Ｌの径の３倍～５倍程度の長さだけ延びた領域をいう。なお、第２下段部分２２Ｌは、少なくともスリーブ４１と同等以上の長さである。

斜めブレース３０が鉛直方向に２段設けられている場合、第２の鋼管レグ２２は以下のような構成となる。すなわち、図３に示すように、第２の鋼管レグ２２は、第２上段部分２２Ｕと、第２下段部分２２Ｌと、第２中段部分２２Ｍと、を有する。
第２上段部分２２Ｕは、第２の鋼管レグ２２の部分であって、第２の鋼管レグ２２と上段斜めブレース３１の上端との交点を含む部分である。
第２下段部分２２Ｌは、第２の鋼管レグ２２の部分であって、第２の鋼管レグ２２と下段斜めブレース３２の下端との交点を含む部分である。

第２中段部分２２Ｍは、いわゆるレグキャンである。すなわち、第２中段部分２２Ｍは、第２の鋼管レグ２２の部分であって、第２の鋼管レグ２２と上段斜めブレース３１の下端及び下段斜めブレース３２の上端それぞれとの交点を含む部分である。具体的には、第２中段部分２２Ｍは、前記交点から、第２の鋼管レグ２２の長さ方向の両側に向かって、第２の鋼管レグ２２の径の２．５倍～５．０倍程度の長さだけ延びた領域をいう。
なお、斜めブレース３０が１本の鋼管のみによって構成されている場合、第２中段部分２２Ｍは、第２の鋼管レグ２２の部分であって、第２の鋼管レグ２２と、上段斜めブレース３１の下端又は下段斜めブレース３２の上端の少なくともいずれかとの交点を含む部分である。

斜めブレース３０がジャケット構造体１００の鉛直方向において１段設けられている場合、図２に示すように、第１上段部分２１Ｕと第２下段部分２２Ｌとは、斜めブレース３０のうち、上端が第１上段部分２１Ｕに接合され、且つ、下端が第２下段部分２２Ｌに接合される。第２上段部分２２Ｕと第１下段部分２１Ｌとは、斜めブレース３０のうち、上端が第２上段部分２２Ｕに接合され、且つ、下端が第１下段部分２１Ｌに接合される。
斜めブレース３０がジャケット構造体１００の鉛直方向において２段設けられている場合、図３に示すように、第１上段部分２１Ｕと第２中段部分２２Ｍとは、１本の鋼管で接続される。第２上段部分２２Ｕと第１中段部分２１Ｍとは、１本の鋼管で接続される。第１中段部分２１Ｍと第２下段部分２２Ｌとは、１本の鋼管で接続される。第２中段部分２２Ｍと第１下段部分２１Ｌとは、１本の鋼管で接続される。

以下において、第１上段部分２１Ｕと第２上段部分２２Ｕとを区別しない場合に、上段部分Ｕと呼称する。第１下段部分２１Ｌと第２下段部分２２Ｌとを区別しない場合に、下段部分Ｌと呼称する。第１中段部分２１Ｍと第２中段部分２２Ｍとを区別しない場合に、中段部分Ｍと呼称する。また、鋼管レグ２０において、上段部分Ｕ、下段部分Ｌ、中段部分Ｍのいずれにも該当しない部分を、一般部分Ｇと呼称する。

ここで、鋼管レグ２０の上段部分Ｕ、下段部分Ｌ、中段部分Ｍにおいて支配的になる荷重について、疲労荷重が支配的となる部分と、終局荷重が支配的となる部分と、が混在することがある。本実施形態において、支配的とは、例えば、鋼管レグ２０の各部位において、破壊の主要な原因となりうることを示すものとする。つまり、疲労荷重が支配的であるとは、疲労の観点で決まる構造が終局で決まる構造よりも終局強度が高いことをいう。終局荷重が支配的であるとは、終局の観点で決まる構造が疲労で決まる構造よりも疲労強度が高いことをいう。

