既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法および耐震性能向上構造
【課題】耐震性の低い老朽化した既設ＰＣタンクについて、新設することなく、比較的短工期・低コストでその耐震性能を向上させることができる既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法および耐震性能向上構造を提供する。
【解決手段】既設ＰＣタンク１０内にやや内径の小さい鋼製タンク２０を設置し、その鋼製タンク２０の底板（アニュラプレート）２２と既設ＰＣタンク１０の底版１２との間に制振ダンパー３０を設ける。
【解決手段】既設ＰＣタンク１０内にやや内径の小さい鋼製タンク２０を設置し、その鋼製タンク２０の底板（アニュラプレート）２２と既設ＰＣタンク１０の底版１２との間に制振ダンパー３０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法および耐震性能向上構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内部に液体を貯蔵するＰＣタンク（Pre-stressed Concrete Tank）においては、地震時の水平力に対して杭やアンカー、壁の耐力で対応するのが一般的であるが、 建設された時期の設計・施工の基準に基づいているため、施設の経年劣化と相まって耐震性が十分でない場合が多い。そのような場合の耐震性能向上対策としては、既設ＰＣタンクの側壁に対して外面からプレキャストコンクリートの壁版を重ねて設置し増厚を図る方法（特許文献１参照）や、既設ＰＣタンクの側壁に対してその内面にカーボンクロス等を用いた表面処理を行う方法（特許文献２参照）などのように、既設ＰＣタンクの側壁に対して、増厚や補強を行う方法がある。また、既設ＰＣタンクの杭基礎に対して、フーチングの増設や増杭などを行う方法がある。場合によっては、新たにＰＣタンクを建設する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−００２１３３３号公報
【特許文献２】特開平１１−３５０７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＣタンク（ＰＣ貯槽）は、貯液タンクとして用いられる場合、内容物や設置状況により様々な基準によって要求される性能に違いがある．例えば日本水道協会の設計指針（水道施設耐震工法指針・同解説：１９９７）では重要な施設に対して下記のような耐震性能が要求されている。
（１）レベル１地震動：無被害であること。
（２）レベル２地震動：人命に重大な影響を与えないこと．個々の施設に軽微な被害が生じても、その機能保持が可能であること。
【０００５】
これは、 配水池で言えば、レベル１地震動時には被害が無いこと、レベル２地震動時には貯水・配水機能を失わず、かつ復旧が容易であることを示している。
【０００６】
地震時に予想される被害は、各ＰＣタンクにおいて設計年が異なるため、同じ敷地内にある既設ＰＣタンクでも耐震性能に差異のある場合があり、既設ＰＣタンク毎の耐震性能調査が必要である。
【０００７】
既設ＰＣタンクの耐震性能評価は建設年を考慮し、設計図面、竣工図面、当初の構造計算書をもって施設を調査し、老朽化部分に関しては補修を行った状態で性能評価を行う。耐震性能評価により耐震性が低いと判断された場合、その補強を行う。補強方法は例えば耐震壁の増設やフーチングの増設・増杭などの方法があるが、敷地の制約条件から採用できない場合も多い。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、耐震性の低い老朽化した既設ＰＣタンクについて、新設することなく、比較的短工期・低コストでその耐震性能を向上させることができる既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法および耐震性能向上構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１０】
［１］内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーを設置し、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクを設置することを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法。
【００１１】
