JP7420985B1 - ジャケット構造体、ジャケット構造体の設計方法、ジャケット構造体システム、及び洋上風車システム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係るジャケット構造体100を説明する。図1に示すように、ジャケット構造体100は、洋上風車200を支持する。
図1に示すように、ジャケット構造体100は、レグ10と、リブ20と、ブレース30と、トランジションピース40と、接続部材50と、を備える。
本実施形態において、ジャケット構造体100の備えるレグ10の数は4である。レグ10は、第1レグ11と、第2レグ12と、第3レグ13と、第4レグ14と、を含む。以下、これらを区別しない場合に、レグ10という。
レグキャン10Cの長さは、例えば、1つのレグキャン10Cに接続されるブレース30の数によって変化する。すなわち、例えば、レグキャン10Cの長さは、ブレース30がレグ10の長手方向に沿って複数接続される場合の方が長く、1本のみ接続される場合の方が短い。
レグ10とブレース30との接続部の形状は、例えば、レグ10とのブレース30交差角が90°である場合に略真円となり、90°よりも角度が大きく又は小さくなるにつれて略楕円状に変化する。したがって、レグキャン10Cの長さは、レグ10とのブレース30交差角が90°である場合に最も短くなり、90°よりも角度が大きく又は小さくなるにつれて長くなる。
上記は第1レグ11に限らず、例えば、その他のレグ10においても同じ形態であってもよい。
斜めブレース31は、複数のレグ10同士の間において、長手方向が斜めに位置するように配置される。斜めブレース31とレグ10との交差角は、例えば、レグ10のバター角によって決定される。レグ10のバター角とは、レグ10の上端と下端との間の部分の傾斜角であって、レグ10の下端から上端にかけてトランジションピース40の側に近づくように傾斜した角度をいう。このとき、レグ10と、斜めブレース31との交差角度は、30°以上であることが好ましい。
図1に示すように、斜めブレース31は、例えば、X字状に配置される。前記X字状は、例えば、上下方向に亘って1段設けられる。また、図2に示すように、前記X字状は上下方向に亘って2段設けられてもよい。
図6に示すように、第1斜めブレース31a及び第2斜めブレース31bは、それぞれ第1レグ11と第2レグ12とを結ぶ。第3斜めブレース31c及び第4斜めブレース31dは、それぞれ第3レグ13と第4レグ14とを結ぶ。
水平ブレース32は、例えば、図1及び図2に示すように、複数のレグ10同士の間において、長手方向が水平に位置するように配置される。水平ブレース32は、第1レグ11と第2レグ12とを結ぶ。水平ブレース32は、例えば、第1省略領域S1の下に設けられる。
斜めブレース31及び水平ブレース32の配置の詳細については後述する。
図1に示すように、トランジションピース40は、上フランジ41と、下フランジ42と、ウェブ43と、受口部44と、を備える。
上フランジ41は、トランジションピース40の上側において水平方向に配置される。図1に示すように、上フランジ41は十字状であり、中央に受口部44が配置される。
ウェブ43は、上フランジ41と、下フランジ42と、受口部44と、後述するレグ10と、との間を補強する部材である。図1に示すように、ウェブ43は略四角形状の板である。ウェブ43は、前記略四角形状の4辺を、上述の上フランジ41と、下フランジ42と、受口部44と、レグ10と、にそれぞれ接続する。これによりトランジションピース40を補強する。
受口部44は筒状の部材であり、トランジションピース40の中央に配置される。受口部44は、上フランジ41、下フランジ42、及びウェブ43によって支持される。本実施形態において、受口部44には洋上風車200が接続される。これにより、トランジションピース40によって洋上風車200を支持する。
上フランジ51及び下フランジ52は、それぞれスリーブ53の上部及び下部に配置される板状の部材である。上フランジ51及び下フランジ52は、例えば、それぞれ水平に配置される。図1に示すように、上フランジ51及び下フランジ52は、それぞれレグ10の下端に取り付けられる。
次に、本実施形態に係るジャケット構造体100におけるブレース30の配置の詳細について説明する。ブレース30の配置は、複数の形態を含む。本実施形態において、ジャケット構造体100には、ブレース30の配置によって、省略領域Sが形成される。
省略領域Sは、上下方向を軸としたジャケット構造体100の周方向において、互いに隣り合う2つのレグ10が含まれる平面状の空間の一部の領域であって、ブレース30が配置されていない領域である。以下、省略領域Sの例として、第1省略領域S1、第2省略領域S2、第3省略領域S3、及び第4省略領域S4について説明する。
第3省略領域S3は、例えば、第3レグ13と第4レグ14とを結ぶ後施工斜めブレースを配置可能な領域である。第3省略領域S3には、図5に示すように、上述したリブ20が設けられる。
