JP2024007768A - 浮体構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】浮体構造物を軽量化する。【解決手段】浮体構造物２は、底部と、第１側壁部２１１と、複数の強度部材２１４と、第２側壁部２１２とを備える。第１側壁部２１１は、底部の全周に亘って底部の周縁部から上方に延びる。複数の強度部材２１４は、第１側壁部２１１の内側面に設けられる。第２側壁部２１２は、平面視における第１側壁部２１１の周囲の一部において、第１側壁部２１１の外側面に固定される。第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における第２側壁部２１２の両端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。また、平面視における第２側壁部２１２の中央部は、第１側壁部２１１から外側に離間する。これにより、浮体構造物２を軽量化することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、係留ラインにより係留される浮体構造物に関する。

従来、ブイや浮魚礁等の海面に浮遊する浮体構造物は、係留ラインにより海底に係留されている。例えば、特許文献１では、八角柱状の主浮体を有する浮体構造物や、通常の船形を有する浮体構造物が開示されている。船形を有する浮体構造物は、波上側に船首を向けた状態において、八角柱状や円柱状の浮体構造物に比べて流体抵抗が低減され、係留ラインに対して作用する係留張力も低減される。その結果、係留ラインが小径化され、係留ラインのコストが低減される可能性がある。

特開平１０－２４４９８９号公報

ところで、船形を有する浮体構造物では、八角柱状や円柱状の浮体構造物に比べて形状が複雑であるため、浮体構造物の強度を確保するための内部構造が複雑化する。その結果、浮体構造物の重量が増大し、浮体構造物の製造コストが増大するおそれがある。したがって、係留ラインのコストが低減されたとしても、浮体構造物および係留ラインを含む係留システムのコスト低減に限界がある。このため、船形を有する浮体構造物では、重量の低減が求められている。また、船形以外の形状を有する浮体構造物においても、浮体構造物の軽量化は、製造コスト低減や搬送の簡素化等、様々な面で有益である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、浮体構造物を軽量化することを目的としている。

本発明の態様１は、係留ラインにより係留される浮体構造物であって、底部と、前記底部の全周に亘って前記底部の周縁部から上方に延びる第１側壁部と、前記第１側壁部の内側面に設けられた複数の強度部材と、平面視における前記第１側壁部の周囲の一部において、前記第１側壁部の外側面に固定されるとともに前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する第２側壁部と、を備える。平面視における前記第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定される。平面視における前記第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間する。

本発明の態様２は、態様１に記載の浮体構造物であって、前記底部および前記第１側壁部により構成される内側本体部は、前後方向に延びる船形である。

本発明の態様３は、態様２に記載の浮体構造物であって、前記内側本体部は、平面視における幅方向の幅が前端から後方に向かうに従って増大する船首部と、前記船首部の後端に連続するとともに平面視における幅方向の幅が前後方向において一定である平行部と、を備える。前記第２側壁部は、前記平行部において前記第１側壁部に固定される。

本発明の態様４は、態様３に記載の浮体構造物であって、前記平行部において前記第２側壁部と前後方向にて隣接して前記第１側壁部の前記外側面に固定されるとともに前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する他の第２側壁部をさらに備える。平面視における前記他の第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定される。平面視における前記他の第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間する。前記他の第２側壁部の前後方向の長さは、前記第２側壁部の前後方向の長さとは異なる。前記他の第２側壁部の前記第１側壁部からの幅方向における突出量は、前記第２側壁部の前記第１側壁部からの幅方向における突出量と同じである。

本発明の態様５は、態様２（態様２ないし４のいずれか１つであってもよい。）に記載の浮体構造物であって、前記内側本体部の幅方向の中心を通るとともに幅方向に垂直な本体中心面に対して、前記第２側壁部と面対称であるもう１つの第２側壁部をさらに備える。前記もう１つの第２側壁部は、前記第１側壁部の前記外側面に固定されるとともに、前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における前記もう１つの第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定される。平面視における前記もう１つの第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間する。

