JPS62200043A - エネルギ−散逸支持部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、衝撃エネルギーを吸収し、散逸もしくは消散
することにより、支持した構成要素を機械的衝撃から保
護する、引張荷重を受けた支持部のようなエネルギー散
逸装置に関し、そして激しい地震性荷重を受ける支持部
に特に適用性を有するものである。

先ｊ」丸術！口裟朋− 相当量の地震性衝撃エネルギーを吸収し散逸する能力を
有する現存の支持装置は典型的に圧縮装置である。液圧
式緩衝装置もしくはスナツパ−が、現在使用されている
このような装置の一例である。

タイロッド（固定棒）又はパイプハンガ（管支持装置）
のような引張状態で作用する慣用の支持装置は単純であ
り、便利であると共に占有空間を節減できる。しかし、
残念なことに、このような支持装置は、エネルギーを吸
収し散逸する能力を殆んど持も合わせていない、と言う
のは、これ等の支持装置は、エネルギーの殆どが一時的
に弾性歪の形態で蓄積されて系に戻される弾性範囲で動
作するものであるからである。このような支持装置は、
通常、一旦塑性変形点に達したならば完全に破壊しうる
ような構造である。

本発明の主な目的は、慣用の引張支持装置の利点及び便
利さと、相当量の衝撃エネルギーを吸収し散逸する能力
とを兼備した装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、通常の運転中には弾性範囲で作動
し、激しい地震性荷重を受けた時に塑性変形して大量の
エネルギーを散逸する上記の装置を提供することにある
。

本発明の更に他の目的は、弾性を保持して構造的支持を
維持する部分と、塑性変形して相当量のエネルギーを散
逸する他の部分とを有する上述の目的に適う装置を提供
することにある。

本発明の更に他の目的は、激しい地震事象中に一部分が
塑性変形した場合に、経済的に交換することができるよ
うに構造が簡単で製造が廉価である上述の目的に適う装
置を提供することにある。

本発明の総き的目的は、順次塑性変形してエネルギーを
散逸する複数個の要素（ストラップ）を有する装置を提
供することにある。

１１へ１１ 上の目的及び他の目的は、複数個の順次長くなる金属ス
トラップを備え、少なくとも、最も短いストラップを除
き全てのストラップ、そして好適な実施例においては最
も短いストラップをも含め全てのストラップが、端部材
に引張荷重が加えられていない状態で湾曲するように１
対の端部材に端部で接続されている装置により実現され
る。ストラップの長さは、端部材に加わる引張荷重が増
加するのに伴い、最も短いストラップで始まって順次長
くなるストラップが逐次それぞれの降伏点に達して塑性
変形しエネルギーを散逸するように選択される。

この構成によれば、長い方のストラップは、装置が接続
されている要素に対して支持を与える弾性範囲に留どま
り、短い方のストラップは１つずつ順に塑性変形して相
当量のエネルギーを散逸する０時として地震性衝撃を受
は得る要素を支持するのに使用する場合には、ストラッ
プは、通常の荷重が加えられている間は弾性範囲に全て
留どまり、そして地震事象中は、少なくとも最長のスト
ラップが弾性状態に留どまって支持を維持するように選
択される。勿論、ストラップのいずれかが塑性変形した
場合には、これ等のストラップを交換しなければならな
いが、これ等のストラップは比較的廉価であり、顕著な
地震事象が頻繁には生じない領域で使用するのに適して
いる。

装置の構造には非常に融通性がある。各個々のストラッ
プを適正に選択することにより、広範囲の荷重特性並び
にエネルギー吸収及び散逸特性が達成できる。変数には
、ストラップにおける初期湾曲の大きさ、ストラップの
相対的長さ、用いられる材料、個々のストラップの厚さ
及び幅が含まれる。例えば、相続く各ストラップが、順
次高くなる引張荷重で塑性変形を開始することが望まれ
ム上う７′Ｉ−ル合ｔ７セいて６士　ストラ・リプＬ士
　所ワの特性を付与する異なった材料から造ることもで
きるし且つ（又は）順次大きくなる横断面積を有する原
材料から造ることもできる。この場合、横断面積の増加
は、厚さが同じであるが順次大きくなる幅を有するスト
ラップを選択することにより達成される。

本明細書において詳細に説明する１つの特定の実施例に
おいては、装置は、全て同じ厚さの３本の金属ストラッ
プを備え、長いストラップは順次短いストラップよりも
広幅にして、それにより塑性変形する前に順次高くなる
引張荷重を支持できるようにする０本明細書に開示しで
ある別の実施例においては、３本のストラップのうち２
番目のストラップは１番目のストラップよりも狭幅であ
り、第３のストラップを最も広幅にし、１番目のストラ
ップが裂断した後に、２番目のストラップが直ちに塑性
変形してそれにより破断する前に大量のエネルギーを散
逸し、次いで荷重を、弾性状態に留まる第３のストラッ
プに切り換える。