本実施形態に係るジャケット構造体100において、第3省略領域S3は、設けられていない場合があってもよい。
以下、上述の第1省略領域S1、第2省略領域S2、第3省略領域S3、及び第4省略領域S4の配置によるジャケット構造体100の例について、図3~図8を用いて説明する。
第1例に係るブレース30の配置は、図3に示すように、X字状の第1斜めブレース31aが上下方向に1段設けられている。第1省略領域S1は、トランジションピース40及び第1斜めブレース31aの下の領域の一部に設けられている。言い換えれば、トランジションピース40と第1斜めブレース31aとの間に第1省略領域S1は設けられていない。
第1例において、リブ20は、接続部材50とレグ10との間にのみ設けられる。トランジションピース40とレグ10との間にリブ20は設けられていない。
第1例において、第2斜めブレース31b及び第4斜めブレース31dは、設けられていない。第1例において、第2省略領域S2及び第4省略領域S4は、設けられていない。
第2例に係るブレース30の配置は、図4に示すように、X字状の第1斜めブレース31aが上下方向に1段設けられている。第1斜めブレース31aは、第1省略領域S1の下に設けられる。言い換えれば、第1省略領域S1は、トランジションピース40と第1斜めブレース31aとの間に設けられている。
第2例において、リブ20は、接続部材50とレグ10との間と、トランジションピース40とレグ10との間と、に設けられる。
第2例において、第2斜めブレース31b及び第4斜めブレース31dは、設けられていない。第1例において、第2省略領域S2及び第4省略領域S4は、設けられていない。
第2例等のように、ジャケット構造体100の上方に第1省略領域S1及び第3省略領域S3を設けると、例えば、トランジションピース40とレグ10との間のリブ20を大きく設けることができる。また、例えば、第1省略領域S1及び第3省略領域S3が水面よりも上に位置するようにすることで、洋上において生じる波による衝撃の影響を受けにくくすることができる。
第3例に係るブレース30の配置は、図5に示すように、X字状の第1斜めブレース31aが上下方向に1段設けられている。第1斜めブレース31aは、第1省略領域S1の下に設けられる。第2省略領域S2は、第1斜めブレース31aの下に設けられる。言い換えれば、第1省略領域S1は、トランジションピース40と第1斜めブレース31aとの間に設けられている。第1斜めブレース31aは、第1省略領域S1と第2省略領域S2との間に設けられる。
第3例において、リブ20は、接続部材50とレグ10との間と、トランジションピース40とレグ10との間と、に設けられる。
第3例において、第2斜めブレース31b及び第4斜めブレース31dは、設けられていない。
第4例に係るブレース30の配置は、図6に示すように、X字状の第1斜めブレース31a及び第2斜めブレース31bが上下方向に2段設けられている。第1省略領域S1は、トランジションピース40、第1斜めブレース31a、及び第2斜めブレース31bの下の領域の一部に設けられている。言い換えれば、トランジションピース40と第1斜めブレース31aとの間、及び第1斜めブレース31aと第2斜めブレース31bとの間に第1省略領域S1は設けられていない。
第4例において、リブ20は、接続部材50とレグ10との間にのみ設けられる。トランジションピース40とレグ10との間にリブ20は設けられていない。
第1例において、第2省略領域S2及び第4省略領域S4は、設けられていない。
第5例に係るブレース30の配置は、図7に示すように、X字状の第1斜めブレース31a及び第2斜めブレース31bが上下方向に2段設けられている。第1省略領域S1は、第1斜めブレース31aの下に設けられる。第2斜めブレース31bは、第1省略領域S1の下に設けられる。言い換えれば、第1省略領域S1は、第1斜めブレース31aと第2斜めブレース31bとの間に設けられる。
第5例において、リブ20は、接続部材50とレグ10との間にのみ設けられる。トランジションピース40とレグ10との間にリブ20は設けられていない。
第5例において、第2省略領域S2及び第4省略領域S4は、設けられていない。
第6例に係るブレース30の配置は、図8に示すように、X字状の第1斜めブレース31a及び第2斜めブレース31bが上下方向に2段設けられている。第1斜めブレース31aは、第1省略領域S1の下に設けられる。第2斜めブレース31bは、第1省略領域S1及び第1斜めブレース31aの下に設けられる。言い換えれば、第1省略領域S1は、トランジションピース40と第1斜めブレース31aとの間に設けられている。第1斜めブレース31aと第2斜めブレース31bとの間に第1省略領域S1は設けられていない。
第6例において、リブ20は、接続部材50とレグ10との間と、トランジションピース40とレグ10との間と、に設けられる。
