(57)【要約】【課題】    地震時の貯蔵液体のスロッシングなどにより、浮屋根タンクの浮屋根が損傷することがないように、応答値算出に用いる地震動は任意に選択し採用できるようにして、タンクの特性に応じた浮屋根設計に寄与するとともに、外周ポンツーンなどの部材強度を算定し、部材の選定適正さを短時間に照査して、安全性および信頼性に優れた構造の浮屋根の強度計算方法を提供する。【解決手段】    入力地震動に対応するタンク内のスロッシング応答を、浮屋根なしの場合、浮屋根ありの場合に分けて速度ポテンシャル理論に基づく地震応答解析より求め、該応答結果から浮屋根部材の強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行い、かつ該応答値の抽出に基づいて浮屋根強度検討のための外力算定を行い、法規・規格による許容応力などの計算を考慮して浮屋根各部位の強度照査の判定を行う。【選択図】  図１
2005289443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力地震動に対応するタンク内のスロッシング応答を、浮屋根なしの場合、浮屋根ありの場合に分けて速度ポテンシャル理論に基づく時刻歴応答解析すなわち地震応答解析より求め、該応答結果から浮屋根部材の強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行い、かつ該応答値の抽出に基づいて浮屋根強度検討のための外力算定を行い、法規・規格による許容応力などの計算を考慮して浮屋根各部位の強度照査の判定を行うことを特徴とする浮屋根の強度計算方法。
【請求項２】
円筒タンクの浮屋根が地震時に励起されるスロッシングによって受ける力を速度ポテンシャル理論に基づく地震応答解析から算定して該浮屋根の強度を計算する方法であって、浮屋根タンクの寸法・内容液のデータ入力を行い、次に予め入力した過去の地震波時刻歴データから該当する地震波時刻歴データの選定を行い、次にシングルデッキおよびダブルデッキに分けて水平地震動によるタンク内液体のスロッシング応答計算を速度ポテンシャル理論によって基礎方程式を立て、運動方程式を時々刻々数値積分することによりタンク内液体の地震応答解析を行うＳ１工程と、前記タンク内液体の地震応答解析から浮屋根を構成するデッキの変形、動液圧および浮屋根に作用する力を算出する強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行うＳ２の工程と、デッキと内リム板接合部に作用する引張力、ポンツーンの円周軸上鉛直方向分布荷重およびポンツーン底面の液圧を算出する浮屋根強度検討のための外力算定を行うＳ３工程と、浮屋根の構造・材料のデータ入力を行い、次いでポンツーン構造の全断面剛性の算定を行い、力の釣合い式・ひずみエネルギ分布による浮屋根の強度計算を行って、次に浮屋根に作用する各種最大引張応力・圧縮応力・合成応力・せん断応力の算定を、法規・規格による許容応力などの計算を考慮して浮屋根各部位の強度照査判定を行うＳ４工程とからなることを特徴とする浮屋根の強度計算方法。
【請求項３】
請求項２における強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行うＳ２の工程後、各種応答値をそれらの対応する基準値と比較を行い、応答値小の場合は上記Ｓ３からＳ４の各工程を経ずに浮屋根各部位の強度照査は満足するとみなし、応答値大の場合は上記Ｓ３からＳ４の各工程を経て浮屋根各部位の強度照査の判定を行い、該浮屋根各部位の強度照査を満足した場合のデータをデータベースに蓄積して地震応答結果と浮屋根の各種応力との関係データを充実させることを特徴とする請求項２記載の浮屋根の強度計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒タンクの浮屋根が、地震時に励起される貯蔵液面揺動すなわちスロッシングによって受ける力を算定し、浮屋根各部に発生する応力を求め、強度を検討する浮屋根の強度計算方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
代表的な浮屋根タンクの浮屋根形式としては、シングルデッキ構造とダブルデッキ構造がある。ここでは、図２６に示すシングルデッキ構造の浮屋根タンクを例にして説明する。
図２６（ａ）はシングルデッキ型浮屋根タンクの全体縦断面図を示し、図２６（ｂ）は地震時に励起される貯蔵液面のスロッシングによって浮屋根が揺動した状態を示し、図２６（ｃ）は浮屋根の平面図で地震方向に対して応力が集中する箇所を示す。
【０００３】
