浮屋根式貯蔵タンク浮屋根の耐震構造
【課題】 地震等の振動の作用により浮屋根式貯蔵タンクに発生するスロッシング（液面揺動）に伴うシングルデッキ形式浮屋根のデッキの変形を抑制し、ポンツーンにおける過大な円周方向圧縮応力による座屈破壊、及びデッキとポンツーンとの接合部における過大な局部応力による破壊を低減する。
【解決手段】 上部を開口したタンク本体と、貯蔵されている液体の液面上に浮かべられ、かつ周囲が側板内周面に対し昇降自在に摺接した浮屋根を有する浮屋根式貯蔵タンクに関し、シングルデッキ形式浮屋根のデッキ９に十分な曲げ剛性を有する半径方向補剛部材１６ないし円周方向補剛部材１７を配置し、特に半径方向補剛部材１６については、ポンツーン１０との接合部において、補剛部材１６の半径方向曲げモーメントをポンツーン１０に円滑に伝達可能な構造とする。
【解決手段】 上部を開口したタンク本体と、貯蔵されている液体の液面上に浮かべられ、かつ周囲が側板内周面に対し昇降自在に摺接した浮屋根を有する浮屋根式貯蔵タンクに関し、シングルデッキ形式浮屋根のデッキ９に十分な曲げ剛性を有する半径方向補剛部材１６ないし円周方向補剛部材１７を配置し、特に半径方向補剛部材１６については、ポンツーン１０との接合部において、補剛部材１６の半径方向曲げモーメントをポンツーン１０に円滑に伝達可能な構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐震性に優れた浮屋根式貯蔵タンクの浮屋根構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来の浮屋根式貯蔵タンクの一例を示すもので、図中１は上部を開口したタンク本体を示し、該タンク本体１は、基礎２上に据え付けられた底板３と、底板３上に立設された筒状の側板４とにより構成されている。前記タンク本体１内には、該タンク本体１内に貯蔵されている液体８の液面上に浮かべられ、かつ側板４の内周面に対しシール装置６を介して昇降自在に周囲を摺接した浮屋根５が収容されており、前記浮屋根５の上面外周には、周方向に分割されたフラップ状のウェザーシールド７がシール装置６の上方に位置するよう傾動自在に取り付けられている。而して、前記浮屋根５は、タンク本体１の内部に貯蔵されている液体８の量が増減して液面の位置が変化するのに追従し、シール装置６が側板４の内周面に摺接しながら昇降するようになっている。
【０００３】
図１に示した浮屋根５は、シングルデッキ形式と称される浮屋根形式であり、中央部のデッキ９と、外周部のポンツーン１０とから構成されている。ポンツーン１０は、上板１１、下板１２、外リム１３及び内リム１４から構成される箱構造と、その内部のバルクヘッド１５と称される半径方向の仕切り板とで構成される。バルクヘッド１５によって仕切られた箱型の区画は液密構造となり、浮屋根５の全体浮力を保持している。
【０００４】
このような浮屋根式貯蔵タンクにおいて、地震等によってタンク本体１に強い振動が加わると、タンク本体１の内部に貯蔵されている液体８にスロッシング（液面揺動）と称される波動現象が発生し、特にタンク本体１に加わる振動とスロッシングとが共鳴すると、図２に示すように浮屋根５は大きな振幅で揺動し、液面形状に沿うような形で変形する。発明者等は、このような現象を模型実験及び理論解析により研究し、浮屋根の存在する場合のスロッシング挙動を明らかにしている（非特許文献１，２）。
【非特許文献１】浮屋根式石油貯槽のスロッシング性状に関する研究、川崎重工技報、No.74、1980年4月
【非特許文献２】Sloshing Behavior of Floating-Roof Oil Storage Tanks, Computers and Structures, Vol.19, No.1,2, 1984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シングルデッキ形式の浮屋根５に地震等の作用によりスロッシングが発生する場合には、スロッシングの固有周期に対応して、本体に加わる振動とスロッシングの固有モードの共鳴の度合いにより、スロッシングの１次モードの外に２次モード等の高次モードも出現する。発明者等の研究結果によれば、シングルデッキ浮屋根の事例について、スロッシングの１次、２次、３次の各固有モードは図３のようになる。すなわち、シングルデッキ形式の浮屋根では、スロッシングの発生に伴って、剛性の低いデッキ９は自由表面の波面形状に近い、大きな変形をするのに対し、剛性の高いポンツーン１０は原形に近い、小さな変形をする。
【０００６】
