(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に筒状の側壁と該側壁の下端部に一体に繋がる底版を備えて構築される低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造であって、
前記底版は、貯蔵した前記低温液体によって前記地盤が凍結膨張することを防止するための底部ヒータを前記底版の側部に不凍結領域が形成されるように埋設して構築されるとともに、
底面に作用する揚水圧と前記底部ヒータによる加熱に伴う温度応力とによって発生する底版断面内応力と、前記底版の軸方向に作用する側部水圧によって生じる軸圧縮力とを合わせ、残った前記底版の内面側の引張力を受けるように鉄筋を埋設して構築されていることを特徴とする低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤中に設置され、例えば液化天然ガス等の低温液体の貯蔵に用いられる地下タンクに関し、特に地下タンクの底版構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）等の低温液体１を貯蔵するために、例えば図４に示すように、地中連続壁２で囲まれた内部にＲＣ造あるいはＰＲＣ造の筒状の側壁３と側壁３の下端部に一体に繋がる平盤状の底版４とを備えて構築した地下タンク５が用いられている。また、この種の地下タンク５は、上部にドーム状の屋根６を設けて貯蔵空間を密閉可能に構築され、さらに側壁３と底版４の内面を被覆するように保冷材とステンレス鋼板製のメンブレン材からなる保冷層７を設けて構築される。
【０００３】
また、貯蔵した低温液体１（例えば液化天然ガスでは−１６２℃）によって周辺地盤Ｇが凍結膨張することを防止するために、底版４には底部ヒータ８が埋設されている。なお、側壁３側にも周辺地盤Ｇの凍結膨張を防止するための側部ヒータを設けている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３２０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、図４及び図５（ａ）に示すように、底部ヒータ８で底版４を加熱すると、貯蔵した低温液体１（底版４の内面４ａ）と底部ヒータ８の間に温度分布が生じて底版４内に凍結線Ｓ（０℃となる境界線）が形成され、この凍結線Ｓを挟んで底版４の厚さ方向Ｈ内面４ａ側（内側、上側）に凍結領域Ｒ１が、底面４ｂ側（下側）に不凍結領域Ｒ２が形成される。そして、従来、底部ヒータ８は、凍結線Ｓが底版４の側部４ｃを横切り、この側部４ｃ側の多くが凍結領域Ｒ１となるように配設される。これにより、底版４には、地下水Ｔによって底面に作用する揚水圧Ｐ１と、貯蔵した低温液体による温度応力が主な荷重として作用することになるため、従来では、地下水Ｔによって底版４の側部４ｃに作用する側部水圧を考慮せずに設計が行われていた。
【０００６】
そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、揚水圧Ｐ１と温度応力によって底版４には曲げモーメントが作用し、底版４の内面４ａ側に引張力（引張応力）、底面４ｂ側に圧縮力（圧縮応力）が生じることになるが、上記のように側部水圧を考慮せずに設計を行うことで、内面４ａ側の引張力を受けるための鉄筋量が多く必要になってしまう。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、底部ヒータの設置レベルに応じて底版の側部に作用する側部水圧を考慮することにより、底版の鉄筋量を低減することを可能にし、底版構造（地下タンク）の低コスト化を可能にする低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明の低温液体貯蔵用地下タンクは、地盤中に筒状の側壁と該側壁の下端部に一体に繋がる底版を備えて構築される低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造であって、前記底版は、貯蔵した前記低温液体によって前記地盤が凍結膨張することを防止するための底部ヒータを前記底版の側部に不凍結領域が形成されるように埋設して構築されるとともに、底面に作用する揚水圧と前記底部ヒータによる加熱に伴う温度応力とによって発生する底版断面内応力と、前記底版の軸方向に作用する側部水圧によって生じる軸圧縮力とを合わせ、残った前記底版の内面側の引張力を受けるように鉄筋を埋設して構築されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明においては、底部ヒータの設置位置（底版の厚さ方向の設置レベル）が底版の側部に不凍結領域が形成されるように設定されているため、地下水によって確実に底版の側部に側部水圧を作用させることが可能になる。