図２６（ａ）に示すように、原油その他の揮発性・可燃性液体を貯蔵する大型のシングルデッキ型浮屋根タンク本体１は、円形平板の底板２と円筒体形状の側板３と、この側板３内部の貯蔵液４の液面上に浮べた浮蓋状の板構造、つまり浮屋根５とから形成されている。この浮屋根５は、薄板鋼板のデッキ板６と、このデッキ板６の外周部の環状の外周ポンツーン７とから形成されている。
図２６（ｂ）に示すように、やや長周期の地震時には貯蔵液面のスロッシングによって、浮屋根５は液面形状に追従して変形し大きな力を受ける。
図２６（ｃ）に示すように、浮屋根５は地震の進行方向X−Ｙに対して０度と１８０度のポンツーン７の位置A，Bの箇所に集中荷重を受ける。
【０００４】
上記のような浮屋根タンクについて、地震時のスロッシングに対する浮屋根の安全性を評価するシステムの従来技術の発明には、特公平５−８５４３２号（特許文献１参照）「浮屋根の安全性評価システム」の発明がある。
この特許文献１の「浮屋根の安全性評価システム」の発明は、浮屋根の構造解析によりスロッシング荷重に対する浮屋根の上下変位と発生応力または曲げモーメントとの関係を求めておくと共に、浮屋根の上下変位を計測する計測システムを構築しておき、計測システムが計測したスロッシング時の浮屋根の上下変位の計測値から浮屋根の発生応力または曲げモーメントを求め、この発生応力または曲げモーメントに基づいて浮屋根の安全性を評価するようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】特公平５−８５４３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、図２６（ａ）に示す浮屋根タンクの浮屋根は、図２６（ｂ），（c）に示すように、地震などによって液面が変動した場合に、外周ポンツーン７などが荷重を受けて損傷する心配が生じた。そして、さらにスロッシングを生じた場合には、外周ポンツーン各部、デッキ板およびそれらの接合部などの耐久力、強度を検討することが必要とされていた。
【０００７】
上記特許文献１の「浮屋根の安全性評価システム」の発明は、浮屋根の構造解析によりスロッシング荷重に対する浮屋根の上下変位と発生応力または曲げモーメントとの関係を求めることはできるが、地震荷重と浮屋根構造との関係、および地震荷重と浮屋根の発生応力または曲げモーメントとの関係を、安全性評価の基準として一義的に算定することは難しく、かつ高度な解析技術を前提として多大な労力が必要であった。
また、浮屋根の上下変位を計測する計測システムを構築しておき、この計測システムが計測したスロッシング時の浮屋根の上下変位の計測値から、発生応力または曲げモーメントを求め、この発生応力または曲げモーメントと上記の構造解析による地震荷重に対する発生応力または曲げモーメントとの関係とに基づいて浮屋根の安全性を評価するようにしたものであるが、上記の安全性評価の基準から実際の地震による具体的な浮屋根の構成部材の発生応力などを求め、許容応力などとの比較から地震荷重に対する耐久性を判定して安全性を評価することは難しかった。さらに、実際の地震により浮屋根などが損傷を受けてからでは、安全性の評価そのものの効果が得られないなどの問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、上述の従来技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、地震時の貯蔵液体のスロッシングなどにより、浮屋根タンクの浮屋根の外周ポンツーンなどが損傷することがないように、応答値算出に用いる地震動は任意に選択し採用できるようにして、設置場所などの個々のタンク特性に応じた浮屋根設計に寄与するとともに、外周ポンツーンなどの部材強度を算定し、採用する部材の選定適正さを短時間に検討し、新規なソフトウエア設計ツールとしての普及に適し、安全性および信頼性に優れた構造とするための浮屋根の強度計算方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係る浮屋根の強度計算方法は、入力地震動に対応するタンク内のスロッシング応答を、浮屋根なしの場合、浮屋根ありの場合に分けて速度ポテンシャル理論に基づく時刻歴応答解析すなわち地震応答解析より求め、該応答結果から浮屋根部材の強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行い、かつ該応答値の抽出に基づいて浮屋根強度検討のための外力算定を行い、法規・規格による許容応力などの計算を考慮して浮屋根各部位の強度照査の判定を行うものである。
【００１０】
