(57)【要約】【課題】ボイラ本体の振動エネルギーの吸収性能を増加し、支持架構に作用する地震荷重を低減するサイスミックタイを提供すること。【解決手段】鉄骨柱と鉄骨梁からなる支持架構と鉄骨梁から吊り下げ支持されるボイラ本体とを接続して地震の振動エネルギを吸収するボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイであって、摩擦ダンパーからなる一対のリンクと、一対のリンクと回動可能に接続する２本の剛性ピンと、がヒンジ結合する構造を有し、摩擦ダンパー３１は、中板４２と、その両側に設けたアルミニウム板４５と、地震の振動によって相対変位する中板４２とアルミニウム板４５とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、から成り、２本の剛性ピンは、それぞれ支持架構とボイラ本体に連結されている。摩擦ダンパーの中板４２には摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔４７を設け、長孔４７によって中板４２とアルミニウム板４５の相対変位を許容すること。【選択図】図４
2014156964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鉄骨柱と鉄骨梁からなる支持架構と該支持架構の上部の鉄骨梁から吊り下げ支持されるボイラ本体とを接続し、地震の振動エネルギを吸収するサイスミックタイであって、
前記サイスミックタイは、摩擦ダンパーからなる一対のリンクと、該一対のリンクと回動可能に接続する２本の剛性ピンと、からなり、前記リンクと前記剛性ピンのそれぞれの両端部が互いにヒンジ結合する構造を有し、
前記摩擦ダンパーは、剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、から成り、
前記２本の剛性ピンは、それぞれ前記支持架構と前記ボイラ本体に連結されている
ことを特徴とするボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイ。
【請求項２】
請求項１において、
前記摩擦ダンパーの中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容することを特徴とするボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記摩擦ダンパーは、前記中板と前記アルミニウム板と前記摩擦力発生用の締め付けボルトに加えて、前記アルミニウム板の外側に外板を設け、
前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトを設け、
前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定する
ことを特徴とするボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つの請求項に記載されたボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイを、複数の層構造からなる前記支持架構と前記ボイラ本体との間に接続することを特徴とするボイラ耐震構造体。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１つの請求項に記載されたボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイの前記摩擦ダンパーを、前記支持架構における前記鉄骨柱と前記鉄骨梁との間に接続することを特徴とするボイラ耐震構造体。
【請求項６】
地震の振動エネルギーを吸収する摩擦ダンパーにおいて、
剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、前記アルミニウム板の外側に設けた外板と、前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトと、を備え、
前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定し、
前記中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容する
ことを特徴とする摩擦ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に火力発電プラント用大型ボイラの耐震構造に係わり、特にボイラに設置される振動吸収装置であるサイスミックタイに関する。
【背景技術】
【０００２】
主に火力発電プラントに用いられる大型ボイラは、通常、複数の柱と上下方向に複数配される主梁との組合せにより構成される支持架構の上部からボイラ本体が吊下げられた構造である。そこで、従来採用されており、且つ本発明の実施形態に係るサイスミックタイを適用可能とするボイラの耐震構造について、図９〜図１３を参照しながら、以下説明する。