本実施形態において、疲労強度を検討する要素となる、鋼管レグ２０に生じる疲労荷重は、例えば、洋上風車の回転によって生じる振動によって生じる繰り返し荷重によるものである。また、終局強度を検討する強度となる、鋼管レグ２０への終局荷重は、例えば、地震入力によるものである。

鋼管レグ２０は、洋上風車３００の振動に対する疲労強度と、地震による入力に対する終局強度と、の両方を担保する必要がある。本実施形態では、これに対応するために、鋼管レグ２０の各部分を形成する材料を適宜使い分ける。これにより、鋼管レグ２０を効率的な構造として、経済的な鋼管レグ２０とすることに寄与する。具体的には、以下の通りである。

すなわち、例えば、鋼管レグ２０の各部分のうち、疲労荷重が支配的であるものについては、第１鋼材を使用する。鋼管レグ２０の各部分のうち、終局荷重が支配的であるものについては、第１鋼材より高強度な第２鋼材を使用する。本実施形態において、高強度とは、降伏応力が大きいことをいうものとする。

鋼管レグ２０は、例えば、第１鋼材又は第２鋼材からなる２つの円弧状部材を、溶接により接合することで形成される。円弧状部材とは、断面円弧状の板状部材である。つまり、鋼管レグ２０は、２つの円弧状部材と、２つの円弧状部材とが接合される溶接線（不図示）と、を備える。このとき、２つの円弧状部材を接合する溶接線は、斜めブレース３０の上端及び下端との交点とは、交わらないように配置することが好ましい。鋼管レグ２０は、一枚の鋼板を曲げて円環断面を形成することによって形成されてもよい。この場合は、部材軸方向の溶接線は一本だけになっていてもよい。

第１鋼材には、比較的強度が低い鋼材として、例えば、ＪＩＳ Ｇ３１０６に属する４９０Ｎ級炭素鋼が用いられる。具体的には、例えば、ＳＭ４９０、ＳＮ４９０が用いられる。
第２鋼材には、比較的強度が高い鋼材として、少なくとも降伏点が３２５Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼材が用いられる。第２鋼材には、例えば、ＪＩＳ Ｇ３１０６に属する４９０Ｎ級炭素鋼が用いられる。具体的には、例えば、ＳＭ４９０Ｙ、ＳＭ５２０、ＳＭ５７０が用いられる。
第２鋼材には、建築構造用高降伏点鋼板が用いられてもよい。具体的には、例えば、ＢＴＨＴ－４４０が用いられてもよい。
また、第１鋼材によって疲労強度を担保する際、鋼材の厚さを大きくすることによって疲労強度を向上してもよい。言い換えれば、第１鋼材と第２鋼材とで同じ鋼材を用いて、厚さの違いのみによって第１鋼材と第２鋼材とを区別してもよい。

本実施形態において、上述のように鋼材を使い分ける部位は、上段部分Ｕ、下段部分Ｌ、中段部分Ｍに限るものとする。つまり、一般部分Ｇにおいては、共通の鋼材で統一するものとする。一般部分Ｇには、例えば、第１鋼材が用いられる。
また、斜めブレース３０は、複数の鋼管レグ同士の間を補強する役割を有することから、疲労荷重が支配的である。よって斜めブレース３０には、第１鋼材が使用される。

鋼管レグ２０において、いずれの部分において疲労荷重又は終局荷重のいずれが支配的となるかは、例えば、地盤条件を含む設計条件によって変化する。
本実施形態において、例えば、上段部分Ｕ及び中段部分Ｍと、下段部分Ｌと、の一方は、疲労荷重が支配的であり、第１鋼材が使用される。上段部分Ｕ及び中段部分Ｍと、下段部分Ｌと、の他方は、終局荷重が支配的であり、第２鋼材が使用される。具体的には、以下のようになる。

