JP2605492B2 - 能動制振型海洋構造物 - Google Patents

能動制振型海洋構造物

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JP2605492B2
JP2605492B2 JP3030861A JP3086191A JP2605492B2 JP 2605492 B2 JP2605492 B2 JP 2605492B2 JP 3030861 A JP3030861 A JP 3030861A JP 3086191 A JP3086191 A JP 3086191A JP 2605492 B2 JP2605492 B2 JP 2605492B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は海底地盤上に構築した
り、あるいはフローティング等を用いて洋上に浮遊可能
とした海洋構造物について、アクチュエーターまたは可
変減衰装置等の制振装置と、これを制御するコンピュー
ター等を用いた制御手段を設け、風、波、地震等の外乱
に対する揺れを防止した能動型制振海洋構造物に関する
ものである。海洋構造物としては例えば石油掘削リグ、
あるいはフィッシングレストラン、水中展望塔等の海洋
レジャー施設等がある。
【0002】
【従来の技術】出願人は構造物の柱梁架構内に、ブレー
スや壁等の形で可変剛性要素(耐震要素)を組み込み、
可変剛性要素自体の剛性、あるいは架構本体と可変剛性
要素との連結状態を可変とし、地震や風等の振動外力に
対し、その特性をコンピューターにより解析して、非共
振となるよう構造物の剛性を変化させて構造物の安全を
図る能動的制震システム、可変剛性構造等を種々開発し
ている(例えば特開昭62−268479号、特開昭6
3−114770号、特開昭63−114771号
等)。
【0003】また、装置の減衰係数を可変とした油圧式
の制震装置を用い、構造物の非共振性や減衰性を考慮し
た種々の能動型制震システムを提案している(例えば特
開平2−209568〜71号等)。
【0004】さらに、これらの能動型制震システムに利
用可能な制震装置として、例えば特願平2−37992
号のシリンダーロック装置や、特願平2−42078号
の制震構造物用可変減衰装置等がある。
【0005】上記シリンダーロック装置の基本原理は、
シリンダー本体内の両ロッド形ピストンの両側に油圧室
を設け、両油圧室内の圧油を切換弁により閉止し、また
は流動させることにより、前記ピストンを固定し、また
は移動自在とするものである。
【0006】シリンダーロック装置を能動型制震システ
ムに用いる場合には、構造物の柱梁架構内に可変剛性要
素を設け、柱梁架構と前記可変剛性要素(または可変剛
性要素どうし)の一方にシリンダー本体を連結し、他方
にロッドを連結する。切換弁を全開した状態では実質的
に圧油の移動が自由であり、シリンダーロック装置の減
衰係数は最小値cmin をとる。このとき、柱梁架構と可
変剛性要素の相対移動も実質的に自由である。切換弁を
閉止した状態では実質的に圧油の移動がなく(必ずしも
完全に閉止する必要はない)、シリンダーロック装置の
減衰係数は最大値cmax をとる。このとき、柱梁架構と
可変剛性要素は実質的に固定された状態または固定に近
い状態となる。また、上記可変減衰装置はシリンダーロ
ック装置における切換弁の開度を調整し得るようにした
もので、装置の減衰係数を多段階または無段階に変化さ
せることができる。
【0007】この他、出願人は特願平2−280712
号において、高い減衰係数を有する高減衰装置の減衰係
数を構造物の固有振動モードに応じた所定の減衰係数に
設定し、受動的な制震を実現する高減衰構造物を提案し
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、海洋構造物
を考えた場合、外乱としては風、地震の他、波浪の影響
が大きい。特に浮遊形式の海洋構造物では構造物本体の
架構内に設けた制振装置で振動を制御することは困難で
ある。
【0009】本発明は風、地震、波浪等の外乱による振
動を能動的に制御でき、外乱に対する揺れの少ない安全
な海洋構造物を提供することを目的としたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は油圧シリンダー
等のアクチュエーターまたは可変減衰装置と、これらを
制御するためのコンピューター等を用いた制御手段とを
