JP6132157B2 - Vibration isolation structure for liquid storage tank - Google Patents

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Description

本発明は、例えば石油タンクなどの液体を貯蔵する液体貯蔵用タンクの免振構造に関し、特に貯蔵した液体のスロッシングを抑止することが可能な免振構造に関する。   The present invention relates to a vibration isolation structure for a liquid storage tank that stores liquid, such as an oil tank, and more particularly to a vibration isolation structure that can suppress sloshing of stored liquid.

従来、例えば、石油タンクは、内部に石油を貯蔵する有底円筒状のタンク(タンク本体、タンク構造体)と、貯留した石油に浮かべるようにタンクの内部に設けられる浮き屋根と備えて構成されている。   Conventionally, for example, an oil tank is configured to include a bottomed cylindrical tank (tank body, tank structure) for storing oil therein and a floating roof provided inside the tank so as to float on the stored oil. ing.

そして、この種の石油タンクにおいては、地震時に、特に地震動の長周期成分によって、タンク内の石油が共振してスロッシングが発生するおそれがある。実際に浮き屋根が大きな揺動変位によって損傷、沈没し、石油が大気に曝露されて引火し、大規模火災が発生した事例がある。   In this type of oil tank, there is a risk that the oil in the tank resonates and sloshing occurs during an earthquake, particularly due to a long-period component of ground motion. In some cases, the floating roof was actually damaged or sinked by a large oscillating displacement, and the oil was exposed to the atmosphere and ignited, resulting in a large-scale fire.

現在、全国には10000キロリットル以上の石油を貯留可能な石油タンクが2000基以上存在し、また、500キロリットル以上の石油タンクが10000基以上存在するが、石油タンクの長周期地震に対する危険性が注目されるようになったのは最近で、スロッシング対策が考慮されていないものが多々ある。   Currently, there are more than 2000 oil tanks that can store more than 10,000 kiloliters of oil in the country, and there are more than 10,000 oil tanks of more than 500 kiloliters. Recently, attention has been focused on, and many anti-sloshing measures are not considered.

一方、液体を貯蔵するタンク本体と基礎、地盤との間、すなわち、タンクとこのタンクが設置される支持面との間に免震装置(免振装置)を設けることにより、地震発生時にタンク本体の被害を免震効果によって防止し、さらにタンク本体内に貯蔵した液体のスロッシングを抑止する手法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。   On the other hand, by providing a seismic isolation device (vibration isolation device) between the tank body that stores the liquid and the foundation and the ground, that is, between the tank and the support surface on which the tank is installed, A method has been proposed in which the damage of the liquid is prevented by the seismic isolation effect and the sloshing of the liquid stored in the tank body is suppressed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開2012−229026号公報JP 2012-229026 A 特開2007−253968号公報JP 2007-253968 A

ここで、タンク(タンク本体)内に貯蔵した液体のスロッシングに対する1次固有周期は、ハウスナーの式により下記の式(1)で表せる。この式(1)から、例えば、重力加速度をgとし、直径D=70m、高さH=30mで石油の貯蔵量が11万キロリットルの石油タンクに貯蔵深さh=20〜30mで石油を貯蔵した場合、スロッシング1次固有周期は、9.2〜9.9secとなる。   Here, the primary natural period for the sloshing of the liquid stored in the tank (tank body) can be expressed by the following formula (1) by the Hausner formula. From this equation (1), for example, gravity acceleration is g, oil is stored in an oil tank having a diameter D = 70 m, a height H = 30 m, and an oil storage amount of 110,000 kiloliters at a storage depth h = 20 to 30 m. When stored, the sloshing primary natural period is 9.2 to 9.9 sec.

Figure 0006132157
Figure 0006132157

そして、このような石油タンクの9.2〜9.9secの1次固有周期は、超高層建物と比べても大幅に長周期である。また、石油タンクのスロッシングに対する減衰は、非常に小さく、減衰は0.5%程度しかない(ちなみに、超高層建物は減衰定数を2%程度として設計されている)。このため、石油タンクは、長周期地震動が作用すると、スロッシング振動が時間とともに増大し、これに伴い前述のような事故を招くおそれがある。   And the primary natural period of 9.2 to 9.9 sec of such an oil tank is significantly longer than that of a high-rise building. In addition, the attenuation of oil tanks against sloshing is very small, and the attenuation is only about 0.5% (by the way, high-rise buildings are designed with an attenuation constant of about 2%). For this reason, when long-period ground motions act on the oil tank, the sloshing vibration increases with time, which may lead to the above-mentioned accident.

