(57)【要約】【課題】配管を支持するＵボルトに持続的な高サイクルの振動等が加わる場合に、該Ｕボルトの損傷を効果的に防止する。【構成】配管１を支持したＵボルト４の脚部５を取付部材２に設けたボルト孔３に挿通し、脚部５に形成されているネジ部６の後端６ａがボルト孔３から配管１側に突出しない状態で、Ｕボルト４をナット７で締結する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管１を支持したＵボルト４の脚部５が取付部材２に設けたボルト孔３に挿通され、前記Ｕボルト４はその脚部５に形成されたネジ部６の後端６ａがボルト孔３から配管１側に突出しない状態でナット７により締結されていることを特徴とする配管の支持構造。
【請求項２】
請求項１において、前記Ｕボルト４が持続的な高サイクルの振動または持続的なせん断応力を受ける状況にあることを特徴とする配管の支持構造。
【請求項３】
配管１を支持したＵボルト４の脚部５を取付部材２に設けたボルト孔３に挿通し、脚部５に形成したネジ部６の後端６ａがボルト孔３から配管１側に突出しないようにして、前記Ｕボルト４の脚部５にナット７を締結することを特徴とする配管の支持方法。
【請求項４】
請求項３において、前記Ｕボルト４をナット７で締結する際にロックナット８を介在することにより、脚部５のボルト孔３に対する挿通量を調整することを特徴とする配管の支持方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＵボルトを利用した配管の支持構造および支持方法に関し、詳しくは、Ｕボルトが持続的な高サイクルの振動または持続的なせん断応力を受ける状況にある場合に好適に適用できる配管の支持構造および支持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々のプラントや施設では多くの配管が敷設されるが、通常、これら配管は建物の壁や構造躯体などの取付部材にＵボルトを利用して支持される。すなわち配管を支持したＵボルトの脚部を取付部材に形成したボルト孔に挿通し、一対の脚部に形成したネジ部にそれぞれナットを締結することにより配管を支持する。
【０００３】
配管をＵボルトで支持する場合の基準はＪＩＳで規定されている。例えば「船用鋼管取付Ｕボルト」についてはＪＩＳ  Ｆ３０２２に定められ、Ｕボルトに対するナットの取付け方としてＡ形，Ｂ形，Ｃ形の３種が規定されている。ここでＡ形とＢ形は通常呼び寸法１００ｍｍ以上、Ｃ形は通常呼び寸法９０ｍｍ以下に適用される。
【０００４】
Ａ形は取付部材のボルト孔にＵボルトの脚部を挿通し、ボルト孔を挟んで配管側と反対側の両方から脚部をナットで締結する方式であり、Ｂ形は取付部材のボルト孔にＵボルトの脚部を挿通し、配管側と反対側から脚部を単一のナットで締結する方式であり、Ｃ形は取付部材のボルト孔にＵボルトの脚部を挿通し、配管側と反対側から脚部をダブルナットで締結する方式である。そして特に振動の激しい場所ではＣ形を使用してもよいと規定している。
【０００５】
図２はＪＩＳ  Ｆ３０２２に規定されたＣ形による配管の支持構造を示す断面図である。図２において、１は配管、２は取付部材、３は取付部材に設けたボルト孔、４はＵボルト、５はＵボルト４の脚部、６は脚部５に設けたネジ部、６ａはネジ部の後端、７はナットである。図示のように配管１を取付部材２に支持するには、先ずＵボルト４のＵ形部分で配管１を把持して支持し、その脚部５を取付部材２のボルト孔３に挿通した上で、配管１と反対側から脚部５に形成したネジ部６にナット７を二重に締結する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし図２に示す配管の支持構造では、脚部５に形成したネジ部６の後端６ａが取付部材２のボルト穴３から配管側に突出している。そのためＵボルト４が配管１から持続的な高サイクルの振動または持続的なせん断応力を受ける状況にある場合には、金属疲労によりＵボルト４が損傷する恐れがある。
【０００７】