本発明は多くの用途を有するが、特に有用である１つの
用途は、耐震性が保証されなければならない原子力発電
プラントにおける配管の支持である。

その最も広い意味において、本発明は、複数個のｍ長い
エネルギー散逸要素であって、各端部で端部材により、
該端部材を介して加わる荷重で細長い要素が逐次それぞ
れの降伏点に達して塑性変形しエネルギーを散逸するよ
うな配列で結合された複数個の細長いエネルギー散逸要
素に向けられる。

本発明の一層深い理解は、添付図面を参照しての以下の
詳細な説明から得られよう。

ｔ　　　の；　− 第１図及び第２図に示すように、本発明による支持部材
１は、複数本、この例では３本の順次長くなる金属スト
ラップ３．５及び７を備えている。

これ等の３本のストラップの全ての端部９は、一連のナ
ツト・ボルト１５により、１対の端部材１３に設けられ
た溝１１内に固定されている。一体の端部９は、ボルト
が貫通する孔１７を形成することができるように厚くさ
れている。各端部材１３は、巨大２１を備えた一体のハ
ブ１９を含んでおり、このハブ１９により、端部材１３
は支持部材１に引張荷重を加えるように停会することが
できる。

第２図に示しであるように、最長のストラップ７の幅Ｗ
″′は２番目に長いストラップ５の幅Ｗ″より広く、一
方、２番目に長いストラップ５の幅Ｗ″は、最も短いス
トラップ３の幅Ｗ′よりも広い、狭幅のストラップによ
り形成される隙間を填隙するために、ストラップ５及び
７の端部をストラップ３の端部と同様に確りとクランプ
することができるように、挿入材２３及び２５が設けら
れている。この構成によれば、引張荷重の殆どは摩擦力
によりストラップに伝達される。

本発明のこの実施例においては、第１図及び第２図に示
した無菌型状態で、最も短い金属ストラップ３さえも湾
曲している。このような装置の典型的な荷重−撓み（Ｐ
対δ）の特性曲線が第３図に示されており、図中、曲線
２７．２９及び３１はそれぞれストラップ３．５及び７
の特性を表わしている。

端部材１３に引張荷重Ｐが加えられると、ストラップ３
が整直する。これには、曲線２７の初めの部分３３に対
して小さい勾配で示しであるように比較的小さい張力し
か要求されない。引張荷重が増加するに伴い、曲線２７
の勾配も増加し、ストラップ３が伸長するが弾性を維持
している状態では、参照数字３５で示すように勾配は一
定になる。ストラップ５及び７はこの時点では依然湾曲
しており、従って、これ等のストラップ５及び７は荷重
の極めて小さい部分しか受けない、従って、３本のスト
ラップ全ては弾性に留とまる。

引張荷重が更に増加するに伴い、ストラップ３は降伏点
に達し、参照数字３７で示す個所における曲線Ｚ７の勾
配における迅速な減少により示されるように、塑性変形
を始める。支持部材１の通常の作動領域は、ストラップ
３の降伏点の下方に適当な余裕を与える垂直線３９の左
側の領域Ａである。

全てのストラップが弾性に留とまっているこの領域Ａに
おいては、引張荷重を取り去ると、曲線２７は原点に戻
る。この荷重−撓み曲線の下方の領域は装置に対するエ
ネルギー人力領域を表わすものであるので、この弾性領
域においては、エネルギーは弾性歪の形態で蓄積され、
引張荷重が取り払われる際に回復される。

しかし、ストラップ３が降伏し始めると、荷重を取り去
っても曲線２７を逆の方向に辿ることはできない、即ち
、荷重が零に減少するに伴い点線４１で示すような軌跡
が辿られる。この例においては、点線４１の左側で曲線
２７の下方の部分に相当するエネルギーは熱として散逸
され、そして線４１の右側で曲線２７の下方の領域に相
当するエネルギーだけが系に戻される。従って、衝撃荷
重がストラップ３の塑性変形を生ザしぬるような大きさ
に達する激しい地震事象に伴うような状況下では、相当
量のエネルギーが散逸される。

引張荷重が十分に大きい渇きには、ストラップ３は点４
３の個所で裂断してしまい、全ての荷重はストラップ５
及び７に伝達される。ストラップ３の裂断時にストラッ
プ５が丁度整直し始めたばかりの第３図に示した特定の
例においては、該ストラップ５は曲線２９で示すように
荷重で決められる程度まで迅速に伸長し、然る後頁に荷
重が増加するに伴い該ストラップ５も、概略的に点４５
で示す個所でその降伏点に達し、塑性変形して更に大き
いエネルギーを熱として散逸する。ストラップ５が裂断
すると、荷重は、第３図に曲線３１で表わされているス
トラップ７に伝達される。このストラップ７は、予想さ
れるあらゆる衝撃荷重に対し弾性を維持し、支持部材に
より保持されている要素に対する支持を維持し続けるよ
うに設計されている４以上、力が除々に増加するものと
して議論を進めて来たが、地震の場合には、ストラップ
３及び５に対し実質的に同時にピーク力が加わり、この
ピーク荷重が十分に長く続くとストラップ３及び５は迅
速に塑性変形する。

