JP6541342B2 - 構造物の支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の支持装置に関するものである。

一般に、原子力発電プラントに設置されている排気筒は、煙突のような形をした構造物であり、原子炉建屋内を換気した空気やタービン駆動後の蒸気を水に戻す復水器を真空にするために抽出した空気等を外部に排出するためのものである。

前記排気筒から外部に排出される空気は、活性炭式希ガスホールドアップ装置やフィルタを通過させることにより、周辺の環境に影響を及ぼさないレベルまで放射性物質が除去されるようになっている。

前記排気筒は、周辺環境への影響を考慮すると重要な構造物となっており、又、万が一、倒れた場合、原子炉格納容器や原子炉建屋等の他の重要な建造施設へ被害を及ぼす可能性がある。前記排気筒に作用する厳しい自然現象としては、地震、台風、竜巻等が挙げられる。

前記排気筒の下端ベース部の強度を、前述のような過酷な自然現象を新たに考慮して再評価すると、必ずしも充分ではない場合がある。

このため、オイルダンパー等の制振装置が組み込まれた支持鉄塔を前記排気筒の周りを取り囲むように建設し、該排気筒の下端ベース部の強度を補いつつ制振を行うことにより、排気筒が倒れることを防止し、他の重要な建造施設へ被害を及ぼさないようにすることが行われている。

尚、前記排気筒のような構造物に関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２がある。

特開平７−１９２７８４号公報 特開２０１１−１８５８０１号公報

しかしながら、前述の如く、オイルダンパー等の制振装置が組み込まれた支持鉄塔を排気筒の周りを取り囲むように建設するのでは、工事に多大な費用と時間が掛かると共に、支持鉄塔を立設するための充分な敷地が必要となっていた。

因みに、前記排気筒は原子炉建屋の屋上の端部に設置されており、このような場合、支持鉄塔を立設することが通常の場合よりも困難となる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、構造物の設置場所にかかわらず簡単な構成で安価且つ短期間に構造物を支持し得、構造物の特定方向への倒壊を防止して他の重要な建造施設に対する被害の発生を回避し得る構造物の支持装置を提供しようとするものである。又、前述の制振装置、支持鉄塔による構造物の補強を行う場合に、該構造物の施工中の特定方向への倒壊を防止するための仮設の支持装置も提供し得るものである。

本発明は、立設される構造物が他の構造物の側へ倒れないようにする構造物の支持装置であって、
前記構造物の他の構造物に対向する側とは反対側の箇所に設定される基礎側固定部と、
該基礎側固定部と前記構造物とを、通常時に構造物に対して張力による負荷が掛からないよう、緩みを持たせて接続し且つ該構造物の倒伏範囲を前記他の構造物の配置位置からずらして限定する索状体と、
前記構造物の下端ベース部における荷重の水平方向成分Ｒ_Ｈと、前記構造物の下端ベース部における荷重の鉛直方向成分Ｒ_Ｖとが
Ｒ_Ｈ＝Ｍ・α−Ｔ・ｃｏｓφ´
Ｒ_Ｖ＝Ｍ・ｇ＋Ｔ・ｓｉｎφ´
φ´＝ｃｏｓ^−１（（Ｌ・ｃｏｓφ＋Ｈ・ｓｉｎθ）／（Ｌ＋δ_Ｋ＋δ_Ｌ））
但し、Ｍ：構造物の質量
α：地震加速度
ｇ：重力加速度
Ｔ：索状体の張力
φ：通常時の索状体の傾斜角度
φ´：地震発生時の索状体の傾斜角度
Ｌ：索状体の基礎側固定部と索状体の構造物に対する接続部との間の初期直線距離
Ｈ：構造物の下端ベース部から索状体の接続部までの高さ
θ：地震発生時の構造物の傾斜角度
δ_Ｋ：索状体の伸び
δ_Ｌ：索状体の初期緩み長さ
より求められ、前記Ｒ_Ｈ及びＲ_Ｖに耐える強度を有する前記構造物の下端ベース部と
を備えたことを特徴とする構造物の支持装置にかかるものである。