【０００３】
ここで、図９は、従来技術に関する、ボイラ本体４と、支持架構７を構成する柱１及び主梁２と、サイスミックタイ６と、を備えたボイラ耐震構造の側面図であり、図１０は、ボイラ耐震構造における支持架構の複数層に形成されたサイスミックタイ６の配置を示す図であり、図１１は、従来技術に関するボイラ耐震構造に適用されるサイスミックタイ６の構造を示す見取図であり、図１２は、従来技術に関するサイスミックタイ６の紡錘型ピンの構造を示す図であり、図１３は、サイスミックタイによるエネルギー吸収の原理を説明する図である（本発明の原理説明図でもある）。なお、図９と図１０に示すボイラ耐震構造は本発明においても適用される技術を示す図である。図１１に示すサイスミックタイの取り付け構造は、紡錘型ピン及びリンク自体の構造を除けば、本発明においても適用される技術である。
【０００４】
ボイラ本体４は運転中に上下方向に熱伸びする。この熱伸びを拘束しないようにするため、ボイラ本体４は主梁２（鉄骨梁とも称する）と柱１（鉄骨柱とも称する）から成る支持架構７により、吊りボルト３を介して吊下げ支持されている。
【０００５】
ここで、主梁２（以下、梁または鉄骨梁とも称する）は、地面３３からの高さ方向に配置される。下方から順に支持架構７の基礎部分（地面３３）から最下部の主梁２までを第１層、最下部の主梁２から次の主梁２までを第２層として、ボイラ本体４を吊下げる最上部の主梁２まで複数の層構造を成し、図９の例では第７層まで形成されている。支持架構７における層構造の複数層に支持架構７とボイラ本体４とを接続してボイラ本体４と支持架構７の地震などの振動エネルギーを吸収するサイスミックタイ６が設けられている。
【０００６】
図９に示すボイラ耐震構造において、サイスミックタイ６は、主梁２の裏側に隠れた状態で配置され、支持架構７とボイラ本体４に連結されている（図１０、図１１を参照）。サイスミックタイ６は柱１と主梁２とが連結されており、支持架構７の剛性が高い部分に設けられており、第１層の上部、第２層の上部、第４層の上部、第５層の上部、第６層の上部に設置されている。図９におけるサイスミックタイ６の配置を平面表示したものが図１０である。なお、図１０では、各断面の柱１と柱１との間にはボイラ本体を囲んで主梁２が連結されているが、煩雑になるのを避けるために図示していない。Ａ−Ａ〜Ｇ−Ｇ断面で計１４個のサイスミックタイ６が配置されている。
【０００７】
Ｂ−Ｂ断面などに示すように、ボイラ本体４と支持架構７の間には、複数のサイスミックタイ６が設置されており、このサイスミックタイ６で地震荷重５（図９を参照）による地震エネルギーを吸収してボイラ本体４と支持架構７を制振する。
【０００８】
図１１は、従来技術に関するボイラ耐震構造に適用されるサイスミックタイの構造を示す見取図である。図１１に示す紡錘型ピン６Ｂを有するサイスミックタイ６の構造例は、例えば特許文献１に開示されている。このサイスミックタイ６は支圧部６Ｃを介して、バックステー１０及び支持架構７に連結されている。このバックステー１０はボイラ本体４を囲んでボイラ本体４に連結されている。従来技術の鋼製のサイスミックタイ６は、紡錘型ピン６Ｂ（柔な鋼材）と、リンク６Ａ（剛な鋼材）をヒンジ結合して構成される。この特許文献１によると、ボイラ本体と支持鉄骨との間に掛け渡された振れ止め構造体は、平行な２本のリンクとこのリンクに結合されたピンとから構成され、このピンは、中央部から両端に向かって漸次、ピン径を小さくする紡錘型形状を構成することが開示されている（図１２を参照）。
【０００９】
図１２に、特許文献１に開示されたサイスミックタイ６の内で紡錘型ピン６Ｂと支圧部６Ｃの構造を示す。このピン６Ｂは、支圧部６Ｃから軸方向に断面が小さくなる、いわゆる紡錘型（ラグビーボール型）となっている。断面形状は、支圧部６Ｃにおける断面（Ｃ−Ｃ断面）、及びその他の部分の断面（Ｄ−Ｄ断面）が円形となっている。
【００１０】
図１３は、従来技術及び本発明に関するサイスミックタイによるエネルギー吸収の原理を説明する図であるが、図１２に示す紡錘型ピンの従来構造におけるサイスミックタイの反力Ｆｉと変位δｉの関係を図１３の実線で表す。この実線で囲まれる面積が、振動エネルギ吸収量に相当する。なお、図１３において座標の原点を通る実線は後述する第１勾配を説明するための線である。
【００１１】
ボイラ構造物の場合、ボイラ本体と支持架構の相対変位がサイスミックタイに作用する変位δｉとなり、この作用によってサイスミックタイに反力Ｆｉが発生する。地震時にボイラ本体に接続された配管に損傷が生じないようにするため、実機におけるサイスミックタイの変位δｉを予め設定した最大値（最大変位δｉ、ｍａｘ、例えば１５ｃｍ）以下に抑える必要がある。