発明者等の研究結果によれば、シングルデッキ形式浮屋根のデッキは、きわめて薄肉の一枚板構造であることから、スロッシングに伴って撓み変形を生ずると、早期に膜応力状態に至る（非特許文献３）。この膜応力は、特に２次モードないし３次モードのように、デッキ部で波高が卓越する場合に大きくなり、地震等による振動との共鳴の度合いによっては、図４に示すように、２次モード等の高次モードの出現による膜応力により、ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力を誘起し、ポンツーンの上板１１、下板１２、外リム１３、ないし内リム１４に座屈破壊を生じさせる。
【非特許文献３】２００３年十勝沖地震における浮屋根式タンクの被害についてJSSC、No. 52、2004年4月
【０００７】
また、図５に示すように、一枚板構造のデッキ９と箱構造のポンツーン１０との接合部は、構造的にきわめて不連続であり、デッキとポンツーンの間の応力伝達が円滑でなく、局部的に過大な応力が発生し易く、接合部破断の要因となる。
【０００８】
本発明は、上記の実状に鑑みて考案したものであり、地震等の振動を受けた際に、貯蔵されている液体のスロッシング（液面揺動）現象が発生しても、波動の影響による浮屋根デッキの変形を小さく抑え、結果としてポンツーンに過大な円周方向圧縮応力を発生させず、座屈破壊が生じないようにした浮屋根構造、及びデッキとポンツーンの接合部における構造不連続性を解消し、過大な局部応力の発生による接合部破壊が生じないようにした浮屋根構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上部を開口したタンク本体と、該タンク本体内に貯蔵されている液体の液面上に浮かべられ、かつ周囲が前記タンク本体の側板内周面に対し昇降自在に摺接した浮屋根とを有する浮屋根式貯蔵タンクにおいて、前記シングルデッキ形式浮屋根のデッキに半径
方向ないし円周方向に十分な曲げ剛性を有する補剛部材を配置し、特に半径方向の補剛部材については、ポンツーンとの接合部において半径方向曲げモーメントの伝達が円滑になるような構造を確保することを特徴とするものである。
【００１０】
このようにすれば、地震等によってタンク本体の内部に貯蔵されている液体にスロッシング（液面揺動）が発生しても、浮屋根デッキの変形を小さく抑え、デッキの膜応力が大きくなることを抑制するので、結果として浮屋根ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力が発生せず、ポンツーンの座屈破壊は防止される。また、デッキとポンツーンとの間の接合部における構造不連続性が解消されるので、接合部に過大な局部応力が発生せず、接合部の破壊が防止される。
【００１１】
さらに、前記補剛部材は、地震等の方向性の予測が困難であることから、任意方向の地震に対し有効に働くように、浮屋根中心軸に対し軸対称状に配置することが好ましい。
【００１２】
前記補剛部材を半径方向ないし円周方向に配置する際には、前記非特許文献１及び２による理論計算等の結果を参考にし、スロッシングによる撓み変形に伴う曲げ応力が過大にならないように、補剛部材の断面及び剛性を確保することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明の貯蔵タンク浮屋根構造によれば、下記の如き優れた効果を奏し得る。
【００１４】
（Ｉ）地震等によってタンク本体に貯蔵されている液体にスロッシング（液面揺動）が発生しても、浮屋根デッキの変形を小さく抑え、その膜応力が大きくなることを抑制するので、ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力が発生せず、浮屋根は座屈破壊を免れる。また、スロッシングが発生しても、デッキとポンツーンの変形が連続的になり、接合部に過大な局部応力が発生せず、接合部の破壊を免れる。
【００１５】
（II）半径方向ないし円周方向に補剛部材を浮屋根中心軸に関し軸対称上に配置すれば、任意の方向に地震等の振動が加わっても、補剛部材が浮屋根デッキの変形を効果的に抑制し、前記の効果を実現する。
【００１６】
（III）１９８３年日本海中部地震や２００３年十勝沖地震の際に見られた事例のように、浮屋根式貯蔵タンクの浮屋根に地震等によるスロッシングの影響により座屈破壊が生じたり、デッキとポンツーンとの接合部に断裂破壊が生ずると、浮屋根は崩壊ないし沈没等により浮屋根としての機能を失ない、貯蔵タンクが全面火災に到る等の危険性がある。本発