前記構造物の支持装置においては、前記索状体の張力を
Ｔ＝（Ｍ・α・ｃｏｓθ＋Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ）／ｓｉｎ（π／２−φ´−θ）
但し、Ｈ_Ｇ：構造物の下端ベース部から重心までの高さ
より求められ、前記索状体の張力Ｔに耐える強度を有する索状体と、
前記索状体の張力Ｔに耐える強度を有する前記索状体の基礎側固定部と、
前記索状体の張力Ｔに耐える強度を有する前記索状体の構造物に対する接続部と
を備えるようにすることが好ましい。

又、前記基礎側固定部は、前記構造物の他の構造物に対向する側とは反対側の複数箇所に設定され、前記基礎側固定部と前記構造物とを接続する索状体は、複数系統配設されることが好ましい。

又、前記構造物の支持装置において、前記構造物は原子力発電プラントに設置される排気筒を含む塔状構造物であり、前記他の構造物は原子炉格納容器を含む建造施設であるようにすることができる。

本発明の構造物の支持装置によれば、構造物の設置場所にかかわらず簡単な構成で安価且つ短期間に構造物を支持し得、構造物の特定方向への倒壊を防止して他の重要な建造施設に対する被害の発生を回避し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の構造物の支持装置の実施例を示す概要構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の構造物の支持装置の実施例における排気筒がワイヤロープで支持される場合の荷重の釣り合い状態を示す側面図であって、（ａ）は通常時の側面図、（ｂ）は地震発生時の側面図である。 本発明の構造物の支持装置の実施例における排気筒の下端ベース部を示す側面図である。 本発明の構造物の支持装置の実施例におけるワイヤロープの基礎側固定部及び排気筒への接続部を示す側面図である。 原子力発電プラントの一例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図５は本発明の構造物の支持装置の実施例であって、構造物としての排気筒１の原子炉格納容器２（他の構造物）に対向する側とは反対側の複数箇所（図１の例では二箇所）に、基礎側固定部３を設定し、該基礎側固定部３と前記排気筒１とを複数系統（図１の例では二系統）のワイヤロープ４（索状体）によって接続し、前記排気筒１の倒伏範囲Ｄを前記原子炉格納容器２の配置位置からずらして限定するようにしたものである。

前記排気筒１の倒伏範囲Ｄは、図１（ａ）に示す如く、前記基礎側固定部３を中心とする円の内側領域の重合部分となるため、該重合部分が前記原子炉格納容器２を避けるように前記基礎側固定部３の位置を決定すれば良い。

次に、前記ワイヤロープ４に作用する張力Ｔの求め方について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。

図２（ａ）に示す如く、排気筒１の質量をＭ、排気筒１の下端ベース部１ａから重心までの高さをＨ_Ｇ、排気筒１の下端ベース部１ａからワイヤロープ４の接続部５までの高さをＨとする。ワイヤロープ４の基礎側固定部３とワイヤロープ４の排気筒１に対する接続部５との間の初期直線距離をＬ、通常時のワイヤロープ４の傾斜角度をφとすると、排気筒１からワイヤロープ４の基礎側固定部３までの水平距離は、
Ｌ・ｃｏｓφ
となり、ワイヤロープ４の基礎側固定部３から排気筒１に対する接続部５までの高さは、
Ｌ・ｓｉｎφ
となる。尚、通常時に排気筒１に対してワイヤロープ４の張力による負荷が掛からないよう、該ワイヤロープ４には緩みを持たせてある。