【００１２】
ところで、振動エネルギーを吸収するダンパーの従来技術として、例えば非特許文献１には、アルミニウム板と鋼板との摩擦すべりを利用した摩擦ダンパーが提案されている。図１４は、従来技術としての非特許文献１に開示された摩擦ダンパーの構造を示す図である。
【００１３】
図１４に示す摩擦ダンパー１１は、薄い純アルミニウム板１２（例えば、Ａ１０５０板）を一対の鋼板１３（例えば、ＳＳ４００板）で挟み込み、純アルミニウム板１２が、鋼板１３との境界面で生じる内部塑性流動により振動エネルギーを吸収するものである。摩擦部１７は鋼板１３を２枚のアルミ板１２で挟み、ボルト数本（図示例では５本）により締め付ける２面の摩擦接合形式になっている。なお、図１４（２）に示す摩擦部１７の上部においては、母材鋼板１３とそれの両側の２枚のアルミ板１２とが、アルミ板１２の外側の鋼板１３を介してボルト６本で締結されていて、アルミ板１２と中央側の母材鋼板１３とが摺動しないようになっている。
【００１４】
アルミ板１２は５ｍｍ厚程度の薄さであるので摩擦挙動による反りを防ぐこととフレーム取付治具の厚さ調整をすることのために、同じ大きさで厚さ１２ｍｍのＳＳ４００鋼板を添板１４としてアルミ板１２の上に重ねている。摩擦部１７におけるアルミ板１２間の母材鋼板１３には長孔１６が設けられていて、当該母材鋼板１３とアルミ板１２との間は摺動可能となっており、この間で摩擦すべりダンパーの機能を奏するようになっている。摩擦部１７におけるボルト・ナット間にはゴムワッシャー１５が設けられ、母材鋼板１３とアルミ板１２との間の摩擦すべりの程度を容易に調整可能なように、ボルトによる締め付け力を容易にしている。
【００１５】
図１４に示す摩擦ダンパー１１は、２枚のアルミニウム板１２を３枚のＳＳ４００鋼板で挟んだ構造であり、地震が発生した場合に、この摩擦ダンパー１１が建屋構造物に設置されていると、摩擦部１７において、中板である母材鋼板１３と２枚のアルミ板１２との間には相対変位が生じて、アルミ板１２は剪断変形を受ける。この剪断変形により、母材鋼板１３の境界面にはアルミニウムが固着しアルミ板１２の内部が塑性流動する．この摩擦ダンパー１１はこの塑性流動を摩擦抵抗に代用したものである。アルミニウムの塑性流動を用いたこの摩擦ダンパー１１の摩擦係数が１．０と高いということは、ボルト張力を損失することなく摩擦力に変換できるために高い摩擦力が得られ、引いては大きい振動エネルギーの吸収が得られることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第２５７２４０３号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】「ゴムワッシャーを用いた高力ボルト摩擦すべりダンパーに関する研究」、寺井、佐藤、吉岡、南著、日本建築学会構造系論文集、第６１４号、ｐｐ．１０７−１１４、２００７−４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ここで、サイスミックタイによるエネルギ吸収の原理について図１３を用いて説明する。実線で示す図１２に示す紡錘型ピンの従来構造における最大変位（δｉ、ｍａｘ、例えば１５ｃｍに設定）、最大反力Ｆｉ、ｍａｘを超えない条件下で、振動エネルギー吸収量の最大値は、図１３に示す点線（図１３で、目標と記載）で示す矩形の面積である。
【００１９】
この矩形面積に極力近づけるように、実線で示す紡錘型ピンの従来構造による振動吸収エネルギー面積を広げるような構造が望まれる。従来構造からエネルギー吸収性能を増加するには、図１３に示すサイスミックタイにおけるピン材の第１勾配（サイスミックタイにおけるピン材が弾性時の勾配）を増加させ、第２勾配（サイスミックタイにおけるピン材が塑性時の勾配）を低減する必要がある（ピン材６は弾塑性特性を有している）。
【００２０】
従来技術における鋼製サイスミックタイの場合、上述した第１勾配の増加には、従来構造よりも断面２次モーメントを増加する必要があり、第２勾配の低減には、塑性応力面積部分を広げてかつその応力分布を平準化する必要がある。
【００２１】
しかし、この鋼製サイスミックタイの場合、断面２次モーメントを増加するように従来構造におけるピン材の直径を大きくすると、断面積も増加してしまい塑性応力面積が低減するため、エネルギー吸収増加につながらない。この逆に、塑性応力面積部分を広げるため、サイスミックタイの直径を小さくすると、断面２次モーメントが減少するため、エネルギー吸収増加につながらない。このように、断面２次モーメントを増加することと塑性応力面積部分を広げることには相反関係にあるため、両者を両立する構造を見出すことは非常に困難な課題であった。
【００２２】
