JP5516963B2 - 地上ｐｃタンク - Google Patents

Description

本発明は、たとえばＬＮＧやＬＰＧ等の液化ガスを貯蔵するためのタンクに係わり、特に側壁にＰＣ鋼材によるプレストレスを導入してなる地上ＰＣタンクに関する。

この種の地上ＰＣタンクの構造として特許文献１，２に示すものが知られている。これらはいずれもタンクの側壁に周方向（水平方向）のＰＣ鋼材と上下方向（鉛直方向）のＰＣ鋼材を配設するとともに、側壁の下端部にはさらに他のＰＣ鋼材を配設してプレストレスの増強を図ったものである。

この種のタンクの構造について図４〜図６を参照して説明する。
図中、符号１は基礎版、２はその基礎版１の外周縁部に一体に形成されてそこから立ち上げられた円筒状の側壁、３はそれら基礎版１および側壁２に埋設されている鉄筋であり、これら基礎版１および側壁２は頑強な鉄筋コンクリート造とされてタンクの躯体を構成するものである。
側壁２の下端部にはその外側方向に壁厚が下方に向かって若干増大するハンチ部２ａが形成されており、それにより側壁２の下端部の壁厚は下方に向かって漸次厚くなるようにされている。

側壁２には周方向に沿う第１のＰＣ鋼材４が所定間隔で配設され、また、上下方向に沿う第２のＰＣ鋼材５がその下端部をＵ状に折り曲げた状態で所定間隔で側壁２の全高にわたって配設されており、それら第１のＰＣ鋼材４および第２のＰＣ鋼材５がそれぞれ緊張されて定着されることにより側壁２全体に周方向および鉛直方向のプレストレスが導入されている。

さらに、側壁２の下端部においては図４（ｂ）に示すように上下方向に沿う短尺の第３のＰＣ鋼材６が密に配設されており、それら第３のＰＣ鋼材６は緊張されて上端部が側壁２に対して定着されるとともに下端部が基礎版１に対して定着されている。
これら第３のＰＣ鋼材６は隣り合う第２のＰＣ鋼材５の間に多数（図示例では１０本）配設されることからそれらの相互間隔を十分に確保できないことが通常であり、そのため、特許文献２においては図示例のように第３のＰＣ鋼材６を１本ごとに交互に上下方向にずらすことでそれぞれの両端部の定着強度を確保するようにしている。

なお、第１のＰＣ鋼材４および第２のＰＣ鋼材５はＰＣ鋼撚り線をシース管内に通してポストテンション工法により緊張して定着した構造とされるが、第３のＰＣ鋼材６はＰＣ鋼棒をコンクリート中に直接埋設して直接緊張し定着する構造とされる。
また、図示例のように基礎版１の外周縁部にも周方向に沿ってＰＣ鋼材７を配設してそこにもプレストレスを導入することが好ましい。

上記従来の地上ＰＣタンクにあっては、側壁２全体に対して周方向の第１のＰＣ鋼材４と上下方向の第２のＰＣ鋼材５を配設することに加えて、側壁２の下端部に対して第３のＰＣ鋼材６を配設して側壁２の下端部に対する上下方向のプレストレス力を増強することにより、側壁２全体に対するひび割れ防止効果を合理的に得られるものである。
そのことについて図６を参照して説明する。図６は側壁２においてひび割れが発生する状況を概念的に示すもので、横軸は側壁２の外面での発生応力、縦軸はひび割れ発生に対する限界応力であり、グラフが縦軸よりも右側にあれば発生応力が限界応力を超えて許容幅以上のひび割れが発生し、左側にあればひび割れが発生しないことをイメージとして示すものである。