一方、図２（ｂ）に示す如く、水平方向への地震加速度をα、ワイヤロープ４の張力をＴ、地震発生時のワイヤロープ４の傾斜角度をφ´、排気筒１の下端ベース部１ａにおける荷重の水平方向成分をＲ_Ｈとすると、水平方向における荷重の釣り合いは、
Ｍ・α＝Ｔ・ｃｏｓφ´＋Ｒ_Ｈ
と表される。このため、
Ｒ_Ｈ＝Ｍ・α−Ｔ・ｃｏｓφ´
となる。又、重力加速度をｇ、排気筒１の下端ベース部１ａにおける荷重の鉛直方向成分をＲ_Ｖとすると、鉛直方向における荷重の釣り合いは、
Ｍ・ｇ＋Ｔ・ｓｉｎφ´＝Ｒ_Ｖ
と表される。このため、
Ｒ_Ｖ＝Ｍ・ｇ＋Ｔ・ｓｉｎφ´
となる。ここで、地震発生時の排気筒１の鉛直方向に対する傾斜角度をθ、ワイヤロープ４の伸びをδ_Ｋ、ワイヤロープ４の初期緩み長さをδ_Ｌとすると、
φ´＝ｃｏｓ^−１（（Ｌ・ｃｏｓφ＋Ｈ・ｓｉｎθ）／（Ｌ＋δ_Ｋ＋δ_Ｌ））
となる。前記Ｒ_Ｈ及びＲ_Ｖに基づき、前記排気筒１の下端ベース部１ａの選定を行うようにする。前記排気筒１の下端ベース部１ａは、例えば、図３に示す如く、台座６の上面から複数本のアンカーボルト７を突設し、該アンカーボルト７に対し排気筒１の底部に設けられたベースプレート８を嵌合させてナット９で締め付けるようにした構成を有している。このような下端ベース部１ａにおいては、前記アンカーボルト７及びナット９とベースプレート８の強度が前記Ｒ_Ｈ及びＲ_Ｖに耐え得るかを検討し、必要に応じて補強を行えば良い。

更に、前記排気筒１の下端ベース部１ａを中心とするモーメントの釣り合いは、
（Ｍ・α・ｃｏｓθ＋Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ）・Ｈ_Ｇ＝Ｔ・ｓｉｎ（π／２−φ´−θ）・Ｈ
と表される。このため、
Ｔ＝（Ｍ・α・ｃｏｓθ＋Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ）・Ｈ _Ｇ ／（ｓｉｎ（π／２−φ´−θ）・Ｈ）
となる。前記ワイヤロープ４の張力Ｔに基づき、前記ワイヤロープ４の選定と、前記ワイヤロープ４の基礎側固定部３の選定と、前記ワイヤロープ４の排気筒１に対する接続部５の選定とを行うようにする。前記ワイヤロープ４は前記張力Ｔに耐えるだけの充分な強度を有するものを選定すれば良い。前記ワイヤロープ４の基礎側固定部３には、種々の形式のものを採用できるが、例えば、図４に示す如く、基礎側に固定されるブラケット１０及び該ブラケット１０に連結されるシャックル１１を用いる場合、前記ブラケット１０及びシャックル１１は、前記張力Ｔによって生じる荷重に耐えるだけの充分な強度を有するものを選定すれば良い。前記ワイヤロープ４の排気筒１に対する接続部５にも、例えば、図４に示す如く、構造物としての排気筒１側に固定されるブラケット１２及び該ブラケット１２に連結されるシャックル１３を用いる場合、前記ブラケット１２及びシャックル１３は、前記張力Ｔによって生じる荷重に耐えるだけの充分な強度を有するものを選定すれば良い。尚、前記張力Ｔは、二系統あるワイヤロープ４のうち一系統のワイヤロープ４に作用する力であり、一系統のワイヤロープ４を複数本のワイヤロープ４で形成する場合、一本のワイヤロープ４に作用する張力は、前記張力Ｔを本数で割った値となることは言うまでもない。

因みに、図５に示す如く、原子炉格納容器２に内蔵された原子炉圧力容器１４で加熱された蒸気は、タービン１５を回転駆動して発電機１６を回し、復水器１７で水に戻された後、前記原子炉圧力容器１４に戻されて循環されるようになっている。前記原子炉格納容器２が設置された原子炉建屋１８内を換気した空気は、フィルタ１９を通過させることにより、周辺の環境に影響を及ぼさないレベルまで放射性物質が除去された後、前記排気筒１から外部に排出されるようになっている。又、前記復水器１７を真空にするために空気抽出器２０によって抽出された空気は、活性炭式希ガスホールドアップ装置２１及びフィルタ２２を通過させることにより、周辺の環境に影響を及ぼさないレベルまで放射性物質が除去された後、前記排気筒１から外部に排出されるようになっている。