本発明は、上述の課題を解決するために、紡錘型ピンを有する鋼製サイスミックタイに代えて、改良した摩擦ダンパーを用いた摩擦型サイスミックタイを採用することによって、ボイラ本体の振動エネルギーの吸収性能を増加し、支持架構に作用する地震荷重を低減するボイラ耐震構造を提供することを目的とする。
【００２３】
具体的には、従来技術における鋼製サイスミックタイに比べて格段に第１勾配を増加し、第２勾配を低減することで、理想に近づけた振動エネルギの吸収を得る摩擦型サイスミックタイ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】
【００２４】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
複数の鉄骨柱と鉄骨梁からなる支持架構と該支持架構の上部の鉄骨梁から吊り下げ支持されるボイラ本体とを接続し、地震の振動エネルギを吸収するサイスミックタイであって、
前記サイスミックタイは、摩擦ダンパーからなる一対のリンクと、該一対のリンクと回動可能に接続する２本の剛性ピンと、からなり、前記リンクと前記剛性ピンのそれぞれの両端部が互いにヒンジ結合する構造を有し、前記摩擦ダンパーは、剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、から成り、前記２本の剛性ピンは、それぞれ前記支持架構と前記ボイラ本体に連結されている構成とする。
【００２５】
また、前記ボイラ制振用の摩擦型サイスミックタイにおいて、前記摩擦ダンパーの中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容する構成とする。さらに、前記摩擦ダンパーは、前記中板と前記アルミニウム板と前記摩擦力発生用の締め付けボルトに加えて、前記アルミニウム板の外側に外板を設け、前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトを設け、前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定する構成とする。
【００２６】
また、地震の振動エネルギーを吸収する摩擦ダンパーにおいて、剛板の中板と、該中板を挟んでその両側に設けたアルミニウム板と、地震の振動によって相対変位する前記中板と前記アルミニウム板とに摩擦力を発生させる締め付けボルトと、前記アルミニウム板の外側に設けた外板と、前記摩擦力発生用の締め付けボルトの両側方に前記アルミニウム板を固定する固定用締め付けボルトと、を備え、前記固定用締め付けボルトは、前記中板と略同厚さのスペーサを介して前記アルミニウム板を前記外板に固定し、前記中板には前記摩擦力発生用の締め付けボルトの挿通する長孔を設け、前記長孔によって前記中板と前記アルミニウム板の前記相対変位を許容する構成とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、サイスミックタイのリンクに摩擦型ダンパーを採用することによって、ボイラ本体の振動エネルギーの吸収性能を増加し、支持架構に作用する地震荷重を低減することができる。この地震荷重低減により、支持架構に要する鉄骨使用量を低減し、既設ボイラの場合は耐震性を向上するボイラ耐震構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの全体構成とその取付態様を示す図である。
【図２】本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの側面図である。
【図３】本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの断面図である。
【図４】本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの分解斜視図である。
【図５】本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの振動エネルギー吸収量を従来技術の鋼製サイスミックタイのそれと比較した図である。
【図６】本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイをボイラ本体に適用した場合における地震時の横方向荷重（層せん断力の比）を、従来技術の鋼製サイスミックタイと対比して、表す図である。
【図７】本実施形態に関する摩擦ダンパーを摩擦型サイスミックタイに用いる場合とブレース部材として用いる場合とを示す概略図である。
【図８】本実施形態に関する摩擦ダンパーがブレース部材として用いた構成例を示す図である。
【図９】従来技術に関する、ボイラ本体と、支持架構を構成する柱及び主梁と、サイスミックタイと、を備えたボイラ耐震構造の側面図である。
【図１０】ボイラ耐震構造における支持架構の複数層に形成されたサイスミックタイの配置を示す図である。
【図１１】従来技術に関するボイラ耐震構造に適用されるサイスミックタイの構造を示す見取図である。