請求項２の発明に係る浮屋根の強度計算方法は、円筒タンクの浮屋根が地震時に励起されるスロッシングによって受ける力を速度ポテンシャル理論に基づく地震応答解析から算定して該浮屋根の強度を計算する方法であって、浮屋根タンクの寸法・内容液のデータ入力を行い、次に予め入力した過去の地震波時刻歴データから該当する地震波時刻歴データの選定を行い、次にシングルデッキおよびダブルデッキに分けて水平地震動によるタンク内液体のスロッシング応答計算を速度ポテンシャル理論によって基礎方程式を立て、運動方程式を時々刻々数値積分することによりタンク内液体の地震応答解析を行うＳ１工程と、前記タンク内液体の地震応答解析から浮屋根を構成するデッキの変形、動液圧および浮屋根に作用する力を算出する強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行うＳ２の工程と、デッキと内リム板接合部に作用する引張力、ポンツーンの円周軸上鉛直方向分布荷重およびポンツーン底面の液圧を算出する浮屋根強度検討のための外力算定を行うＳ３工程と、浮屋根の構造・材料のデータ入力を行い、次いでポンツーン構造の全断面剛性の算定を行い、力の釣合い式・ひずみエネルギ分布による浮屋根の強度計算を行って、次に浮屋根に作用する各種最大引張応力・圧縮応力・合成応力・せん断応力の算定を、法規・規格による許容応力などの計算を考慮して浮屋根各部位の強度照査判定を行うＳ４工程とからなるものである。
【００１１】
請求項３の発明に係る浮屋根の強度計算方法は、請求項２における強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行うＳ２の工程後、各種応答値をそれらの対応する基準値と比較を行い、応答値小の場合は上記Ｓ３からＳ４の各工程を経ずに浮屋根各部位の強度照査は満足するとみなし、応答値大の場合は上記Ｓ３からＳ４の各工程を経て浮屋根各部位の強度照査の判定を行い、該浮屋根各部位の強度照査を満足した場合のデータをデータベースに蓄積して地震応答結果と浮屋根の各種応力との関係データを充実させるものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明に係る浮屋根の強度計算方法は、入力地震動に対応するタンク内のスロッシング応答を、浮屋根なしの場合、浮屋根ありの場合に分けて速度ポテンシャル理論に基づく地震応答解析より求め、該応答結果から浮屋根部材の強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行い、かつ該応答値の抽出に基づいて浮屋根強度検討のための外力算定を行い、法規・規格による許容応力などの計算を考慮して浮屋根各部位の強度照査の判定を行うので、適正な基準に基づく手順に沿って地震動に対する浮屋根の強度評価と安全性の評価を組み合わせて行うため、この理論と基準に裏打ちされた解析検討の手法は、信頼性に優れ、簡便かつ利便性に優れた方法となる。
【００１３】
請求項２の発明に係る浮屋根の強度計算方法は、円筒タンクの浮屋根が地震時に励起されるスロッシングによって受ける力を速度ポテンシャル理論に基づく地震応答解析から算定して該浮屋根の強度を計算する方法であって、浮屋根タンクの寸法・内容液のデータ入力を行い、次に予め入力した過去の地震波時刻歴データから該当する地震波時刻歴データの選定を行い、次にシングルデッキおよびダブルデッキに分けて水平地震動によるタンク内液体のスロッシング応答計算を速度ポテンシャル理論によって基礎方程式を立て、運動方程式を時々刻々数値積分することによりタンク内液体の地震応答解析を行うＳ１工程と、前記タンク内液体の地震応答解析から浮屋根を構成するデッキの変形、動液圧および浮屋根に作用する力を算出する強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行うＳ２の工程と、デッキと内リム板接合部に作用する引張力、ポンツーンの円周軸上鉛直方向分布荷重およびポンツーン底面の液圧を算出する浮屋根強度検討のための外力算定を行うＳ３工程と、浮屋根の構造・材料のデータ入力を行い、次いでポンツーン構造の全断面剛性の算定を行い、力の釣合い式・ひずみエネルギ分布による浮屋根の強度計算を行って、次に浮屋根に作用する各種最大引張応力・圧縮応力・合成応力・せん断応力の算定を、法規・規格による許容応力などの計算を考慮して浮屋根各部位の強度照査判定を行うＳ４工程とからなるので、想定する地震に対応して、事前に、具体的な手順とフローに従って、手順良く解析し検討するステップであるコンピュータを用いて行う方法に適し、容易かつ要領良く短時間に、浮屋根を構成する各部材の強度照査を行うことができる。