次に、上記実施例の作用を説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す如く、構造物としての排気筒１の原子炉格納容器２（他の構造物）に対向する側とは反対側の二箇所に、基礎側固定部３を設定し、該基礎側固定部３と前記排気筒１とを二系統のワイヤロープ４（索状体）によって接続すると、前記排気筒１の倒伏範囲Ｄは、図１（ａ）に示す如く、前記基礎側固定部３を中心とする円の内側領域の重合部分となる。

このため、前記重合部分が前記原子炉格納容器２を避けるように前記基礎側固定部３の位置を決定すると、地震等が発生しても、前記排気筒１が原子炉格納容器２側へ倒れることが避けられ、原子炉格納容器２に被害を及ぼす心配がなくなる。

又、前記排気筒１の下端ベース部１ａにおける荷重の水平方向成分Ｒ_Ｈと、前記排気筒１の下端ベース部１ａにおける荷重の鉛直方向成分Ｒ_Ｖとが前述の数式より求められ、前記Ｒ_Ｈ及びＲ_Ｖに基づき、前記排気筒１の下端ベース部１ａの選定が行われるので、前記排気筒１に地震等による荷重が作用しても、前記排気筒１の下端ベース部１ａが水平方向へ過度にずれたり、鉛直方向へ引き抜かれたりすることはない。

更に又、前記ワイヤロープ４の張力Ｔが前述の数式より求められ、該ワイヤロープ４の張力Ｔに基づき、前記ワイヤロープ４の選定と、前記ワイヤロープ４の基礎側固定部３の選定と、前記ワイヤロープ４の排気筒１に対する接続部５の選定とが行われるので、前記排気筒１に地震等による荷重が作用しても、前記ワイヤロープ４が破断することはない。しかも、前記ワイヤロープ４が基礎側固定部３から外れたり、前記排気筒１に対する接続部５から外れたりすることもない。

この結果、オイルダンパー等の制振装置が組み込まれた支持鉄塔を排気筒１の周りを取り囲むように建設するのに比べ、工事に多大な費用と時間が掛からなくなる。尚、前記制振装置が組み込まれた支持鉄塔を建設して構造物の補強を行う場合にも、本実施例の支持装置を仮設の支持装置として利用することにより、建設中の地震等による構造物の特定方向への倒壊を防止するための有効な対策となり得る。

又、前記排気筒１が原子炉建屋１８の屋上の端部に設置されていて、支持鉄塔を立設することが困難となっていたとしても、対応することが可能となる。

こうして、構造物としての排気筒１の設置場所にかかわらず簡単な構成で安価且つ短期間に排気筒１を支持し得、排気筒１の特定方向への倒壊を防止して他の重要な建造施設である原子炉格納容器２や原子炉建屋１８に対する被害の発生を回避し得る。

又、前記構造物（本実施例では、排気筒１）の下端ベース部１ａにおける荷重の水平方向成分Ｒ_Ｈと、前記構造物の下端ベース部１ａにおける荷重の鉛直方向成分Ｒ_Ｖとを前述の数式より求め、該Ｒ_Ｈ及びＲ_Ｖに基づき、構造物の下端ベース部１ａの選定を行うようにしたので、前記構造物に地震等による荷重が作用しても、構造物の下端ベース部１ａが水平方向へ過度にずれたり、鉛直方向へ引き抜かれたりすることを回避できる。よって、信頼性を向上させることができる。

更に又、前記索状体（本実施例では、ワイヤロープ４）の張力Ｔを前述の数式より求め、該索状体の張力Ｔに基づき、前記索状体の選定と、前記索状体の基礎側固定部３の選定と、前記索状体の構造物に対する接続部５の選定とを行うようにしたので、前記構造物に地震等による荷重が作用しても、前記索状体が破断することを回避できる。しかも、前記索状体が基礎側固定部３から外れたり、前記構造物に対する接続部５から外れたりすることを回避でき、信頼性をより向上させることができる。