実験によれば、Ｕボルトが配管１から図２に矢印で示すようなＹ方向およびＺ方向の持続的な高サイクルの振動または持続的なせん断応力を受けると、Ｕボルトの脚部５に引張り荷重とせん断荷重が繰り返し作用し、それらは脚部５がボルト孔３の配管側の縁部と接触する部分に集中することが確認された。
【０００８】
このように応力が集中する該部分は、前記のようにネジ部６が形成されているので、脚部の軸径が減少し切り込み効果も加わって損傷しやすくなるものと推定される。そこで本発明は従来のＵボルトによる配管の支持構造における上記問題を解決することを課題とし、そのための新しい配管の支持構造および支持方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明に係る配管の支持構造は、配管を支持したＵボルトの脚部が取付部材に設けたボルト孔に挿通され、前記Ｕボルトはその脚部に形成されたネジ部の後端がボルト孔から配管側に突出しない状態でナットにより締結されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
上記支持構造によれば、Ｕボルトに形成したネジ部の後端がナット締結時にボルト孔から配管側に突出しないようになされている。そのため脚部がボルト孔の配管側の縁部と接触する部分には脚部の径を減少させるネジ部が存在しないので脚部の耐久性を向上させることができる。
【００１１】
上記配管の支持構造はＵボルトが配管から持続的な高サイクルの振動または持続的なせん断応力を受ける状況にある場合に、特に前記効果が発揮される（請求項２）。
なお、ここで高サイクルの振動とは、各種プラントの運転中に回転機械の回転や流体の流通に伴う振動により連続して発生する振動による疲労をいう。
【００１２】
また、前記課題を解決する本発明に係る配管の支持方法は、配管を支持したＵボルトの脚部を取付部材に設けたボルト孔に挿通し、脚部に形成したネジ部の後端がボルト孔から配管側に突出しないようにして、前記Ｕボルトの脚部にナットを締結することを特徴とする（請求項３）。
【００１３】
上記配管の支持方法において、前記Ｕボルトをナットで締結する際にロックナットを介在することにより、脚部のボルト孔に対する挿通量を調整することができる（請求項４）。このようなロックナットを用いると、脚部のボルト孔に対する挿通量を任意に且つ容易に設定できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明に係る配管の支持構造を示す断面図である。図１において、１は配管、２は取付部材、３は取付部材にボルト孔、４はＵボルト、５はＵボルト４の脚部、６は脚部５に設けたネジ部、６ａはネジ部の後端、７はナットである。
【００１５】
図１の支持構造では、脚部５に形成したネジ部６がボルト孔３の内部から配管１と反対側に延長した状態とされているので、ネジ部６の後端６ａはボルト孔３から配管１側に突出しない。そのため前記のように配管１から脚部５に加わる荷重はネジ部６を形成していない部分に集中することになり、脚部５の耐久性を向上させることができる。
【００１６】
すなわち、配管１からＵボルト４が図１に矢印で示すようなＹ方向およびＺ方向の持続的な高サイクルの振動または持続的なせん断応力を受けた場合、それによってＵボルト４の脚部５に引張り荷重とせん断荷重が作用し、それらは脚部５がボルト孔３の配管１側の縁部と接触する部分に集中する。しかし該接触部分にはネジ部６が形成されていないので、脚部５の実質断面積は本来の断面積のままであるから耐荷重性が低下することはなく、結果として脚部５の耐久性が向上する。
【００１７】
図示のように配管１を取付部材２に支持するには、先ず配管１を支持したＵボルト４の脚部５を取付部材２に設けたボルト孔３に挿通し、脚部５に形成したネジ部６の後端６ａがボルト孔３から配管側に突出しないようにして、前記Ｕボルト４の脚部５にナット７を締結する。
脚部５にナット７を締結する際に、平座金及びばね座金等からなるスペーサまたはロックナット８を１枚もしくは数枚介在させることにより、脚部５のボルト孔３に対する挿通量を任意に且つ容易に設定することができる。
【００１８】
【実施例】
