(57)【要約】【課題】  コンテナが空の場合またはコンテナが満たされた状態で動作している場合に実施可能な金属製コンテナの補強方法を提供する。【解決手段】  金属製コンテナ１の高さ方向の少なくとも一部を、金属製コンテナ１の外側の表面に貼り付けられた炭素繊維布３で取り囲み、その炭素繊維布は複数のバンドの形態で配置されている。複数のバンドは、その大部分が金属製コンテナ１の軸５に対してほぼ直交する方向で、金属製コンテナ１の全周を囲んで延びている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震または準地震的な応力に対する金属製コンテナの補強方法において、
金属製コンテナの高さ方向の少なくとも一部を、前記金属製コンテナの外側の表面に貼り付けられた炭素繊維布で取り囲み、
前記炭素繊維布は複数のバンドの形態で配置され、前記複数のバンドは、その大部分が前記金属製コンテナの軸に対してほぼ直交する方向で、前記金属製コンテナの全周を実質的に囲んで延びていることを特徴とする金属製コンテナの補強方法。
【請求項２】
前記炭素繊維布を、その炭素繊維が主に前記金属製コンテナの軸に対してほぼ直交する方向に沿う方向となるように、前記金属製コンテナの外側の表面に貼り付ける、請求項１に記載の金属製コンテナの補強方法。
【請求項３】
前記金属製コンテナ内を少なくとも部分的に満たすと共に、前記金属製コンテナを空にすることなく、前記炭素繊維布で前記金属製コンテナを取り囲む、請求項１または２に記載の金属製コンテナの補強方法。
【請求項４】
前記炭素繊維布を、前記金属製コンテナの外側の表面の前記一部における突起領域を迂回するように、前記金属製コンテナの外側の表面に貼り付ける、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属製コンテナの補強方法。
【請求項５】
前記炭素繊維布を、重なり合った複数の層の形態で、前記金属製コンテナの外側の表面に貼り付ける、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属製コンテナの補強方法。
【請求項６】
前記炭素繊維布の前記重なり合った複数の層の数を、前記金属製コンテナの高さに応じて変更する、請求項５に記載の金属製コンテナの補強方法。
【請求項７】
前記炭素繊維布を複数のバンドの形態で配置し、
前記重なり合った複数の層を、互いに前記バンドの幅の半分だけ食い違うように重ね合わせる、請求項５または６に記載の金属製コンテナの補強方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の補強方法によって、地震または準地震的な応力に対して補強された金属製コンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震や準地震的な応力に対して金属製タンクまたは金属製コンテナを補強することに関する。特に、製造コストを抑えるために、比較的薄い板厚のシート状の鋼板で作られたコンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
シート状の鋼板で作られたコンテナは、不測の応力が加わった場合に大きく変形することがある。
【０００３】
これは特に地震が発生した場合に問題となる。その場合、一般に液体で満たされているコンテナは、その液体の自由表面の水平方向の加速度と同表面の変動とに起因して過剰に加圧された液体による圧力を受ける。さらに、一般的な転覆モーメントによって、コンテナの一部分に作用する強力な圧縮力や、それとは逆に、そのコンテナの反対側に作用する強力な引張力が発生することがある。
【０００４】
それらの応力が組み合わされて起こるシート状の金属の変形は、結果的に二次的影響を引き起こし、そして場合によっては、シート状の金属の局部たわみとも呼ばれる、座屈や半球型の変形を引き起こすこともある。この座屈は、コンテナの下側に現れることが多く、その形状から「象の足」型ひずみと呼ばれることもある。図１はこの現象を示しており、座屈２はコンテナ１の下側に現れている。
【０００５】
二次的影響を抑えるものとして、金属製コンテナの補強に関する解決策がいくつか知られている。特に、環帯補強の技術は、内部圧力や座屈に起因して起こる放射状の膨張を防ぐための拘束用環帯を、コンテナの周りに配置するものである。この、「能動的」な環帯補強は、したがってコンテナを取り囲む複数の加圧環帯からなるものである。このような環帯は、構造体に対して永続的な力として作用する。しかしながら、作用する力の大きさはコンテナが空の状態のときでも許容範囲内とする必要があるため、この技術ではサイズが問題となる。実際、このようなコンテナにおけるシート状の金属の圧縮強度は、コンテナが空の状態のときには非常に低い。
【０００６】