【００１４】
請求項３の発明に係る浮屋根の強度計算方法は、請求項２における強度計算のための最大応答値または平均応答値の抽出を行うＳ２の工程後、各種応答値をそれらの対応する基準値と比較を行い、応答値小の場合は上記Ｓ３からＳ４の各工程を経ずに浮屋根各部位の強度照査は満足するとみなし、応答値大の場合は上記Ｓ３からＳ４の各工程を経て浮屋根各部位の強度照査の判定を行い、該浮屋根各部位の強度照査を満足した場合のデータをデータベースに蓄積して地震応答結果と浮屋根の各種応力との関係データを充実させるので、蓄積されたデータベースを有効利用して、検討部分の一部簡略化なども可能で、簡便短時間に浮屋根の地震応答解析を行って強度評価と安全性を確認することができ、さらに高度な解析技術を保有していない技術者でも利用可能で広く設計者に利用展開可能な方法となり、強度照査結果を浮屋根部材の検討と設計に反映することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明に係る浮屋根の強度計算方法について、図１〜図２５を参照して説明する。
スロッシング時における浮屋根の地震応答解析と強度計算の基本的な手順・工程を図１に示し、そのフローを図２に示す。
図１に示す以下の基本的な手順・工程に従って、スロッシング時における浮屋根の地震応答解析と強度計算を実施する。
Ｓ１：地震応答解析は、速度ポテンシャル理論による時刻歴応答解析法を適用する。
貯槽内液面上に浮屋根がない自由液面（シングルデッキに適用）の場合と剛体の浮屋根があると仮定（ダブルデッキに適用）の場合について、それぞれ速度ポテンシャル理論に基づいて時刻歴応答解析を行い、両者を相関させて計算を実施する。
その結果、時系列に沿った速度ポテンシャルから各種応答値すなわち、液面変位および貯槽の側部、底部、浮屋根下面にかかる動液圧を求め、さらに貯槽の側部、底部、浮屋根部にかかるモーメントを算出する。
ここで、地震波の２方向（例えば、NS方向とEW方向）の時刻歴データを用いて、個別に地震応答解析を行って各種応答値を求め、対応する応答値を適切な方法（例えば、NS方向応答値×sinθ＋EW方向応答値×cosθ）で重ね合わせて、代表的な応答値とすることもできる。
Ｓ２：強度計算を行うための最大応答値または平均応答値の抽出を行う。
デッキの変形は、自由液面の変位の最大値分布とする。
動液圧は、浮屋根下面の動液圧分布の平均値とする。
浮屋根に作用する力は、浮屋根部の全回転モーメントの最大値とする。
Ｓ３：浮屋根強度検討のための外力を算定する。
屋根板デッキとポンツーン内リム板の接合部に作用する引張力は、デッキの変形と浮屋根下面の平均動液圧から膜応力を算定する。
ポンツーンの円周軸上鉛直方向分布荷重は、浮屋根部の全回転モーメントから算定する。
ポンツーン底面の液圧は、浮屋根自重による沈み込みの液圧と浮屋根下面の動液圧から算定する。
Ｓ４：浮屋根各部の強度を検討する。
浮屋根ポンツーンを薄肉断面円弧はりとしてモデル化する。
強度検討部位は、ポンツーンの頂板および底板、内リム板および外リム板、デッキ板の内リム板との接合部とする。
ポンツーンの頂板および底板は、曲げ応力と圧縮応力による強度を照査する。
内リム板および外リム板は、面内の曲げモーメントと圧縮力との和による座屈強度を照査する。
デッキ板の内リム板との接合部は、引張応力に対する強度を照査する。
ポンツーンに対して、ねじりモーメントによるせん断強度を照査する。
【００１６】
図２に示す以下のフローに従って、データの入力と計算を行い、浮屋根各部の強度を照査する。
・操作を開始する。
Ｓ１−１：タンク寸法、内容液などのデータを入力する。
Ｓ１−２：次いで、地震波の時刻歴データを選定する。
Ｓ１−３：速度ポテンシャル理論による地震応答解析を行う。
Ｓ２−１：各種最大応答値または平均応答値を抽出する。
Ｓ３−１：浮屋根に作用する力とモーメントを算定する。
Ｓ４−１：浮屋根構造の部材、材料などのデータを入力する。
Ｓ４−２：ポンツーン構造の全断面剛性を算定する。
Ｓ４−３：力の釣合い式とエネルギー分布により浮屋根の強度を計算する。
Ｓ４−４：浮屋根に作用する各種最大応力・圧縮応力・合成応力・せん断応力を算定する。
Ｓ４−５：法規、規格による許容応力などを計算する。
Ｓ４−６：浮屋根各部位の強度を照査する。
・OKならば終了する。
・NGならば、Ｓ４−１に戻り再度データを入力し、以降の操作を継続する。 
【００１７】
上記した図１の基本手順・工程と、図２の基本フローに加えて、地震応答解析と強度計算結果のデータベースを活用する応用的な手順・工程を図３に、そのフローを図４にそれぞれ示す。
