(57)【要約】【課題】  上下揺れと水平軸回り回転揺れの固有周期をそれぞれ独立して設定することを可能とし、波浪によって励起される動揺を抑制することのできる浮体構造物を提供する。【解決手段】  浮体構造物１０は、上部浮体１１の下側に、その外形によって水平軸回り回転揺れの固有周期を決定する下部浮体１２が連結構造材１３によって連結一体化して構成されており、下部浮体１２の中央には、その大小によって当該下部浮体１２の全体面積を変化させて上下揺れの固有周期を規定する開口部１２Ａが形成されている。【選択図】  図１
2005206010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体本体の下側に、前記浮体本体より大きな平面投影外形を有して水平軸回り回転揺れの固有周期を規定する動揺抑制部材が、連結部材を介して所定の間隔で相対移動不能に連結されると共に、前記動揺抑制部材の略中央に上下揺れの固有周期を規定する開放部を備えて構成されていることを特徴とする浮体構造物。
【請求項２】
上記動揺抑制部材は平板状で上記浮体本体の下部に位置し、上記開放部は前記動揺抑制部材の略中央に開口形成された開口部であることを特徴とする請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項３】
上記動揺抑制部材はその最大径が上記浮体本体の二倍以上であり、上記開口部は前記浮体本体以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の浮体構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋観測ブイ，気象観測ブイ又は浮体式石油生産装置等の海洋観測や海洋開発に用いられる浮体構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋観測ブイや気象観測ブイ又は浮体式石油生産装置等の水面に浮遊設置される浮体構造物において、波浪によって励起される動揺を抑制する構成が種々提案されている。（特許文献１参照）
浮体構造物の揺れは、船舶では並進運動（上下揺れ，左右揺れ，前後揺れ）と回転運動（縦揺れ，横揺れ，船首揺れ）に分類されるが、定まった海域に設置される海洋観測ブイ，気象観測ブイ又は浮体式石油生産装置等では前後左右を特段区別する必要がないため、以下、左右揺れと前後揺れを総称して水平並進揺れ、縦揺れと横揺れを総称して水平軸回り回転揺れとして説明する。また、鉛直軸回りの回転である船首揺れは重要な問題とはならない。
【０００３】
一般的な浮体形状と動揺の関係は、図５（Ａ）に示すように単純形状の浮体１では、波浪に追従して上下揺れ，水平並進揺れ及び水平軸回り回転揺れを生ずる。
【０００４】
また、図５（Ｂ）に示すように浮体２を上下方向に細長い形状とすれば、上下方向の波力を低減でき、上下揺れは小さくなるが、水平軸回り回転揺れは低減できない。石油生産設備は、波に比べて浮体寸法を十分に大きくすることでこの水平軸回り回転揺れを低減させることができるが、多大な構造重量が必要となって効率的ではない。
【０００５】
更に、図５（Ｃ）に示すように、没水浮体構造体３Ａの上に吃水線が中間高さとなるコラム３Ｂを介して甲板構造部３Ｃを連結して成る半潜水型の浮体３では、上下揺れ及び水平軸回り回転揺れを同時にある程度は低減できるが、複数の要素浮体を組み合わせる必要があり、構造が複雑になって建設費用が高い。
【特許文献１】特開平８−１２７３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、海洋観測ブイや気象観測ブイ等の比較的小型の浮体構造物では、その上下揺れと水平軸回り回転揺れの固有周期が設置海域における波浪の周期に近く成り易く、共振によって大きく動揺する虞がある。敏感な機器を搭載する観測ブイでは、特に、上下揺れと水平軸回り回転揺れによる傾斜が問題となるため、これらの動揺を極力抑制する必要がある。
【０００７】
