JPH0339870B2 - - Google Patents

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JPH0339870B2
JPH0339870B2 JP59012034A JP1203484A JPH0339870B2 JP H0339870 B2 JPH0339870 B2 JP H0339870B2 JP 59012034 A JP59012034 A JP 59012034A JP 1203484 A JP1203484 A JP 1203484A JP H0339870 B2 JPH0339870 B2 JP H0339870B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、海洋立地プラント等に好適に応用
し得る海洋構造物に係り、特に波浪外力および地
震外力に対する耐力向上を達成することができる
複殻式海洋構造物に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
一般に、海底面に着底させる構造物は、海中に
設けた部分の体積に相当する海水重量と比例した
浮力を受けるため、その分だけ構造物の見掛け重
量が減少する。従つて、この種の構造物は、地盤
の鉛直支持力に対し、陸域に施工される構造物よ
りは有利となる。そこで、海底面に着底させる構
造物の重要な課題は、海水の付加質量が作用する
ことによつて増加する地震力や台風時等における
高波の波力等に対する耐久性である。
例えば、従来公知の構築法に基づいて、構造物
直下に杭等を打設し、海底地盤に構造物を剛着底
させた場合、構造物自身の質量と海水の付加質量
の和に対し、構造物は地震力による加速度を直接
的に受け、この結果構造物や杭に大きな地震力が
作用し、構造物および杭は必要以上の耐力が要求
され、設備費が著しく増大し不経済となる。
このような観点から、出願人は先に、海中に軟
着底した構造物底面に作用する地震力は、構造物
の見掛重量に地盤と構造物底面の摩擦係数を乗じ
た値であり、このため構造物がいくら大きな地震
力に遭遇した場合においても、構造物に作用する
水平力は前記摩擦力以上にはならないという理論
に基づき、海底地盤に直接又は海底地盤の表面層
を割栗石等で置換した人工海底地盤上に、ケーソ
ン函体を設置し、このケーソン函体の周囲地盤に
複数本の杭群を打設し、これらの杭とケーソン函
体を直接又はクツシヨン材を介して連結し、海底
地盤に軟着底させることを特徴とする軟着底海洋
構造物を開発し、特許出願を行つた。すなわち、
この種の海洋構造物は、構造物の周囲地盤に複数
本の杭を打設し、これら杭頭と構造物とをその間
にクツシヨン材を介在させて連結することによ
り、構造物の残留移動量が所定値を超えた場合、
杭およびクツシヨン材によつて生じるばね弾力に
より構造物を元の位置近くへ戻すことが可能とな
り、波浪外力や地震外力による構造物の移動を最
少量に抑えることができる。
しかしながら、前述した海洋構造物において、
波浪外力および地震外力が大きく作用することは
避けられない。このため、この種の海洋構造物に
おいては、強大な波浪外力や地震外力に対する免
震作用の向上が要求される。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、海洋構造物の着底方式と浮遊
方式の特徴をそれぞれ生かし、海底面に単殻の構
造物を外殻として設置し、この外殻の内部に函体
構造物を内殻として浮遊方式で設備することによ
り、内殻は波浪外力や地震外力に対し外殻の内部
流体により緩衝されて免震作用の極めて優れたプ
ラント施設等を設計することができる複殻式海洋
構造物を提供するにある。
〔発明の要点〕
本発明に係る複殻式海洋構造物は、海底地盤に
単殻構造の外殻構造物を着底設置し、この外殻構
造物の内部に外部海域と同一レベルまで海水を導
入すると共に函体構造の内殻構造物を浮遊設置
し、前記内殻構造物の頂部端縁をローラ機構を介
して外殻構造物の一部に支持させ、外殻構造物に
対し内殻構造物を水平方向に移動可能に構成する
ことを特徴とする。
前記の複殻式海洋構造物において、外殻構造物
は、その底部を海底地盤に打設した固定杭に結合
して固定着底するかまたは底部を海底地盤に軟着
底させる方式を好適に採用することができる。
一方、内殻構造物は、下部にバラスト注入スペ
ースを設け、所定の海域まで曳航により運搬し、
バラストの注入により外殻構造物に対する浮遊レ
ベルを調整するよう構成すれば好適である。
さらに、前記の複殻式海洋構造物において、外
殻構造物は直立壁構造とし、これら直立壁に孔部
を穿設することにより、波浪外力に対する消波効
果および地震外力に対する流体力の減衰効果を期
待することができる。
〔発明の実施例〕
次に、本発明に係る複殻式海洋構造物の実施例
につき添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
第1図は、本発明に係る複殻式海洋構造物の一
実施例を示す構築状態説明図である。すなわち、
第1図に示す実施例は外殻固定着底方式を示すも
のであつて、参照符号10は外殻構造物、12は