図３に示すデータベース活用の手順・工程において、追加事項の要点は以下のとおりである。
Ｓ２について、データベースの活用：各種応答値の基準値と最大応答値または平均応答値を比較・判定する。
Ｓ３について、データベースの活用：外力の基準値と計算外力を比較・検討し、設計検討に活用する。
Ｓ４について、データベースの活用：外力と浮屋根構造から強度を比較・検討し、設計検討に活用する。
Ｓ５について、データベースの構築：地震応答結果、浮屋根の構造・寸法から算定される外力、強度検討による各種応力、および許容応力などとの諸関係を比較・整理し、データベースを構築する。
【００１８】
図４に示すデータベース活用のフローにおいて、追加事項の要点は次のとおりである。
Ｓ２−２：データベースの各種応答値の基準値と、地震応答解析で得られた最大応答値または平均応答値を比較・判定する。
Ｓ３−２：データベースの外力の基準値と、地震応答解析で得られた外力値を比較・検討し、設計検討に活用する。
Ｓ４−７：データベースの外力と浮屋根構造の強度値と、強度計算で得られた強度値を比較・検討し、設計検討に活用する。
Ｓ５−１：地震応答結果、浮屋根の構造・寸法から算定される外力、強度検討による各種応力、および許容応力などとの諸関係を比較・整理し、データベースに蓄積する。
【００１９】
浮屋根強度を検討するための基本的な模式図を、図５に示す。
浮屋根強度の計算上の仮定条件として、地震応答解析における浮屋根の剛体を仮定する。つまり、スロッシング時に内容液から浮屋根が受ける動液圧や回転モーメントは、浮屋根を剛体と仮定した速度ポテンシャル理論に基づき算定する。
そして、ポンツーンに対する荷重は、スロッシングに起因して、地震入力方向（0°あるいは180°方向）のポンツーンには、図５に示すような周方向の曲げモーメントMと軸圧縮力Fｃが繰り返し作用すると仮定する。
強度計算における浮屋根構造をポンツーン部とデッキ部に分けて考え、ポンツーン部は薄肉断面はりと仮定する。図５に示すデッキ板６は外周ポンツーン７に荷重を伝達する部材としてのみ考え、剛性は考慮しない。
ポンツーン断面の剛性計算において、はりの取付部は、例えば板厚の１６倍を補強有効幅（両側）として考慮する。
【００２０】
図６に、浮屋根ポンツーン構造の縦断面斜視状況を示す。
地震時に励起されるスロッシングによって受ける力を速度ポテンシャル理論に基づく時刻歴応答解析から算定し、この力を浮屋根に外力として作用させ、図６に示す浮屋根の外周ポンツーン７に発生する応力を求め、この外周ポンツーン７の各構成部材の耐久強度を検討するものである。
円形平板状のデッキ板６の外側箱形環状の外周ポンツーン７を構成する主な部材は、ポンツーン底板８と、ポンツーン頂板９と、環状垂直な内リム板１０および外リム板１１と、円周方向に隔離した垂直な仕切板バルクヘッド１２、補強トラス１３、シール取付アングル１４などからなる。
【００２１】
地震により貯蔵液体が揺動しスロッシングした際に、浮屋根ポンツーンに作用する力を算定する。
図７に示すように、浮屋根がない場合について、水平地震動による自由液面の条件で地震応答解析を実施する。
地震時のタンク内貯蔵液４のスロッシング応答計算は、タンク内容液の速度ポテンシャルをφ、半径座標値をr、高さ方向座標値をzとして、まず速度ポテンシャル理論によって一連の基礎方程式（１．１）を立て、次いで運動方程式（１．２）を時々刻々数値積分することにより計算する。ここで、自由液面の変位は液面の変位応答式（１．３）によって計算することができる。同様に、各部に作用する動液圧、モーメントについても、速度ポテンシャルから求められる。
【００２２】
【数１】
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2005289443.tif 000004
2005289443.tif 000005
【００２３】
図８に示すように、浮屋根５がある場合について、貯蔵液４の液面の上に剛体の円盤があるという条件を設定して、地震応答解析を実施する。
地震時のタンク内浮屋根のスロッシング応答計算は、まず速度ポテンシャル理論によって一連の基礎方程式（２．１）を立て、次いで運動方程式（２．２）を時々刻々数値積分することにより、浮屋根の任意点の変位など各応答値は浮屋根の変位応答式（２．３）によって求めることができる。同様に、各部に作用する動液圧、モーメントについても、速度ポテンシャルから求められる。
【００２４】
【数２】
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2005289443.tif 000007