ここで、上下揺れと水平軸回り回転揺れの固有周期は、浮体の形状や寸法によって変化するが、相互に関連するために各々を独立して任意の固有周期に設定することは極めて困難であった。つまり、何れか一方の固有周期を変化させるために形状に手を加えると、変化させる必要のない他方の固有周期も同時に変化しまい、その結果、両者を所望の固有周期に設定することができないという問題を有するものである。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、上下揺れと水平軸回り回転揺れの固有周期をそれぞれ独立して設定することを可能とし、波浪によって励起される動揺を抑制することのできる浮体構造物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】
【０００９】
上記目的を達成する請求項１に係る浮体構造物は、浮体本体の下側に、前記浮体本体より大きな平面投影外形を有して水平軸回り回転揺れの固有周期を規定する動揺抑制部材が、連結部材を介して所定の間隔で相対移動不能に連結されると共に、前記動揺抑制部材の略中央に上下揺れの固有周期を規定する開放部を備えて構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、上下揺れの固有周期は動揺抑制部材の面積を大きな要因とし、水平軸回り回転揺れの固有周期は動揺抑制部材の外形を大きな要因として決まるため、開放部の大きさを変えて動揺抑制部材全体の面積を変えることで上下揺れの固有周期を水平軸回り回転揺れの固有周期に大きな影響を与えること無く設定できる。つまり、動揺抑制部材の外形によって水平軸回り回転揺れの固有周期を設定できると共に、開放部の大きさによって上下揺れの固有周期を設定することができ、水平軸回り回転揺れと上下揺れの固有周期をそれぞれ独立して設定できるものである。
【００１１】
また、請求項２に係る浮体構造物は、上記動揺抑制部材は平板状で上記浮体本体の下部に位置し、上記開放部は前記動揺抑制部材の略中央に開口形成された開口部であることを特徴とする
この構成では、動揺抑制部材は単純な形状で、その開口部の大きさの設定によって動揺抑制部材全体の面積を設定することができ、水平軸回り回転揺れの固有周期を任意に設定できる。
【００１２】
更に、請求項３に係る浮体構造物は、上記動揺抑制部材はその最大径が上記浮体本体の二倍以上であり、上記開口部は前記浮体本体以上であることを特徴とする。
【００１３】
この構成により、上下揺れの固有周期と水平軸回り回転揺れの固有周期とを分離独立させて浮体本体の固有周期から長周期側に大きく変位させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る浮体構造物によれば、上下揺れの固有周期は動揺抑制部材の面積を大きな要因とし、水平軸回り回転揺れの固有周期は動揺抑制部材の外形を大きな要因として決まるため、動揺抑制部材の外形を変えることで水平軸回り回転揺れの固有周期を変化させることができると共に、開放部の大きさを変えることで水平軸回り回転揺れの固有周期を殆ど変化させることなく上下揺れの固有周期を変化させることができる。これにより、設置海域において卓越する波浪の周期に応じて上下揺れと水平軸回り回転揺れの固有周期をそれぞれ独立して任意に設定し、波浪によって励起される動揺を抑制することができる。従って、動揺し難く安定した浮体構造物を構成することができるものである。
【００１５】
また、請求項２に係る浮体構造物によれば、動揺抑制部材が平板状で、開放部はその略中央に開口形成された開口部であることにより、動揺抑制部材は単純な形状で、その開口部の大きさによって動揺抑制部材全体の面積を設定することで、水平軸回り回転揺れの固有周期を容易に設定することができる。これにより、上下揺れと水平軸回り回転揺れの固有周期をそれぞれ独立して任意に設定して動揺し難く安定した浮体構造物を構成することができるものである。
【００１６】
また、請求項３に係る浮体構造物によれば、動揺抑制部材はその最大径が浮体本体の二倍以上であると共に開口部は浮体本体以上であることにより、上下揺れの固有周期と水平軸回り回転揺れの固有周期とを分離独立させて浮体本体の固有周期から長周期側に大きく変位させることができ、動揺し難く安定した浮体構造物を構成することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。  
図１は、本願発明を適用した浮体構造物の一構成例の概念図である。  
図示浮体構造物１０は、海洋観測や気象観測のためのブイであり、浮体本体としての上部浮体１１の下側に、動揺抑制部材としての下部浮体１２が、連結部材としての連結構造材１３によって連結一体化して構成されている。
【００１８】