次に図１に示す本発明に係る配管の支持構造におけるＵボルトの強度についての実験例を説明する。配管１の口径Ｄが３４ｍｍ、取付部材２から配管１の中心までの高さｈがＤ／２＝１７ｍｍ、配管１からＵボルトに加わるＺ方向の反力Ｒｚが４８．０Ｋｇ、Ｙ方向の反力Ｒｙが７６．３Ｋｇ、Ｚ方向の加振力（解析値）Ｆｚが２８．０Ｋｇ、Ｙ方向の加振力（解析値）Ｆｙが３５．０Ｋｇであるとき、Ｕボルト４における曲げモーメントや応力度は次のように計算される。
【００１９】
（１）配管反力による応力
Ｕボルトの曲げモーメントＭ＝Ｒｚ×ｈ＝４８．０×１７＝８１６．０（Ｋｇ・ｍｍ）
Ｕボルトの曲げ応力度σｂ＝Ｍ／Ｚ＝８１６．０／９８．１８＝８．３１（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
但し、上記式中のＺはボルト断面係数であり、ボルトの軸径ｄ２を１０ｍｍとするとＺ＝（π×ｄ２の３乗）／３２＝（π×１０の３乗）／３２＝９８．１８（ｍｍ3 ）となる。
【００２０】
Ｕボルトの引張力Ｔ＝Ｒｙ／２＝７６．３／２＝３８．１５（Ｋｇ）
Ｕボルトの引張応力度σｔ＝βｋ×（Ｔ／Ａ１）＝２．６４×（３８．１５／５５．１）＝１．８３（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
但し、上記式中のＡ１はネジ部におけるＵボルトの断面積であり、ボルト谷径ｄ１を８．３７６ｍｍとすると、Ａ１＝π×（ｄ１の２乗／４）＝π×（８．３７６の２条／４）＝５５．１（ｍｍ2 ）となる。
【００２１】
Ｕボルトのせん断応力度τ＝Ｒｚ／Ａ２＝４８．０／７８．５４＝０．６１（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
但し、上記式中のＡ２はＵボルトの断面積であり、軸径ｄ２を１０ｍｍとすると、Ａ２＝π×（ｄ２の２乗）／４＝π×（１０の２乗）／４＝７８．５４（ｍｍ）となる。
合成応力度σｍ＝［（σｂ＋σｔ）の２乗＋３×τの２乗］＝１０．１９（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
【００２２】
（２）振動時の応力振幅
Ｕボルトの曲げモーメントＭ＝Ｆｚ×ｈ＝２８．０×１７＝４７６．０（Ｋｇ・ｍｍ）
Ｕボルトの曲げ応力度度σｂ＝Ｍ／Ｚ＝４７６．０／５９８．１８＝４．８５（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
Ｕボルトの引張力Ｔ＝Ｆｙ／２＝３５．０／２＝１７．５（Ｋｇ）
【００２３】
Ｕボルトの引張応力度σｔ＝βｋ×（Ｔ／Ａ１）＝２．６４×（１７．５／５５．１）＝０．８４（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
Ｕボルトのせん断応力度τ＝Ｆｚ／Ａ２＝２８．０／７８．５４＝０．３６（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
合成応力度σｍ＝［（σｂ＋σｔ）の２乗＋３×τの２乗］＝５．７２（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
【００２４】
上記各式において、応力度はＵボルトが単位断面積当たりに受ける応力であるから、この値が小さいほど耐久性がよいことになる。
次に比較のため図２に示す従来の配管の支持構造について、図１と同じ配管からの配管反力や振動加振力が加わったときのＵボルトにおける曲げモーメントや応力度は次のように計算される。
【００２５】
（１）管反力による応力
Ｕボルトの曲げモーメントＭ＝Ｒｚ×ｈ＝４８．０×１７＝８１６．０（Ｋｇ・ｍｍ）
Ｕボルトの曲げ応力度σｂ＝Ｍ／Ｚ＝８１６．０／５７．７＝１４．１４（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
但し、上記式中のＺはボルト断面係数であり、ボルト谷径ｄ１を８．３７６ｍｍとすると、Ｚ＝（π×ｄ１の３乗）／３２＝（π×８．３７６の３乗）／３２＝５７．７（ｍｍ3 ）となる。
【００２６】