2005289443.tif 000008
【００２５】
デッキ板６から外周ポンツーン７の取付部に作用する引張力ｆＲは、前記図７の自由液面による地震応答解析から得られる液面の形状がデッキ板６の変形に等しいと仮定し、この変形が、図９に示すように、デッキ板下面に作用する動液圧によって生じているとして、デッキ板６の膜力から算定する。
図９におけるデッキ板６に生じる引張膜力ｆRは、計算式（３．１）から求める。
【００２６】
【数３】
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【００２７】
デッキ板とポンツーン接合部に作用する鉛直力ｆＺは、図１０に示すように、前記図８に示す浮屋根がある場合の地震応答解析から得られる浮屋根の全体回転モーメントMｆを、デッキ板とポンツーン接合部の周方向に分布していると仮定して、計算式（４．１）から算定する。
【００２８】
【数４】
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【００２９】
外周ポンツーン７の底板下面に作用する液圧Ｐは、図１１に示すような、通常状態における浮屋根５の自重の沈み量による静液圧Ｐｓｔと、図８の浮屋根がある場合の地震応答解析から得られる浮屋根下面の動液圧Ｐｆを加算した圧力とする。
【００３０】
浮屋根ポンツーン部の周方向縦断面を図１２に示す。
ポンツーン構造の全体断面剛性は、外周ポンツーン７の周方向の補強材と内リム板１０および外リム板１１など板材で構成され、図１２の断面に示すように、ハッチングで示す斜線部分が外力に対して有効となる。この場合、ポンツーン頂板あるいはポンツーン底板の補強材取付部の板の有効断面としては、例えば両側におのおの板厚の１６倍の範囲を採る。
【００３１】
内リム板１０または外リム板１１の有効断面としては、限界座屈応力式（５．１）を満足する場合は、全断面を、満足しない場合は、例えばポンツーン頂板あるいはポンツーン底板との接合部から両側におのおの板厚の１６倍の範囲を採る。
限界座屈応力σｃｒは、図１３に例示する板幅a、板高さb、板厚tの基本矩形板のモデルに基づいて算定する。
【００３２】
【数５】
2005289443.tif 000011
【００３３】
ポンツーン構造の強度を照査する。
ポンツーンの頂板と底板の強度照査は、ポンツーン断面の周方向圧縮応力と周方向曲げ応力の合成応力に対して行う。
図１４に、ポンツーン取付部に作用する引張力から生じる円周方向圧縮力を示す。
図１４に示すように、周方向圧縮応力Ｎｃは、デッキ中心に向かう最大引張力ｆＲがデッキ板外周に分布しているとして、力の釣り合いから、力の釣り合い式（６．１）によって算定する。
【００３４】
【数６】
2005289443.tif 000012
【００３５】
ポンツーンの頂板と底板の円周方向曲げモーメントを算定する。
図１５ａに示すように、ポンツーンを両端固定の薄肉断面梁とし、スロッシング時に、周方向に分布する線荷重ｆzが負荷された場合を想定し、図１５ｂに示すように、１／４円弧ばりの不静定モーメントと力の釣り合いからＣ点の曲げモーメントとトルクを求める。
曲げモーメントの式（７．１）とトルクの式（７．２）から、D点における不静定モーメントMとB点のおけるトルクＴを求める。
【００３６】
【数７】
2005289443.tif 000013
【００３７】
ポンツーン構造の強度の照査を行う。
(1)  ポンツーン頂板と底板の円周方向応力に対する強度照査
ポンツーン頂板と底板の円周方向応力に対する強度は、次式（８．１）を満足すること。
【００３８】
【数８】
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【００３９】
(2)  ポンツーンとデッキ板との接合部の強度照査
ポンツーンとデッキ板との接合部の強度は、次式（９．１）を満足すること。
【００４０】
【数９】
2005289443.tif 000015
【００４１】
(3)  外リム板の圧縮・曲げ座屈強度照査
外リム板の圧縮・曲げ座屈強度は、次式（１０．１）を、満足すること。
【００４２】
【数１０】
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【００４３】
(4)  ねじりモーメントによるポンツーンのせん断強度照査
ポンツーンのせん断強度は、次式（１１．１）を、満足すること。
【００４４】
【数１１】
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【００４５】