例えば、洋上風車のサイズが大きいと、洋上風車の回転に伴う揺れが激しくなるので、上段部分Ｕ及び中段部分Ｍにおいて疲労荷重が支配的になり、下段部分Ｌにおいて終局荷重が支配的となる。この場合は、上段部分Ｕ及び中段部分Ｍに第１鋼材が使用され、下段部分Ｌに第２鋼材が使用される。

例えば、洋上風車のサイズが小さいと、洋上風車の回転に伴う揺れが小さくなるので、上段部分Ｕ及び中段部分Ｍにおいて終局荷重が支配的になり、下段部分Ｌにおいて疲労荷重が支配的となる。この場合は、上段部分Ｕ及び中段部分Ｍに第２鋼材が使用され、下段部分Ｌに第１鋼材が使用される。

また、上述したように、各部分の疲労強度は、鋼材の厚さを大きくすることで向上してもよい。このとき、各部分の具体的な板厚は、使用する鋼材の諸元と、鋼管レグ２０の各部分に求められる疲労強度及び終局強度と、を考慮して適宜決定する。
例えば、終局荷重が支配的であるものの厚さを、疲労荷重が支配的であるものの厚さより厚くする。この態様は、求められる終局荷重に対して、高強度の材料を用いるのみでは十分な終局強度を得ることができない場合において好適である。

また、終局荷重が支配的であるものの厚さを、疲労荷重が支配的であるものの厚さより薄くしてもよい。この態様は、終局荷重が支配的である部位に高強度の第２鋼材を用いた場合において、必要最小限の終局強度として、より経済性を向上させる場合において好適である。

また、上段部分Ｕ、下段部分Ｌ、中段部分Ｍのそれぞれにおいて、部材の厚さを大きくする場合、以下のようにすることが好ましい。
すなわち、例えば、図４に示すように、上段部分Ｕの外径を、鋼管レグ２０の部分であって上段部分Ｕの周辺の部分（一般部分Ｇ）の外径より大きくすることが好ましい。中段部分Ｍの外径を、鋼管レグ２０の部分であって中段部分Ｍの周辺の部分（一般部分Ｇ）の外径より大きくすることが好ましい。

また、図５に示すように、下段部分Ｌの外径を、鋼管レグ２０の部分であって下段部分Ｌの周辺の部分（一般部分Ｇ）の外径より大きくすることが好ましい。
つまり、部材の厚さを大きくする場合には、内径を保ちつつ、外径を大きくするようにすることが好ましい。
また、上段部分Ｕ、下段部分Ｌ、中段部分Ｍのそれぞれの外径は、同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。例えば、下段部分Ｌの外径は、上段部分Ｕ及び中段部分Ｍの外径より大きくてもよいし、小さくてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るジャケット構造体１００によれば、上段部分Ｕと、下段部分Ｌと、のうち、疲労荷重が支配的であるものについては、第１鋼材が使用され、終局荷重が支配的であるものについては、第１鋼材より高強度な第２鋼材が使用される。これにより、例えば、１種類の鋼材によって第１の鋼管レグ２１を形成することで、上段部分Ｕ及び下段部分Ｌが同じ鋼材となる場合と比較して、疲労強度及び終局強度の両方に対して十分な性能を担保しつつ、第１の鋼管レグ２１の各部位の性能を柔軟に設定することができる。よって、第１の鋼管レグ２１の性能が過剰となることを防ぎ、経済的な構造とすることができる。

また、終局荷重が支配的であるものの厚さは、疲労荷重が支配的であるものの厚さより、厚い。ここで、終局荷重が支配的であるものに対して高強度な第２鋼材を用いる際、適用する鋼材の価格によっては、却って不経済となることがある。これに対し、第１の鋼管レグ２１の終局荷重が支配的である部位の厚さを厚くすることで、必要以上に高価な鋼材を用いることなく、必要な終局強度を担保することができる。また、例えば、構造上の理由等によって、高強度の材料を用いるのみでは十分な終局強度を得ることができない場合において、十分な終局強度を得ることができる。