本発明の態様６は、態様１ないし５のいずれか１つに記載の浮体構造物であって、前記第１側壁部のうち前記第２側壁部と対向する部位は平板状である。

本発明の態様７は、態様１ないし５のいずれか１つ（態様１ないし６のいずれか１つであってもよい。）に記載の浮体構造物であって、前記第１側壁部と前記第２側壁部との間に設けられた空間に、水よりも比重が小さい充填材が詰められている。

本発明の態様８は、態様１ないし５のいずれか１つ（態様１ないし７のいずれか１つであってもよい。）に記載の浮体構造物であって、前記第２側壁部を含む複数の第２側壁部が、平面視における前記第１側壁部の周囲の全周に亘って設けられる。前記複数の第２側壁部の各第２側壁部は、前記第１側壁部の前記外側面に固定されるとともに、前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における前記各第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定される。平面視における前記各第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間する。

本発明の態様９は、係留ラインにより係留される浮体構造物であって、幅方向に並ぶとともにそれぞれが前後方向に延びる２つの浮体本体と、前記２つの浮体本体を連結する連結部と、を備える。前記２つの浮体本体のそれぞれは、底部と、前記底部の周縁部の全周に亘って前記周縁部から上方に延びる第１側壁部と、前記第１側壁部の内側面に設けられた複数の強度部材と、平面視における前記第１側壁部の周囲の一部において、前記第１側壁部の外側面に固定されるとともに前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する第２側壁部と、を備える。前記２つの浮体本体のそれぞれにおいて、前記底部および前記第１側壁部により構成される内側本体部は、前後方向に延びる船形である。平面視における前記第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定される。平面視における前記第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間する。

本発明では、浮体構造物を軽量化することができる。

第１の実施の形態に係る浮体構造物を備える係留システムの構成を示す側面図である。 浮体構造物の側面図である。 浮体構造物の平面図である。 浮体構造物の正面図である。 浮体本体の一部を拡大して示す平面図である。 円周角と抗力との関係を示す図である。 円周角と応力との関係を示す図である。 円周角と材料量との関係を示す図である。 浮体構造物の平面図である。 第２の実施の形態に係る浮体構造物の平面図である。 第３の実施の形態に係る浮体構造物の側面図である。 浮体構造物の平面図である。 浮体構造物の正面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る浮体構造物２を備える係留システム１の構成を示す側面図である。係留システム１は、浮体構造物２と、係留基体３と、係留ライン４とを備える。係留システム１は、水面９１に浮かぶ浮体構造物２を係留ライン４により水底９２に係留するシステムである。

浮体構造物２は、水底９２から上方に離間した状態で水面９１に浮かぶ構造物である。浮体構造物２が海上に設置される場合、当該水面９１および水底９２はそれぞれ、海面および海底である。浮体構造物２は、例えば、所定海域に係留されて津波および／または波浪を観測する観測用ブイである。浮体構造物２の全長は、例えば数ｍ～十数ｍであり、浮体構造物２の全幅は、例えば数ｍである。

係留基体３は、例えば、水底９２に沈められたシンカー（すなわち、錘）またはアンカー（すなわち、把駐力を有する錨）である。あるいは、係留基体３は、水底９２に予め設置されている固定構造物であってもよい。係留基体３は、必ずしも水底９２に直接的に固定される必要はなく、例えば、水底９２に固定された他の構造物を介して、水中において間接的に水底９２に固定される物体であってもよい。

係留ライン４は、浮体構造物２と係留基体３とを接続する略線状の部材である。係留ライン４は、例えば、係留ロープ、係留鎖、または、係留鎖と係留ロープとが接続されたものである。係留ロープは、例えば、合成繊維製またはワイヤーを含む金属製のロープである。図１では、図示の都合上、係留ライン４を線にて示す。図１に示す例では、浮体構造物２は、１本の係留ライン４によって係留基体３に１点係留されている。なお、浮体構造物２は、多点係留されてもよい。

