JP6831263B2 - 函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンク - Google Patents

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本発明は、函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンクに関する。
護岸や防波堤に使用されるケーソン等の函体は、引船により据付現場まで曳航される。このような函体は、据付現場ではウインチやクレーン等を用いて所定位置に据付けられる(例えば、特許文献1、2参照)。
函体の据付時には、波浪等の影響により函体が縦揺れ(ピッチング)および横揺れ(ローリング)する。特に、函体の据付開始時には、函体が水中に十分に沈み込んでいないため、函体の縦揺れおよび横揺れは大きくなる。函体を精度よく迅速に所定位置に据付けるには、函体の揺動を抑制することが重要である。
特開2004−238914号公報 特開平10−237875号公報
本発明の目的は、函体の水中への据付時の縦揺れおよび横揺れを抑制することができる函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンクを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の函体の水中への据付方法は、中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心を含む位置に配置し、前記収容部が前記函体の上面の面積の50%以上を覆う構成にして、前記収容部に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする。
本発明の別の函体の水中への据付方法は、中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置し、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする。
また、上記の目的を達成するための本発明の函体の揺動防止用タンクは、水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部が平面視で前記函体の重心を含む位置に配置されていて、前記収容部が前記函体の上面の面積の50%以上を覆う構成にしたことを特徴とする。
本発明の別の函体の揺動防止用タンクは、水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置されていて、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に前記流体が収容される構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、水に浮かせた状態の函体が揺動して傾斜した際に、函体の上に設置したタンクの収容部の中で流体が函体の傾斜方向下側に向って流動して、収容部での流体の重心が函体の傾斜方向下側に移動する。移動した流体に作用する重力によって函体の重心周りにモーメント(減衰モーメント)が生じる。一方、函体の浮心も傾斜方向下側に移動するため、浮力によって函体の重心周りにモーメント(復元モーメント)が生じる。この復元モーメントは函体を傾斜前の状態に戻そうとするモーメントである。減衰モーメントは復元モーメントと逆方向のモーメントになるため、復元モーメントに起因する函体の揺動が減衰モーメントにより抑制される。その結果として、函体の水中への据付時の揺動を抑制することができる。
また、タンクによる減衰モーメントがケーソン等の函体の復元モーメントを打ち消すことによって、函体の揺れの固有周期を長周期側にシフトさせることができる。その結果、無対策の函体が最も揺れやすい波の周期帯とは異なる固有周期に変化し、揺れが同調して大きく揺れることを防止する効果も期待できる。
本発明の函体の揺動防止用タンクを設置した函体の据付現場での位置決め工程を側面視で例示する説明図である。 図1の揺動防止用タンクの内部を拡大して示す説明図である。 図2の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。 図1の位置決め工程の後で函体を水底地盤へ設置する工程を側面視で例示する説明図である。 函体がX方向一方側(右側)に傾斜した際の揺動防止用タンクの収容部の中での流体の流動状態を側面視で例示する説明図である。 第2実施形態の揺動防止用タンクを側面視で例示する説明図である。 図6の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。 第3実施形態の揺動防止用タンクを側面視で例示する説明図である。 図8の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。 第4実施形態の揺動防止用タンクを側面視で例示する説明図である。 図10の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。