設け、海洋構造物の外乱による振動を制御できるように
したものである。
【0011】アクチュエーターまたは可変減衰装置は、
浮遊形式の海洋構造物の場合には緊張材等からなる係留
手段、または係留手段と構造物本体間に設けることがで
きる。また、構造物本体と別体のフローティングを設け
る場合には、アクチュエーターまたは可変減衰装置を構
造物本体とフローティング間、あるいは複数に分割した
フローティング間に設置することもできる。
【0012】また、アクチュエーターまたは可変減衰装
置と並列に空気バネ、その他のバネ手段を設けることに
より、安定的な接続状態において、アクチュエーターま
たは可変減衰装置を効果的に機能させることができる。
【0013】浮遊形式の海洋構造物では風および波浪に
よる影響が大きく、構造物本体、係留手段の所定位置、
フローティング等の必要箇所に設けられ、これらの振動
を求めるためのセンサー(例えば加速度計等)によって
得られた振動をコンピューター等で解析し、アクチュエ
ーターの作動(制御力)を制御したり、あるいは可変減
衰装置の減衰係数を制御することにより、海洋構造物の
振動を抑制することができる。
【0014】石油掘削リグ、水中展望塔等で構造物本体
を海底地盤上に構築する形式の海洋構造物では、風や波
浪だけでなく地震による振動も抑制することが望まし
く、従来の地上の構造物における制振と同様、構造物本
体の架構内に架構構成要素間に可変減衰装置を設け、構
造物本体の振動に応じて減衰装置の減衰係数を能動的に
制御することにより構造物本体の振動を抑制することが
できる。また、可変減衰装置の代わりに油圧シリンダー
等のアクチュエーターを用い、架構構成要素間に制御力
を発生させるものでもよい。
【0015】具体的な制御方法に関しては、油圧シリン
ダー等のアクチュエーターを用いる場合には、直接振動
を抑える方向の制御力を働かせればよい。
【0016】可変減衰装置を用いる場合には、例えば以
下のような制御方法を利用することかできる。
【0017】 可変減衰装置をフリーに近い状態(減
衰係数が小さい状態)と、ロックに近い状態(減衰係数
が大きい状態)との間で切り換える形で制御し、外乱に
対する非共振を図る方法。
【0018】 特開平2−240340号公報記載の
制震システムのように、振動レベルに応じ、低振動レベ
ルでは大きな減衰係数を与え、できるだけ大きな減衰力
を働かせ、高振動レベルでは非共振を図る方法。
【0019】 特開平2−209569号公報記載の
制震システムのように、複数の振動レベルを想定し、各
振動レベルで最適な減衰性が得られるよう可変減衰装置
の減衰係数を制御する方法。
【0020】 特開平2−209568号公報または
特開平2−209570号公報記載の制震システムのよ
うに、非共振性と減衰性を複合的に判断して、外乱の特
性に応じて可変減衰装置の減衰係数を選定し、制御する
方法。
【0021】 特開平2−209571号公報記載の
制震システムのように、可変減衰装置によって与えられ
る制御力に着目し、この制御力を制御する方法。
【0022】なお、上記の方法は特に地震等の非定常
振動に対し有効であり、またの方法は油圧シリンダー
等のアクチュエーターによる制御に近いものとなる。
【0023】
【実施例】以下、図示した実施例について説明する。
【0024】図1は本発明の一実施例を示したものであ
る。
【0025】本実施例の海洋構造物Aはフローティング
2により構造物本体1を海面上に浮上させ、PC鋼棒、
またはケーブル等の緊張材3で所定位置に係留してい
る。
【0026】緊張材3の途中には制振装置としての可変
減衰装置4がバネ5と並列に設けられている。可変減衰
装置4を緊張材3の途中に介在させたことで、波浪や風
により構造物本体1が振動すると、その振動が緊張材3
に伝わり、緊張材3間を連結する可変減衰装置4の減衰
係数に応じた抵抗力が発生する。なお、図中バネ5はコ
イルスプリングとして示してあるが、必ずしもコイル状
のものを意味するのではない。
【0027】可変減衰装置4は主として緊張材3に緊張
力が作用する浮き上がり時に機能するため、複数、放射
状に設けるのが好ましい。
【0028】また、本実施例ではフローティング2の下
方の水中に第2のフローティング7を設け、フローティ
ング2と第2のフローティング7との間にも可変減衰装
置4aと、バネ5aを設けている。
【0029】緊張材3の途中に設けた可変減衰装置4は
構造物本体1の回転方向の振動も制御しているのに対