Ｕボルトの引張力Ｔ＝Ｒｙ／２＝７６．３／２＝３８．１５（Ｋｇ）
Ｕボルトの引張応力度σｔ＝βｋ×（Ｔ／Ａ１）＝２．６４×（３８．１５／５５．１）＝１．８３（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
但し、上記式中のＡ１はネジ部におけるＵボルトの断面積であり、ボルト谷径ｄ１を８．３７６ｍｍすると、Ａ１＝π×（ｄの２乗／４）＝π×（８．３７６の２条／４）＝５５．１（ｍｍ2 ）となる。
Ｕボルトのせん断応力度τ＝Ｒｚ／Ａ１＝４８．０／５５．１＝０．８７（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
合成応力度σｍ＝［（σｂ＋σｔ）の２乗＋３×τの２乗］＝１６．０４（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
【００２７】
（２）振動時の応力振幅
Ｕボルトの曲げモーメントＭ＝Ｆｚ×ｈ＝２８．０×１７＝４７６．０（Ｋｇ・ｍｍ）
Ｕボルトの曲げ応力度度σｂ＝Ｍ／Ｚ＝４７６．０／５７．７＝８．２５（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
Ｕボルトの引張力Ｔ＝Ｆｙ／２＝３５．０／２＝１７．５（Ｋｇ）
【００２８】
Ｕボルトの引張応力度σｔ＝βｋ×（Ｔ／Ａ１）＝２．６４×（１７．５／５５．１）＝０．８４（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
Ｕボルトのせん断応力度τ＝Ｆｚ／Ａ１＝２８．０／５５．１＝０．５１（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
合成応力度σｍ＝［（σｂ＋σｔ）の２乗＋３×τの２乗］＝９．１３（Ｋｇ／ｍｍ2 ）
【００２９】
以上の実験結果から、図１に示す本発明に係る支持構造と、図２に示す従来の支持構造を比較すると、配管反力に対するＵボルトの曲げ応力度σｂは８．３１／１４．１４＝０．５９（５９％）、Ｕボルトのせん断応力度τは０．６１／０．８７＝０．７（７０％）、合成応力度は１０．１９／１６．０４＝０．６３（６３％）に減少する。
【００３０】
また振動時におけるＵボルトの曲げ応力度σｂは４．８５／８．２５＝０．５９（５９％）、Ｕボルトのせん断応力度τは０．３６／０．５１＝０．７（７０％）、合成応力度は５．７２／９．１３＝０．６３（６３％）に減少する。したがって、本発明に係る支持構造は時の支持構造に比べてＵボルトを金属疲労させる応力度が減少するので、耐久性が向上することは明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る配管の支持構造は、配管を支持したＵボルトの脚部が取付部材に設けたボルト孔に挿通され、前記Ｕボルトはその脚部に形成したネジ部の後端がボルト孔から配管側に突出しない状態でナットにより締結されていることを特徴とする。
【００３２】
本支持構造によれば、Ｕボルトに形成したネジ部の後端がボルト孔から配管側に突出しないので、脚部がボルト孔の配管側の縁部と接触する部分には脚部の径を減少させるネジ部が形成されていない。そのため配管から脚部に加わる荷重はネジ部を形成していない部分に集中することになり、脚部の耐久性を向上させることができる。そして本支持構造は、Ｕボルトが配管から持続的な高サイクルの振動または持続的なせん断応力を受ける状況にある場合に、特に前記効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配管の支持構造の断面図。
【図２】従来の配管の支持構造の断面図。
【符号の説明】
１  配管
２  取付部材
３  ボルト孔
４  Ｕボルト
５  脚部
６  ネジ部
６ａ  後端
７  ナット
８  ロックナット
【図１】
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【図２】
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