これに対し、例えば図11から図13に示すように、石油タンク1と基礎、地盤(支持面2)との間の免震層3に、積層ゴムなどの免震装置(免振機構)4やオイルダンパー等の減衰装置(制振機構)5を設置して、石油タンク1の耐震性を向上させることが提案されている。しかしながら、このような免震構造(免振構造)Aの固有周期は一般に3〜4秒程度であり、これよりも2〜3倍も長周期のタンク1を免震化しても地震時応答低減効果は小さい。   On the other hand, for example, as shown in FIGS. 11 to 13, a seismic isolation device (vibration isolation mechanism) 4 such as laminated rubber is provided on the seismic isolation layer 3 between the oil tank 1 and the foundation and the ground (support surface 2). It has been proposed to improve the seismic resistance of the oil tank 1 by installing a damping device (vibration control mechanism) 5 such as an oil damper. However, the natural period of such a seismic isolation structure (isolation structure) A is generally about 3 to 4 seconds, and even if the tank 1 having a long period is 2 to 3 times longer than this, the response at the time of earthquake is reduced. The effect is small.

具体的に、例えば、直径D=70m、高さH=30mで石油(液体)6の貯蔵量が11万キロリットルの石油タンク1に石油6を満タンにした状態での検討について説明する。   Specifically, for example, a description will be given of a case where the oil tank 1 is filled with the oil tank 1 having a diameter D = 70 m, a height H = 30 m, and a storage amount of the oil (liquid) 6 of 110,000 kiloliters.

タンク1内の液体重量100000ton、タンク本体1aの自重10000tonとして、T=9.2secから液体部の等価剛性k=46.6kN/mm、免震層3の固有周期を3.5secとすると、免震層3の剛性はk=355kN/mm(=7.60k)となる。地表面に対する液体(m)の変位応答倍は図14に示す通りとなり、免震層3にこの応答倍率を最小化する最適減衰を付加しても共振点における液体6の応答変位は地表の十数倍となる。
なお、ωはT=9.2secに対応する角振動数でω=0.68rad/sec、スロッシングの減衰は小さいため最適値算定において無視した。
Assuming that the liquid weight in the tank 1 is 100,000 ton, the tank body 1a has its own weight 10000 ton, the equivalent stiffness k 2 = 46.6 kN / mm of the liquid part from T 1 = 9.2 sec, and the natural period of the seismic isolation layer 3 is 3.5 sec. The rigidity of the seismic isolation layer 3 is k 1 = 355 kN / mm (= 7.60 k 2 ). The displacement response times of the liquid (m 2 ) with respect to the ground surface are as shown in FIG. Ten times more.
Note that ω 0 is an angular frequency corresponding to T 1 = 9.2 sec, ω 0 = 0.68 rad / sec, and the sloshing attenuation is small, so it was ignored in calculating the optimum value.

このように従来の免震構造Aを適用しても応答低減効果が小さいため、耐震性を向上させるとともに液体6のスロッシングを効果的に抑止可能な手法が強く望まれていた。   As described above, since the response reduction effect is small even when the conventional seismic isolation structure A is applied, a method capable of improving the earthquake resistance and effectively suppressing the sloshing of the liquid 6 has been strongly desired.

本発明の液体貯蔵用タンクの免振構造は、液体を貯蔵するタンクの免振構造であって、前記タンクの下部と前記タンクが設置される支持面との間に、免振機構と、慣性質量ダンパー及び粘性ダンパーを備えてなり、前記タンク内の液体のスロッシングに対して同調する同調型の制振機構とを介設して構成されていることを特徴とする。 The vibration isolation structure for a liquid storage tank according to the present invention is a vibration isolation structure for a tank for storing a liquid, wherein a vibration isolation mechanism and an inertia are provided between a lower portion of the tank and a support surface on which the tank is installed. It comprises a mass damper and a viscous damper, and is configured to be provided with a tuning type vibration damping mechanism that synchronizes with the sloshing of the liquid in the tank .

また、本発明の液体貯蔵用タンクの免振構造においては、前記タンクが石油タンクであることが望ましい。   In the vibration isolation structure for a liquid storage tank according to the present invention, the tank is preferably an oil tank.

本発明の液体貯蔵用タンクの免振構造においては、タンクの下部とタンクが設置される支持面との間に、例えば積層ゴムなどの免振装置からなる免振機構を介設するとともに、回転慣性質量ダンパーなどの慣性質量ダンパー及びオイルダンパーなどの粘性ダンパーを備えてなり、タンク内の液体のスロッシングに対して同調する同調型の制振機構を介設することにより、タンクの免振効果を得ることが可能になるとともに、タンク内に貯蔵した液体のスロッシングを効果的に抑止することが可能になる。 In the vibration isolating structure for the liquid storage tank of the present invention, an anti-vibration mechanism comprising an anti-vibration device such as laminated rubber is interposed between the lower part of the tank and the support surface on which the tank is installed, and is rotated. It is equipped with an inertial mass damper such as an inertial mass damper and a viscous damper such as an oil damper, and is equipped with a synchronized vibration control mechanism that synchronizes with the sloshing of the liquid in the tank. In addition, the sloshing of the liquid stored in the tank can be effectively suppressed.