【図１２】従来技術に関するサイスミックタイの紡錘型ピンの構造を示す図である。
【図１３】サイスミックタイによるエネルギー吸収の原理を説明する図である。
【図１４】従来技術に関する摩擦ダンパーの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態に係る摩擦型サイスミックタイについて、図１〜図４を参照しながら以下説明する。本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイ６は、図９と図１０に示すように、ボイラ本体４と支持架構（ボイラ建屋とも称する）７の間に複数設置されており、摩擦型サイスミックタイ６で地震荷重５による地震エネルギーを吸収してボイラ本体４と支持架構７を制振するものである。
【００３０】
ここで、本実施形態に係るサイスミックタイ６について、鉄骨柱１と鉄骨梁２からなるボイラ建屋７と、ボイラ建屋７に吊り下げられたボイラ本体４と、ボイラ本体４からその近傍に建てられた不図示のタービン建屋へ配設された主配管と、を含めた全体構造からみて、地震時対応としてのサイスミックタイの必要性を敷衍して説明する。図９〜図１１は、従来技術を説明するための構成を示す図ではあるが、本実施形態においても適用される基盤的な技術である。
【００３１】
この他、図示していないが、ボイラ本体４からボイラ建屋７を経て、その近傍にある不図示のタービン建屋に連通しているものとしてはボイラ本体４への給水を供給する主給水管などがある。主蒸気管や再熱蒸気管はボイラ本体からボイラ建屋７を経由してタービン建屋に至る経路において、ボイラ建屋７内、タービン建屋内および両者間の鉄骨構造物に設けられたスプリングハンガなどの支持サポートに吊下げられており、各構造物における配管の熱伸びに対応できるようにしている。また、排ガスダクトはボイラ建屋７からの出口部などにエクスパンション構造が設けられており、ボイラ本体の熱伸びに対応できるようにしている。
【００３２】
これらの配管やダクトは少なくともボイラ本体４の熱伸びには対応可能に設計されているが、振幅の大きな地震時の対応には限界がある。特に、ボイラ本体４とボイラ建屋７間においては、地震時のボイラ本体４とボイラ建屋７との干渉を防止するためボイラ本体４とボイラ建屋７との相対変位量には制限があり、仮に制限を越えた変位が生じた場合には主配管等の破損が生じるため、地震後の復旧に多大の時間を要することになる。このためボイラ本体４とボイラ建屋７間には弾性変形に加えて塑性変形により振動エネルギを吸収するサイスミックタイ６を用いて対応する。
【００３３】
図９にボイラ耐震構造体を説明するための側面図を示す。図９において鉄骨梁２と鉄骨柱１から成る支持架構であるボイラ建屋７内に、ボイラ本体４が吊下げられている。ボイラ本体４は吊りボルト３を介して最上部の鉄骨梁２に吊下げ支持されており、運転中に吊下げ支持部を起点として上下方向を下向きに非拘束で熱伸びする。
【００３４】
ここで、鉄骨梁２は、ボイラ建屋において水平方向に配置されておりボイラ耐震構造体の重要構成部品を成しており、地面（基礎部とも称する）３３からの高さ方向に複数が水平方向に配置されている。ボイラ耐震構造体は、下から順に基礎部（地面３３）から最下部の鉄骨梁２までを第１層、最下部の鉄骨梁２から次の鉄骨梁２までを第２層と称しており、ボイラ本体４を吊下げる最上部の鉄骨梁２まで複数の層構造を成している。図９の例では第１層から第７層までからなるボイラ耐震構造体が形成されている。
【００３５】
複数の層構造からなるボイラ耐震構造体であるボイラ建屋７では複数層において鉄骨柱１または鉄骨梁２のいずれかとボイラ本体４とを接続してボイラ本体４の地震時の振動エネルギを吸収する構造体であるサイスミックタイ６が設けられている。なお、サイスミックタイ６の一方は、通常は鉄骨柱１に接続されているが、剛性が高ければ鉄骨梁２に接続することも可能である。また、サイスミックタイ６の他方は、通常、ボイラ本体４の火炉周壁を取り囲むようにバックステー１０と称する火炉周壁を拘束する構造体が設けてあり（図１１を参照）、このバックステー１０を介して接続される。
【００３６】
サイスミックタイ６は、一方が鉄骨梁と同じ高さ位置で鉄骨柱１に接続され、他方が図示していないバックステー１０（図１１を参照）に接続されており、バックステー１０を介してボイラ本体４に連結されている。
【００３７】