第6例において、第2省略領域S2及び第4省略領域S4は、設けられていない。
上記形態により、ジャケット構造体100を構成する。
次に、本実施形態に係るジャケット構造体100の設計方法について説明する。本実施形態に係るジャケット構造体100の設計方法は、例えば、決定ステップと、解析ステップと、材料選択ステップと、を備える。
材料選択ステップでは、解析ステップにおいて算定されたジャケット構造体100の各部位の終局強度に合わせて、レグ10及びブレース30に使用する材料を決定する。例えば、レグ10及びブレース30の各部位に求められる耐力から、SA440、SM490Y、SM520等の材料から適宜使用する材料を選択する。
上記各ステップにより、ジャケット構造体100を設計する。
次に、本実施形態に係るジャケット構造体システムの第1例(第1ジャケット構造体システム100J)について、図10を用いて説明する。第1ジャケット構造体システム100Jは、第1ジャケット構造体10Jと、第2ジャケット構造体20Jと、を有する。
第1ジャケット構造体10Jには、第1省略領域S1Jが設けられる。第1省略領域S1Jは、第2レグ13J及び第3レグ14Jが含まれる平面状の空間の一部の領域のうち、第1斜めブレース1BJが配置されていない領域をいう。第1省略領域S1Jは、第1トランジションピース11Jの下の領域の一部に設けられる。
第1ジャケット構造体システム100Jにおいて、第1ジャケット構造体10Jにおける第1省略領域S1Jの位置と、第2ジャケット構造体20Jにおける第2省略領域S2Jの位置と、は、異なる。
次に、本実施形態に係るジャケット構造体システムの第2例(第2ジャケット構造体システム200J)について、図11を用いて説明する。第2ジャケット構造体システム200Jは、第1ジャケット構造体システム100Jと同様に、第1ジャケット構造体10Jと、第2ジャケット構造体20Jと、を有する。
第2ジャケット構造体システム200Jは、第2ジャケット構造体20Jが、第2トランジションピース15Jの下の領域の一部に設けられていない点でのみ、第1ジャケット構造体システム100Jと相違する。
次に、本実施形態に係る洋上風車システム100Wについて、図12を用いて説明する。洋上風車システム100Wは、同一のウインドファーム又は海域にそれぞれ設けられ且つ洋上風車Wをそれぞれ支持する複数のジャケット構造体10W、を備える。
洋上風車システム100Wにおいて、複数のジャケット構造体10Wは、第1グループG1又は第2グループG2に属する。具体的には、例えば、複数のジャケット構造体10Wのそれぞれは、ウインドファーム又は海域においてジャケット構造体10Wのそれぞれが設置される場所(サイト)のそれぞれの水深又は地盤条件に応じ、第1グループ及び第2グループのいずれかにグルーピングされる。
洋上風車システム100Wにおいて、第1グループG1に属する複数のジャケット構造体10Wそれぞれにおける省略領域16Wの位置は、共通する。
なお、洋上風車システム100Wにおいて、第2グループG2に属する複数のジャケット構造体10Wそれぞれにおける省略領域16Wの位置は、共通する。
ジャケット構造体100は、接続部材50を備えなくてもよい。つまり、レグ10の下端と杭Pの上端とは、例えば、いずれかがいずれかの内側に挿入されることで接続されてもよい。すなわち、例えば、ジャケット構造体100の接続部材50に代えて、図9に示すような構造を採用してもよい。具体的には、例えば、複数のレグ10または地盤に打設された鋼管杭それぞれが、対応する鋼管杭またはレグ10に挿入されて接続される構造としてもよい。
水平ブレース32は、例えば、第1斜めブレース31aと第2斜めブレース31bとの間、又は第3斜めブレース31cと第4斜めブレース31dとの間に設けられてもよい。
トランジションピース40と第1斜めブレース31a又は第3斜めブレース31cとの間に省略領域Sが設けられていない場合であっても、トランジションピース40とレグ10との間にリブ20が設けられてもよい。
10C レグキャン
11 第1レグ
12 第2レグ
13 第3レグ
14 第4レグ
20 リブ
30 ブレース
31 斜めブレース
31a 第1斜めブレース
31b 第2斜めブレース
31c 第3斜めブレース
31d 第4斜めブレース
32 水平ブレース
40 トランジションピース
41 上フランジ
42 下フランジ
43 ウェブ
44 受口部
50 接続部材
51 上フランジ
52 下フランジ
53 スリーブ
100 ジャケット構造体
200 洋上風車
P 杭
S 省略領域
S1 第1省略領域
S2 第2省略領域
S3 第3省略領域
S4 第4省略領域
Claims (18)
- 地盤に打設される複数の杭と、
前記複数の杭に連結される複数のレグと、
前記複数のレグのうちの1つである第1レグと、前記複数のレグのうち前記1つとは異なる1つである第2レグと、を結ぶ第1斜めブレースと、
を備えるジャケット構造体であって、