内殻構造物、14はローラ機構をそれぞれ示す。
しかるに、本実施例において、外殻構造物10
は、単殻構造からなり、下端部を海底地盤16中
に打設た固定杭18に固定した構成とする。な
お、この場合、海底地盤16は、例えば砂層から
なる表層の一部を掘削して割栗石を敷設した割栗
石人工地盤として構成すれば好適である。また、
外殻構造物10の内部には、その外部海域と同一
レベルまで海水を導入する。これに対し、内殻構
造物12は、函体構造からなり、その上半部は一
般構造物と同規格にて計画し、また下半部はバラ
スト注入スペースを一部考慮して計画し、例えば
予め構築したものを目的地まで曳航により運搬
し、現地にてバラスト水の注入により海水の所定
レベルまで沈設する。この場合、内殻構造物12
は、外殻構造物10の内部海水域において浮遊し
ており、外殻構造物10に対し水平方向に自由に
移動できるよう内殻構造物12の頂部端縁におい
てローラ機構14を介して外殻構造物10に支持
されている。
このように構成された複殻式海洋構造物は、内
殻構造物12と外殻構造物10とのローラ面に生
じる面圧は、内殻構造物10と浮力と重力との差
になる。また、外殻構造物10の内外における海
水位を一定に保てば、前記面圧と外殻構造物10
の重力および浮力の差が外殻構造物10の海底地
盤16に対する底面圧となる。従つて、本実施例
に係る複殻式海洋構造物は、内殻構造物12をプ
ラント施設等に使用すれば、地震力は外殻構造物
10の内部流体により緩衝され、波浪は外殻構造
物10により遮ることができ、免震作用の優れた
海洋構造物を容易に得ることができる。
第2図は、本発明に係る複殻式海洋構造物の別
の実施例を示す構築状態説明図であり、外殻軟着
底方式を示すものである。なお、説明の便宜上第
1図に示す実施例と同一の構成部分については、
同一の参照符号を付して説明する。すなわち、本
実施例においては、外殻構造物10の底面を海底
地盤16に軟着底させたものである。なお、本実
施例においても、前記実施例と同様に外殻構造物
10は単殻構造とし、内部にその外部海域と同一
レベルまで海水を導入すると共に内殻構造物12
を前記実施例と同様に配設する。このように構成
された本実施例に係る複殻式海洋構造物において
も、前記実施例と同様に地震力に対する緩衝作用
と波浪の遮断作用とを期待することができる。
前述した実施例から明らかなように、本発明に
係る複殻式海洋構造物において、地震外力は当初
海底地盤16から外殻構造物10に伝播する。こ
の時、外殻構造物10が前述した実施例の如く固
定着底方式であるかまたは軟着底方式であるかに
より、その応答特性は異なるが、いずれの場合に
も内部流体(海水)を媒体として外殻構造物10
の応答が内殻構造物12へ伝播することになる。
従つて、この場合、外殻構造物10を直立壁とし
た際には、内殻構造物12の運動のエネルギー散
逸が無いために、造波減衰が存在しないこととな
り、免震作用に悪影響を及ぼす。このような観点
から、第3図に示すように、外殻構造物10は、
その外部と内部とを連通する孔部20を多数備え
た有孔壁で構成すれば好適である。なお、このよ
うに外殻構造物10を有孔壁で構成することは、
前述した地震外力に対する減衰効果のみならず、
外殻構造物10に作用する波浪外力に対しても消
波効果を期待することができる。しかし、この場
合、外殻構造物10に作用する流体力は減少する
が、透過波が内殻構造物12へ影響を及ぼすこと
になる。
しかるに、前述した本発明に係る複殻式海洋構
造物に関し、第1図および第2図に示すそれぞれ
外殻構造物10の着底方式が異なる内殻構造物1
2における地震外力による応答特性を示せば、第
4図および第5図に示す通りである。すなわち、
第4図は外殻構造物10の固定着底方式による内
殻構造物の基本応答波形を示し、第5図は外殻構
造物10の軟着底方式による内殻構造物の基本応
答波形を示す。
次に、外殻構造物10を直立壁として固定着底
方式を採用した複殻式構造物につき、地震外力が
作用した場合の内殻構造物12の応答特性につ
き、理論的に解析する。
まず、内殻構造物12に作用する流体力を求め
る。流体は理想流体とし、線形理論の範囲で論じ
るものとする。内殻構造物12に作用する流体力
の座標系を示せば第6図に示す通りである。この
場合の境界値の関係は、速度ポテンシヤルφ(x、
y)・ejtを用いて、次式が成立する。
Δφ(x、y)=0……inΩ (1) ∂φ/∂n−ω2φ/g=0……onΓF (2) (ΓFは自由表面の境界) ∂φ/∂n=Vi、n… …onΓi (3) (Γiは内殻構造物の表面の境界) ∂φ/∂n= Vo、n……onΓp (4) (Γ0は外殻構造物の表面の境界) ∂φ/∂n= 0……onΓB (5) (ΓBは水底の境界) 但し、ω:入力円周
波数 g:重力加速度 Vi、n:内殻構造物の直線方向速度 Vo、n:外殻構造物の法線方向の速度 また、内殻構造物12の伝播に関してはVi、
n=1、Vo、n=0とし、外殻構造物10の伝
播による内殻構造物12の伝播に関してはVi、
n=0、Vo、n=1とする。
このような境界値関係に対し、境界上の2点P
(x、y)、Q(x′、y′)間の距離の関数を基本解