また、慣性質量ダンパーを用いることにより、タンク内の液体のスロッシングをより効果的に抑止できる同調型制震機構を構成することができ、免振層(免震層)の変位やダンパー反力を、無理なく設計できる範囲におさめることが可能になる。 Further, by there use the inertial mass damper can constitute a tunable vibration control mechanism can be suppressed sloshing of the liquid in the tank more effectively displacement or damper reaction force of the seismic Fuso (isolation layer) Can be accommodated in a design range without difficulty.

本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)及び免振構造を示す図である。It is a figure showing a liquid storage tank (tank) and a vibration isolating structure concerning one embodiment of the present invention. 図1のX1−X1線矢視図である。It is the X1-X1 arrow view figure of FIG. 図1のX2−X2線矢視図である。FIG. 2 is an X2-X2 arrow view of FIG. 1. 本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)及び免振構造の解析モデルを示す図である。It is a figure which shows the analysis model of the tank (tank) for liquid storage which concerns on one Embodiment of this invention, and a vibration isolation structure. 本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)のシミュレーション結果(液体及びタンクの変位応答倍率)を示す図である。It is a figure which shows the simulation result (the displacement response magnification of a liquid and a tank) of the liquid storage tank (tank) which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)のシミュレーション結果(変位応答倍率)を示す図であり、従来の免振構造を備えた場合と比較した図である。It is a figure which shows the simulation result (displacement response magnification) of the liquid storage tank (tank) which concerns on one Embodiment of this invention, and is a figure compared with the case where the conventional vibration isolation structure is provided. 本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)のシミュレーションで用いた入力地震動の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the input ground motion used in the simulation of the tank (tank) for liquid storage which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)のシミュレーション結果(タンク内の液体の変位量)を示す図である。It is a figure which shows the simulation result (displacement amount of the liquid in a tank) of the liquid storage tank (tank) which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)のシミュレーション結果(タンク内の液体の加速度)を示す図である。It is a figure which shows the simulation result (acceleration of the liquid in a tank) of the liquid storage tank (tank) which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンク(タンク)のシミュレーション結果(免震層の変位)を示す図である。It is a figure which shows the simulation result (displacement of a seismic isolation layer) of the liquid storage tank (tank) which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の液体貯蔵用タンク(タンク)及び免振構造を示す図である。It is a figure which shows the conventional tank (tank) for liquid storage, and a vibration isolation structure. 図11のX1−X1線矢視図である。It is a X1-X1 line arrow directional view of FIG. 従来の液体貯蔵用タンク(タンク)及び免振構造の解析モデルを示す図である。It is a figure which shows the analysis model of the conventional liquid storage tank (tank) and a vibration isolation structure. 従来の液体貯蔵用タンク(タンク)のシミュレーション結果(液体及びタンクの変位応答倍率)を示す図である。It is a figure which shows the simulation result (the displacement response magnification of a liquid and a tank) of the conventional liquid storage tank (tank).

以下、図1から図10を参照し、本発明の一実施形態に係る液体貯蔵用タンクの免振構造(以下、免振構造という)について説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 1 to FIG. 10, a vibration isolation structure (hereinafter referred to as a vibration isolation structure) for a liquid storage tank according to an embodiment of the present invention will be described.

本実施形態のタンク1は、石油貯蔵用の浮き屋根式のタンクであり、図1及び図2に示すように、有底円筒状のタンク本体1aの内部に石油(液体)6を貯蔵するとともに、タンク本体1aの内部に石油6に浮かべるように設けられ、石油6の貯蔵量に応じて上下移動自在に配設された浮き屋根1bを備えて構成されている。   The tank 1 of the present embodiment is a floating roof type tank for oil storage, and stores oil (liquid) 6 in a bottomed cylindrical tank body 1a as shown in FIGS. The tank body 1a is provided with a floating roof 1b provided so as to float on the oil 6 and arranged to be movable up and down according to the amount of oil 6 stored.

一方、本実施形態の免振構造Bは、図1から図3に示すように、タンク本体(タンク構造体)1aの下部、すなわち、タンク本体1aの底版と地表面(基礎、地盤、支持面)2の間に免震層3を設け、この免震層3に、積層ゴムなどからなり、横方向のすべり抵抗と横方向及び上下方向の弾性を有する複数の免振装置(免振支承)4が介設されている。また、この免震装置4を、その上端をタンク本体1a側に、下端を地表面2側にそれぞれ接続し、タンク本体1aを支持するように複数設けて免振機構7が構成されている。   On the other hand, as shown in FIGS. 1 to 3, the vibration isolation structure B of the present embodiment is provided at the bottom of the tank body (tank structure) 1a, that is, the bottom plate of the tank body 1a and the ground surface (foundation, ground, support surface). ) A seismic isolation layer 3 is provided between the two, and the seismic isolation layer 3 is made of laminated rubber and the like, and has a plurality of vibration isolators having lateral slip resistance and lateral and vertical elasticity (vibration isolation bearings). 4 is interposed. A plurality of the seismic isolation devices 4 are provided so as to support the tank main body 1a by connecting the upper end thereof to the tank main body 1a side and the lower end thereof to the ground surface 2 side, thereby constituting the vibration isolation mechanism 7.