明は、このような危険性を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図６は本発明を実施するための最良の形態を示す図であって、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【実施例１】
【００１８】
図６は半径方向補剛部材１６及び円周方向補剛部材１７の配置を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】浮屋根式貯蔵タンクとシングルデッキ形式浮屋根を示す説明図である。
【図２】浮屋根式貯蔵タンクにスロッシングが発生した状態を示す説明図である。
【図３】シングルデッキ形式の浮屋根事例について、スロッシングの各次固有モードの変位応答分布を説明した図である（いずれも速度応答スペクトル100cm/secとした場合）。
【図４】デッキの膜応力に誘起されるポンツーンの円周方向圧縮応力を説明した図である。
【図５】デッキとポンツーンとの接合部における構造と力の伝達を説明した図である。
【図６】デッキに設置される補剛部材の全体的な配置図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００２０】
１ タンク本体
４ 側板
５ シングルデッキ形式浮屋根
８ 液体
１０ ポンツーン
１１ 上板
１２ 下板
１３ 外リム
１４ 内リム
１５ バルクヘッド
１６ 半径方向補剛部材
１７ 円周方向補剛部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐震性に優れた浮屋根式貯蔵タンクの浮屋根構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来の浮屋根式貯蔵タンクの一例を示すもので、図中１は上部を開口したタンク本体を示し、該タンク本体１は、基礎２上に据え付けられた底板３と、底板３上に立設された筒状の側板４とにより構成されている。前記タンク本体１内には、該タンク本体１内に貯蔵されている液体８の液面上に浮かべられ、かつ側板４の内周面に対しシール装置６を介して昇降自在に周囲を摺接した浮屋根５が収容されており、前記浮屋根５の上面外周には、周方向に分割されたフラップ状のウェザーシールド７がシール装置６の上方に位置するよう傾動自在に取り付けられている。而して、前記浮屋根５は、タンク本体１の内部に貯蔵されている液体８の量が増減して液面の位置が変化するのに追従し、シール装置６が側板４の内周面に摺接しながら昇降するようになっている。
【０００３】
図１に示した浮屋根５は、シングルデッキ形式と称される浮屋根形式であり、中央部のデッキ９と、外周部のポンツーン１０とから構成されている。ポンツーン１０は、上板１１、下板１２、外リム１３及び内リム１４から構成される箱構造と、その内部のバルクヘッド１５と称される半径方向の仕切り板とで構成される。バルクヘッド１５によって仕切られた箱型の区画は液密構造となり、浮屋根５の全体浮力を保持している。
【０００４】
このような浮屋根式貯蔵タンクにおいて、地震等によってタンク本体１に強い振動が加わると、タンク本体１の内部に貯蔵されている液体８にスロッシング（液面揺動）と称される波動現象が発生し、特にタンク本体１に加わる振動とスロッシングとが共鳴すると、図２に示すように浮屋根５は大きな振幅で揺動し、液面形状に沿うような形で変形する。発明者等は、このような現象を模型実験及び理論解析により研究し、浮屋根の存在する場合のスロッシング挙動を明らかにしている（非特許文献１，２）。
【非特許文献１】浮屋根式石油貯槽のスロッシング性状に関する研究、川崎重工技報、No.74、1980年4月
【非特許文献２】Sloshing Behavior of Floating-Roof Oil Storage Tanks, Computers and Structures, Vol.19, No.1,2, 1984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シングルデッキ形式の浮屋根５に地震等の作用によりスロッシングが発生する場合には、スロッシングの固有周期に対応して、本体に加わる振動とスロッシングの固有モードの共鳴の度合いにより、スロッシングの１次モードの外に２次モード等の高次モードも出現する。発明者等の研究結果によれば、シングルデッキ浮屋根の事例について、スロッシングの１次、２次、３次の各固有モードは図３のようになる。すなわち、シングルデッキ形式の浮屋根では、スロッシングの発生に伴って、剛性の低いデッキ９は自由表面の波面形状に近い、大きな変形をするのに対し、剛性の高いポンツーン１０は原形に近い、小さな変形をする。