また、終局荷重が支配的であるものの厚さは、疲労荷重が支配的であるものの厚さより、薄い。例えば、第１の鋼管レグ２１の終局荷重が支配的である部位に高強度の材料を用いた場合において、疲労荷重が支配的である部位よりも厚さを薄くすることで、必要最小限の終局強度とすることができる。よって、より経済的な第１の鋼管レグ２１とすることができる。

また、上段部分Ｕと下段部分Ｌとの一方は、疲労荷重が支配的であり、第１鋼材が使用され、上段部分Ｕと下段部分Ｌとの他方は、終局荷重が支配的であり、第２鋼材が使用される。つまり、終局荷重が支配的である部位には、疲労荷重が支配的である部位よりも高強度な鋼材を用いる。このように、例えば、地盤条件を含む設計条件に合わせて用いる材料を部位ごとに適宜選択することで、効率的に第１の鋼管レグ２１に求められる性能を担保することができる。よって、経済的な第１の鋼管レグ２１とすることができる。

例えば、洋上風車３００のサイズが大きいと、洋上風車３００の回転に伴う揺れが激しくなるので、上段部分Ｕにおいて疲労荷重が支配的になり、下段部分Ｌにおいて終局荷重が支配的となる。これに対し、上段部分Ｕは、第１鋼材が使用され、下段部分Ｌは、第２鋼材が使用される。これにより、洋上風車３００及びトランジションピース１０の総重量が比較的大きい場合に対応することができる。

例えば、洋上風車３００のサイズが小さいと、洋上風車３００の回転に伴う揺れが小さくなるので、上段部分Ｕにおいて終局荷重が支配的になり、下段部分Ｌにおいて疲労荷重が支配的となる。これに対し、上段部分Ｕは、第２鋼材が使用され、下段部分Ｌは、第１鋼材が使用される。これにより、洋上風車３００及びトランジションピース１０の総重量が比較的小さい場合に対応することができる。

また、下段部分Ｌの外径は、上段部分Ｕの外径より、大きい。このように、例えば、下段部分Ｌの内径を保ちつつ、外径を大きくすることで、下段部分Ｌの厚さを大きくする。これにより、下段部分Ｌの外径を保ちつつ、内径を小さくすることで厚さを大きくする場合と比較して、より効率的に終局強度を向上させることができる。

また、第２鋼材は、ＳＭ４９０Ｙ、ＳＭ５２０のいずれかである。これにより、第２鋼材を十分な強度とすることができる。

また、第２鋼材は、ＢＴＨＴ－４４０である。これにより、第２鋼材を十分な強度とすることができる。

また、溶接線と、第１の鋼管レグ２１と斜めブレース３０の下端との交点とは、交わらない。これにより、例えば、溶接線と前記交点とが交わることによって、ジャケット構造体１００の強度に影響が及ぶことを避けることができる。

また、上段部分Ｕの外径は、第１の鋼管レグ２１の部分であって上段部分Ｕの周辺の部分の外径より、大きく、下段部分Ｌの外径は、第２の鋼管レグ２２の部分であって下段部分Ｌの周辺の部分の外径より、大きい。これにより、例えば、上段部分Ｕ及び下段部分Ｌの厚さを大きくする際に、内径を保ちつつ、外径を大きくすることで、厚さを大きくすることができる。よって、外径を保ちつつ、内径を小さくすることで厚さを大きくする場合と比較して、より効率的に終局強度を向上させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、地盤条件を含む設計条件によっては、上段部分Ｕ及び下段部分Ｌに同じ鋼材を使用して、中段部分Ｍのみ異なる鋼材を使用してもよい。また、中段部分Ｍ及び下段部分Ｌに同じ鋼材を使用して、上段部分Ｕのみ異なる鋼材を使用してもよい。
また、第１の鋼管レグ２１と第２の鋼管レグ２２の、互いに対応する部位において、異なる鋼材が用いられてもよい。例えば、第１の鋼管レグ２１の第１上段部分２１Ｕと、第２の鋼管レグ２２の第２上段部分２２Ｕとで、支配的要因が異なる場合は、それぞれの部分に異なる鋼材を用いてもよい。
また、第１鋼材と第２鋼材のみに限らず、例えば、より高強度の第３鋼材を用いてもよい。
第１の鋼管レグ２１及び第２の鋼管レグ２２と杭２００との接合は、接合部材４０を用いずに行われてもよい。例えば、第１の鋼管レグ２１及び第２の鋼管レグ２２の下端が、第１の鋼管レグ２１及び第２の鋼管レグ２２の外径より内径が大きな杭２００に挿入されることで接合されてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０ トランジションピース
２０ 鋼管レグ
２１ 第１の鋼管レグ
２２ 第２の鋼管レグ
３０ 斜めブレース
３１ 上段斜めブレース
３２ 下段斜めブレース
１００ ジャケット構造体
３００ 洋上風車
Ｌ 下段部分
Ｕ 上段部分