さらに、本実施形態の免振構造Bは、免震層3に、免振装置4からなる免振機構7を介設するとともに、慣性質量ダンパー8とオイルダンパー9からなる制振機構10を介設して構成されている。また、これら慣性質量ダンパー8とオイルダンパー9がタンク1の軸線中心の円周方向や半径方向にバランスよく配置され(タンク1の軸線中心に対称配置され)、水平のどの方向にも同じ免振性能を発揮できるように構成されている。   Further, the vibration isolation structure B of the present embodiment is provided with a vibration isolation mechanism 7 including the vibration isolation device 4 in the vibration isolation layer 3 and a vibration suppression mechanism 10 including the inertia mass damper 8 and the oil damper 9. It is configured. The inertia mass damper 8 and the oil damper 9 are arranged in a balanced manner in the circumferential direction and the radial direction around the axis of the tank 1 (symmetrically arranged around the axis of the tank 1), and the same vibration isolation in any horizontal direction. It is configured to demonstrate its performance.

すなわち、本実施形態の免振構造Bは、免震層3に免振装置4と慣性質量ダンパー8(及びオイルダンパー9)とを設け、従来の免振構造Aに対し、適切な慣性質量と減衰を免震層3に付加することにより、タンク本体1aの揺れを大幅に抑制するように構成されている。   That is, the vibration isolation structure B of the present embodiment is provided with the vibration isolation device 4 and the inertia mass damper 8 (and the oil damper 9) in the seismic isolation layer 3, and with respect to the conventional vibration isolation structure A, By adding damping to the seismic isolation layer 3, the tank body 1 a is configured to greatly suppress shaking.

さらに、本実施形態の免振構造Bでは、タンク本体1aの下部と地表面(支持面)2との間に介設される制振機構10が、タンク1内の石油(液体)6のスロッシングに対して同調する同調型の制振機構として構成されている。   Furthermore, in the vibration isolating structure B of the present embodiment, the vibration damping mechanism 10 interposed between the lower portion of the tank body 1a and the ground surface (support surface) 2 is used for sloshing the oil (liquid) 6 in the tank 1. It is configured as a tuned type vibration control mechanism that synchronizes with respect to.

ここで、この免振構造Bでは、ダンパー軸方向と地震力の作用方向のなす角度をθとすると、ダンパー性能がcosθとなることから、ダンパー設置台数nとして免震層全体での地震方向(振動作用方向)換算ダンパー性能が1台当たりのn/2となる。 Here, in this vibration isolation structure B, if the angle between the damper axis direction and the direction of action of the seismic force is θ, the damper performance is cos 2 θ. The direction (vibration action direction) equivalent damper performance is n / 2 per unit.

これを踏まえ、例えば、図1、図2、図4に示すように、直径D=70m、高さH=30mで石油6の貯蔵量が11万キロリットルの石油タンク1に石油6を満タンにした状態での検討について説明する。ここでは、図11から図14に示した従来の免振構造Aに対する検討に対し、慣性質量ダンパー8を付加した点のみが異なっている。なお、浮き屋根1bは必須条件ではなく、浮き屋根1bがなくても応答低減効果は変わらない。   Based on this, for example, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, oil 6 is filled into an oil tank 1 having a diameter D = 70 m, a height H = 30 m, and a storage capacity of 110,000 kiloliters of oil 6. The examination in the state of having been made is explained. Here, only the point which added the inertia mass damper 8 differs with respect to the examination with respect to the conventional vibration isolation structure A shown in FIGS. In addition, the floating roof 1b is not an essential condition, and even if there is no floating roof 1b, the response reduction effect does not change.

タンク内の液体重量100000ton、タンク本体(タンク構造体)1aの自重10000tonとして、T=9.2secから液体部の等価剛性k=46.6kN/mm、免震層3の固有周期を3.5secとする。これにより、免震層3の剛性はk=355kN/mm(=7.60k)となる。 Assuming that the liquid weight in the tank is 100,000 ton and the own weight of the tank body (tank structure) 1a is 10000 ton, the equivalent stiffness of the liquid part k 2 = 46.6 kN / mm from the T 1 = 9.2 sec, and the natural period of the seismic isolation layer 3 is 3 .5 sec. Thereby, the rigidity of the seismic isolation layer 3 is k 1 = 355 kN / mm (= 7.60 k 2 ).

そして、設置するダンパーの諸元は次のように設定する。
本実施形態において、このダンパーの諸元の設置等に関しては「磯田和彦、半澤徹也、田村和夫:慣性質量ダンパーを組み込んだ低層集中制震に関する基礎的研究:日本建築学会構造系論文集、一般社団法人日本建築学会、No.666、pp.713−722、2013年4月」に記載の手法に基づいて行い、免震層3に設置される慣性質量Ψ(全体)の最適値は、次の式(2)で設定する。
The specifications of the damper to be installed are set as follows.
In this embodiment, regarding the installation of the specifications of this damper, etc., see “Kazuhiko Hamada, Tetsuya Hanzawa, Kazuo Tamura: Basic research on low-rise concentrated control incorporating inertia mass dampers: Architectural Institute of Japan, Proceedings of the structural system The optimal value of the inertial mass Ψ (overall) installed in the seismic isolation layer 3 is based on the method described in “Japan Architectural Institute of Japan, No. 666, pp. 713-722, April 2013”. Set by equation (2).