また、図９において、サイスミックタイ６は柱１と主梁２とが連結されており、支持架構７の剛性が高い部分に設けられており、第１層の上部、第２層の上部、第４層の上部、第５層の上部、第６層の上部に設置されている。図９におけるサイスミックタイ６の配置を平面表示したものが図１０である。なお、図１０では、各断面の柱１と柱１との間にはボイラ本体を囲んで主梁２が連結されているが、煩雑になるのを避けるために図示していない。図９と図１０に示すＢ−Ｂ断面〜Ｇ−Ｇ断面に全１４個のサイスミックタイ６が配置されている。火炉側に１０個、後部壁部側に４個である。また、各サイスミックタイ６の鉄骨柱１への取り付け角度は例えば３０度〜４５度としており（図１０に示す長尺形状のサイスミックタイ６が鉄骨柱１に当接する角度）、ボイラ本体の平面上のあらゆる変位方向に対応できるようにしている。なおまた、ボイラ本体の熱伸び（上下移動）に対しても対応できる構造になっている。このように、サイスミックタイ６により地震荷重５による地震エネルギを吸収してボイラ本体４とボイラ建屋７とのボイラ構造物を制振する。
【００３８】
図１１にはサイスミックタイ６の従来例を示しており、これによると、サイスミックタイ６は、鋼板などの剛な鋼材２枚を１組として長さ方向の端部を溶接して１枚の板状にしたもの（リンク材６Ａと称する）をボイラの高さ方向に上下１組ずつ平行に配置したものと、リンク材６Ａの上下の両端部にそれぞれ垂直方向に鋼材２枚の間に差し込んで配置した紡錘型の柔な２本の鋼材（ピン材６Ｂと称する）と、から構成され、ピン材６Ｂの両端部とリンク材６Ａの両端部を小径の丸鋼（ピン）によりヒンジ接続している。
【００３９】
また、２本のピン材６Ｂの中央部に設けた支圧部６Ｃにそれぞれ接続部材を設け、一方を支圧部６Ｃを介して、支持架構７の鉄骨柱１に連結し、他方をバックステー１０に連結している。すなわち、サイスミックタイ６は、ピン６Ｂ（柔な鋼材）と、リンク６Ａ（剛な鋼材）をピンによりヒンジ結合して構成されている（上述した特許文献１を参照）。
【００４０】
図１２に、図１１で説明した従来構造のサイスミックタイに使用されているピン材６Ｂを示す。このピン材６Ｂは、ピン材の軸方向の中央部に設けた支圧部６Ｃから軸方向に離間するに従い断面が小さくなる、いわゆる紡錘型(ラグビーボール型)となっており、断面形状は、支圧部６Ｃにおける断面（Ｃ−Ｃ断面）、及びその他の部分の断面（Ｄ−Ｄ断面）とは同心円形となっている。
【００４１】
この従来構造におけるサイスミックタイの反力Ｆｉと変位δiの関係を、図１３中の実線で示す。この実線で囲まれる菱形の面積が、地震時の振動エネルギ吸収量に相当する。
【００４２】
次に、本発明の実施形態におけるボイラ耐震構造物の場合について説明する。ボイラ本体４とボイラ建屋７との相対変位がサイスミックタイに作用する変位δｉとなり、この変位によってサイスミックタイに反力Ｆｉが発生する。地震時に主配管等に損傷が生じないようにするため、実機におけるサイスミックタイの変位δｉを最大値（最大変位とも称する）以下に抑える必要がある。すなわち最大変位は主配管等が損傷しない範囲で変位する最大の相対変位となり、ボイラ本体４とボイラ建屋７とが地震時の振動により相対変位したときに、ボイラ本体４と同じ変位をする主配管がボイラ建屋７側でのスプリングハンガー等による変位吸収量を超えてボイラ建屋７に干渉する相対変位以下になるように考慮して任意に設定する。
【００４３】
ここでは、最大変位δｉ，ｍａｘを１５ｃｍと仮定して、サイスミックタイによる地震時の振動エネルギ吸収の原理について、図１３を用いて以下に説明する。図１３の実線は、地震時のサイスミックタイが変位に対して作用する反力の状態を示したものである。変位開始前は原点にあり、右側の変位に応じて右上がりに増加する。この勾配を第１勾配と称し、弾性変形により反力が増加する。変位が進むと弾性変形から塑性変形へとなり、ここからの勾配を第２勾配と称する。この第２勾配は変位が最大変位（１５ｃｍ）に達するまで続く。
【００４４】
次に、変位が右から左に方向を変えると反力の方向が逆になり、弾性変形により前記最大変位から連続して第１勾配と平行に逆進し、原点まで戻らない位置で塑性変形となり、左側の変位に対して第２勾配と平行に最大変位（−１５ｃｍ）に達するまで進む。さらに変位が左から右に方向を変えると反力の方向がまた逆、すなわち最初の方向と同じになり、弾性変形により第１勾配と平行に塑性変形に変わるまで進み、塑性変形後は第２勾配で最大変位（１５ｃｍ）まで進むことになる。
【００４５】
図１３において、実線で示す従来構造における最大変位(δｉ，ｍａｘ＝１５ｃｍ)、最大反力Ｆｉ，ｍａｘを超えない条件下で、地震時の振動エネルギ（以下、単に振動エネルギとも称する）吸収量を最大にするのが、図１３の点線(図１３で、目標と記載)で示す矩形の面積（以下、振動吸収エネルギ面積とも称する）である。
【００４６】
この矩形面積に極力近づけるように、実線で示す従来構造による振動吸収エネルギ面積を広げるような構造が望まれる。従来構造から振動エネルギの吸収性能を増加するには、図１３に示すサイスミックタイの第１勾配(サイスミックタイが弾性時の勾配)を増加させ、第２勾配(サイスミックタイが塑性時の勾配)を低減する必要がある。
【００４７】
上述した第１勾配の増加には、従来構造よりも断面２次モーメントを増加する必要があり、第２勾配の低減には、塑性応力面積部分を広げてかつその応力分布を平準化する必要がある。