「剛化」と呼ばれる別の解決策は、材料（補剛材）を加えるものであり、この補剛材でコンテナの所定の部分を局所的に補強して、その部分の変形を抑えるものである。実際には、この技術では補剛材をコンテナに溶接する必要があり、このことが、補強しようとする構造体の強度を低くしてしまう原因となる。さらに、その補剛作業を、コンテナが引火性物質で満たされた状態で行うと、火災や爆発が起こる危険もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の目的は、上述したような欠点を制限する金属コンテナの補強方法を提供することにある。本発明の目的は、特に、コンテナが空の場合またはコンテナが満たされた状態で動作している場合に、コンテナの補強を実施できるようにすることにある。本発明の他の目的は、シート状の金属の強度低下を伴わない補強を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による金属製コンテナの補強方法は、地震または準地震的な応力に対する金属製コンテナの補強方法において、金属製コンテナの高さ方向の少なくとも一部を、前記金属製コンテナの外側の表面に貼り付けられた炭素繊維布で取り囲み、前記炭素繊維布は複数のバンドの形態で配置され、前記複数のバンドは、その大部分が前記金属製コンテナの軸に対してほぼ直交する方向で、前記金属製コンテナの全周を実質的に囲んで延びていることを特徴とする。
【０００９】
次の方法を互いに組み合わせて複数の実施態様とすることができる。
・炭素繊維布を、その炭素繊維が主に金属製コンテナの軸に対してほぼ直交する方向に沿う方向となるように、その金属製コンテナの外側の表面に貼り付ける。
・金属製コンテナ内を少なくとも部分的に満たすと共に、その金属製コンテナを空にすることなく、炭素繊維布で同金属製コンテナを取り囲む。
・炭素繊維布を、上記金属コンテナの外側の表面の上記一部における突起領域を迂回するように、同金属製コンテナの外側の表面に貼り付ける。
・炭素繊維布を、重なり合った複数の層の形態で、上記金属製コンテナの外側の表面に貼り付ける。
・上記重なり合った複数の層の数を、金属コンテナの高さに応じて変更する。
・炭素繊維布を複数のバンドの形態で配置し、上記重なり合った複数の層を、互いに前記バンドの幅の半分だけ食い違うように重ね合わせる。
【００１０】
本発明はまた、上記補強方法によって、地震または準地震的な応力に対して補強された金属製コンテナを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
上記のような補強を行うことにより、地震または準地震的な応力による影響、特に、補強されたコンテナの座屈の発生が低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明による、上述しなかったその他の特徴や利点は、添付図面を参照して以下に説明する実施形態から明らかであろう。
【００１３】
図１、図２は、産業で使用される、典型的な薄いシート状の鋼板で作られた金属製コンテナを示している。図示する円筒状のコンテナは、高さが約１５m、周囲の直径が約１０ｍであってもよい。一般に、コンテナ１のシート状の鋼板の板厚は約１０ｍｍ未満である。
【００１４】
本実施形態によるコンテナ１は、地震や準地震的な応力が発生した場合に上述したような座屈２の現象が起きることを防止するため、補強が施されている。
【００１５】
この補強は、炭素繊維布３をコンテナ１の外側の表面の少なくとも一部に接着して行われている。この補強は、コンテナが空の状態のときだけでなく、例えば液体で満たされている状態のときでも実施することができる。
【００１６】
炭素繊維布は、高い弾性率（一般に、２００〜４００ＧＰａ）を備えた高強度の材料（一般に、引張強度は１５００ＭＰａを超える）である。
【００１７】
本発明の一実施形態では、炭素繊維布３は切断されて複数のバンド状となっている。そして、その複数のバンドがコンテナ１の外側の表面に貼り付けられている。この場合、バンドの向きが主方向をたどるように、複数のバンドをコンテナに配置することが好ましい。図２に示すように、例えば、炭素繊維布の複数のバンドをコンテナの垂直軸５に対して直交するように配置してもよい。
【００１８】
また、繊維そのものが、その繊維布内で主方向を有していてもよい。例えば、複数のうちの大半の繊維を第１の方向を備えるものとし、残りの繊維をその第１の方向に直交する方向を備えるものとしてもよい。この場合、それらの炭素繊維のうちの大半が水平、すなわち、円筒状のコンテナの垂直軸５に対して直交する方向となるように、それぞれの炭素繊維布をコンテナ１に配置することが好ましい。この理由は、地震発生時にシート状の金属が変形して起こる座屈２は、コンテナの外周に沿って延びる傾向があるためである。炭素繊維布の複数の繊維を、基本的に水平方向に配置することにより、座屈に対する抵抗力を高めることができる。