上記のねじりモーメントによるポンツーンのせん断強度照査は、図１６に示す外周ポンツーン７のねじり剛性を算定し、ポンツーン底板８、ポンツーン頂板９、内リム板１０、外リム板１１などの各部に生じる最大せん断応力から判定する。
【実施例】
【００４６】
地震時の応答計算の実施例を以下に示す。
容量４０，０００ＫＬのシングルデッキ型浮屋根タンクを対象事例として解析し、地震時の浮屋根強度を計算し検討した結果を、図１７から図２０、表１、図２１および図２２に示す。
【００４７】
入力地震動の事例を図１７に示す。
この地震事例は、最大加速度：７２．９１gal（５５．２６sec）、継続時間：０〜２９０sec、時間刻み：０．０１secとした場合を示す。
【００４８】
浮屋根がない場合の自由液面に対する地震応答解析から得られたタンク半径位置での液面変位の時刻応答は、
図１８のようになる。
スロッシングの一次固有周期：８．１１４９sec、最大応答液面変位：２２７．６cm（最大値出現時刻：８６．９７sec）
【００４９】
浮屋根ありに対する地震応答解析から得られたタンク半径位置での液面変位の時刻歴応答は、図１９のようになる。
スロッシングの一次固有周期：８．０７７１sec、最大応答液面変位：２７８cm（最大値出現時刻：８６．８２sec）
【００５０】
浮屋根がある場合の地震応答解析から得られた浮屋根下面、タンク半径位置の動液圧時刻歴応答は、
図２０のようになる。
最大動液圧は、−０．０４３４kgf／cm2（出現時刻：６２．７７sec）となった。
【００５１】
タンク側部と底部に生じる転倒モーメント、および浮屋根の回転モーメントの算出結果の事例を、表１に示し、さらにその関係を、図２１から図２２に図示する。
【００５２】
【表１】
2005289443.tif 000018
【００５３】
浮屋根がない場合の底板および側板に対する液面変位と動液圧の関係は、図２１ａ，図２１ｂのようになる。
【００５４】
浮屋根がある場合の底板、側板および浮屋根に対する液面変位と動液圧の関係は、図２２ａ，図２２ｂ，図２２ｃのようになる。
【００５５】
シングルデッキ型浮屋根タンクの仕様と算出結果の事例を、データ図表の図２３〜図２５に示す。
図２３に示すように、浮屋根各部の寸法、使用部材とその断面剛性および応答計算から得られる荷重など、データの入力を行う。
【００５６】
浮屋根の強度検討計算の実施と、比較・検討の事例について説明する。
図２４〜図２５に示すように、地震時における浮屋根の発生応力を算定し、許容応力と比較することにより、浮屋根各部の強度評価を行う。
地震応答解析から得られた結果を入力して強度検討を行った結果を、図表の図２４に示す。
図２４に示すように、浮屋根ポンツーンの外リム板の判定がＮＧとなり、外リム板の板厚が不足していることが判明した。
【００５７】
上記図２４の結果を踏まえて、外リム板の板厚を増加した結果を、図表の図２５に示す。
図２５に示すように、各構造部材に生じる各応力が全て許容応力内に入り判定がＯＫとなり、外リム板の板厚も適正であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明に係る浮屋根の強度計算方法を採用することにより、地震時のスロッシングに対して耐久性、安全性に優れた浮屋根の構造にすることができる。
そして、浮屋根の外周ポンツーンおよびデッキ板とその接合部などの各部材の強度を、高度な解析技術を前提とすることなく簡便かつ信頼性良く検討でき、具体的で適正な部材選定、設計、および評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明に係る浮屋根の強度計算方法の基本的な手順・工程を示す説明図である。
【図２】この発明に係る浮屋根の強度計算方法の基本的なフローを示す説明図である。
【図３】浮屋根の強度計算結果のデータベースを活用する手順・工程を示す説明図である。
【図４】浮屋根の強度計算結果のデータベースを活用するフローを示す説明図である。
【図５】浮屋根強度の計算上の仮定条件と、スロッシングによってポンツーンに対する荷重と曲げモーメントの関係を示す説明図である。
【図６】浮屋根ポンツーンの構造を示す縦断面斜視説明図である。
【図７】浮屋根がない場合について、水平地震動による自由液面の条件で地震応答解析を実施するための説明図である。
【図８】浮屋根がある場合について、液面の上に剛体の円盤があるという条件を設定して、地震応答解析を実施するための説明図である。
【図９】図７の自由液面の形状がデッキ板の変形に等しいと仮定してデッキ板下面に生じる引張力を算定するための説明図である。
【図１０】図８に示す浮屋根がある場合の浮屋根の全体回転モーメントがデッキ板とポンツーン接合部に分布していると仮定して、デッキ板とポンツーン接合部に作用する鉛直力を算定するための説明図である。