図中のグラフ(1)は第２のＰＣ鋼材５がない場合である。通常、側壁２の高さ方向中間部は自重による圧縮応力が生じているのでひび割れが発生するような限界応力を超えることはない（グラフが縦軸の左側にある）が、側壁２の下端部および上端部は基礎版１および屋根により変形が拘束されることからそこでは発生応力が限界応力を超えてひび割れが発生してしまう（そこではグラフが縦軸の右側にある）場合がある。
グラフ(2)はその対策のために第２のＰＣ鋼材５を配設した場合であり、この場合は第２のＰＣ鋼材５によるプレストレス力によって側壁全体に大きな圧縮応力を生じさせ（グラフ(1)全体を左側に大きく平行移動させる）、側壁２の下端部および上端部が縦軸の左側にくるようにプレストレス力を導入すればそこでのひび割れの発生を防止できる。しかし、そのためには第２のＰＣ鋼材５に対して大きなプレストレス力を導入する必要があるし、側壁２の中間部に対しては無駄にプレストレスを導入して必要以上の圧縮応力が生じることになり、不合理である。
そこで、側壁２の下端部に第３のＰＣ鋼材６を配設してグラフ(3)のようにその第３のＰＣ鋼材６によって下端部に対するプレストレス力を局所的に増強したうえで、第２のＰＣ鋼材５によるプレストレス力を全体的に低減する（グラフ(2)を右側にずらす）ことにより、側壁２各部での発生応力を限界応力以下に維持（グラフ(3)全体を縦軸の左側に収める）しつつ、第２のＰＣ鋼材５による無駄なプレストレス力を軽減でき、したがって第２のＰＣ鋼材５の所要本数やその緊張力を低減でき、全体として合理的にひび割れ防止効果が得られるのである。

特開２００７−２７０９０１号公報 特開２００９−２６９６４８号公報

上述したように上記従来の地上ＰＣタンクは優れたひび割れ防止効果が得られるのであるが、側壁２の中間部に対しても本来は不要であるプレストレス力が導入される点で不合理であるし、また、側壁２の下端部においては第１〜第３のＰＣ鋼材４，５，６が複雑に錯綜してしまうことが不可避であるので、その点では改善の余地を残している。
特に、図５に示しているように、第１のＰＣ鋼材４を側壁２の外層部にタガのように配設してその内側に第２のＰＣ鋼材５を配設し、それら第１、第２のＰＣ鋼材４，５の間の狭隘な隙間に第３のＰＣ鋼材６をさらに配置しなければならず、またその周辺には多くの鉄筋３も配筋されることから、第３のＰＣ鋼材６を設置するためのスペースを確保してそれを精度良く施工することは設計的にも施工的にも容易ではなく、その点で有効な改善策が望まれている。

上記事情に鑑み、本発明の地上ＰＣタンクは、基礎版上に筒状の側壁を一体に形成して立ち上げ、該側壁に周方向に沿う周方向ＰＣ鋼材を配設して周方向のプレストレスを導入し、かつ前記側壁の下端部と前記基礎版との間において上下方向に延在する下端部上下方向ＰＣ鋼材を配設して該下端部上下方向ＰＣ鋼材によって前記側壁の下端部に対して上下方向のプレストレスを導入してなり、前記側壁の頂部に上下方向に延在する頂部上下方向ＰＣ鋼材を配設して、該頂部上下方向ＰＣ鋼材によって前記側壁の頂部に対して上下方向のプレストレスを導入してなることを特徴とする。

本発明においては、前記下端部上下方向ＰＣ鋼材を前記側壁の外層部に配設してその内側に前記周方向ＰＣ鋼材を配設することが好ましい。

本発明においては、隣り合って配設される前記下端部上下方向ＰＣ鋼材の両端部の定着部の位置を上下方向にずらして配設することが好ましい。

本発明においては、前記側壁の下端部における壁厚を外側に漸次拡大するようにハンチ部を設け、前記下端部上下方向ＰＣ鋼材を該ハンチ部の傾斜面に沿って配設することが好ましい。

本発明によれば、従来においては側壁の全高にわたって配設していた上下方向のＰＣ鋼材（上記の第２のＰＣ鋼材５に相当）を省略して、側壁の下端部にのみ下端部上下方向ＰＣ鋼材（上記の第３のＰＣ鋼材６に相当）を集約して配設したので、その下端部上下方向ＰＣ鋼材により側壁の下端部でのひび割れの発生を有効に防止しつつ、側壁の中間部に無駄なプレストレスを導入することがないので構造的に合理的である。
したがって本発明によれば、従来に比べてＰＣ鋼材を大幅に削減することが可能であるのでそれによるコスト削減を図ることができるばかりでなく、側壁全体でのＰＣ鋼材や配筋の納まりが容易となるので設計的にも有利であるし、施工性を大きく改善することができる。