上部浮体１１は、その内部に観測機器等が収容される当該浮体構造物１０の本体部であり、所定容積の円盤状を呈している。
【００１９】
下部浮体１２は、図３に平面形状を示すようにその外形が上部浮体より大きな円盤状で、中央に開放部としての円形の開口部１２Ａが形成されている。また、その厚さは剛性を保つ範囲で極力薄く形成されている。
【００２０】
連結構造材１３は、上部浮体１１と下部浮体１２の中央を連結する連結バー１３Ａと、周辺部を連結する補強ワイヤ１３Ｂとから成り、連結バー１３Ａが上部浮体１１と下部浮体１２の間隔を規定すると共に、補強ワイヤ１３Ｂが両者を結合している。連結バー１３Ａは分岐した下端先端で下部浮体１２の開口部１２Ａの縁に固定され、補強ワイヤ１３Ｂは上部浮体１１と下部浮体１２の外周部を結んで張設され、これによって水の抵抗が少ない極めて細い（小さい水平方向の投影面積の）部材によって上部浮体１１と下部浮体１２を所定の上下間隔で相対移動不能に結合しているものである。尚、連結バー１３Ａはパイプ状の部材であっても良く、補強ワイヤ１３Ｂもワイヤに限らず他の部材であっても良い。
【００２１】
そして、係留索１４を介して海底のアンカー１５に係留されて所定の海域に設置されるものである。
【００２２】
上記のごとき構成の浮体構造物１０では、波浪による動揺（上下揺れ及び水平軸回り回転揺れ）の固有周期は下部浮体１２に作用する付加質量又は付加慣性モーメントと相関関係にある。
【００２３】
即ち、浮体の上下揺れの固有周期は、一般に下記数式で表される。
【００２４】
【数１】
2005206010.tif 000003
【００２５】
また、浮体の水平軸回り回転揺れの固有周期は、一般に下記数式で表される。
【００２６】
【数２】
2005206010.tif 000004
【００２７】
これらの式から解るように、付加質量（ｍ）又は付加慣性モーメント（ｉ）が大きくなると、それぞれの固有周期（ＴＨＮ又はＴＲＮ）は大きく（長周期に）なり、従って、付加質量及び付加慣性モーメントを大きく設定することで、固有周期を長周期側にずらすことができる。
【００２８】
上下揺れの付加質量：ｍを決定する大きな要因はその全体の面積であり、一方、水平軸回り回転揺れの付加慣性モーメント：ｉを決定する大きな要因はその周辺面積（つまり外径の大小）である。しかし、全体の面積を大きくして付加質量：ｍを大きくすると、必然的に周辺面積も大きくなって付加慣性モーメント：ｉも増加する（その逆も同様）ために両者は不可分の関係にあり、上下揺れと水平軸回り回転揺れの固有周期が連動することから個別に任意に設定することはできない。
【００２９】
本構成では、下部浮体１２の開口部１２Ａの大きさを適宜設定することで、水平軸回り回転揺れの付加慣性モーメント：ｉに大きな影響を与えること無く上下揺れの付加質量：ｍを任意に設定できる。
【００３０】
即ち、下部浮体１２の外径を水平軸回り回転揺れの固有周期が設置海域の波浪周期から長周期側に十分離れた任意の周期となる（付加慣性モーメント：ｉとなる）よう設定すると共に、その外径は変えずに開口部１２Ａの大きさ（面積）を適宜設定することで下部浮体１２の全体面積を上下揺れの固有周期が設置海域の波浪周期から十分離れた任意の周期となる（付加質量：ｍとなる）ように設定することができ、これによって水平軸回り回転揺れ及び上下揺れのそれぞれの固有周期：ＴＲＮ及びＴＨＮを設置海域の波浪周期から十分離間させてそれぞれ独立して設定することができるものである。
【００３１】
図２（Ａ），（Ｂ）に、周期が５−１６秒の波が卓越する海域を想定し、水平軸回り回転揺れの固有周期：ＴＲＮと上下揺れの固有周期：ＴＨＮをそれぞれ独立に設定して動揺を抑制した構成例における、入力波に対する動揺応答特性のグラフを、比較例と重ねて示す。
【００３２】
これは、図２（Ｃ）に示すように上部浮体１１の外径：Ｄ，下部浮体１２の外径：Ｄ２，開口部１２Ａの径：Ｄ３，上部浮体１１の厚さ：ｈ，総高さ：Ｌとし、これら各部の寸法を図２（Ｄ）に示す数値に設定して入力波に対する動揺応答を計算した結果のグラフであり、図２（Ａ）は水平軸回り回転揺れ，図２（Ｂ）は上下揺れを示す。何れのグラフも横軸が周期，縦軸が入力波に対する動揺量の比率（角度の比又は長さの比）となっている。縦軸が大きい程入力波に対する応答が大きく、グラフのピークが共振する固有周期である。
【００３３】