Figure 0006132157
Figure 0006132157

一方、免震層3に設置される減衰c(全体)の最適値は、次の式(3)で設定する。 On the other hand, the optimum value of the attenuation c 1 (overall) installed in the seismic isolation layer 3 is set by the following equation (3).

Figure 0006132157
Figure 0006132157

そして、直径D=70m、高さH=30mの石油タンク1に対する試算例では、Ψ=757000ton、c=230000kN・sec/m=2300kN/kine=235tonf/kineとなる。 In the trial calculation example for the oil tank 1 having a diameter D = 70 m and a height H = 30 m, Ψ = 757000 ton, c 1 = 230,000 kN · sec / m = 2300 kN / kine = 235 tonf / kine.

一般に、慣性質量ダンパー8は1台あたり10000ton程度の最大耐力のものが製造されているので、地震方向に75台以上が必要となる。一方、本実施形態の免振構造Bでは、前述の通り、ダンパー設置台数nとして免震層全体での地震方向換算ダンパー性能が1台当たりのn/2となるため、150台の慣性質量ダンパー8をタンク本体1aと地表面2の間の免震層3にバランスよく配置する。   In general, the inertia mass damper 8 having a maximum proof stress of about 10,000 tons per unit is manufactured, so 75 or more units are required in the earthquake direction. On the other hand, in the vibration isolation structure B of the present embodiment, as described above, since the number of dampers installed n is the seismic direction conversion damper performance of the entire seismic isolation layer, n / 2 per unit, 150 inertia mass dampers 8 is arranged in a well-balanced seismic isolation layer 3 between the tank body 1a and the ground surface 2.

また、付加減衰は減衰係数C=6tonf/kineのオイルダンパーを使用すると、地震方向に40台以上が必要になり、ダンパー設置台数nとして免震層全体での地震方向換算ダンパー性能が1台当たりのn/2であることから、80台のオイルダンパー9をタンク本体1aと地表面2の間の免震層3にバランスよく配置すればよい。   In addition, if an oil damper with a damping coefficient C = 6 tonf / kine is used for additional damping, 40 units or more are required in the earthquake direction, and the number of dampers installed is n per seismic direction conversion damper performance for the entire seismic isolation layer. Therefore, it is only necessary to arrange 80 oil dampers 9 in the seismic isolation layer 3 between the tank body 1a and the ground surface 2 in a well-balanced manner.

そして、上記のように構成した本実施形態の免振構造Bにおいては、変位応答倍率を周波数伝達関数の形で示した図5及び図6の解析結果の通り、慣性質量ダンパー8を付加することにより、粘性減衰のみの従来と比較し、最大応答倍率が72%低減し、共振特性が大幅に改善することが確認された。なお、減衰については、従来がc=580tonf/kineであるのに対し、本実施形態の免振構造Bではc=235tonf/kineとなり、40%に低減されることが確認された。 In the vibration isolation structure B of the present embodiment configured as described above, the inertia mass damper 8 is added as shown in the analysis results of FIGS. 5 and 6 in which the displacement response magnification is shown in the form of a frequency transfer function. As a result, it was confirmed that the maximum response magnification was reduced by 72% and the resonance characteristics were significantly improved as compared with the conventional case of only viscous damping. In addition, with respect to attenuation, it was confirmed that c 1 = 580 ton / kine in the present embodiment, whereas c 1 = 235 ton / kine in the present embodiment, which is c 1 = 580 ton / kine, which is reduced to 40%.

次に、時刻歴応答解析による本実施形態の免振構造Bの応答低減効果の検討結果について説明する。   Next, the examination result of the response reduction effect of the vibration isolation structure B of this embodiment by time history response analysis will be described.

ここでは、タンク1をそのまま地表に設置したCase1(免振、制震なし)、従来の免振構造AのCase2(粘性減衰のみ:最適な減衰係数を付与)、本実施形態の免振構造BのCase3(慣性質量と粘性減衰:最適な慣性質量と減衰係数を付与)の3ケースについて検討を行い、本実施形態の免振構造BのCase3の優位性を確認した。   Here, Case 1 (without vibration isolation and vibration control) in which the tank 1 is directly installed on the ground surface, Case 2 of the conventional vibration isolation structure A (only viscous damping: giving an optimum damping coefficient), and the vibration isolation structure B of the present embodiment Case 3 (inertial mass and viscous damping: giving an optimal inertial mass and damping coefficient) was examined, and the superiority of Case 3 of the vibration isolation structure B of this embodiment was confirmed.