なお、側壁の頂部に頂部上下方向ＰＣ鋼材により上下方向のプレストレスを導入することにより、側壁頂部に架設される屋根の変形により生じる引張曲げモーメントに起因して側壁頂部の外面に発生することが懸念されるひび割れも有効に防止することができる。

また、下端部上下方向ＰＣ鋼材を側壁の外層部に配置してその内側に周方向ＰＣ鋼材を配設することにより、下端部上下方向ＰＣ鋼材のタンク中心軸からの偏心距離が従来の場合よりも大きくなり、これに導入する鉛直プレストレス力が同じであっても従来よりも大きな外面圧縮偏心曲げモーメントが発生するから、ひび割れを効率的に防止することができる。
また、下端部上下方向ＰＣ鋼材を密に配設する場合においては、各下端部上下方向ＰＣ鋼材の位置を交互に上下方向にずらすことにより、両端部の定着強度を支障なく確保することができる。
さらに、側壁の下端部にハンチ部を設けて下端部上下方向ＰＣ鋼材をハンチ部に沿わせて外側に傾斜させた状態で配設することにより、側壁の下端部に生じる曲げモーメントに応じて断面を大きくでき、かつ下端部上下方向ＰＣ鋼材による偏心曲げモーメントを大きく取ることができる。

本発明の地上ＰＣタンクの実施形態を示すもので、側壁の断面図および部分正面図である。 同、側壁下端部（図１（ａ）におけるII部）の拡大断面図である。 同、ＰＣ鋼材によるひび割れ抑制効果についての説明図である。 従来の地上ＰＣタンクの一例を示すもので、側壁の断面図および部分正面図である。 同、側壁下端部（図４（ａ）におけるV部）の拡大断面図である。 同、ＰＣ鋼材によるひび割れ抑制効果についての説明図である。

本発明の地上ＰＣタンクの実施形態を図１〜図３に示す。側壁（防液堤）２の外形は図４、図５に示した従来の側壁２と基本的に変わりはなく、従来の地上ＰＣタンクから第２のＰＣ鋼材５を省略したことを主眼とするものであって、その他の構成は従来とほぼ同様であるので、従来の地上ＰＣタンクと同一に機能する構成要素については便宜的に同一符号を付すことにする。

従来の地上ＰＣタンクにあっては図４（ｂ）に示したように、側壁２の全高にわたって第２のＰＣ鋼材５を配設していたのであるが、本実施形態では図１（ｂ）に示すようにその第２のＰＣ鋼材５に相当する要素を省略している。
そして、本実施形態では、従来の地上ＰＣタンクにおける第１のＰＣ鋼材４に相当してそれと同様に機能する周方向ＰＣ鋼材４を周方向に配設し、従来の地上ＰＣタンクにおける第３のＰＣ鋼材６に相当してそれと同様に機能する下端部上下方向ＰＣ鋼材６を側壁２の下端部に配設している。
加えて、本実施形態では、側壁２の頂部に上下方向に沿う頂部上下方向ＰＣ鋼材８を配設しており、それら周方向ＰＣ鋼材４、下端部上下方向ＰＣ鋼材６、頂部上下方向ＰＣ鋼材８によって側壁２に対して所望のプレストレスを導入している。

具体的には、図２に示すように、側壁２の下端部に従来と同様にハンチ部２ａを形成してそのハンチ部２ａの外層部に下端部上下方向ＰＣ鋼材６をハンチ部２ａの傾斜面に沿って配設するとともに、その内側に周方向ＰＣ鋼材４を配設しており、それら下端部上下方向ＰＣ鋼材６と周方向ＰＣ鋼材４とによって側壁２の下端部に対して所望のプレストレスを導入してひび割れを防止するようにしている。
下端部上下方向ＰＣ鋼材６の下部定着部は基礎版１内に設け、上部定着部はハンチ部２ａ内の適宜のコンクリート打継部付近またはハンチ部２ａ上部のコンクリート打継部付近に設ける。
なお、側壁２の外層部とは、側壁２の壁厚方向中心位置よりもタンクに対して外側にある部分、内層部とは逆にタンクに対して内側にある部分をいう。