以下、本発明の函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンクを図に示した実施形態に基づいて説明する。尚、図面では、函体の長さ方向、幅方向、上下方向をそれぞれ矢印X、Y、Zで示している。
図1〜図3に例示するように、本発明の函体の揺動防止用タンク(以下、タンクと称す)1はケーソンなどの函体3の上に設置されるタンクである。函体3としてはその他に埋設函などを例示できる。この実施形態では函体3がケーソンの場合を例にしている。ケーソン3は、中空部4を有するコンクリート製または鋼製の構造物で、その中空部4は外壁5aおよび隔壁5bにより複数の空間に仕切られている。中空部4にはケーソン3の据付前には適宜の量の水Waが注入され、据付後には投入された砕石等により充満される。
タンク1は、鋼製または樹脂製の中空の構造物で、平らに形成された上面に作業者が往来できる足場2を有している。タンク1の下壁1bと側壁1cとにより囲まれた空間が水などの流体Wbが収容される収容部1aになっている。足場2は収容部1aの上面を塞ぐ上蓋としても機能している。
図面では、中空部4に水Wa等が収容されていない空のケーソン3の重心をG、ケーソン3がX方向およびY方向に傾いていない状態(中立状態)におけるケーソン3の浮心をC、収容部1aの流体Wbの重心をDで示している。ケーソン3の中立状態では重心G、浮心C、重心Dが同じXY座標に位置している(平面視では同じ位置になっている)。
この実施形態では、収容部1aは平面視でケーソン3の重心Gを含む位置に配置されている。また、この実施形態では、タンク1は底面(下壁1bの上面)が平坦な直方体であり、ケーソン3の上面を全て覆っている。タンク1の形状はこれに限定されることない。
収容部1aは平面視でケーソン3の上面の面積の50%以上、より好ましくは60%以上、更に好ましくは70%を覆う構成にする。タンク1が平面視でケーソン3の上面から外側に突出する構成とすることも可能である。ただし、この突出量が大きいと据付け作業に支障が生じることもある。そのため、タンク1は平面視でケーソン3の上面から外側に突出させないことが望ましい。
タンク1の下壁1bの下面には複数の凹部1eが設けられている。この複数の凹部1eがケーソン3の外壁5aおよび隔壁5bの上側端部と嵌合することにより、タンク1はケーソン3の上に固設されている。タンク1のケーソン3への固定構造は、この構造に限定されることなく、タンク1がケーソン3から容易に分離しない構造であれば良い。
この実施形態では、タンク1を上下に貫通する注入口1dが設けられている。図2、図3では、2つの注入口1dをX方向の位置が同じでY方向の位置が異なるように配置されているが、注入口1dの位置及び数はこれに限定されない。注入口1dの上方の位置では足場2にも上下に貫通する貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔を開閉する蓋2aが設けられている。この蓋2aを開けることで、注入口1dを通じて外部とケーソン3の中空部4とが連通する。
次に、ケーソン3の水中への据付方法について説明する。まず、ケーソン3を据付現場に移送する前にタンク1をケーソン3の上に固設して、収容部1aに流体Wbを注入する。流体Wbとしてはこの水域の海水などを使用する。流体Wbは、収容部1aを充満させない収容量であればよいが、例えば収容部1aの容積の10%〜70%程度、より好ましくは20%〜50%程度にするとともに、ケーソン3の重量の1%〜10%程度の重量に相当する収容量、より好ましくは2%〜3%程度の重量に相当する収容量にする。
また、蓋2aを開いて、中空部4に注入口1dを通じて水Waを注水する。水Waは、ケーソン3を水に浮かせた状態にできる量である。例えば、中空部4の容積の1/3〜3/4、或いは、1/2〜2/3程度の容積を満たす収容量にする。水Waの注入後に蓋2aは閉じる。
水に浮かせたケーソン3を引船に接続して、引船により据付現場に移送する。ケーソン3を据付現場に移送後、図1に示すように、タンク1の足場2に設置されたウインチ6に巻き付けられたワイヤロープ7を繰り出す。このワイヤロープ7を据付現場の水底地盤10に据付け済みのケーソン3の上面に設置された滑車8に接続する。
このワイヤロープ7の繰り出しおよび巻取りを行うことにより、据え付けるケーソン3のXY方向での位置決めをする。作業者は足場2の上で必要な作業を行う。足場2を設けることで作業者はタンク1(ケーソン3)の上を円滑に移動できるので作業効率の向上に大きく寄与する。尚、この位置決め工程では図1に示したウインチ6、ワイヤロープ7及び滑車8の他にも様々な器具が使用されるが、ここでは図示及び説明を省略する。ケーソン3の据付現場への移送中、および位置決め工程ではケーソン3は揺動する。