第４図には、本発明の別の実施例が模式的に示しである
。この支持部材１′も、３つの順次長くなる金属ストラ
ップ３’　、５’及び７′を備えており、これ等のスト
ラップは端部で１対の端部材１３′に固着されている。

しかし、この構造においては、無荷重状態下で最も短い
ストラップ３′は完全に伸長されており湾曲してはいな
い。従って、第５図に示すこの装置の荷重−撓み特性曲
線に示すように、ストラップ３′の特性を表わす曲線４
７は、直ちに弾性領域に入るために、原点から上向きに
急峻な勾配で立ち上がっている。

第５図の荷重−撓み特性曲線から理解されるように、曲
線４９で表わされている中間のストラップ５′はストラ
ップ３′よりも低い降伏点を有している。このことは、
これ等の２つのストラップに対し異なった材料を使用し
且つ（又は）ストラップ３′の断面よりもストラップ５
′の断面を小さくすることにより実現することができる
。降伏点が低いのにも拘わらず、ストラップ５′は、ス
トラップ３′より前に塑性変形することはない。何故な
ら、ストラップ３′が緩みを吸収するのに十分な大きさ
だけ塑性変形するまで、ストラップ５′は湾曲した状態
にあって整直しないからである。

ストラップ５′がストラップ３′よりも低い降伏点及び
裂断点５１を有していることにより、ストラップ３′が
点５３で裂断すると、ストラップ５′も迅速に裂断して
作用エネルギーの大部分が散逸され、全荷重は曲線５５
で表わされるストラップ７′に移される。このストラッ
プ７′は、予想されるピーク荷重においても弾性を維持
するように設計されている。

本発明の２つの特定の実施例に関する上の説明から理解
されるように、設計者には、所定用途の特定の状況に対
し支持部材の特性を合わせる上で非常に大きな融通性が
与えられる。

本発明の特定の実施例は、２００００ｐｓ　ｉの降伏強
さ及び２８ｘ　１０６ｐｓｉに等しいヤング率を有する
１／４ｉｎ厚さのステンレス鋼からそれぞれ形成された
３つのストラップを有する支持部材である。最も短いス
トラップはｌｉｎ幅であり、中間のストラップは１．１
ｉｎ幅、第３のストラップはＳｉｎ幅である。これ等の
ストラップは全て正弦波形状に曲げられて端部は３６ｉ
ｎ離間され、曲げられていない時の長さは、それぞれ、
３６．３６０．３８．２９２及び３８．７１０ｉｎであ
ス　、−ｈ算めフＩ−、−ｙｌリプル８吉ナスめＬゆ、
η期を一藷重はそれぞれ２３９．１５，２４９．５３及
び１１２２．３３１ｂであり、それに関連する変位はそ
れぞれ０，３６．２．２９２及び２．７１０ｉｎである
。ストラップが整直する点と降伏点に達する点との間の
対応の変位は、最大荷重がそれぞれ５０００．５５００
及び２５０００１ｂで、０．３８５７．２．３２０及び
２．７３８ｉｎの最大弾性変位も二対し、０．０２７．
０．０２７３６及び０．０２７６５ｉｎである。

第６図は、例示的支持部材の個々のストラップに対する
荷重（Ｐ）−撓み（δ）曲線を示す０図から明らかなよ
うに、ｌｉｎのストラップは２３９１ｂの荷重で整直し
、５０００ｊ！ｂで降伏し、５％伸長した接点５７で裂
断する。　１．１ｉｎのストラップは約２５０１ｂで整
直し、５５００ｆｆｉｂで降伏し、他方、５ｉｎのスト
ラップは１１２２１ｂで整直し表記されている荷重に対
しては弾性に留とまる。近事直弾性部分の右側で曲線の
下方の領域で表わされているように、最も短いストラッ
プは、全体で８００ｆｔ　−１ｂのエネルギーに対し約
６５８ｆｔ　−１ｂのエネルギーを散逸し、中間のスト
ラップは約１８０ｆｔ　−１ｂのエネルギーを散逸する
。

