JP4606086B2 - 風力発電施設のモノパイル式基礎構造 - Google Patents
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Description
風力発電施設を支持するモノパイルを沿岸域の陸上又は海底の地盤中へ根入れして成る基礎構造において、
(A)支持層8上に軟弱層9が堆積して成る地盤の前記軟弱層9のうちモノパイルが根入れされる領域を、水平方向の範囲は、予め設定された改良地盤の滑動抵抗力、抵抗モーメント、支持力、端し圧が下記(I)〜(IV)の条件を満たすように地盤改良すること、
(I)改良地盤10の滑動抵抗力は、下記の[数1]によって求める、
[数1] H<R/Fs
但し、Fsは安全率、Hは改良地盤に作用する水平力、Rが改良地盤の滑動抵抗力、
(II)改良地盤10の抵抗モーメントは、下記の[数2]によって求める、
[数2] M<MR/Fs
但し、Fsは安全率、Mは改良地盤に作用する転倒モーメント、MRが改良地盤の抵抗モーメント、
(III)改良地盤10の支持力は、下記の[数3]によって求める、
[数3] t<q/Fs
但し、Fsは安全率、tは支持層の地盤反力、qが改良地盤の支持力、
(IV)改良地盤10の端し圧は、下記の[数4]によって求める、
[数4] t<qu/Fs
但し、Fsは安全率、tが改良地盤の端し圧、quは改良地盤の設計基準強度、
(B)地盤の深さ方向には前記軟弱層9の深さ全域の範囲を地盤改良して、モノパイル 6の支持に必要とされる水平方向への支持力が確保されること、
(C)前記改良地盤10の範囲を平面的に見た中央部に、モノパイル6が、前記改良地 盤10の深さの範囲内に、又は支持層8に一部到達する深さまで根入れされること、
(D)モノパイル6は、風力発電施設2の荷重、及び風や地震の外力に耐える直径及び 肉厚で形成されていること、をそれぞれ特徴とする。
上記モノパイル6の直径、肉厚は、予め設定された改良地盤10の応力度、支持力、根入れ長さが下記の条件(V)〜(VI)を満たす構成とする、
(V)モノパイル6の応力度は、下記の[数5]によって求める、
[数5] σ=P/A+Mp/Z<σa
但し、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Aはモノパイルの断面積、Mpはモノパイルに作用する最大モーメント、Zはモノパイルの断面係数、σaが許容応力度である、
(VI)モノパイル6の支持力は、下記の[数6]によって求める、
[数6] P<Ru/Fs
但し、Fsは安全率、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Ruがモノパイルの支持力である、ことを特徴とする。
モノパイル6の根入れ長さは、下記の[数7]によって求める、
[数7] L>3/β
但し、Lがモノパイルの根入れ長さ、βは仮想固定点である、ことを特徴とする。
[数1] H<R/Fs
但し、Fsは安全率、Hは改良地盤10に作用する水平力である。
ここで改良地盤10の滑動抵抗力Rは、R=(Wupper+Wpile+Wdm)×tanφ+Ppで定義される。
また、改良地盤10に作用する水平力Hは、暴風時がH=Fwind+Fwave+Pa、地震時がH=Eupper+Epile+Paで定義され、算出された両値を満たすように設定される。安全率Fsは、一例として暴風時が1.2、地震時が1.0に設定され、両値を満たすように設定される。
但し、Wupperは風力発電施設2の自重、Wpileはモノパイル6の自重、Wdmは改良地盤10の自重、φ は内部摩擦角、Fwind:風荷重、Fwave:波荷重、Pa:主働土圧、Eupper:風力発電施設2に作用する地震荷重、Epile:モノパイル6に作用する地震荷重である。
[数2] M<MR/Fs
但し、Mは改良地盤10に作用する転倒モーメントを示す。
ここで改良地盤10の抵抗モーメントMRは、MR=(Wupper+Wpile+Wdm)×r+Pa×y7で定義される。また、改良地盤10の転倒モーメントMは、暴風時がM=Fwind×y1+Fwave×y2+Pa×y3、地震時がM=Eupper×y4+Epile×y5+Edm×y6+Pa×y3で定義され、算出された両値を満たすように求められる。安全率Fsは、一例として暴風時が1.2、地震時が1.1に設定され、両値を満たすように求められる。