【００４８】
本発明の特徴は、概して云えば、従来技術における鋼製のサイスミックタイ６に代えて、改良した摩擦ダンパー３１を用いた摩擦型サイスミックタイ３０を採用することによって、ボイラ本体の振動エネルギーの吸収性能を増加させるような、図１〜図４に示す具体的構造を備えることにある。
【００４９】
本発明の実施形態に係る摩擦型サイスミックタイ３０について、図１〜図４を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの全体構造とその取付態様を示す図であり、図２は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの側面図であり、図３は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの断面図であり、図４は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの分解斜視図である。
【００５０】
図面において、３０は摩擦型サイスミックタイ、３１は摩擦ダンパー、３２は剛性ピン、４１は外板（添板、ＳＳ４００鋼板）、４２は中板（ＳＳ４００鋼板）、４３は摩擦力発揮用締付ボルト、４４は摩擦板固定用締付ボルト、４５は摩擦板（アルミニウム板）、４６は摩擦板固定用スペーサ、４７は中板用長孔、をそれぞれ表す。
【００５１】
図１に示す摩擦型サイスミックタイ３０は、図２〜図４に示す上下２個の摩擦ダンパ３１（図２〜図４を参照）と左右２本の剛性ピン３２とをヒンジ結合する構成である。摩擦型サイスミックタイ３０の一方の剛性ピン３２はボイラ本体４の周壁に立設されたバックステー１０に結合され、摩擦型サイスミックタイ３０の他方の剛性ピン３２は支持架構７の鉄骨柱に取り付けられている。本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイ３０の摩擦ダンパー３１は、図１４に示す従来技術の摩擦ダンパー１１におけるダンパー金属板１２（純アルミニウム板、Ａ１０５０板）１２と母材鋼板１３（ＳＳ４００板）とで発生する摩擦力を利用する原理に基づくものである。ただし、本実施形態に関する摩擦ダンパー３１の具体的構成は図１４に示す構造とは異なるものであり、以下説明する。
【００５２】
図２〜図４によると、摩擦ダンパー３１は、アルミニウム板（１０５０Ｐ）等（銅、真鍮でもよい）からなる摩擦板４５を挟んでＳＳ４００鋼板からなる中板４２とＳＳ４００鋼板からなる外板４１とを締付ボルト４３で締め付けて、地震などの振動によって変位する中板４２とその両側の摩擦板４５との間で摩擦力を発揮させて地震の振動エネルギーを吸収させている。さらに、中板４２の上下には略同厚さの摩擦板固定用スペーサ４６（中板４２とは非接触）を設け、例えばＳＳ４００鋼板からなる当該スペーサ４６とその両側に配置された摩擦板４５及びその外側の外板４１を締付ボルト４４で締め付けて、スペーサ４６と摩擦板４５と外板４１とを一体的構造体としている。
【００５３】
ここで、中板４２の厚さをスペーサ４６の厚さよりも若干薄くすることによって、摩擦板固定用締付ボルト４４による摩擦板４５と外板４１とスペーサ４６の堅い締結をした上で、ボルト４３による中板４２と摩擦板４５との適宜の摩擦力を発揮できるようになる（外板４１とアルミニウム板４５の撓みを利用して）。 
また、図２に示すように、中板４２には長孔４７が開けられており、長孔４７に摩擦力発揮用の締付ボルト４３が通され、この長孔４７と締付ボルト４３によって外板４１、摩擦板４５、中板４２が締め付けられた状態となり、地震動が発生して中板４２が左右に動いた場合に、中板４２と摩擦板４５との接触面に摩擦力が発生する。
【００５４】
ここで、外板４１及び中板４２にはＳＳ４００等の軟鋼が用いられ、摩擦板には純アルミ（Ａｌ０５０Ｐ）等の柔な材料が用いられる。締付ボルト４３，４４には高張力ボルト等が用いられる。
【００５５】
摩擦材に純アルミニウム板（Ａｌ０５０Ｐ）等の柔な材料を用いた場合、摩擦係数が１．０となり、締付ボルト４３による締め付け力を無駄なく摩擦力に変換することができ、従来技術の図１１に示す鋼製サイスミックタイ６に比べて格段に第１勾配を増加し、第２勾配を低減したサイスミックタイを、図５に示すように実現することができる。
【００５６】
図５は本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの振動エネルギー吸収量を従来技術の鋼製サイスミックタイのそれと比較した図である。図５は、本実施形態と従来技術とにおける振動エネルギーの吸収量を実験で得た結果を示したものである。図示するように、従来技術による荷重変位曲線（実線）５１で囲まれる振動エネルギー吸収面積に比べて、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイの荷重変位曲線（点線）５０で囲まれるエネルギー吸収面積が約３０％大きくなっていることが分かる。