【０００６】
発明者等の研究結果によれば、シングルデッキ形式浮屋根のデッキは、きわめて薄肉の一枚板構造であることから、スロッシングに伴って撓み変形を生ずると、早期に膜応力状態に至る（非特許文献３）。この膜応力は、特に２次モードないし３次モードのように、デッキ部で波高が卓越する場合に大きくなり、地震等による振動との共鳴の度合いによっては、図４に示すように、２次モード等の高次モードの出現による膜応力により、ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力を誘起し、ポンツーンの上板１１、下板１２、外リム１３、ないし内リム１４に座屈破壊を生じさせる。
【非特許文献３】２００３年十勝沖地震における浮屋根式タンクの被害についてJSSC、No. 52、2004年4月
【０００７】
また、図５に示すように、一枚板構造のデッキ９と箱構造のポンツーン１０との接合部は、構造的にきわめて不連続であり、デッキとポンツーンの間の応力伝達が円滑でなく、局部的に過大な応力が発生し易く、接合部破断の要因となる。
【０００８】
本発明は、上記の実状に鑑みて考案したものであり、地震等の振動を受けた際に、貯蔵されている液体のスロッシング（液面揺動）現象が発生しても、波動の影響による浮屋根デッキの変形を小さく抑え、結果としてポンツーンに過大な円周方向圧縮応力を発生させず、座屈破壊が生じないようにした浮屋根構造、及びデッキとポンツーンの接合部における構造不連続性を解消し、過大な局部応力の発生による接合部破壊が生じないようにした浮屋根構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上部を開口したタンク本体と、該タンク本体内に貯蔵されている液体の液面上に浮かべられ、かつ周囲が前記タンク本体の側板内周面に対し昇降自在に摺接した浮屋根とを有する浮屋根式貯蔵タンクにおいて、前記シングルデッキ形式浮屋根のデッキに半径
方向ないし円周方向に十分な曲げ剛性を有する補剛部材を配置し、特に半径方向の補剛部材については、ポンツーンとの接合部において半径方向曲げモーメントの伝達が円滑になるような構造を確保することを特徴とするものである。
【００１０】
このようにすれば、地震等によってタンク本体の内部に貯蔵されている液体にスロッシング（液面揺動）が発生しても、浮屋根デッキの変形を小さく抑え、デッキの膜応力が大きくなることを抑制するので、結果として浮屋根ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力が発生せず、ポンツーンの座屈破壊は防止される。また、デッキとポンツーンとの間の接合部における構造不連続性が解消されるので、接合部に過大な局部応力が発生せず、接合部の破壊が防止される。
【００１１】
さらに、前記補剛部材は、地震等の方向性の予測が困難であることから、任意方向の地震に対し有効に働くように、浮屋根中心軸に対し軸対称状に配置することが好ましい。
【００１２】
前記補剛部材を半径方向ないし円周方向に配置する際には、前記非特許文献１及び２による理論計算等の結果を参考にし、スロッシングによる撓み変形に伴う曲げ応力が過大にならないように、補剛部材の断面及び剛性を確保することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明の貯蔵タンク浮屋根構造によれば、下記の如き優れた効果を奏し得る。
【００１４】
（Ｉ）地震等によってタンク本体に貯蔵されている液体にスロッシング（液面揺動）が発生しても、浮屋根デッキの変形を小さく抑え、その膜応力が大きくなることを抑制するので、ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力が発生せず、浮屋根は座屈破壊を免れる。また、スロッシングが発生しても、デッキとポンツーンの変形が連続的になり、接合部に過大な局部応力が発生せず、接合部の破壊を免れる。
【００１５】
（II）半径方向ないし円周方向に補剛部材を浮屋根中心軸に関し軸対称上に配置すれば、任意の方向に地震等の振動が加わっても、補剛部材が浮屋根デッキの変形を効果的に抑制し、前記の効果を実現する。
【００１６】
（III）１９８３年日本海中部地震や２００３年十勝沖地震の際に見られた事例のように、浮屋根式貯蔵タンクの浮屋根に地震等によるスロッシングの影響により座屈破壊が生じたり、デッキとポンツーンとの接合部に断裂破壊が生ずると、浮屋根は崩壊ないし沈没等により浮屋根としての機能を失ない、貯蔵タンクが全面火災に到る等の危険性がある。本発