［２］内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーが設置され、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクが設置されていることを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、耐震性の低い老朽化した既設ＰＣタンクに対して、撤去・更新することなく、比較的短工期かつ低コストでその耐震性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態において設置される制振ダンパーの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、既設ＰＣタンク（既設ＰＣ貯槽）の耐震性能を向上させるために、既設ＰＣタンク内にやや内径の小さい鋼製タンク（鋼製貯槽）を設置し、その鋼製タンクの底板（アニュラプレート）と既設ＰＣタンクの底版との間に制振ダンパーを設けるものである。
【００１５】
これによって、既設ＰＣタンクの基礎杭や側壁に作用する地震時荷重を減少または方向変換させて耐震化を図るようにしている。
【００１６】
本発明の一実施形態を以下に述べる。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、図１に示すように、ＰＣ製側壁１１と、ＰＣ製底版１２（基礎杭１３に剛結）とを備えた既設ＰＣタンク（既設ＰＣ貯槽）１０に対して、その耐震性能を向上させるために、ＰＣ製底版１２の上に制振ダンパー３０を設置し、その制振ダンパー３０の上に、既設ＰＣタンク１０の内径よりもやや小さい径の鋼製タンク（鋼製貯槽）２０を設置して、その鋼製タンク２０の内部に液体を貯留するようにしている。なお、鋼製タンク２０は、鋼製側板２１と鋼製底板（アニュラプレート）２２を有している。
【００１８】
ここで、制振ダンパー３０には種々のものが考えられるが、低降伏点鋼を用いた支持金具形式のものを用いれば、比較的安価な対応が可能である。例えば、図２（ａ）に斜視図、図２（ｂ）に断面図を示すような制振ダンパーである。
【００１９】
すなわち、図２に示すように、この制振ダンパー３０は、低降伏点鋼の鋼板３３の上下端部にそれぞれ平鋼板３１、平鋼板３２を溶接したものであり、上部の平鋼板３１を鋼製底板（アニュラプレート）２２に溶接にて接合するとともに、下部の平鋼板３２をＰＣ製底版（既設ＰＣタンク底版）１２にアンカー３５にて接合している。なお、低降伏点鋼鋼板３３の左右には、支持材として溝形鋼３４を配置しており、この溝形鋼３４は、ＰＣ製底版（既設ＰＣタンク底版）１２にアンカー３５にて接合しているが、鋼製底板（アニュラプレート）２２とは非接合である。
【００２０】
そして、制振ダンパー３０は、鋼製底板（アニュラプレート）２２に軸対象となるよう均等に設置し、部材厚の薄い底板部には、防食を兼ねたアスファルトサンド３９等を敷くようにする。
【００２１】
上記のような耐震性能向上構造とすることによって、地震水平荷重が作用すると、新設鋼製タンク２０は貯液の動水圧によりロッキング挙動を呈するので、地震加速度の入射０°方向では鋼製底板（アニュラプレート）２２の浮き上がりが生ずるが、この地震荷重は制振ダンパー３０を介して低減されながら基礎杭１３に伝達される。
【００２２】
耐震対策を施さない既設ＰＣタンクでは、ＰＣ製側壁１１に地震時動水圧が直接作用し、躯体慣性力と相まって基礎杭１３には非常に大きな水平剪断力が作用し、基礎杭１３の耐力が不足している場合には基礎杭１３の塑性化や杭頭破壊に至る場合もある。
【００２３】
これに対して、この実施形態では、この地震時水平力を減衰した上で鉛直荷重に変換できるので、このような懸念がない。
【００２４】
なお、このような低降伏点鋼を用いた制振ダンパー３０の場合、大地震発生時には、制振ダンパー３０自体が塑性変形するので、交換が必要である。
【００２５】
次に、その施工方法を説明する。
【００２６】
まず、既設ＰＣタンク１０の屋根を取り壊し、既設ＰＣタンク１０上部からの工事とする。水道用の既設ＰＣタンクにおいては、屋根の内部は気相部となっており、塩素ガスの濃度が高いため、貯槽は特に劣化しているものが多い。
【００２７】
流入管や流出管等の配管類は、地震時の挙動が貯槽と違うため、伸縮可撓管の設置を行う。
【００２８】
既設ＰＣタンク１０の内部に新設する鋼製タンク２０の施工スペース（ＰＣ製側壁１１と鋼製側壁２１の間）は、将来的に管理用通路として使用する。
【００２９】
新設する鋼製タンク２０の鋼製底板（アニュラプレート）２２と既設ＰＣタンク１０のＰＣ製底版１２とは、アンカー３５を設けて低降伏点鋼製等の制振ダンパー３０で剛結する。
【００３０】
以上のようにして、この実施形態においては、次のような効果を得ることができる。
【００３１】
（１）制振ダンパー３０の変形により地震エネルギーを吸収し、既設ＰＣタンク１０に作用する地震荷重そのものを低減する。