本発明の１つの特定の用途は、原子力発電ブラントにお
ける配管系に対し支持を与える用途である。配管系を含
めプラントの全部分は、地震性の衝撃に耐えることがで
きなければならない。第８図は、本発明のこの用途を例
証するために、加圧水膨原子炉（ＰＷＲ）の原子力発電
プラントのための蒸気供給系５９を簡略な形態で示す図
である。原子力蒸気供給系５９は、−次ループ６１と二
次ルー１６３とから構成されている。−次ループ６１は
、原子炉６５を含み、この原子炉においては、制御され
た核分裂反応で熱が発生され、この熱は原子炉冷却材に
より吸収される。軽水である原子炉冷却材は、ホットレ
ッグ配管６７を介して蒸気発生器６９に循環され、この
蒸気発生器で熱は蒸気を発生するのに利用される。原子
炉冷却材は、コールドレッグ配管７３を介して原子炉冷
却材ポンプ７１により原子炉６５に戻される。蒸気発生
器６９で発生された蒸気は、蒸気ヘッダ７５を介して、
電気を発生するタービン発電機７７に循環される。ター
ビン発電＠７７で使用された蒸気は復水器フ９で復水さ
れて、戻り配管８３を介して復水ポンプ８１により蒸気
発生器６９へと戻される。

原子力蒸気供給系５９における配管は、第９図に最も良
く示されているように、角度的に１２０°ずつ離間され
て各配管から半径方向外向きに延びる３つの引張荷重が
加えられている支持部材１を含む支持部８５により支持
されている。各支持部材１は、１つの端部材１３に形成
されている巨大（第２図）２１を貫通するビン８９及び
Ｕリンク８７により配管に固定されている。他方の端部
材１３は、類似のＵリンク８７及びピン８９によって固
定の支持部９１に固着されている。３つの支持部材１は
、配管を取り巻き等間隔で離間して設けられている。そ
の理由は、地震荷重は任意の方向から到来し得るからで
ある。従って、支持部は、配管の垂直部分及び水平部分
において使用される。後者の場合、支持部は死荷重く固
定荷重）をも支持する。尚、第８図の配管系は、プラン
トにおける実際の配管レイアウトを表わすように企図さ
れているものではなく、配管の水平部分及び垂直部分双
方を支持するのに１：発明がどのように適用されるかを
図解するためのものである０本発明は、原子力蒸気供給
系における主配管を支持するのに有用なばかりではなく
、諸補助系統の配管、そして実際にはプラントに設けら
れているどの配管をも支持するのに使用することができ
る。

以上、本発明の特定の実施例について詳細に説明したが
、当該技術分野の専門家には、ここに開示した教示内容
全体に鑑みて細部に関し種々の変形及び変更を想到し得
るであろうことは理解されるであろう。

例えば、本発明は、引張荷重を受ける支持部に適用され
るものとして説明したが、引張荷重を受ける支持部以外
のエネルギー散逸装置、特に地震エネルギー散逸装置に
適用可能であり、更に、エネルギー吸収機能だけを行い
支持は行わない装置にも適用可能である。従って、ここ
に開示した特定の構成は、単なる例示に過ぎず、本発明
の範囲を限定するものと解釈されてはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、無荷重状態で本発明による複ストラップ式の
エネルギー散逸型支持部材を示す側面図、第２図は、部
分的に切除して第１図の左側から見た第１図の支持部材
を示す正面図、第３図は、第１図及び第２図の支持部材
の荷重−撓み曲線を示す図、第４図は、本発明の別の実
施例の概略側面図、第５図は、第４図の支持部材の荷重
−撓み曲線を示す図、第６図は、本発明による例示的支
持部材における３本のストラップの各々の荷重−撓み曲
線を示す図、第７図は、第６図の３つの荷重−撓み曲線
の合成図、第８図は、原子力蒸気供給系に対する本発明
の適用を例示する概要図、第９図は、本発明が適応され
る仕方を例示するために、第８図の原子力蒸気供給系の
配管の１つを示す横断面図である。 １．１゛・・・支持部材 ３．５．７・・・ストラップ ３’　、５’　、７’・・・ストラップ９・・・ストラ
ップの端部 １３．１３′・・・端部材 ！・　　　　　　　ｉ・ ｔＰ＋’ ＦＩＧ、　　１．　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　　２
゜ＦＩＧ、　　９゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 引張荷重を受けたエネルギー散逸支持部材において、 引張荷重が加えられる１対の離間した端部材と、剛な金
   属材料から形成された複数個の順次長くなる長さを有す
   るストラップであって、該ストラップの各々は、前記端
   部材に荷重が加えられていない場合、少なくとも、最も
   短いストラップを除き全てのストラップが湾曲するよう
   に、各端部で１つの端部材に接続され、前記ストラップ
   の長さは、前記端部材に加わる引張荷重の増加に伴い、
   前記最も短いストラップから始まって、順次長くなるス
   トラップが逐次その降伏点に達して塑性変形しエネルギ
   ーを散逸するように選択されている、前記ストラップと
   、 を備える、引張荷重を受けたエネルギー散逸支持部材。