し、フローティング2の下方の可変減衰装置4aは主と
して構造物本体1の鉛直方向の沈み込み時に機能する。
【0030】図中、6はフローティング2に取り付けた
センサー(普通は複数のセンサー)であり、センサー2
により構造物本体1の傾き、上下動、水平動を検知し、
これを構造物本体1内等に設けたコンピューター等の制
御手段で解析し、可変減衰装置4,4aの減衰係数を制
御し、構造物本体1の振動を抑制する。
【0031】本実施例では構造物本体1とフローティン
グ2が一体であるため、フローティング2にセンサーを
取り付けているが、もちろん構造物本体に取り付けても
よい。また、コンピューター等の制御手段は海洋構造物
外に設けられていてもかまわない。さらに、本実施例で
は可変減衰装置4を用いているが、制振装置として油圧
シリンダー等を用い、直接制御力を与えてもよい。
【0032】図2は本発明の他の実施例を示したもので
ある。
【0033】本実施例の海洋構造物Bはフローティング
12により構造物本体11を海面上に浮上させ、フロー
ティング部分を索13により岸壁に係留している。本実
施例では可変減衰装置14をフローティング12と構造
物本体11との間に設け、可変減衰装置14と、これと
並列に設けた空気バネ15とで、構造物本体11を支持
している。
【0034】本実施例において、センサー16は構造物
本体11の頂部に設けられており、構造物本体11の傾
き等を検知する。
【0035】図1の実施例と同様、可変減衰装置の代わ
りに油圧シリンダー等のアクチュエーターを用いてもよ
く、制御方法に関しても図1の実施例の場合と基本的に
同じである。可変減衰装置14および空気バネ15がフ
ローティング12上に設けられているため、図1の実施
例の場合のように装置部分が水中に没している場合に比
べ、施工、調整やメンテナンスが容易である。
【0036】図3は本発明のさらに他の実施例を示した
ものである。
【0037】本実施例は海洋構造物Cが海底地盤上に構
築される場合であり、比較的水深が浅い場所に適してい
る。
【0038】構造物本体21の架構内に可変減衰装置2
4を設け、可変減衰装置24によりブレース22と梁2
3を連結している。構造的には従来の地上の能動型制震
構造物の場合と同様であるが、風および地震に加え波浪
を考慮する必要がある。
【0039】図では構造物本体21の架構の各層に可変
減衰装置24を設けているが、水深や構造物本体の高さ
等に応じ、地震、波浪、風の影響が異なり、通常水中部
分については可変減衰装置24を省略するか、あるいは
個数を減らし、簡略化することが可能である。
【0040】
【発明の効果】 海洋構造物について、可変減衰装置
等を組み込んだ能動型の制振機構を設けることにより、
風、波浪、地震等による海洋構造物の振動を抑制し、水
平安定性を効率よく保つことができる。
【0041】 地震の影響の少ない浮遊形式の海洋構
造物においては、最も問題となる波浪および風に対し、
効果的な制御が可能であり、設置箇所の水深に関係なく
適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概要図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す概要図である。
【図3】本発明のさらに他の実施例を示す概要図であ
る。
【符号の説明】
1…構造物本体、2…フローティング、3…緊張材、4
…可変減衰装置、5…バネ、6…センサー、7…第2の
フローティング、11…構造物本体、12…フローティ
ング、13…索、14…可変減衰装置、15…空気バ
ネ、16…センサー、21…構造物本体、22…ブレー
ス、23…梁、24…可変減衰装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 直幹 東京都港区元赤坂1丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−77415(JP,A) 特開 平2−289769(JP,A) 実開 昭62−200731(JP,U)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 洋上に浮遊可能とした海洋構造物におい
    て、前記海洋構造物本体を所定位置に係留するための係
    留手段に対し、前記海洋構造物本体の振動を抑制するた
    めの制御力を前記海洋構造物本体と前記係留手段との間
    に発生させるアクチュエーターと、前記海洋構造物本体