【００３２】
（２）既設ＰＣタンク１０では、基礎杭１３の耐力が地震による水平剪断力に対して不足しているか、あるいは、ＰＣ製側壁１１の耐力が地震時動水圧に対して不足しているなどの問題が想定される。そこで、新設鋼製タンク２０のアニュラプレート２２と既設ＰＣタンク１０のＰＣ製底版１２の間に制振ダンパー３０を設けることにより、新設鋼製タンク２０の躯体慣性力ならびに動水圧を鉛直方向の荷重に変換する。さらに、既設ＰＣタンク１０のＰＣ製側壁１１に直接動水圧を作用させない構造とすることで、既設ＰＣ製側壁１１の損傷を防止する。すなわち、新設鋼製タンク２０は、地震時水平荷重に対してロッキング挙動を示すが、既設ＰＣ製底版１２に剛結した制振ダンパー３０により水平荷重を鉛直荷重に減衰・変換して基礎杭１３に伝達する。また、新設鋼製タンク２０に液体を貯蔵するので、既設ＰＣタンク１０のＰＣ製側壁１１はその貯液と分離しており、地震時動水圧を受けない。
【００３３】
（３）以上より、全てを新設にする場合に比較して、既設基礎を使用できることから、短工期・低コストで既設老朽化ＰＣタンク１０の耐震性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 既設ＰＣタンク（既設ＰＣ貯槽）
１１ 既設ＰＣタンク側壁（ＰＣ製側壁）
１２ 既設ＰＣタンク底版（ＰＣ製底版）
１３ 基礎杭
２０ 新設鋼製タンク（新設鋼製貯槽）
２１ 新設鋼製タンク側板（鋼製側板）
２２ 新設鋼製タンク底板（アニュラプレート）
３０ 制振ダンパー
３１ 平鋼板
３２ 平鋼板
３３ 低降伏点鋼の鋼板
３４ 溝形鋼
３５ アンカー
３９ アスファルトサンド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法および耐震性能向上構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内部に液体を貯蔵するＰＣタンク（Pre-stressed Concrete Tank）においては、地震時の水平力に対して杭やアンカー、壁の耐力で対応するのが一般的であるが、 建設された時期の設計・施工の基準に基づいているため、施設の経年劣化と相まって耐震性が十分でない場合が多い。そのような場合の耐震性能向上対策としては、既設ＰＣタンクの側壁に対して外面からプレキャストコンクリートの壁版を重ねて設置し増厚を図る方法（特許文献１参照）や、既設ＰＣタンクの側壁に対してその内面にカーボンクロス等を用いた表面処理を行う方法（特許文献２参照）などのように、既設ＰＣタンクの側壁に対して、増厚や補強を行う方法がある。また、既設ＰＣタンクの杭基礎に対して、フーチングの増設や増杭などを行う方法がある。場合によっては、新たにＰＣタンクを建設する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−００２１３３３号公報
【特許文献２】特開平１１−３５０７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＣタンク（ＰＣ貯槽）は、貯液タンクとして用いられる場合、内容物や設置状況により様々な基準によって要求される性能に違いがある．例えば日本水道協会の設計指針（水道施設耐震工法指針・同解説：１９９７）では重要な施設に対して下記のような耐震性能が要求されている。
（１）レベル１地震動：無被害であること。
（２）レベル２地震動：人命に重大な影響を与えないこと．個々の施設に軽微な被害が生じても、その機能保持が可能であること。
【０００５】
これは、 配水池で言えば、レベル１地震動時には被害が無いこと、レベル２地震動時には貯水・配水機能を失わず、かつ復旧が容易であることを示している。
【０００６】
地震時に予想される被害は、各ＰＣタンクにおいて設計年が異なるため、同じ敷地内にある既設ＰＣタンクでも耐震性能に差異のある場合があり、既設ＰＣタンク毎の耐震性能調査が必要である。
【０００７】
既設ＰＣタンクの耐震性能評価は建設年を考慮し、設計図面、竣工図面、当初の構造計算書をもって施設を調査し、老朽化部分に関しては補修を行った状態で性能評価を行う。耐震性能評価により耐震性が低いと判断された場合、その補強を行う。補強方法は例えば耐震壁の増設やフーチングの増設・増杭などの方法があるが、敷地の制約条件から採用できない場合も多い。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、耐震性の低い老朽化した既設ＰＣタンクについて、新設することなく、比較的短工期・低コストでその耐震性能を向上させることができる既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法および耐震性能向上構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１０】