【図１１】ポンツーン底板に作用する液圧を算定するための説明図である。
【図１２】浮屋根ポンツーン部の周方向の補強材と内リム板および外リム板など板材で構成された断面を示す説明図である。
【図１３】限界座屈応力を算定するため、基本矩形板のモデルを示す説明図である。
【図１４】ポンツーン取付部に作用する引張力から生じる円周方向圧縮力を算定するための説明図である。
【図１５ａ】ポンツーン頂板と底板の周方向曲げモーメントとねじりモーメントを算定するための両端固定の薄肉半円梁とした説明図である。
【図１５ｂ】上記の１／４円弧ばりの説明図である。
【図１６】ポンツーンに作用するねじりモーメントを示す説明図である。
【図１７】入力地震動の事例を示す説明図である。
【図１８】内容液の自由液面応答を示す説明図である。
【図１９】浮屋根ありの場合の液面変位応答を示す説明図である。
【図２０】浮屋根ありの場合の浮屋根下面の動液圧応答を示す説明図である。
【図２１ａ】浮屋根なしの場合の底板動液圧最大時における液面変位と動液圧の関係を示す説明図である。
【図２１ｂ】浮屋根なしの場合の液面変位最大時における液面変位と動液圧の関係を示す説明図である。
【図２２ａ】浮屋根ありの場合の底板動液圧最大時における液面変位と動液圧の関係を示す説明図である。
【図２２ｂ】浮屋根ありの場合の液面変位最大時における液面変位と動液圧の関係を示す説明図である。
【図２２ｃ】浮屋根ありの場合の浮屋根動液圧最大時における液面変位と動液圧の関係を示す説明図である。
【図２３】浮屋根各部の仕様と、地震応答解析よりのデータの事例を、データ図表に示す。
【図２４】図２３の図表に示す条件で、浮屋根強度を計算し検討した結果を示す図表である。
【図２５】図２４に示す計算結果を踏まえて、外リム板の板厚を増加して算出した結果を示す図表である。
【図２６ａ】シングルデッキ型浮屋根タンクを例示する説明図である。
【図２６ｂ】シングルデッキ型浮屋根タンクのスロッシング状況を例示する説明図である。
【図２６ｃ】シングルデッキ型浮屋根タンクを例示する平面説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 
浮屋根タンク本体
２  底板
３  側板
４  貯蔵液
５  浮屋根
６  デッキ板
７ 
外周ポンツーン
８ 
ポンツーン底板
９ 
ポンツーン頂板
１０  内リム板
１１  外リム板
１２ 
仕切板バルクヘッド
１３ 
補強トラス
１４  シール取付アングル
【図１】
2005289443.tif 000019
【図２】
2005289443.tif 000020
【図３】
2005289443.tif 000021
【図４】
2005289443.tif 000022
【図５】
2005289443.tif 000023
【図６】
2005289443.tif 000024
【図７】
2005289443.tif 000025
【図８】
2005289443.tif 000026
【図９】
2005289443.tif 000027
【図１０】
2005289443.tif 000028
【図１１】
2005289443.tif 000029
【図１２】
2005289443.tif 000030
【図１３】
2005289443.tif 000031
【図１４】
2005289443.tif 000032
【図１５ａ】
2005289443.tif 000033
【図１５ｂ】
2005289443.tif 000034
【図１６】
2005289443.tif 000035
【図１７】
2005289443.tif 000036
【図１８】
2005289443.tif 000037
【図１９】
2005289443.tif 000038
【図２０】
2005289443.tif 000039
【図２１ａ】
2005289443.tif 000040
【図２１ｂ】
2005289443.tif 000041
【図２２ａ】
2005289443.tif 000042
【図２２ｂ】
2005289443.tif 000043
【図２２ｃ】
2005289443.tif 000044
【図２３】
2005289443.tif 000045
【図２４】
2005289443.tif 000046
【図２５】
2005289443.tif 000047
【図２６ａ】
2005289443.tif 000048
【図２６ｂ】
2005289443.tif 000049
【図２６ｃ】
2005289443.tif 000050