φ*とすれば境界積分方程式は次式の通りになる。
φ(P)/2=−∫〓〔φ(Q)∂φ*/∂n −∂φ(Q)/∂nφ*〕dΓ ……(6) ただし、基本解φ*は次式で示される。
φ*=1/2πlog1/r(P、Q) ……(7) r(P、Q)=√(−′)2+(−′) この結果から得られる内殻構造物12の伝播に
よる付加質量係数をAM、伝播による質量力係数
をCmとし、形状抵抗係数をCDとすれば、周波数
応答関数H(ω)は、次式で示される。
H(ω)=−Cmω2+iCDω/−(AM+1)ω2+iCDω
……(8) そこで、外殻構造物10の応答変位をy(t)
とし、このフーリエ変換をY(ω)とすれば、内
殻構造物12の応答変位に関するフーリエ変換X
(ω)は、次式で示される。
X(ω)=Y(ω)・H(ω) ……(9) 仍つて、前記(9)に基づき、内殻構造物12の応
答変位x(t)を求めることができる。
そこで、前記内殻構造物12の応答特性につ
き、例えば第7図に示す数値計算モデルを作成し
て試験を行つた結果、内殻構造物12に対する加
速度入力波(第8図参照)に対する内殻構造物1
2の加速度応答波は第9図に示す通りであつた。
第8図および第9図に示す波形特性から、内殻構
造物12における最大の応答値の減少率は約40%
になることが確認された。なお、この数値計算モ
デルにおいて、流体力の解析に対し、自由表面の
条件は、φ(x、y)=0onΓFとした。
〔発明の効果〕
前述した実施例から明らかなように、本発明に
係る複殻式海洋構造物は、着底方式による外殻構
造物と浮遊方式による内殻構造物とを組合せるこ
とによつて、地震外力や波浪外力を外殻構造物で
好適に吸収ないしは遮断し、内殻構造物に対し与
える影響を低減することができ、免震効果の優れ
た海洋構造物を得ることができる。
また、外殻構造物の着底方式として、固定着底
方式および軟着底方式を設置海域の波浪条件に応
じて適宜選択して採用することができる。
このように、優れた効果を有する本発明に係る
海洋構造物は、沿岸海域において好適な施工する
ことができる。従つて、本発明海洋構造物は、各
種発電プラントを始めとして、各種の化学処理プ
ラント、廃棄物処理・貯蔵用プラント等として広
範囲に応用することができる。
以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明の精神を逸脱しない範囲内において
種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る複殻式海洋構造物の一実
施例を示す構築状態断面説明図、第2図は本発明
に係る複殻式海洋構造物の別の実施例を示す構築
状態断面説明図、第3図は本発明に係る複殻式海
洋構造物のさらに別の実施例を示す構築状態断面
説明図、第4図は第1図に示す実施例の内殻構造
物の地震外力に対する基本応答波形図、第5図は
第2図に示す実施例の内殻構造物の地震外力に対
する基本応答波形図、第6図は内殻構造物に作用
する流体力の座標系を示す説明図、第7図は本発
明に係る複殻式海洋構造物の数値計算モデルを示
す説明図、第8図は第7図に示す数値計算モデル
による内殻構造物に対する加速度入力波形図、第
9図は第8図に示す加速度入力波形に対する内殻
構造物の加速度応答波形図である。 10……外殻構造物、12……内殻構造物、1
4……ローラ機構、16……海底地盤、18……
固定杭、20……孔部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 海底地盤に単殻構造の外殻構造物を着底設置
    し、この外殻構造物の内部に外部海域と同一レベ
    ルまで海水を導入すると共に函体構造の内殻構造
    物を浮遊設置し、前記内殻構造物の頂部端縁をロ
    ーラ機構を介して外殻構造物の一部に支持させ、
    外殻構造物に対し内殻構造物を水平方向に移動可
    能に構成することを特徴とする複殻式海洋構造
    物。 2 特許請求の範囲第1項記載の複殻式海洋構造
    物において、外殻構造物はその底部を海底地盤に
    打設した固定杭に結合して固定着底してなる複殻
    式海洋構造物。 3 特許請求の範囲第1項記載の複殻式海洋構造
    物において、外殻構造物はその底部を海底地盤に
    軟着底してなる複殻式海洋構造物。 4 特許請求の範囲第1項記載の複殻式海洋構造
    物において、内殻構造物は下部にバラスト注入ス
    ペースを設け所定の海域まで曳航により運搬し、
    バラストの注入により外殻構造物に対する浮遊レ
    ベルを調整してなる複殻式海洋構造物。 5 特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか
    に記載の複殻式海洋構造物において、外殻構造物
    は直立壁構造を有し、これら直立壁に孔部を穿設
    してなる複殻式海洋構造物。
JP59012034A 1984-01-27 1984-01-27 複殻式海洋構造物 Granted JPS60157987A (ja)

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