JP4395237B2 - 浮体係留装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶や海洋構造物のごとく水上に浮かぶ浮体を係留するために適用される浮体係留装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶や海洋構造物のごとき浮体をチェーンやワイヤロープ等の係留索鎖を用いて係留する場合、予想される外力や水深に応じて係留索鎖のサイズや長さ・本数を決定する必要がある。このような係留設計において、従来より設計者を悩ませている問題のひとつは、水深が浅い地形などの関係から限られた長さのチェーンで係留しなければならない場合である。
【０００３】
図４は従来技術の一例としてチェーンによる係留状態を示す第１の従来例である。ここで、係留されるべき浮体０１は、水底０２に固定されたアンカー０３にチェーン０４によって繋がれており、ＷＬは水面を示している。この係留の特性を概念的に示したのが図５である。図５において横軸はチェーン０４を引っ張る方向への浮体０１の水平変位であり、縦軸はチェーン０４による係留力である。浮体の水平変位が増加するにつれ係留力は初め緩やかな上昇を示し、しだいに加速度的に増加する。
【０００４】
ここで、浮体に風や流れによる静的な荷重が作用し、対象としているチェーンにＦａの係留力が発生し、また、チェーンの強度から許容される係留力をＦｂとすると、Ｆｂ，Ｆａに応じた浮体の水平変位ＸｂとＸａとの差が、波による浮体の動揺の許容範囲となる。Ｘｂ−Ｘａを必要なだけ確保するには、（１）チェーンの本数を増やしてＦａを下げＸａを下げる。（２）チェーンの径を大きくし破断強度の高いチェーンを使用することによってＦｂを上げＸｂを上げる。（３）チェーンの長さを長くしてＸａとＸｂとの間の係留特性の勾配を緩やかにする。などの手段があるが、いずれもコスト増を招くことになる。特に水深が浅く、チェーン長さが限られている場合には、ＸａとＸｂとの間の係留特性の勾配が非常に急なので、前記（１）、（２）項によるコスト増が著しくなり、非現実的なものになる。
【０００５】
そこで、水深の浅い浅海域において、限られたチェーン長さの条件下で浮体を係留するための係留方式として、第２の従来例として図６に示す中間シンカー方式が知られている。この中間シンカー方式は、水底０２に設けられたアンカー０３と浮体０１とをつなぐチェーン０４の中間部に重量物０８を設けた構成を特徴とする係留装置である。このような中間シンカー方式の係留特性は、図７に示すように、屈曲点ｃを有しており、ある一定の張力をこえると重量物０８が浮上し、浮体０１の変位に比較して張力が大きくならず、許容できる水平変位Ｘｂが増加するという利点がある。
【０００６】
さらに、図８（ａ）に示す第３の従来例のように、水底０２に柱状体構造物０５を設け、該構造物０５の上端部に一端が枢着され自然状態で他端が水底０２に接地する長尺構造物０６にチェーン０４をつないで、この長尺構造物０６の他端と浮体０１との間をチェーン０４でつないだ係留装置が提案されている。このような構成とすれば、柱状構造物０５の上端部に長尺構造物０６を枢着したので、長尺構造物０６に直交する水平軸廻りの旋回が可能である。従って、ある一定以上の張力が発生すると長尺構造体０６が浮上してチェーン張力の急増を防ぐことができる。そして、柱状体構造物０５の上部という高い位置に枢着部があるため、チェーン０４のアンカー点をより遠方に設置したような効果が期待できる。なお、図６（ｂ）に示すように、長尺構造体０６の他端に直交して水平梁部０７を設け、該水平梁部０７と浮体０１との間を複数の係留索鎖０４でつないだものもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように係留索鎖による係留方式の問題点は、水平方向の変位に対して張力が急激に増加しないようにするためには、重量物から水底に設けられたアンカー点までの係留索鎖長さを十分とる必要がある点である。しかしながら、実際に浮体を沿岸や湾内に係留する場合には、係留索鎖展張エリアを十分に確保できない可能性がある。そこで、本発明の第１の課題は、浅い水深と限られた係留ライン長さの条件下で使用可能な、中間シンカー方式に係る係留装置を提供することにある。
【０００８】
また、図８に示した係留装置の場合、係留索鎖の展張方向への荷重に対しては想定していた効果が得られるものの、張力の作用方向が変化した場合、予想以上の張力が発生するおそれがある。また、複数の係留索鎖を用いた方式では、浮体の移動方向によっては、図８（ｂ）に示すように、図中に破線で示すように各係留索鎖間で張力の不均一が生じ、最悪の場合破断することも考えられる。そこで、本発明の第２の課題は、係留索鎖から作用する力の方向が想定した展張方向からずれた場合であっても想定した係留特性が得られ、また、複数の係留索鎖を使用した場合でも不均一な張力が生じない係留装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
【００１０】