【００５７】
図６は、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイをボイラ本体に適用した場合における地震時の横方向荷重（層せん断力の比）を、従来技術の鋼製サイスミックタイと対比して、表す図である。すなわち、支持架構における層せん断力のボイラ建屋高さ方向の分布を示している。図６に示すように、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイを設置したボイラ建屋の地震荷重（層せん断力）は、従来技術のものよりも、約３０％低減される。このように、支持架構７の地震時における横方向荷重が低減されることによって、引いては支持架構の軽量化及び耐震性向上につながる。
【００５８】
さらに、本実施形態に関する摩擦ダンパー３１は、図７に示すボイラ本体４と支持架構７の間の接続部材（サイスミックタイ）５５としてだけでなく、鉄骨柱１と鉄骨梁２で構成される図８に示す鉄骨フレームのブレース部材６０としても適用可能であり、これによってさらに振動エネルギー吸収を増加することができる。ここで、図７は本実施形態に関する摩擦ダンパーを摩擦型サイスミックタイに用いる場合とブレース部材として用いる場合とを示す概略図である。図８は本実施形態に関する摩擦ダンパーがブレース部材として用いた構成例を示す図である。
【００５９】
また、図２〜図４に示す摩擦ダンパー３１は、２枚の外板の内側にアルミニウム板をそれぞれ設け、アルミニウム板の内側に中板を介在させ、中板の設けた長孔に摩擦力発生用の締め付けボルトを通すことで２枚のアルミニウム板と中板との間で摩擦力を発生させ、中板と外板間での振動エネルギーの吸収量を増加させる構成を有するものであり、上述したボイラ建屋のサイスミックタイとして用いることの外に、汎用的なダンパーとして機能させることができる。
【００６０】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るサイスミックタイで使用される摩擦ダンパーの特徴を簡潔に述べると、外板の上部と下部に締付けボルトを設け、外板の内部にアルミ板を設け、アルミ板の内部に中板を設け、中板の長孔部分に摩擦力発生用ボルトを設けることによって摩擦ダンパを構成する。そして、サイスミックタイの特徴を簡潔に述べると、複数の柱と上下方向に複数配置される梁との組合せからなる支持架構と該支持架構の上部梁から吊り下げられるボイラ本体との間に設置され、支持架構とボイラ本体の地震時の相対変位を利用して振動エネルギを吸収するサイスミックタイは、相対変位の発生する方向に対して水平方向に２本のリンクと、相対変位の発生する方向に対して垂直方向に２本のピンとからなり、上述した特徴をもつ摩擦ダンパをリンクとして採用し、摩擦型サイスミックタイを構成する。さらに、上述した特徴をもつ摩擦ダンパを鉄骨柱と梁からなるフレーム構造内に設けてブレース型摩擦ダンパを構成する。
【００６１】
以上のように、本実施形態に係る摩擦型サイスミックタイを採用することにより、地震などの振動エネルギーの吸収量が増加し、ボイラ構造物の地震荷重（層せん断力）を低減でき、ひいては支持架構の軽量化及び耐震性向上に効果がある。
【符号の説明】
【００６２】
１  支持架構の柱（鉄骨柱）
２  支持架構の主梁（梁、鉄骨梁）
３  吊りボルト
４  ボイラ本体
５  地震荷重
６  サイスミックタイ
６Ａ  リンク（リンク材）
６Ｂ  紡錘型ピン
６Ｃ  支圧部
７  支持架構（ボイラ建屋）
８  ボイラ本体と支持架構からなるボイラ耐震構造の重心位置
９  ボイラ鉛直部の最下部
１０  バックステー
１１  摩擦ダンパー
１２  ダンパー金属板（純アルミ板、Ａ１０５０板）
１３  母材鋼板（ＳＳ４００板）
１４  添板（鋼板）
１５  ゴムワッシャー
１６  長孔
１７  摩擦部
３０  摩擦型サイスミックタイ
３１  摩擦ダンパー
３２  剛性ピン
３３  地面
４１  外板（添板、ＳＳ４００鋼板）
４２  中板（ＳＳ４００鋼板）
４３  摩擦力発揮用締付ボルト
４４  摩擦板固定用締付ボルト
４５  摩擦板（アルミニウム板）
４６  摩擦板固定用スペーサ
４７  中板用長孔
５０  本実施形態に関する摩擦型サイスミックタイの荷重変位曲線
５１  従来技術に関する鋼製サイスミックタイの荷重変位曲線
５５  ボイラ本体と支持架構との接続部材（サイスミックタイ）
６０  ブレース部材
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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