洋上風車を支持し、前記複数のレグによって支持されるトランジションピース、
を更に備え、
前記複数のレグのそれぞれは、前記トランジションピースから前記杭に向けて傾斜姿勢で直線状に延在しており、
前記第1レグ及び前記第2レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第1省略領域であって前記第1斜めブレースが配置されていない第1省略領域が、前記トランジションピースの下の領域の一部に設けられている、
ことを特徴とするジャケット構造体。 - 前記第1省略領域の高さは、水平方向に沿って見て、前記トランジションピースの高さより、高い、
ことを特徴とする請求項1に記載のジャケット構造体。 - 前記第1省略領域の高さは、水平方向に沿って見て、前記第1レグ及び前記第2レグが含まれる平面状の空間において前記第1斜めブレースが位置する領域の高さより、低い、
ことを特徴とする請求項2に記載のジャケット構造体。 - 前記第1省略領域は、前記第1レグと前記第2レグとを結ぶ後施工斜めブレースを配置可能な領域である、
ことを特徴とする請求項3に記載のジャケット構造体。 - 前記第1斜めブレースは、前記第1省略領域の下に設けられる、
ことを特徴とする請求項4に記載のジャケット構造体。 - 前記第1レグ及び前記第2レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第2省略領域であって前記第1斜めブレースが配置されていない第2省略領域が、前記第1斜めブレースの下の領域の一部に設けられている、
ことを特徴とする請求項5に記載のジャケット構造体。 - 前記第1省略領域には、前記トランジションピースと前記第1レグとを接続するリブ、が設けられる、
ことを特徴とする請求項6に記載のジャケット構造体。 - 前記リブの大きさ又は形状は、前記第1レグと前記トランジションピースの下フランジとの溶接部の疲労強度が所定疲労強度以上となる大きさ又は形状であり、
前記所定疲労強度は、前記リブが設けられていない場合であって前記第1省略領域に前記後施工斜めブレースが設けられた場合における前記疲労強度である、
ことを特徴とする請求項7に記載のジャケット構造体。 - 前記第1省略領域は、前記トランジションピース及び前記第1斜めブレースの下の領域の一部に設けられている、
ことを特徴とする請求項4に記載のジャケット構造体。 - 前記第1レグと前記第2レグとを結ぶ第2斜めブレース、
を更に備え、
前記第2斜めブレースは、前記第1省略領域の下に設けられる、
ことを特徴とする請求項9に記載のジャケット構造体。 - 前記第1レグと前記第2レグとを結ぶ水平ブレース、
を更に備え、
前記水平ブレースは、前記第1省略領域の下に設けられる、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のジャケット構造体。 - 前記複数のレグのうちの1つであり、且つ、前記第1レグ及び前記第2レグと異なる第3レグと、前記複数のレグのうちの1つであり、且つ、前記第1レグ、前記第2レグ、及び、前記第3レグと異なる第4レグと、を結ぶ第3斜めブレース、
を更に備え、
前記第3レグ及び前記第4レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第3省略領域であって前記第3斜めブレースが配置されていない第3省略領域が、前記トランジションピースの下の領域の一部に設けられている、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のジャケット構造体。 - 前記第1レグの部分であって前記第1省略領域に対応する部分の鋼材は、SA440である、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のジャケット構造体。 - 前記第1レグの部分であって前記第1省略領域に対応する部分の鋼材の強度は、前記第1レグの部分であって前記第1省略領域に対応する部分と異なる部分であって前記第1レグの部分の鋼材の強度より、強い、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のジャケット構造体。 - 地盤に打設される複数の杭に連結される複数のレグと、
前記複数のレグのうちの1つである第1レグと、前記複数のレグのうち前記1つとは異なる1つである第2レグと、を結ぶ第1斜めブレースと、
洋上風車を支持し、前記複数のレグによって支持されるトランジションピースと、
を備え、
前記複数のレグのそれぞれは、前記トランジションピースから前記杭に向けて傾斜姿勢で直線状に延在しているジャケット構造体の設計方法であって、
前記トランジションピースの剛性、前記レグの剛性、前記地盤の硬さに基づき、前記第1レグ及び前記第2レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第1省略領域であって前記第1斜めブレースが配置されない第1省略領域を設ける位置を決定する決定ステップ、