入力地震動は、図7に示す建築センター波(レベル2)とした。なお、図7に示す地震波形は、横軸が時間(sec)、縦軸が加速度(m/sec)、max:最大加速度である。この地震動は、最大加速度356gal、継続時間が120secであるが、後揺れも検討するため、解析時間を160secとした。 The input ground motion was the building center wave (level 2) shown in FIG. In the earthquake waveform shown in FIG. 7, the horizontal axis represents time (sec), the vertical axis represents acceleration (m / sec 2 ), and max: maximum acceleration. This seismic motion has a maximum acceleration of 356 gal and a duration of 120 seconds, but the analysis time was set to 160 seconds in order to consider backswing.

そして、図8は、Case1、Case2、Case3の各ケースにおけるタンク1内の液体6の変位量(縦軸:m)と時間(横軸:sec)の関係、max:最大変位量を示した解析結果である。   FIG. 8 is an analysis showing the relationship between the displacement amount (vertical axis: m) and time (horizontal axis: sec) of the liquid 6 in the tank 1 in each case of Case 1, Case 2, and Case 3, and max: the maximum displacement amount. It is a result.

この結果から、まず、免振や制震の対策がないCase1では、図8(a)に示すように、時間の経過とともに周期約10secのスロッシング揺れが成長し、時間が経過してもなかなか減衰しない(縦軸の目盛を他のケースの2倍にしている)ことが確認された。   From this result, first, in Case 1 with no anti-vibration or vibration control measures, as shown in FIG. 8 (a), a sloshing fluctuation with a period of about 10 sec grows as time passes and decays easily even after time passes. It was confirmed that the scale was not doubled (the scale of the vertical axis was doubled in other cases).

免振と減衰を備えたCase2では、図8(b)に示すように、主要動の間は揺れが増大するが、その後は比較的早く減衰することが確認された。   In Case 2 with vibration isolation and attenuation, as shown in FIG. 8 (b), it was confirmed that the vibration increased during the main movement, but thereafter attenuated relatively quickly.

一方、本実施形態の免振と慣性質量と減衰を備えたCase3では、図8(c)に示すように、主要動の間も揺れが増大せず、地震後は最も速やかに揺れが終息することが確認された。これは、周期同調型制振機構10の効果(特徴)が現れた結果と言える。   On the other hand, in Case 3 with vibration isolation, inertial mass, and damping of this embodiment, as shown in FIG. 8C, the shaking does not increase during the main movement, and the shaking ends most rapidly after the earthquake. It was confirmed. This can be said to be a result of the effects (features) of the periodically tuned vibration damping mechanism 10 appearing.

また、タンク1内の液体の変位量は、Case1で3.94m、Case2で1.93m、Case3で1.17mとなり、本実施形態の免振構造Bを採用することでスロッシングを大幅に抑止できることが確認された。   Moreover, the displacement amount of the liquid in the tank 1 is 3.94 m in Case 1, 1.93 m in Case 2, and 1.17 m in Case 3, and the sloshing can be significantly suppressed by adopting the vibration isolation structure B of this embodiment. Was confirmed.

さらに、Case2は従来の免振構造Aを用いて最も応答低減できるように諸元を最適化したものである。そして、Case3の本実施形態の免振構造Bは、このCase3より最大応答変位を40%低減できるだけでなく、大きな応答の継続時間(回数)や実効値(数回現れる比較的大きな応答値(Case2が1.8m、Case3が0.9m程度))も大幅に低減できることが確認された。   Furthermore, Case 2 is the one in which specifications are optimized so that the response can be reduced most by using the conventional vibration isolation structure A. The vibration isolation structure B of the present embodiment of Case 3 not only can reduce the maximum response displacement by 40% than Case 3, but also has a large response duration (number of times) and effective value (a relatively large response value (Case 2 that appears several times). Is 1.8 m, and Case 3 is about 0.9 m)).

次に、図9は、Case1、Case2、Case3の各ケースにおけるタンク1内の液体6の加速度(縦軸:m/sec)と時間(横軸:sec)の関係、max:最大加速度を示した解析結果である。 Next, FIG. 9 shows the relationship between the acceleration (vertical axis: m / sec 2 ) and time (horizontal axis: sec) of the liquid 6 in the tank 1 in each case of Case 1, Case 2, and Case 3, and max: maximum acceleration. Analysis results.

この結果から、免振や制震の対策がないCase1では、図9(a)に示すように、時間の経過とともに周期約10secのスロッシング揺れが成長し、時間が経過してもなかなか減衰しない(縦軸の目盛を他のケースの2倍にしている)ことが確認された。   From this result, in Case 1 without measures for vibration isolation and vibration control, as shown in FIG. 9 (a), a sloshing fluctuation with a period of about 10 sec grows as time passes, and does not readily attenuate even after time passes ( It was confirmed that the scale of the vertical axis was double that of the other cases).