また、図１（ｂ）に示すように、側壁２の頂部外層部には頂部上下方向ＰＣ鋼材８を配設してこれに所望のプレストレスを導入することにより、屋根変形により生じる引張曲げモーメントに起因して側壁２の頂部の外表面に発生することが懸念されるひび割れを有効に防止するようにしている。
なお、この頂部上下方向ＰＣ鋼材８としては下端部上下方向ＰＣ鋼材６と同様にＰＣ鋼棒をコンクリート中に直接埋設して直接緊張し定着すれば良いが、その上部定着部は側壁２の上端部に設け、その下部定着部は側壁２の頂部付近において屋根変形により生じる引張曲げモーメントの影響が及ばない高さ位置に下げて設けられている。この頂部上下方向ＰＣ鋼材８は下端部上下方向ＰＣ鋼材６ほどは密に配設する必要はなく、したがって図示例のように単に上下を揃えて配設すれば良いが、仮に十分な相互間隔が確保できない程度に密に配設する必要がある場合には、下端部上下方向ＰＣ鋼材６と同様に１本ごとに交互に上下にずらして配設することにより定着強度を確保すれば良い。

本発明においては、従来における第２のＰＣ鋼材５を省略しても側壁２全体に対するひび割れ防止効果を支障なく確保することができるものであり、そのことを図３を参照して説明する。
図３は図６に対して本発明によるグラフ(4)を追加したものである。本発明では側壁２の下端部や頂部を除いた中間部に対しては上下方向のプレストレスを導入していないことから、基本的には第２のＰＣ鋼材５を設けていないグラフ(1)と重って縦軸の左側にある。
そして、側壁２の下端部および頂部に対してそれぞれ下端部上下方向ＰＣ鋼材６および頂部上下方向ＰＣ鋼材８によりプレストレスを導入することにより、下端部および頂部のみが縦軸の左側に移動し、したがってグラフ(4)の全体が縦軸の左側となって側壁２全体にひび割れが生じないものとなる。
したがって本発明によれば、従来において単に第２のＰＣ鋼材５を設ける場合（グラフ(2)）や、第３のＰＣ鋼材６により下端部のプレストレスを増強する場合（グラフ(3)）に比べて、最も合理的にプレストレスを導入できることになる。

このように本発明によれば、従来においては側壁２のほぼ全高にわたって配設していた上下方向のＰＣ鋼材（第２のＰＣ鋼材５）を省略して、側壁２の下端部および頂部に下端部上下方向ＰＣ鋼材６と頂部ＰＣ鋼材８を集約して配設したので、それらにより側壁２の下端部および頂部でのひび割れの発生を有効に防止しつつ、側壁２の中間部に無駄なプレストレスを導入することがないので構造的に合理的である。
そして、本発明によれば、従来に比べてＰＣ鋼材を大幅に削減することが可能であるのでコスト削減を図ることができるばかりでなく、側壁２全体でのＰＣ鋼材や配筋の納まりが容易となるので設計的にも有利であるし、施工性を大きく改善することができ、施工精度を確保する点でも有利であり、ひいては側壁２の壁厚を削減することも可能である。

特に、下端部上下方向ＰＣ鋼材６を側壁２の下端部において外層部に配置してその内側に周方向ＰＣ鋼材４を配置したことにより、下端部上下方向ＰＣ鋼材６のタンク中心軸からの偏心距離が従来の場合よりも大きくなり、したがってその下端部上下方向ＰＣ鋼材６に導入する鉛直プレストレス力を従来と同じとした場合であっても１本当たりが発生する外面圧縮偏心曲げモーメントは従来よりも大きくなり、その結果、ひび割れを効率的に防止することが可能である。
なお、従来においては図５に示したように第１のＰＣ鋼材４（周方向ＰＣ鋼材４）を側壁２の外層部にタガのように配設してその内側に第３のＰＣ鋼材６（下端部上下方向ＰＣ鋼材６）を配設していたのであるが、上記のように周方向ＰＣ鋼材４の位置を下端部上下方向ＰＣ鋼材６の内側に変更しても、それによるプレストレス力によって側壁２に発生する断面力は変化しないので構造上の特性は変わりがなく、ひび割れ性能に悪影響を及ぼすようなことはない。