【００１１】
すなわち、本発明は、水面に浮かぶ浮体を係留する浮体係留装置であって、水底に固定して立設された柱状体構造物と、一端が前記柱状体構造物の上端部に支持され他端が初期状態で水底に接地する長尺重量物と、該長尺重量物の他端に設けられ同長尺重量物と直交する水平梁部と、前記水平梁部と前記浮体との間をつなぐ複数の係留索鎖とを具備し、前記柱状体構造物と前記長尺重量物との間を、該長尺重量物に直交する水平軸廻り及び鉛直軸廻りに旋回可能に枢着することを特徴とする。
【００１２】
このような浮体係留装置によれば、柱状体構造物と長尺重量物との間を、長尺重量物に直交する水平軸廻り及び鉛直軸廻りに旋回可能に枢着したので、係留索鎖の展張方向だけでなく、斜め向きの変位に対しても機能を発揮することができるようになる。
また、このような浮体係留装置によれば、水平軸廻り及び鉛直軸廻りに旋回可能な長尺重量物の水平梁部と浮体との間を複数の係留索鎖でつないでいるが、浮体の変位に追従して長尺重量物が回転し各係留索鎖の張力が不均一になるのを防止できる。また、複数の係留索鎖を使用して係留装置を大型化することで、係留装置全体の数を減らすことができる。
【００１３】