比較例１は下部浮体１２に開口部がなく上下揺れの固有周期が波浪周期から長周期側に十分離れる（２０秒）ようにその面積（付加質量：ｍ）を理想的に設定したもの、比較例２は下部浮体１２に開口部がなく水平軸回り回転揺れの固有周期が波浪周期から長周期側に十分離れる（２８秒）ようにその外径（付加慣性モーメント：ｉ）を理想的に設定したものである。
【００３４】
これらのグラフから解るように、比較例１では、上下揺れは問題ないが、水平軸回り回転揺れの固有周期が設定海域の波浪周期に重なってしまう。一方、比較例２では、水平軸回り回転揺れは問題ないが、上下揺れの固有周期が長周期側に大きく変位し、これに伴ってそれより短周期側に生ずる設定海域の波浪周期と重なる動揺の二次ピーク（図中Ｘで示す）が増大してしまう。つまり、上下揺れは固有周期が長周期側に変位し過ぎても揺れの増大を招来することとなり、上下揺れと水平軸回り回転揺れの両方を満足させる設定ができない。
【００３５】
そこで、本願構成では、下部浮体１２を、比較例２と等しい外形で、且つ開口部１２Ａによって全体面積が比較例１とほぼ等しくなるように設定したものである。これにより、上下揺れは比較例１と殆ど同じ動揺応答特性を示して動揺の二次ピークも小さく、水平軸回り回転揺れは若干短周期側に変位して固有周期が２４秒程度となるが設定海域の波浪周期とは十分離れた設定とすることができる。
【００３６】
このように、下部浮体１２に開口部１２Ａを設けてその大きさを適宜設定することにより、上下揺れの動揺応答特性に大きな影響を与えること無く水平軸回り回転揺れの動揺応答特性を変化させることができ、上下揺れと水平軸回り回転揺れの両方の動揺を抑制した設定が可能となるものである。
【００３７】
特に、海洋観測ブイや気象観測ブイ等の比較的小型の浮体構造物においては、下部浮体１２の大きさは上部浮体１１の二倍以上、開口部１２Ａの大きさは上部浮体１１の大きさ以上とすることで、上下揺れの固有周期と水平軸回り回転揺れの固有周期とを分離独立させて上部浮体１１の固有周期から長周期側に大きく変位させることができ、動揺抑制効果が大きくより好ましい。
【００３８】
尚、本願発明は上記構成例に限るものではなく、適宜変更可能なものである。例えば、浮体構造物の全体構成は、図３に示す浮体構造物１０′のように、上部浮体１１と下部浮体１２を連結する連結部材としての連結構造材１６を、パイプ部材による斜材１６Ａと、当該斜材１６Ａの間に架設された連結材１６Ｂとで構成し、連結材１６Ｂに係留索１４を結合しても良い。また、下部浮体１２は、上記構成例のように円形外径に円形の開口部１２Ａが形成された図４（Ａ）に示すごときドーナツ状に限らず多角形であっても良く、更に、図４（Ｂ）に示す下部浮体１２′のように平板１２Ｂを組み合わせる等して中央を開放させて（開放部１２Ａ′）構成しても良いものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本願発明を適用した浮体構造物の一構成例の概念図である。
【図２】入力波に対する動揺応答特性のグラフである。
【図３】浮体構造物の他の構成例の概念図である。
【図４】下部浮体の平面図である。
【図５】従来例の浮体の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  浮体構造物
１１  上部浮体（浮体本体）
１２  下部浮体（動揺抑制部材）
１２Ａ  開口部（開放部）
１３，１６  連結構造材（連結部材）
【図１】
2005206010.tif 000005
【図２−１】
2005206010.tif 000006
【図２−２】
2005206010.tif 000007
【図３】
2005206010.tif 000008
【図４】
2005206010.tif 000009
【図５】
2005206010.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月12日(2004.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
【図１】本願発明を適用した浮体構造物の一構成例の概念図である。
【図２−１】（Ａ），（Ｂ）は入力波に対する動揺応答特性のグラフである。
【図２−２】（Ｃ），（Ｄ）は図２−１の設定条件の図表である。
【図３】浮体構造物の他の構成例の概念図である。
【図４】下部浮体の平面図である。
【図５】従来例の浮体の説明図である。