を備えることを特徴とするジャケット構造体の設計方法。 - 第1洋上風車を支持する第1トランジションピースと、
前記第1トランジションピースを支持する複数の第1レグと、
前記複数の第1レグのうちの1つである第2レグと、
前記複数の第1レグのうち前記第2レグとは異なるレグである第3レグと、
前記第2レグと前記第3レグとを結ぶ第1斜めブレースと、
を含む第1ジャケット構造体と、
第2洋上風車を支持する第2トランジションピースと、
前記第2トランジションピースを支持する複数の第4レグと、
前記複数の第4レグのうちの1つである第5レグと、
前記複数の第4レグのうちの前記第5レグとは異なるレグである第6レグと、
前記第5レグと前記第6レグとを結ぶ第2斜めブレースと、
を含む第2ジャケット構造体と、
を備えるジャケット構造体システムであって、
前記第1ジャケット構造体と前記第2ジャケット構造体とが設けられるウインドファーム又は海域は、同じであり、
前記第1ジャケット構造体は、前記第2レグ及び前記第3レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第1省略領域であって前記第1斜めブレースが配置されていない第1省略領域が、前記第1トランジションピースの下の領域の一部に設けられ、
前記第2ジャケット構造体は、前記第5レグ及び前記第6レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第2省略領域であって前記第2斜めブレースが配置されていない第2省略領域が、前記第2トランジションピースの下の領域の一部に設けられ、
前記第1ジャケット構造体における前記第1省略領域の位置と、前記第2ジャケット構造体における前記第2省略領域の位置と、は、異なる、
ことを特徴とするジャケット構造体システム。 - 第1洋上風車を支持する第1トランジションピースと、
前記第1トランジションピースを支持する複数の第1レグと、
前記複数の第1レグのうちの1つである第2レグと、
前記複数の第1レグのうち前記第2レグとは異なるレグである第3レグと、
前記第2レグと前記第3レグとを結ぶ第1斜めブレースと、
を含む第1ジャケット構造体と、
第2洋上風車を支持する第2トランジションピースと、
前記第2トランジションピースを支持する複数の第4レグと、
前記複数の第4レグのうちの1つである第5レグと、
前記複数の第4レグのうちの前記第5レグとは異なるレグである第6レグと、
前記第5レグと前記第6レグとを結ぶ第2斜めブレースと、
を含む第2ジャケット構造体と、
を備えるジャケット構造体システムであって、
前記第1ジャケット構造体と前記第2ジャケット構造体とが設けられるウインドファーム又は海域は、同じであり、
前記第1ジャケット構造体は、前記第2レグ及び前記第3レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第1省略領域であって前記第1斜めブレースが配置されていない第1省略領域が、前記第1トランジションピースの下の領域の一部に設けられ、
前記第2ジャケット構造体は、前記第5レグ及び前記第6レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である第2省略領域であって前記第2斜めブレースが配置されていない第2省略領域が、前記第2トランジションピースの下の領域の一部に設けられていない、
ことを特徴とするジャケット構造体システム。 - 同一のウインドファーム又は海域にそれぞれ設けられ且つ洋上風車をそれぞれ支持する複数のジャケット構造体、を備える洋上風車システムであって、
前記複数のジャケット構造体は、第1グループ又は第2グループに属し、
前記第1グループに属する前記複数のジャケット構造体それぞれは、
トランジションピースと、
前記トランジションピースを支持する複数のレグと、
前記複数のレグのうちの1つである第1レグと、
前記複数のレグのうち前記1つとは異なるレグである第2レグと、
前記第1レグと前記第2レグとを結ぶ第1斜めブレースと、
を含み、
前記第1グループに属する前記複数のジャケット構造体それぞれは、
前記第1レグ及び前記第2レグが含まれる平面状の空間の一部の領域である省略領域であって前記第1斜めブレースが配置されていない省略領域が、前記トランジションピースの下の領域の一部に設けられており、
前記第1グループに属する前記複数のジャケット構造体それぞれにおける前記省略領域の位置は、共通する、
ことを特徴とする洋上風車システム。
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2023
- 2023-02-07 JP JP2023016548A patent/JP7420985B1/ja active Active
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