明は、このような危険性を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図６は本発明を実施するための最良の形態を示す図であって、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【実施例１】
【００１８】
図６は半径方向補剛部材１６及び円周方向補剛部材１７の配置を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】浮屋根式貯蔵タンクとシングルデッキ形式浮屋根を示す説明図である。
【図２】浮屋根式貯蔵タンクにスロッシングが発生した状態を示す説明図である。
【図３】シングルデッキ形式の浮屋根事例について、スロッシングの各次固有モードの変位応答分布を説明した図である（いずれも速度応答スペクトル100cm/secとした場合）。
【図４】デッキの膜応力に誘起されるポンツーンの円周方向圧縮応力を説明した図である。
【図５】デッキとポンツーンとの接合部における構造と力の伝達を説明した図である。
【図６】デッキに設置される補剛部材の全体的な配置図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００２０】
１ タンク本体
４ 側板
５ シングルデッキ形式浮屋根
８ 液体
１０ ポンツーン
１１ 上板
１２ 下板
１３ 外リム
１４ 内リム
１５ バルクヘッド
１６ 半径方向補剛部材
１７ 円周方向補剛部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部を開口したタンク本体と、貯蔵されている液体の液面上に浮かべられ、かつ周囲が前記タンク本体の側板内周面に対し昇降自在に摺接した浮屋根とを有する浮屋根式貯蔵タンクに関し、シングルデッキ形式の浮屋根のデッキに半径方向ないし円周方向に十分な曲げ剛性を有する補剛部材を配置することにより、デッキの曲げ剛性を高め、ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力を発生させないようにすることを特徴とする浮屋根構造。
【請求項２】
上記において、半径方向補剛部材をデッキに配置する際には、デッキとポンツーンとの接合部を連続的な構造にして、半径方向補剛部材の半径方向曲げモーメントがポンツーンに円滑に伝達されるようにすることを特徴とする浮屋根構造。
【請求項３】
上記において、円周方向補剛部材をデッキ上に配置する際には、雨水がデッキ上を流下し、排水装置に集まり得るように、円周方向補剛部材とデッキの接合部に流下水通過孔を設けることを特徴とする浮屋根構造。
【請求項１】
上部を開口したタンク本体と、貯蔵されている液体の液面上に浮かべられ、かつ周囲が前記タンク本体の側板内周面に対し昇降自在に摺接した浮屋根とを有する浮屋根式貯蔵タンクに関し、シングルデッキ形式の浮屋根のデッキに半径方向ないし円周方向に十分な曲げ剛性を有する補剛部材を配置することにより、デッキの曲げ剛性を高め、ポンツーンに過大な円周方向圧縮応力を発生させないようにすることを特徴とする浮屋根構造。
【請求項２】
上記において、半径方向補剛部材をデッキに配置する際には、デッキとポンツーンとの接合部を連続的な構造にして、半径方向補剛部材の半径方向曲げモーメントがポンツーンに円滑に伝達されるようにすることを特徴とする浮屋根構造。
【請求項３】
上記において、円周方向補剛部材をデッキ上に配置する際には、雨水がデッキ上を流下し、排水装置に集まり得るように、円周方向補剛部材とデッキの接合部に流下水通過孔を設けることを特徴とする浮屋根構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２２５０００（Ｐ２００６−２２５０００Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４１６４６（Ｐ２００５−４１６４６）
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（３０４０１６７３４）有限会社エフエス技術事務所 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（３０４０１６７３４）有限会社エフエス技術事務所 (1)
【Ｆターム（参考）】
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