ケーソン3をクレーン等で吊り下げてXY方向での位置決めをすることもできる。据付現場に最初に据え付けるケーソン3の場合は、例えば起重機船などの基準になるものに沿わせてXY方向での位置決めをする。
ケーソン3の位置決め後、図4に示すように、注入口1dの蓋2aを開け、タンク1の足場2に設置したポンプを起動して、一端を水中に配置したホース9を用いて注入口1dを通じて中空部4に水Waを注入する。これにより、ケーソン3を下方移動させて水底地盤10に載置する。その後、中空部4に砕石等を投入して充満させる。タンク1はケーソン3から取外し、ケーソン3の上面はコンクリート製の蓋などで覆ってケーソン3の据え付けが完了する。使用したタンク1は繰り返し使用できる。
上述したとおり、ケーソン3を水中へ据付ける際には、ケーソン3にはX方向およびY方向への揺動Sが発生する。尚、Z方向への揺動(上下変動)も生じるが、ケーソン3の据付けは波が穏やかな状況で行うので、据付け方向を決める上では、大きな問題は生じない。図5に例示するように、ケーソン3がX方向一方側(右側)に横揺れして傾斜した際には、ケーソン3の浮心CがX方向中央の位置から右側の位置C’まで移動する。
水Waを収容されているケーソン3の重心G’は水Waの重量によって重心Gよりも大きく下方に移動している。また、ケーソン3が右側に傾斜して水Waが右側に偏重することで重心G’は重心Gに対して右側に移動する。ただし、この右側への移動量は微小であり無視できる程度である。
移動後の浮心C’に作用する浮力RFによってケーソン3の重心G’周りにモーメントRFMが発生する。このモーメントRFMはケーソン3を傾斜前の位置に戻そうとする復元モーメントである。この復元モーメントRFMによりケーソン3はX方向他方側(左側)に横揺れして、以後右側および左側への揺動が繰り返されるためケーソン3の揺動の原因になる。
一方、ケーソン3の傾斜により、収容部1aでの流体Wbの重心Dがケーソン3の傾斜方向下側の位置D’に移動する。移動した流体Wbに作用する重力によってケーソン3の重心G’周りにモーメントDFMが生じる。このモーメントDFMは復元モーメントRFMと逆方向のモーメント(減衰モーメント)になるため、復元モーメントRFMに起因するケーソン3の揺動が減衰モーメントDFMにより抑制される。その結果として、ケーソン3の水中への据付時の揺動を抑制することができる。
また、減衰モーメントDFMがケーソン3の復元モーメントRFMを打ち消すことによって、ケーソン3の揺れの固有周期を長周期側にシフトさせることができる。その結果、タンク1を設置しない無対策のケーソン3が最も揺れやすい(同調しやすい)波の周期帯(10s前後)とは異なる固有周期に変化させることによって、揺れの同調を防ぐことができる。
流体Wbの収容量が過小であるとケーソン3の揺動抑制効果は小さくなる。一方、流体Wbの収容量を過大にしても流体WbのX方向およびY方向への偏重が小さければこの効果はあまり変化しない。そのため、流体Wbの収容量は上述した範囲にするとよい。
この実施形態では、収容部1aに収容する流体Wbとして水を使用したが、水以外の液体を収容部1aに収容してもよい。特に、水より比重の大きい液体を収容部1aに収容すると、流体Wbに作用する重力DFがより大きくなって、減衰モーメントDFMを大きくすることができるので、復元モーメントRFMの抑制効果をより大きくすることができる。
この実施形態では、ケーソン3を据付現場に移送する前に収容部1aに流体Wbを収容しているが、収容部1aへ流体Wbを注入して収容する時期はこの時期に限定されず、水底地盤10に対するケーソン3の据付位置決めを行う前までであればよい。この実施形態のようにケーソン3の移送前に、収容部1aに流体Wbを収容すると、据付現場へのケーソン3の移送時におけるケーソン3の揺動も抑制することができるのでより好ましい。
図6、7に例示する第2実施形態の函体の揺動防止用タンク1は、ケーソン3にタンク1を設置した状態で平面視でケーソン3の重心Gの周りに収容部1aが環状に配置されている。具体的には、タンク1の下壁1bでケーソン3の上面を全て覆うとともに、下壁1bの上面に重心Gを中心として円筒状の側壁1cが二重になって配置されることにより、側壁1cどうしの間が収容部1aになっている。蓋2aおよび注入口1dは収容部1aの内部ではなく外部に設けられている。その他の構成は第1実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。
この実施形態では、ケーソン3が揺動した際に平面視でタンク1の収容部1aの中で流体Wbを重心Gに対してより離れた位置に偏在させ易くなるので、減衰モーメントDFMを大きくすることができる。そのため、第1実施形態に対してケーソン3の揺動抑制効果を大きくするには有利である。収容部1aは平面視で円環状に限らず、四角形の環状やその他多角形の環状を採用することもできる。また、外周側の側壁1cから外周側に突出している下壁1bの上面を足場2として使用することもできる。