一方、前記基礎側固定部３を、前記構造物の他の構造物（本実施例では、原子炉格納容器２）に対向する側とは反対側の一箇所だけに設定し、前記基礎側固定部３と前記構造物とを一系統の索状体のみで接続することも勿論可能である。しかし、前記基礎側固定部３は、前記構造物の他の構造物に対向する側とは反対側の複数箇所（本実施例では二箇所）に設定され、前記基礎側固定部３と前記構造物とを接続する索状体は、複数系統（本実施例では二系統）配設されるようにしたので、構造物の倒伏範囲Ｄをより狭めることができ、有効となる。

又、前記構造物は原子力発電プラントに設置される排気筒１を含む塔状構造物であり、前記他の構造物は原子炉格納容器２を含む建造施設であるので、厳しい自然現象に対して信頼性の高さが要求される原子力発電プラントのような設備において、排気筒１のような塔状構造物が倒れて原子炉格納容器２や原子炉建屋１８のような建造施設へ被害を及ぼすことを、工事に多大な費用と時間を掛けずに防止できる。

尚、本発明の構造物の支持装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 排気筒（構造物、塔状構造物）
１ａ 下端ベース部
２ 原子炉格納容器（他の構造物、建造施設）
３ 基礎側固定部
４ ワイヤロープ（索状体）
５ 接続部
Ｄ 倒伏範囲

Claims (4)

1. 立設される構造物が他の構造物の側へ倒れないようにする構造物の支持装置であって、
   前記構造物の他の構造物に対向する側とは反対側の箇所に設定される基礎側固定部と、
   該基礎側固定部と前記構造物とを、通常時に構造物に対して張力による負荷が掛からないよう、緩みを持たせて接続し且つ該構造物の倒伏範囲を前記他の構造物の配置位置からずらして限定する索状体と、
   前記構造物の下端ベース部における荷重の水平方向成分Ｒ_Ｈと、前記構造物の下端ベース部における荷重の鉛直方向成分Ｒ_Ｖとが
   Ｒ_Ｈ＝Ｍ・α−Ｔ・ｃｏｓφ´
   Ｒ_Ｖ＝Ｍ・ｇ＋Ｔ・ｓｉｎφ´
   φ´＝ｃｏｓ^−１（（Ｌ・ｃｏｓφ＋Ｈ・ｓｉｎθ）／（Ｌ＋δ_Ｋ＋δ_Ｌ））
   但し、Ｍ：構造物の質量
   α：地震加速度
   ｇ：重力加速度
   Ｔ：索状体の張力
   φ：通常時の索状体の傾斜角度
   φ´：地震発生時の索状体の傾斜角度
   Ｌ：索状体の基礎側固定部と索状体の構造物に対する接続部との間の初期直線距離
   Ｈ：構造物の下端ベース部から索状体の接続部までの高さ
   θ：地震発生時の構造物の傾斜角度
   δ_Ｋ：索状体の伸び
   δ_Ｌ：索状体の初期緩み長さ
   より求められ、前記Ｒ_Ｈ及びＲ_Ｖに耐える強度を有する前記構造物の下端ベース部と
   を備えたことを特徴とする構造物の支持装置。
2. 前記索状体の張力が
   Ｔ＝（Ｍ・α・ｃｏｓθ＋Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ）・Ｈ_Ｇ／ｓｉｎ（π／２−φ´−θ）・Ｈ
   但し、Ｈ_Ｇ：構造物の下端ベース部から重心までの高さ
   より求められ、前記索状体の張力Ｔに耐える強度を有する索状体と、
   前記索状体の張力Ｔに耐える強度を有する前記索状体の基礎側固定部と、
   前記索状体の張力Ｔに耐える強度を有する前記索状体の構造物に対する接続部と
   を備えた請求項１記載の構造物の支持装置。
3. 前記基礎側固定部は、前記構造物の他の構造物に対向する側とは反対側の複数箇所に設定され、前記基礎側固定部と前記構造物とを接続する索状体は、複数系統配設される請求項１又は２記載の構造物の支持装置。
4. 前記構造物は原子力発電プラントに設置される排気筒を含む塔状構造物であり、前記他の構造物は原子炉格納容器を含む建造施設である請求項１〜３の何れか一項に記載の構造物の支持装置。

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