［１］内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーを設置し、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクを設置することを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法。
【００１１】
［２］内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーが設置され、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクが設置されていることを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、耐震性の低い老朽化した既設ＰＣタンクに対して、撤去・更新することなく、比較的短工期かつ低コストでその耐震性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態において設置される制振ダンパーの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、既設ＰＣタンク（既設ＰＣ貯槽）の耐震性能を向上させるために、既設ＰＣタンク内にやや内径の小さい鋼製タンク（鋼製貯槽）を設置し、その鋼製タンクの底板（アニュラプレート）と既設ＰＣタンクの底版との間に制振ダンパーを設けるものである。
【００１５】
これによって、既設ＰＣタンクの基礎杭や側壁に作用する地震時荷重を減少または方向変換させて耐震化を図るようにしている。
【００１６】
本発明の一実施形態を以下に述べる。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、図１に示すように、ＰＣ製側壁１１と、ＰＣ製底版１２（基礎杭１３に剛結）とを備えた既設ＰＣタンク（既設ＰＣ貯槽）１０に対して、その耐震性能を向上させるために、ＰＣ製底版１２の上に制振ダンパー３０を設置し、その制振ダンパー３０の上に、既設ＰＣタンク１０の内径よりもやや小さい径の鋼製タンク（鋼製貯槽）２０を設置して、その鋼製タンク２０の内部に液体を貯留するようにしている。なお、鋼製タンク２０は、鋼製側板２１と鋼製底板（アニュラプレート）２２を有している。
【００１８】
ここで、制振ダンパー３０には種々のものが考えられるが、低降伏点鋼を用いた支持金具形式のものを用いれば、比較的安価な対応が可能である。例えば、図２（ａ）に斜視図、図２（ｂ）に断面図を示すような制振ダンパーである。
【００１９】
すなわち、図２に示すように、この制振ダンパー３０は、低降伏点鋼の鋼板３３の上下端部にそれぞれ平鋼板３１、平鋼板３２を溶接したものであり、上部の平鋼板３１を鋼製底板（アニュラプレート）２２に溶接にて接合するとともに、下部の平鋼板３２をＰＣ製底版（既設ＰＣタンク底版）１２にアンカー３５にて接合している。なお、低降伏点鋼鋼板３３の左右には、支持材として溝形鋼３４を配置しており、この溝形鋼３４は、ＰＣ製底版（既設ＰＣタンク底版）１２にアンカー３５にて接合しているが、鋼製底板（アニュラプレート）２２とは非接合である。
【００２０】
そして、制振ダンパー３０は、鋼製底板（アニュラプレート）２２に軸対象となるよう均等に設置し、部材厚の薄い底板部には、防食を兼ねたアスファルトサンド３９等を敷くようにする。
【００２１】
上記のような耐震性能向上構造とすることによって、地震水平荷重が作用すると、新設鋼製タンク２０は貯液の動水圧によりロッキング挙動を呈するので、地震加速度の入射０°方向では鋼製底板（アニュラプレート）２２の浮き上がりが生ずるが、この地震荷重は制振ダンパー３０を介して低減されながら基礎杭１３に伝達される。
【００２２】
耐震対策を施さない既設ＰＣタンクでは、ＰＣ製側壁１１に地震時動水圧が直接作用し、躯体慣性力と相まって基礎杭１３には非常に大きな水平剪断力が作用し、基礎杭１３の耐力が不足している場合には基礎杭１３の塑性化や杭頭破壊に至る場合もある。
【００２３】
これに対して、この実施形態では、この地震時水平力を減衰した上で鉛直荷重に変換できるので、このような懸念がない。
【００２４】
なお、このような低降伏点鋼を用いた制振ダンパー３０の場合、大地震発生時には、制振ダンパー３０自体が塑性変形するので、交換が必要である。
【００２５】
次に、その施工方法を説明する。
【００２６】