【００１４】

【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る浮体係留装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１に示す第１の参考例において、図中の符号１は浮体、２は水底、３は重量物、４は係留索鎖、５は柱状体構造物である。浮体１は、たとえば船舶や海洋構造物などのように、水上に浮かぶ構造物である。浮体係留装置は、途中に重量物３を介在させた係留索鎖４を用いて、浮体１を所定位置に係留するものである。
【００１６】
係留索鎖４としては、チェーンやワイヤーロープなどを使用することができる。係留索鎖４は、適切な懸垂線を描くような長さを設定され、その一端は浮体１に連結され、他端は柱状体構造物５の上端部に連結されている。係留索鎖４の途中には、重量物３が固定して取り付けられている。この重量物３は、初期状態で水底２に接地する大きな比重を有するもので、好ましくは柱状構造物５から適当な距離をもって互いに干渉しない位置の係留索鎖４に取り付ける。また、柱状体構造物５は、水底２にしっかりと固定されて十分な剛性を有する構造物であり、水底２から水面ＷＬ方向へは適当な高さＨを有している。
【００１７】
上述した構成とすれば、柱状体構造物５の上端と浮体１との間を安価で信頼性の高い係留索鎖４でつなぎ、その途中に介在させた重量物３を中間シンカーとして機能させることができる。このため、張力が増してくると、まず最初に重量物３が浮上することになるので、中間シンカーの機能により張力の急増を防止することができる。また、従来技術で示した長尺構造体のかわりに安価で信頼性の高い係留索鎖４を使用しているので、浮体１の運動方向による制約を受けず、しかも全体の構造はシンプルで安価なものとなる。さらに、係留索鎖４の一端を水底２より高さがＨとなる上端部付近に連結したので、重量物３が浮上して係留索鎖４の張力が増し、係留索鎖４が緊張した状態（図中に二点差線で表示）を想定すると、水底２にアンカーＡを設ける構成のものと比較して、係留索鎖４の長さを短くすることが可能になる。すなわち、底辺の長さがＬで高さがＨの直角二等辺三角形の斜辺に相当する分だけ係留索鎖４を短くすることができるため、係留に必要な水域を狭めることが可能になる。
【００１８】
続いて、図２に示す第２の参考例では、柱状体構造物５の上端部に長尺重量物６の一端を適当なジョイントＪを介して支持させ、同長尺重量物６の他端、すなわち初期状態で水底２に接地する側の端部に係留索鎖４の一端を連結している。この係留索鎖４には、上述した第１の参考例と同様に、安価で信頼性の高いチェーンやワイヤーロープなどを使用する。なお、係留索鎖４の他端は、浮体１に連結されている。また、ここで使用するジョイントＪは、長尺重量物６に直交する水平軸廻り及び垂直軸廻りに旋回可能なものである。換言すれば、柱状体構造物５の上端部と長尺重量物６との間は、長尺重量物６に直交する水平軸廻り及び垂直軸廻りに旋回可能に枢着された構造であればよい。
【００１９】
このような構成とすれば、長尺重量物６が中間シンカーの機能を発揮して急激な張力増大を防止でき、しかも、長尺重量物６に直交する水平軸廻り及び垂直軸廻りの両方向に旋回可能なジョイントＪの機能により、展張方向はもとより斜め向きの変位に対しても想定した機能を発揮できるようになる。
【００２０】
次に、図３に示す本発明の実施形態を説明する。この変形例では、長尺重量物６の浮体側端部、すなわちジョイントＪの他端側に長尺重量物６と直交する水平梁部７を固着して設けてある点、そして、水平梁部７は水底２とほぼ平行であり、該水平梁部７と浮体１との間は、同一長さにした複数本（図示の例では４本）の係留索鎖４でつないでいる点の二点が上述した第２の参考例とは異なった構成になっている。
【００２１】
このような構成とすれば、浮体１を係留するのに必要な係留装置の数を減らすことが可能になるので、その分コストを削減できる。すなわち、１本の係留索鎖４には係留力の制約があるため、浮体１側の要求により必要な係留索鎖４の数が決まることになるが、コストの高い柱状体構造物５及び長尺重量物６に１本の係留索鎖４をつなぐ構造は不経済であり、複数の係留索鎖４で係留する装置としてコストの高い柱状構造物５及び長尺構造物６の数を減らしている。この場合、各係留索鎖４に作用する張力が不均一になると破断の原因となるが、長尺重量物６に直交する水平軸廻り及び垂直軸廻りの両方向に旋回可能なジョイントＪの機能により、展張方向はもとより斜め向きの変位に対しても想定した機能を発揮できるため、各係留索鎖４における張力の不均一を未然に防止することができる。
【００２２】
【発明の効果】
上述した本発明による第１の浮体係留装置によれば、浮体と柱状体構造物との間を係留索鎖でつなぎ、係留索鎖の途中に重量物を介在させたので、重量物が中間シンカーとして機能し、安価で信頼性が高く、しかもシンプルな構成で張力の急増を防止することができる。また、柱状体構造物に対し重量物を係留索鎖でつないでいるので、浮体の運動方向に関わらず効果が得られ、しかも、水深が浅い場合でも、係留索鎖を短くして狭いエリア内で展張させることが可能となる。本発明の第２の浮体係留装置によれば、水底に固定して立設した柱状体構造物の上端部と長尺重量物との間を、該長尺重量物に直交する水平軸廻り及び垂直軸廻りに旋回可能となるよう枢着したので、展張方向はもとより斜め向きの変位に対しても想定した機能を発揮できるようになる。従って、複数の係留索鎖を用いた構造を採用しても張力の不均一が発生することがなく、係留装置を大型化して数を減らし、コストダウンを可能にするといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る浮体係留装置の第１の参考例を示す図である。
【図２】本発明に係る浮体係留装置の第２の参考例を示す図である。
【図３】本発明に係る浮体係留装置の実施形態を示す図である。
【図４】第１の従来例として浮体係留装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示した浮体係留装置の係留の特性を概念的に示した図である。
【図６】第２の従来例として中間シンカー方式の浮体係留装置の構成を示す図である。
【図７】図６に示した浮体係留装置の係留の特性を概念的に示した図である。
【図８】第３の従来例を示す図で、（ａ）は１本の係留索鎖を用いた構成例を示し、（ｂ）は複数本の係留索鎖を用いた構成例を示している。
【符号の説明】
１ 浮体２ 水底３ 重量物４ 係留索鎖５ 柱状体構造物６ 長尺重量物７ 水平梁部

Claims (1)

1. 水面に浮かぶ浮体を係留する浮体係留装置であって、水底に固定して立設された柱状体構造物と、一端が前記柱状体構造物の上端部に支持され他端が初期状態で水底に接地する長尺重量物と、該長尺重量物の他端に設けられ同長尺重量物と直交する水平梁部と、前記水平梁部と前記浮体との間をつなぐ複数の係留索鎖とを具備し、前記柱状体構造物と前記長尺重量物との間を、該長尺重量物に直交する水平軸廻り及び鉛直軸廻りに旋回可能に枢着することを特徴とする浮体係留装置。

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