    または前記係留手段の振動を求めるためのセンサーと、
    前記制御力を前記センサーによって得られた前記海洋構
    造物本体の振動に応じて能動的に制御する制御手段とを
    設けたことを特徴とする能動型制振海洋構造物。
  2. 【請求項2】 前記係留手段は一端を海底にアンカーし
    た緊張材であり、前記アクチュエーターは前記緊張材の
    途中に設けられている請求項1記載の能動型制振海洋構
    造物。
  3. 【請求項3】 前記緊張材の途中に所定の弾性を有する
    バネ手段を前記アクチュエーターと並列に設けてある請
    求項2記載の能動型制振海洋構造物。
  4. 【請求項4】 前記アクチュエーターの代わりに減衰係
    数を可変とした可変減衰装置を設け、前記海洋構造物本
    体の振動に応じて前記減衰装置の減衰係数を制御手段に
    より能動的に制御し、前記海洋構造物本体と前記係留手
    段間の連結状態を制御可能としたことを特徴とする請求
    項1、2または3記載の能動型制振海洋構造物。
  5. 【請求項5】 前記海洋構造物本体は該海洋構造物本体
    を浮遊させるための第1フローティングが一体に設けら
    れており、前記第1フローティングの下方にはさらに第
    2フローティングが設けられ、前記第1フローティング
    と第2フローティングの間には、前記海洋構造物本体の
    振動を抑制するための制御力を前記第1フローティング
    と第2フローティングとの間に発生させるための第2の
    アクチュエーターと、所定の弾性を有する第2のバネ手
    段が並列に設けられている請求項3または4記載の能動
    型制振海洋構造物。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の能動型制振海洋構造物に
    おいて、前記第2のアクチュエーターの代わりに減衰係
    数を可変とした可変減衰装置を設け、前記海洋構造物本
    体の振動に応じて前記減衰装置の減衰係数を制御手段に
    より能動的に制御し、前記第1フローティングと第2フ
    ローティングの間の連結状態を制御可能としたことを特
    徴とする能動型制振海洋構造物。
  7. 【請求項7】 フローティングを設けて構造物本体を洋
    上に浮遊可能とした海洋構造物において、前記構造物本
    体の振動を抑制するための制御力を前記構造物本体と前
    記フローティング間に発生させるアクチュエーターと、
    前記制御力を前記構造物本体の振動に応じて能動的に制
    御する制御手段とを設けたことを特徴とする能動型制振
    海洋構造物。
  8. 【請求項8】 前記構造物本体と前記フローティング間
    に所定の弾性を有するバネ手段を前記アクチュエーター
    と並列に設けてある請求項7記載の能動型制振海洋構造
    物。
  9. 【請求項9】 請求項7または8記載の能動型制振海洋
    構造物において、前記アクチュエーターの代わりに減衰
    係数を可変とした可変減衰装置を設け、前記構造物本体
    の振動に応じて前記減衰装置の減衰係数を制御手段によ
    り能動的に制御し、前記構造物本体と前記フローティン
    グ間の連結状態を制御可能としたことを特徴とする能動
    型制振海洋構造物。
  10. 【請求項10】 構造物本体を海底地盤上に構築してな
    る海洋構造物において、前記構造物本体の架構内に架構
    構成要素間を連結し、前記架構構成要素間に前記構造物
    本体の振動を抑制するための制御力を発生させるアクチ
    ュエーターと、センサーによって得られた前記構造物本
    体の振動に応じて、前記制御力を能動的に制御するため
    の制御手段とを設けたことを特徴とする能動型制振海洋
    構造物。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の能動型制振海洋構造
    物において、前記アクチュエーターの代わりに減衰係数
    を可変とした可変減衰装置を設け、前記構造物本体の振
    動に応じて前記減衰装置の減衰係数を制御手段により能
    動的に制御し、前記架構構成要素間の連結状態を制御可
    能としたことを特徴とする能動型制振海洋構造物。
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