【００１９】
炭素繊維布は、適切な樹脂を用いてコンテナの外側の表面に貼り付けられている。この固定方法により、炭素繊維布は容易に鋼板に接着される。また、接着固定という手段は、コンテナの薄い層状部材への溶接を必要としないため、結果的に、シート状の金属の強度を低下させたり、穴を空けたりすることが防止されるという点で、他の技術とは異なっている。溶接が不要であるということはまた、引火性物質で満たされているコンテナに対して補強を実施する場合に、火災や爆発が起こる危険が回避されるという利点も有している。
【００２０】
炭素繊維布は、コンテナを取り囲むように、コンテナの外周の全周にわたって配置されている。このように、この被覆物は、コンテナの周りに「能動的」ではない環帯補強を構成するものであり、この場合、シート状の金属に対して圧力が加わることはないため、空の状態のコンテナにいかなる影響も与えない。炭素繊維布をシート状の金属に貼り付ける場合において、完全に貼り付けられた被覆物はコンテナを囲む補剛材としても作用する。図２は、コンテナの所定高さの位置における環帯補強を示しており、この補強では、コンテナの外側の表面全体にほぼ均一に貼り付けられた繊維布のバンド３が複数使用されている。
【００２１】
地震の応力に対してコンテナを効果的に補強するためには、炭素繊維布を重ね合わせていくつかの層にしてコンテナの表面を覆うことが好ましい。コンテナに炭素繊維布を平行に配置する場合、１つのバンドを別のバンド上に配置して複数の炭素繊維布のバンドを重ね合わせてもよい。
【００２２】
１つの実施形態として、炭素繊維布のバンドを互いにずれるように重ね合わせて複数の層としてもよい。隣接した層同士の間における、バンド同士の重ね合せ部の幅は１つハンドの幅の半分とすることが好ましい。これにより、コンテナの外側の表面全体が均一に補強され、このような重ね合せをしないと比較的簡単に変形してしまう可能性のある、同一層内におけるバンド同士の接続領域も補強される。
【００２３】
コンテナを形成するシート状の金属は、コンテナの高さ方向にわたってその板厚が変化するものであってもよい。例えば、使用されるシート状の金属の板厚が、コンテナの高さに合わせて減少するものであってもよい。特にそのような構造では、シート状の金属の板厚に合わせて炭素繊維布の層の数を変更して配置することが好ましい。例えば、コンテナの下側は、炭素繊維布の複数のバンドを複数の層として重ね合せて配置し、コンテナ表面の上側は、炭素繊維布を単一の層として配置してもよい。
【００２４】
本発明の一実施形態では、コンテナ１はその表面に突起した障害物を備えており、その障害物によって、コンテナ外側の表面の全体にわたってバンドを均一に分布させることができなくなっている。例えば、取水管４がタンク表面を貫通していてもよい。この場合、この障害物を迂回するように炭素繊維布を注意して配置し、図２に示すように、例えば、取水管４の周りの迂回すべき領域の周囲にテープを貼ってもよい。このような方法で炭素繊維布を配置することにより、凹凸のあるコンテナであっても、その表面のほぼ全面を補強することが可能となる。
【００２５】
以上のように、炭素繊維布を外側の表面に配置することにより補強されたコンテナは、製造されたシート状の金属の挙動を修正することにより、地震性の応力により耐えうるものとなる。この理由は、炭素繊維布は弾力性があり、破断するまで優れた伸び特性を有するものであるため、たとえ鋼板が変形しやすい（可塑性の）傾向のあるものであっても、構造体の剛性が大幅に高まるからである。その結果、コンテナの表面に座屈が発生することが抑えられる。
【００２６】
貼り付ける炭素繊維布は、極めて優れた耐久性を備えていることにも注目すべきである。また、炭素繊維布を配置する金属が腐食しやすいものであっても、炭素繊維布がコンテナの保護被膜となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の一実施形態による、シート状の鋼板で作られた金属製コンテナを示すと共に、地震の応力に起因して発生する変形を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、地震の応力に対して補強された金属製コンテナを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    コンテナ
２    座屈
３    炭素繊維布
４    取水口
５    垂直軸
【図１】
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【図２】
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