Claims (11)

1. 洋上風車を支持するトランジションピースと、
   前記トランジションピースを支持する第１の鋼管レグと、
   前記トランジションピースを支持する第２の鋼管レグと、
   前記第１の鋼管レグと前記第２の鋼管レグとを接続する斜めブレースと、
   を備えるジャケット構造体であって、
   前記第１の鋼管レグの部分であって、前記第１の鋼管レグと前記斜めブレースの上端との交点を含む上段部分と、
   前記第２の鋼管レグの部分であって、前記第２の鋼管レグと前記斜めブレースの下端との交点を含む下段部分と、
   のうち、疲労荷重が支配的であるものについては、第１鋼材が使用され、終局荷重が支配的であるものについては、前記第１鋼材より高強度な第２鋼材が使用される、
   ことを特徴とするジャケット構造体。
2. 前記終局荷重が支配的であるものの厚さは、前記疲労荷重が支配的であるものの厚さより、厚い、
   ことを特徴とする請求項１に記載のジャケット構造体。
3. 前記終局荷重が支配的であるものの厚さは、前記疲労荷重が支配的であるものの厚さより、薄い、
   ことを特徴とする請求項１に記載のジャケット構造体。
4. 前記上段部分と前記下段部分との一方は、前記疲労荷重が支配的であり、前記第１鋼材が使用され、
   前記上段部分と前記下段部分との他方は、前記終局荷重が支配的であり、前記第２鋼材が使用される、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のジャケット構造体。
5. 前記上段部分は、前記疲労荷重が支配的であり、前記第１鋼材が使用され、
   前記下段部分は、前記終局荷重が支配的であり、前記第２鋼材が使用される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のジャケット構造体。
6. 前記上段部分は、前記終局荷重が支配的であり、前記第２鋼材が使用され、
   前記下段部分は、前記疲労荷重が支配的であり、前記第１鋼材が使用される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のジャケット構造体。
7. 前記下段部分の外径は、前記上段部分の外径より、大きい、
   ことを特徴とする請求項４に記載のジャケット構造体。
8. 前記第２鋼材は、ＳＭ４９０Ｙ、ＳＭ５２０のいずれかである、
   ことを特徴とする請求項４に記載のジャケット構造体。
9. 前記第２鋼材は、ＢＴＨＴ－４４０である、
   ことを特徴とする請求項４に記載のジャケット構造体。
10. 前記下段部分は、２つの、断面円弧状の板状部材である円弧状部材と、
    前記２つの円弧状部材とが接合される溶接線と、
    を備え、
    前記溶接線と、前記第１の鋼管レグと前記斜めブレースの下端との交点とは、交わらない、
    ことを特徴とする請求項４に記載のジャケット構造体。
11. 前記上段部分の外径は、前記第１の鋼管レグの部分であって前記上段部分の周辺の部分の外径より、大きく、
    前記下段部分の外径は、前記第２の鋼管レグの部分であって前記下段部分の周辺の部分の外径より、大きい、
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のジャケット構造体。

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