ところで、下端部上下方向ＰＣ鋼材６を密に配設する場合においては、従来と同様に各下端部上下方向ＰＣ鋼材６の位置を交互に上下方向にずらすことにより両端部の定着強度を支障なく確保することができるが、その必要がなければ特許文献１に示されるように上下を揃えて配置することでも良い。
いずれにしても、以上の説明で明らかなように下端部上下方向ＰＣ鋼材６によるプレストレス力を有効に活用するためにはその位置を可及的に側壁２の外層部に配置することが好ましいが、下端部上下方向ＰＣ鋼材６と側壁表面との間には所定のかぶり寸法を確保する必要があることはいうまでもないから、図２に示すように側壁２の外面側に配筋される鉄筋３の内側とすることが現実的であり、そのようにすべきである。

また、側壁２の下端部にハンチ部２ａを設けて下端部上下方向ＰＣ鋼材６をハンチ部２ａに沿わせて外側に傾斜させた状態で配設することにより、側壁２の下端部での断面を曲げモーメントに応じて大きくでき、かつ下端部上下方向ＰＣ鋼材６による偏心曲げモーメントを大きく取ることができるので有効であるが、いずれにしても所望のプレストレス力が得られるように最適設計すれば良い。

さらに、上記実施形態のように側壁２の頂部に頂部上下方向ＰＣ鋼材８を配設してそれにより上下方向のプレストレスを導入することにより、側壁２頂部に架設される屋根の変形により生じる引張曲げモーメントに起因して側壁頂部の外面に発生することが懸念されるひび割れを有効に防止することができるが、側壁頂部に生じる曲げモーメントは屋根の剛性その他の条件にも依存するので状況によってはひび割れを考慮する必要がない場合もあり、その場合は頂部ＰＣ鋼材８は必ずしも設けることはなく省略して差し支えない。
それから、ハンチ部２ａとして図２の鎖線で示すように段階的に壁厚を増大させることが考えられる。この場合、個々の段階的増大部２ａ’における下部では、各ＰＣ鋼材６の配設位置が側壁２の外層部とはなるが、上部では外層部とはならない。このような場合でも外層部配置になる。つまり、段階的増大部２ａ’のようにすることは工事施工上の関係もあることから、外層部配置かどうかは、側壁２にかかる応力状態を実質的に考慮して判断するものである。

１ 基礎版
２ 側壁
２ａ ハンチ部
２ａ’ 段階的増大部（ハンチ部）
３ 鉄筋
４ 周方向ＰＣ鋼材（第１のＰＣ鋼材）
５ 第２のＰＣ鋼材
６ 下端部上下方向ＰＣ鋼材（第３のＰＣ鋼材）
７ ＰＣ鋼材
８ 頂部上下方向ＰＣ鋼材

Claims (4)

1. 基礎版上に筒状の側壁を一体に形成して立ち上げ、該側壁に周方向に沿う周方向ＰＣ鋼材を配設して周方向のプレストレスを導入し、かつ前記側壁の下端部と前記基礎版との間において上下方向に延在する下端部上下方向ＰＣ鋼材を配設して該下端部上下方向ＰＣ鋼材によって前記側壁の下端部に対して上下方向のプレストレスを導入してなり、
   前記側壁の頂部に上下方向に延在する頂部上下方向ＰＣ鋼材を配設して、該頂部上下方向ＰＣ鋼材によって前記側壁の頂部に対して上下方向のプレストレスを導入してなることを特徴とする地上ＰＣタンク。
2. 請求項１記載の地上ＰＣタンクであって、
   前記下端部上下方向ＰＣ鋼材を前記側壁の外層部に配設してその内側に前記周方向ＰＣ鋼材を配設してなることを特徴とする地上ＰＣタンク。
3. 請求項１または２記載の地上ＰＣタンクであって、
   隣り合って配設される前記下端部上下方向ＰＣ鋼材の両端部の定着部の位置を上下方向にずらして配設してなることを特徴とする地上ＰＣタンク。
4. 請求項１，２または３記載の地上ＰＣタンクであって、
   前記側壁の下端部における壁厚を外側に漸次拡大するようにハンチ部を設け、前記下端部上下方向ＰＣ鋼材を該ハンチ部の傾斜面に沿って配設してなることを特徴とする地上ＰＣタンク。

Images