【００１１】
そして、地下水によって底版の底面に作用する揚水圧と、貯蔵した低温液体と底部ヒータによる加熱によって生じる底版の温度応力とに加え、側部に作用する側部水圧に基づいて底版の鉄筋量を設定することにより、底版の鉄筋量を低減させることが可能になる。すなわち、側部水圧が底版の軸方向（面内方向）に作用するため、側部水圧により底版に軸圧縮力が生じる。このため、側部水圧ひいてはこの側部水圧によって生じる軸圧縮力を考慮することで、揚水圧によって底版の内面側に生じる引張力が軸圧縮力に相殺されて低減する。これにより、底版の内面側に生じる引張力を受けるための鉄筋量を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造によれば、底部ヒータの設置位置が底版の側部に不凍結領域が形成されるように設定されているため、地下水によって確実に底版の側部に側部水圧を作用させることが可能になる。そして、底版の底面に作用する揚水圧と底版の温度応力とに加え、側部に作用する側部水圧に基づいて底版の鉄筋量を設定することにより、従来の地下タンクと比較し、底版の鉄筋量を低減させることが可能になる。
【００１３】
よって、このように底部ヒータの設置レベルに応じて底版の側部に作用する側部水圧を考慮することにより、底版の鉄筋量を低減することが可能になり、地下タンクの底版を合理的に設計することが可能になるとともに底版ひいては地下タンクの低コスト化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る低温液体貯蔵用地下タンクを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る底部構造の拡大図及びこの底部構造に作用する曲げモーメントを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る底部構造の変形例を示す図である。
【図４】従来の低温液体貯蔵用地下タンクを示す図である。
【図５】従来の底部構造の拡大図及びこの底部構造に作用する曲げモーメントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造について説明する。本実施形態は、例えば液化天然ガス等の低温液体の貯蔵に使用される地下タンクの底版構造に関するものである。
【００１６】
本実施形態の地下タンク１０は、図１に示すように、地中連続壁２で囲まれた内部（地盤Ｇ中）にＲＣ造の円筒状の側壁３と側壁３の下端部に一体に繋がる平盤状の底版Ａとを備えて有底筒状に形成されている。また、上部にドーム状の屋根６を設け、側壁３と底版Ａの内面を被覆するように保冷材とステンレス鋼板製のメンブレン材からなる保冷層７を設けて形成されている。
【００１７】
また、本実施形態の底版（底版構造）Ａは、地盤凍結防止用の底部ヒータ８を埋設して構築され、この底部ヒータ８は、従来の地下タンク５の底版４と比較し、その設置位置（底版Ａの厚さ方向Ｈの設置レベル）を内面Ａ２側にずらして配設されている。これにより、底部ヒータ８で底版Ａを加熱した際に、貯蔵した低温液体１（底版Ａの内面Ａ２）と底部ヒータ８の間に温度分布が生じて底版Ａ内に形成される凍結線Ｓ（０℃となる境界線）の位置も上方にずれる。よって、底版Ａの底面Ａ３側に大きな不凍結領域Ｒ２が形成されるとともに、底版Ａの側部Ａ１に確実に不凍結領域Ｒ２が形成される。
【００１８】
そして、この底版Ａは、地下水Ｔによって底面Ａ３に作用する揚水圧Ｐ１と、貯蔵した低温液体１と底部ヒータ８による加熱によって生じる底版Ａの温度応力とに加え、側部Ａ１に作用する側部水圧Ｐ２に基づいて底版Ａの鉄筋量や底版コンクリート強度が設定されている。
【００１９】