免振と減衰を備えたCase2では、図9(b)に示すように、主要動の間は揺れが増大するが、その後は比較的早く減衰することが確認された。   In Case 2 with vibration isolation and attenuation, as shown in FIG. 9 (b), it was confirmed that the vibration increased during the main movement, but thereafter attenuated relatively quickly.

本実施形態の免振と慣性質量と減衰を備えたCase3では、図9(c)に示すように、地震の最初の大きな揺れで最大応答値が生じるが、主要動の間も揺れが増大せず、地震後は最も速やかに揺れが終息することが確認された(縦軸の目盛はCase2の0.6倍にしている)。   In Case 3 with vibration isolation, inertial mass, and damping of this embodiment, as shown in FIG. 9 (c), the maximum response value is generated by the first large shaking of the earthquake, but the shaking increases during the main motion. After the earthquake, it was confirmed that the shaking ended most quickly (the scale on the vertical axis was 0.6 times that of Case 2).

また、タンク1内の液体6の加速度は、Case1で184gal、Case2で90gal、Case3で55galとなり、本実施形態の免振構造Bを採用することで大幅に抑止できることが確認された。   Further, the acceleration of the liquid 6 in the tank 1 is 184 gal in Case 1, 90 gal in Case 2, and 55 gal in Case 3, and it was confirmed that the acceleration can be significantly suppressed by adopting the vibration isolation structure B of this embodiment.

次に、図10は、Case2、Case3の各ケースにおける免震層3の変位(縦軸:m)と時間(横軸:sec)の関係、max:最大変位量を示した解析結果である。Case1は免震層3がないので解析対象から除外している。   Next, FIG. 10 is an analysis result showing the relationship between displacement (vertical axis: m) and time (horizontal axis: sec) of the seismic isolation layer 3 in each case of Case 2 and Case 3, and max: maximum displacement. Case 1 is excluded from the analysis because there is no seismic isolation layer 3.

この結果から、免振と減衰を備えたCase2では、図10(a)に示すように、主要動の間は揺れが15〜20cm程度で継続することが確認された。   From this result, it was confirmed that in Case 2 with vibration isolation and attenuation, as shown in FIG. 10 (a), the shaking continued at about 15 to 20 cm during the main movement.

一方、本実施形態の免振と慣性質量と減衰を備えたCase3では、図10(b)に示すように、最初に25cm程度の揺れが生じるが、そのとは主要動の間も揺れが20cm程度以下で、地震後は速やかに揺れが終息することが確認された。   On the other hand, in Case 3 with vibration isolation, inertial mass, and damping of the present embodiment, as shown in FIG. 10 (b), a vibration of about 25 cm is initially generated. It was confirmed that the shaking stopped immediately after the earthquake.

また、免震層3の変位量は、Case2で17cm、Case3で26cmであり、両ケースともに一般的な免振建物と比較しても同等以下の変位でおさまることが確認された。   Moreover, the displacement amount of the seismic isolation layer 3 was 17 cm in Case 2 and 26 cm in Case 3, and it was confirmed that both cases could be accommodated with a displacement equal to or less than that of a general isolation building.

さらに、ダンパー反力については、Case2でオイルダンパー9の反力合計が84000kNとなり、地震方向換算で80台(総数160台)設置することにより、1000kN程度の通常のオイルダンパー9で対応できる。   Furthermore, with regard to the damper reaction force, the total reaction force of the oil damper 9 in Case 2 is 84000 kN, and by installing 80 units (total number of 160 units) in terms of the earthquake direction, a normal oil damper 9 of about 1000 kN can be handled.

Case3では慣性質量ダンパー8の反力合計が106000kNとなり、地震方向換算で75台(総数150台)設置することにより、1400kN程度の慣性質量ダンパー8で対応でき、オイルダンパー9は反力合計が39000kNとなり、地震方向換算で40台(総数80台)設置することにより、1000kN程度の通常のオイルダンパー9で対応できる。以上のことから、ダンパー反力については、現状の製品で十分対応できることが確認された。   In Case 3, the total reaction force of the inertial mass damper 8 is 106000kN. By installing 75 units (total of 150 units) in terms of the earthquake direction, the inertial mass damper 8 of about 1400kN can be used, and the oil damper 9 has a total reaction force of 39000kN. Thus, by installing 40 units (total of 80 units) in terms of earthquake direction, it is possible to cope with a normal oil damper 9 of about 1000 kN. From the above, it was confirmed that the current product can sufficiently cope with the damper reaction force.