因みに、Edmは改良地盤10に作用する地震荷重、y1は海底地盤7の軟弱層9の底面から風荷重Fwindの作用点までの高さ、y2は海底地盤7の軟弱層9の底面から波荷重Fwaveの作用点までの高さ、y3は海底地盤7の軟弱層9の底面から主働土圧Paの作用点までの高さ、y4は海底地盤7の軟弱層9の底面から風力発電施設2に作用する地震荷重Eupperの作用点までの高さ、y5は海底地盤7の軟弱層9の底面からモノパイル6に作用する地震荷重Epileの作用点までの高さ、y6は海底地盤7の軟弱層9の底面から改良地盤10に作用する地震荷重Edmの作用点までの高さを示す。
[数3] t<q/Fs
t:支持層の地盤反力
安全率Fsは、一例として暴風時が2.5、地震時が1.5に設定され、両値を満たすように求められる。
[数4] t<qu/Fs
但し、quは改良地盤の設計基準強度を示す。
安全率Fsは、一例として暴風時が3.0、地震時が2.0に設定され、両値を満たすように求められる。
[数5] σ=P/A+Mp/Z<σa
但し、Pはモノパイル6に作用する鉛直力、Aはモノパイル6の断面積、Mpはモノパイル6に作用する最大モーメント、Zはモノパイル6の断面係数、σaは許容応力度を表す。
ここでモノパイル6に作用する鉛直力Pは、P=Wupper+Wpileで定義される。
また、許容応力度σaは、一例として暴風時が190N/mm2、地震時が285N/mm2に設定され、両値を満たすように求められる。
[数6] P<Ru/Fs
ここでモノパイル6の支持力Ruは、Ru=c×Asc+2N×Assと定義される。
但し、cは軟弱層9の粘着力(c=qu/2で定義される。)、Ascはモノパイル6の改良地盤10内の全表面積、Assはモノパイル6の支持層8内の全表面積を表す。
[数7] L>3/β
但し、βは仮想固定点(β={Es/(4EI)}1/4で定義される。)、Esは改良地盤10の弾性係数、Eはモノパイル6の弾性係数、Iはモノパイル6の断面二次モーメントを表す。
2 風力発電施設
6 モノパイル
7 海底地盤
8 支持層
9 軟弱層
10 改良地盤
Claims (3)
- 風力発電施設を支持するモノパイルを沿岸域の陸上又は海底の地盤中へ根入れして成る基礎構造において、
(A)支持層上に軟弱層が堆積して成る地盤の前記軟弱層のうちモノパイルが根入れされる領域を、水平方向の範囲は、予め設定された改良地盤の滑動抵抗力、抵抗モーメント、支持力、端し圧が下記(I)〜(IV)の条件を満たすように地盤改良すること、
(I)改良地盤の滑動抵抗力は、下記の[数1]によって求める、
[数1] H<R/Fs
但し、Fsは安全率、Hは改良地盤に作用する水平力、Rが改良地盤の滑動抵抗力、
(II)改良地盤の抵抗モーメントは、下記の[数2]によって求める、
[数2] M<MR/Fs
但し、Fsは安全率、Mは改良地盤に作用する転倒モーメント、MRが改良地盤の抵抗モーメント、
(III)改良地盤の支持力は、下記の[数3]によって求める、
[数3] t<q/Fs
但し、Fsは安全率、tは支持層の地盤反力、qが改良地盤の支持力、
(IV)改良地盤の端し圧は、下記の[数4]によって求める、
[数4] t<qu/Fs
但し、Fsは安全率、tが改良地盤の端し圧、quは改良地盤の設計基準強度、
(B)地盤の深さ方向には前記軟弱層の深さ全域の範囲を地盤改良して、モノパイルの 支持に必要とされる水平方向への支持力が確保されること、
(C)前記改良地盤の範囲を平面的に見た中央部に、モノパイルが、前記改良地盤の深 さの範囲内に、又は支持層に一部到達する深さまで根入れされること、
(D)モノパイルは、風力発電施設の荷重、及び風や地震の外力に耐える直径及び肉厚 で形成されていること、
をそれぞれ特徴とする風力発電施設のモノパイル式基礎構造。 - 上記モノパイルの直径、肉厚は、予め設定された改良地盤の応力度、支持力、根入れ長さが下記の条件(V)〜(VI)を満たす構成とする、
(V)モノパイルの応力度は、下記の[数5]によって求める、
[数5] σ=P/A+Mp/Z<σa
但し、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Aはモノパイルの断面積、Mpはモノパイルに作用する最大モーメント、Zはモノパイルの断面係数、σaが許容応力度である、
(VI)モノパイルの支持力は、下記の[数6]によって求める、
[数6] P<Ru/Fs
但し、Fsは安全率、Pはモノパイルに作用する鉛直力、Ruがモノパイルの支持力である、
ことをそれぞれ特徴とする、請求項1に記載した風力発電施設のモノパイル式基礎構造。 - モノパイルの根入れ長さは、下記の[数7]によって求める、
[数7] L>3/β
但し、Lがモノパイルの根入れ長さ、βは仮想固定点である、
ことを特徴とする、請求項1に記載した風力発電施設のモノパイル式基礎構造、
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