すなわち、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、側部水圧Ｐ２が底版Ａの軸方向（面内方向）Ｏ１に作用するため、側部水圧Ｐ２により底版Ａに軸圧縮力が生じる。このため、側部水圧Ｐ２ひいてはこの側部水圧Ｐ２によって生じる軸圧縮力を考慮することで、揚水圧Ｐ１によって内面Ａ２側に生じる引張力が軸圧縮力に相殺されて低減する。これにより、従来の地下タンク５と比較し、内面Ａ２側に生じる引張力を受けるための鉄筋量が少なくて済む。
【００２０】
したがって、本実施形態の低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造Ａにおいては、底部ヒータ８の設置位置（底版Ａの厚さ方向Ｈの設置レベル）が底版Ａの側部Ａ１に不凍結領域Ｒ２が形成されるように設定されているため、地下水Ｔによって確実に底版Ａの側部Ａ１に側部水圧Ｐ２を作用させることが可能になる。
【００２１】
そして、地下水Ｔによって底版Ａの底面Ａ３に作用する揚水圧Ｐ１と、貯蔵した低温液体１と底部ヒータ８による加熱によって生じる底版Ａの温度応力とに加え、側部Ａ１に作用する側部水圧Ｐ２に基づいて底版Ａの鉄筋量を設定することにより、この底版Ａの鉄筋量を低減させることが可能になる。すなわち、側部水圧Ｐ２ひいてはこの側部水圧Ｐ２によって生じる軸圧縮力を考慮することで、揚水圧Ｐ１によって底版Ａの内面Ａ２側に生じる引張力が軸圧縮力に相殺されて低減するため、従来の地下タンク５と比較し、内面Ａ２側に生じる引張力を受けるための鉄筋量を低減することが可能になる。
【００２２】
よって、このように底部ヒータ８の設置レベルに応じて底版Ａの側部Ａ１に作用する側部水圧Ｐ２を考慮することで、底版Ａの鉄筋量を低減することが可能になり、地下タンク１０の底版Ａを合理的に設計することが可能になる。また、底版Ａひいては地下タンク１０の低コスト化を図ることが可能になる。
【００２３】
以上、本発明に係る低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００２４】
例えば、本実施形態では、底部ヒータ８全体の設置位置を内面Ａ２側にずらすことにより、凍結線Ｓの位置を上方にずらし、側部Ａ１に確実に不凍結領域Ｒ２が形成されるようにしている。これに対し、本発明に係る低温液体貯蔵用地下タンクの底版構造では、底部ヒータ８の設置位置を側部Ａ１に不凍結領域Ｒ２が形成されるように設定すればよいため、例えば図３に示すように、底部ヒータ８の側部Ａ１側に配される部分のみ、その設置位置を上方にずらすようにしてもよい。この場合においても、底版Ａの側部Ａ１に不凍結領域Ｒ２が形成されるように凍結線Ｓを上方にずらして形成することができ、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
【００２５】
また、不凍結領域Ｒ２の形成に関しては、底版Ａと地中連続壁２との境界面において凍結線Ｓが底版Ａの内面Ａ２の高さ位置付近になるようにすることが好ましいが、若干上方位置になるようにすれば、側部水圧Ｐ２が確実に見込める。さらに、本実施形態においては、側部水圧Ｐ２を算入するのでそれに耐えられる底版コンクリート強度が必要になるが、底版コンクリート強度に余裕がある場合はそのままでもよく、底版コンクリート強度に余裕がない場合は、底版コンクリート強度を上げる必要が生じる。これについては、鉄筋量の減少によるコスト減とコンクリート強度の増加によるコスト増とを比較して全体としてコスト減になるようにすればよい。
【符号の説明】
【００２６】
１      低温液体
２      地中連続壁
３      側壁
４      従来の底版
４ａ    内面
４ｂ    底面
４ｃ    側部
５      従来の地下タンク
６      屋根
７      保冷層
８      底部ヒータ
１０    地下タンク（低温液体貯蔵用地下タンク）
Ａ      底版（底版構造）
Ａ１    側部
Ａ２    内面
Ａ３    底面
Ｇ      地盤
Ｈ      底版の厚さ方向
Ｏ１    底版の軸線
Ｐ１    揚水圧
Ｐ２    側部水圧
Ｒ１    凍結領域
Ｒ２    不凍結領域
Ｓ      凍結線
Ｔ      地下水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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