したがって、本実施形態の液体貯蔵用タンクの免振構造Bにおいては、タンク1の下部とタンク1が設置される支持面2との間に、積層ゴムなどの免振装置4からなる免振機構7を介設するとともに、回転慣性質量ダンパー8などの慣性質量ダンパー及びオイルダンパー9などの粘性ダンパーを備えてなり、タンク1内の液体6のスロッシングに対して同調する同調型の制振機構10を介設することにより、タンク1の免振効果を得ることが可能になるとともに、タンク1内に貯蔵した液体6のスロッシングを効果的に抑止することが可能になる。 Therefore, in the vibration isolating structure B of the liquid storage tank according to the present embodiment, the vibration isolating mechanism including the vibration isolating device 4 such as laminated rubber is provided between the lower portion of the tank 1 and the support surface 2 on which the tank 1 is installed. 7, an inertial mass damper such as a rotary inertial mass damper 8, and a viscous damper such as an oil damper 9, and a tuned vibration damping mechanism 10 that synchronizes with the sloshing of the liquid 6 in the tank 1. By interposing, the vibration isolation effect of the tank 1 can be obtained, and the sloshing of the liquid 6 stored in the tank 1 can be effectively suppressed.

また、慣性質量ダンパー8を用いることにより、タンク1内の液体6のスロッシングをより効果的に抑止できる同調型制震機構を構成することができ、免振層(免震層)3の変位やダンパー反力を、無理なく設計できる範囲におさめることが可能になる。 Further, by there use the inertial mass damper 8, it is possible to configure the tuning type vibration control mechanism can be suppressed sloshing of the liquid 6 in the tank 1 more effectively, immune Fuso (isolation layer) 3 of the displacement And the damper reaction force can be kept within the design range without difficulty.

さらに、大きな慣性質量を2層モデルの1層目に設けることで、固有周期が1割程度長周期化するため、地震入力エネルギーを1割程度低減する効果を得ることが可能になる。(「磯田和彦、半澤徹也、田村和夫:慣性質量ダンパーを組み込んだ構造物への地震入力エネルギーに関する研究:日本建築学会構造系論文集、一般社団法人日本建築学会、No.650、pp.751−759、2010年4月」)   Furthermore, by providing a large inertial mass in the first layer of the two-layer model, the natural period is increased by about 10%, so that the effect of reducing the earthquake input energy by about 10% can be obtained. ("Kazuhiko Hamada, Tetsuya Hanzawa, Kazuo Tamura: Study on seismic input energy to structures incorporating inertial mass dampers: Architectural Institute of Japan, Architectural Institute of Japan, Architectural Institute of Japan, No.650, pp.751- 759, April 2010 ")

以上、本発明に係る液体貯蔵用タンクの免振構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   As mentioned above, although one embodiment of the vibration isolating structure of the liquid storage tank according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof. .

例えば、本実施形態では、本発明に係る液体貯蔵用タンクが石油タンク1であるものとして説明を行ったが、本発明に係る液体貯蔵用タンクの免振構造は、液体を貯蔵したタンクに免振性能を付与するとともに、液体のスロッシングを抑止するものであり、この作用効果を必要とするあらゆるタンクに適用可能である。すなわち、特にタンクの種類を限定しなくても本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。   For example, in the present embodiment, the liquid storage tank according to the present invention has been described as being the oil tank 1, but the liquid storage tank vibration isolation structure according to the present invention is not provided in the tank that stores the liquid. It imparts vibration performance and suppresses liquid sloshing, and can be applied to any tank that requires this effect. That is, it is possible to obtain the same effect as that of the present embodiment without particularly limiting the type of tank.

1 石油タンク(タンク)
1a タンク本体
1b 浮き屋根
2 地表面(基礎、地盤、支持面)
3 免震層(免振層)
4 免振装置(免震装置、免振機構)
5 制振機構
6 石油(液体)
7 免振機構
8 慣性質量ダンパー
9 オイルダンパー
10 制振機構
A 従来の液体貯蔵用タンクの免振構造
B 液体貯蔵用タンクの免震構造
1 Oil tank (tank)
1a Tank body 1b Floating roof 2 Ground surface (foundation, ground, support surface)
3 Seismic isolation layer (isolation layer)
4 Isolation device (Seismic isolation device, vibration isolation mechanism)
5 Damping mechanism 6 Petroleum (liquid)
7 Isolation mechanism 8 Inertial mass damper 9 Oil damper 10 Damping mechanism A Conventional isolation structure for liquid storage tank B Isolation structure for liquid storage tank

Claims (2)

液体を貯蔵するタンクの免振構造であって、
前記タンクの下部と前記タンクが設置される支持面との間に、免振機構と、慣性質量ダンパー及び粘性ダンパーを備えてなり、前記タンク内の液体のスロッシングに対して同調する同調型の制振機構とを介設して構成されていることを特徴とする液体貯蔵用タンクの免振構造。
A vibration isolation structure for a tank that stores liquid,
An anti- vibration mechanism, an inertial mass damper, and a viscous damper are provided between a lower part of the tank and a support surface on which the tank is installed, and are tuned to control the sloshing of the liquid in the tank. A vibration isolating structure for a liquid storage tank, characterized in that the structure is provided with a vibration mechanism .
請求項1記載の液体貯蔵用タンクの免振構造において、
前記タンクが石油タンクであることを特徴とする液体貯蔵用タンクの免振構造。
The vibration isolation structure for a liquid storage tank according to claim 1,
An isolation structure for a liquid storage tank, wherein the tank is an oil tank.
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