図8、9に例示する第3実施形態の函体の揺動防止用タンク1は、ケーソン3にタンク1を設置した状態で平面視でケーソン3の特定の方向に収容部1aが延在している。具体的には、収容部1aが、一定幅でX方向に延在するとともにY方向にも延在して、平面視で重心Gを含む位置に配置されていて十字形状になっている。蓋2aおよび注入口1dは収容部1aの内部ではなく外部に設けられている。その他の構成は第1実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。尚、この実施形態では、平面視でケーソン3の上面の全面が足場2により覆われているが、収容部1aの上面だけを足場2により覆う構成にすることもできる。その場合、側壁1cの外側にある下壁1bの上面を足場2として使用することもできる。
この実施形態においても、ケーソン3が揺動した際に平面視でタンク1の収容部1aの中で流体Wbを重心Gに対してより離れた位置に偏在させ易くすることができる。その結果、減衰モーメントDFMを大きくすることができるので、収容部1aの延在方向へのケーソン3の揺動に対する抑制効果を大きくすることができる。据付現場の波浪状況等に基づいてケーソン3が大きく揺動する方向が予測できる場合には、この大きく揺動する方向を収容部1aが延在する特定の方向に設定すると、ケーソン3の全体的な揺動の抑制効果を大きくするには有利になる。
図10、11に示す第4実施形態の函体の揺動防止用タンク1は、ケーソン3の下壁1bの上面が平坦な面ではなく、XY平面上での位置に応じて収容部1aの深さhを変化させている。具体的には、平面視で収容部1aの外側端部の深さhbが中央部側の深さhaよりも大きくなるようにしている。その他の構成は第1実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。
この実施形態においても、ケーソン3が揺動した際に平面視でタンク1の収容部1aの中で流体Wbを重心Gに対してより離れた位置に偏在させ易くすることができる。その結果、減衰モーメントDFMを大きくすることができるので、ケーソン3の揺動に対する抑制効果を大きくすることができる。
この実施形態では収容部1aの中央部(図11の斜線の範囲)の深さを同一の深さhaとしているが、この構成に限定されない。例えば、平面視で収容部1aの中心から外側に向うに連れて収容部1aの深さを大きくすることもできる。
1 函体の揺動防止用タンク
1a 収容部
1b 下壁
1c 側壁
1d 注入口
1e 凹部
2 足場
2a 蓋
3 ケーソン(函体)
4 中空部
5a 外壁
5b 隔壁
6 ウインチ
7 ワイヤロープ
8 滑車
9 ホース
10 水底地盤
Wa 中空部に収容されている水
Wb 収容部に収容されている流体

Claims (6)

  1. 中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、
    前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心を含む位置に配置し、前記収容部が前記函体の上面の面積の50%以上を覆う構成にして、前記収容部に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする函体の水中への据付方法。
  2. 中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、
    前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置し、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする函体の水中への据付方法。
  3. 水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、
    前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部が平面視で前記函体の重心を含む位置に配置されていて、前記収容部が前記函体の上面の面積の50%以上を覆う構成にしたことを特徴とする函体の揺動防止用タンク。
  4. 水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、
    前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置されていて、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に前記流体が収容される構成にしたことを特徴とする函体の揺動防止用タンク。
  5. 平面視で前記収容部の深さがこの収容部の中央部側よりも外側端部で深くなっている請求項3または4に記載の函体の揺動防止用タンク。
  6. タンク上面に作業者が往来できる足場が形成されている請求項3〜5のいずれかに記載の函体の揺動防止用タンク。
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