まず、既設ＰＣタンク１０の屋根を取り壊し、既設ＰＣタンク１０上部からの工事とする。水道用の既設ＰＣタンクにおいては、屋根の内部は気相部となっており、塩素ガスの濃度が高いため、貯槽は特に劣化しているものが多い。
【００２７】
流入管や流出管等の配管類は、地震時の挙動が貯槽と違うため、伸縮可撓管の設置を行う。
【００２８】
既設ＰＣタンク１０の内部に新設する鋼製タンク２０の施工スペース（ＰＣ製側壁１１と鋼製側壁２１の間）は、将来的に管理用通路として使用する。
【００２９】
新設する鋼製タンク２０の鋼製底板（アニュラプレート）２２と既設ＰＣタンク１０のＰＣ製底版１２とは、アンカー３５を設けて低降伏点鋼製等の制振ダンパー３０で剛結する。
【００３０】
以上のようにして、この実施形態においては、次のような効果を得ることができる。
【００３１】
（１）制振ダンパー３０の変形により地震エネルギーを吸収し、既設ＰＣタンク１０に作用する地震荷重そのものを低減する。
【００３２】
（２）既設ＰＣタンク１０では、基礎杭１３の耐力が地震による水平剪断力に対して不足しているか、あるいは、ＰＣ製側壁１１の耐力が地震時動水圧に対して不足しているなどの問題が想定される。そこで、新設鋼製タンク２０のアニュラプレート２２と既設ＰＣタンク１０のＰＣ製底版１２の間に制振ダンパー３０を設けることにより、新設鋼製タンク２０の躯体慣性力ならびに動水圧を鉛直方向の荷重に変換する。さらに、既設ＰＣタンク１０のＰＣ製側壁１１に直接動水圧を作用させない構造とすることで、既設ＰＣ製側壁１１の損傷を防止する。すなわち、新設鋼製タンク２０は、地震時水平荷重に対してロッキング挙動を示すが、既設ＰＣ製底版１２に剛結した制振ダンパー３０により水平荷重を鉛直荷重に減衰・変換して基礎杭１３に伝達する。また、新設鋼製タンク２０に液体を貯蔵するので、既設ＰＣタンク１０のＰＣ製側壁１１はその貯液と分離しており、地震時動水圧を受けない。
【００３３】
（３）以上より、全てを新設にする場合に比較して、既設基礎を使用できることから、短工期・低コストで既設老朽化ＰＣタンク１０の耐震性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 既設ＰＣタンク（既設ＰＣ貯槽）
１１ 既設ＰＣタンク側壁（ＰＣ製側壁）
１２ 既設ＰＣタンク底版（ＰＣ製底版）
１３ 基礎杭
２０ 新設鋼製タンク（新設鋼製貯槽）
２１ 新設鋼製タンク側板（鋼製側板）
２２ 新設鋼製タンク底板（アニュラプレート）
３０ 制振ダンパー
３１ 平鋼板
３２ 平鋼板
３３ 低降伏点鋼の鋼板
３４ 溝形鋼
３５ アンカー
３９ アスファルトサンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーを設置し、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクを設置することを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法。
【請求項２】
内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーが設置され、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクが設置されていることを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造。
【請求項１】
内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーを設置し、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクを設置することを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上方法。
【請求項２】
内部に液体を貯蔵する既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造であって、既設ＰＣタンクの底版の上に制振ダンパーが設置され、その制振ダンパーの上に、内部に液体を貯蔵する鋼製タンクが設置されていることを特徴とする既設ＰＣタンクの耐震性能向上構造。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２１５２５１（Ｐ２０１０−２１５２５１Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６２１８１（Ｐ２００９−６２１８１）
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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