図２は、浮体構造物２を示す側面図である。図３は、浮体構造物２を示す平面図である。図４は、浮体構造物２を示す正面図である。図２～図４では、互いに直交する３つの方向であるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を設定している。Ｘ方向およびＹ方向は水平面に平行であり、Ｚ方向は重力方向に平行である。浮体構造物２は、浮体本体２１と、上部設備２３とを備える。浮体本体２１は、水面９１上に浮かぶ浮体構造物２の本体部である。浮体本体２１は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金、ＦＲＰ等により形成される。上部設備２３は、浮体本体２１の上面上に設けられる各種設備である。

浮体本体２１は、図２～図４中のＸ方向（以下、「前後方向」と呼ぶ。）に略平行に延びる。浮体本体２１は、前後方向に細長く延びるとともに前端（すなわち、（＋Ｘ）側の端）に近づくに従って痩せる形状（いわゆる、船形）を有する部材である。浮体本体２１の幅方向の幅（以下、単に「幅」とも呼ぶ。）は、前後方向の中央部近傍において最大となる。図３に例示する浮体構造物２では、浮体本体２１は、後端（すなわち、（－Ｘ）側の端）に近づくに従っても痩せる形状を有する。

当該痩せる形状とは、浮体本体２１の前端あるいは後端に近づくに従って浮体本体２１の幅方向（すなわち、前後方向および重力方向に垂直な方向であり、図２～図４におけるＹ方向）の幅が減少する形状である。この場合、浮体本体２１の前端部あるいは後端部における幅は、浮体本体２１の前端あるいは後端に近づくに従って、漸次減少してもよく、前後方向の一部において少し増加する部分を含みつつ全体として減少してもよい。

図２～図４に例示する浮体本体２１の前端部では、前端に近づくに従って幅が漸次減少する。また、浮体本体２１の後端部では、後端に近づくに従って幅が漸次減少する。浮体本体２１の形状は、例えば、前後方向（すなわち、長手方向）の中央において前後方向に垂直な仮想的な対称面に対して、略面対称（すなわち、略前後対称）である。

上部設備２３は、浮体構造物２の使用目的に合わせて設けられた様々な機器や設備等である。上述のように、浮体構造物２が津波や波浪を観測する観測用ブイとして使用される場合、上部設備２３は、例えば、浮体構造物２の３次元の動きを取得するためのＧＰＳ（Global Positioning System）受信機である。当該ＧＰＳ受信機により取得された浮体構造物２の動きに基づいて、水面９１の変動（例えば、波浪、潮位、津波等）が求められる。上部設備２３は、例えば、ＧＰＳ受信機等に電力を供給するためのソーラーパネルを含んでいてもよい。

図５は、図３に示す浮体本体２１の前後方向の中央部の一部を拡大して示す平面図である。図２ないし図５に示すように、浮体本体２１は、第１側壁部２１１と、第２側壁部２１２と、底部２１３と、強度部材２１４とを備える。

底部２１３は、浮体本体２１の下端部（すなわち、（－Ｚ）側の端部）を構成する前後方向に長い略板状の部位である。底部２１３は、例えば、上下方向（すなわち、Ｚ方向）に略垂直な略平面状の部位である。図２および図４に示す例では、底部２１３の前端部および後端部は、浮体本体２１の前端および後端に近づくに従って漸次上方へと向かう傾斜面である。底部２１３の平面視における幅は、浮体本体２１の前端部において前端に向かうに従って漸次減少し、浮体本体２１の後端部において後端に向かうに従って漸次減少する。

第１側壁部２１１は、底部２１３の周縁部から上方に延びて浮体本体２１の側壁部を構成する略板状の部材である。第１側壁部２１１は、底部２１３の全周に亘って設けられる。第１側壁部２１１は、例えば、底部２１３の周縁部から上下方向に略平行に延びる複数の略平板状の部材が、底部２１３の周縁部に沿って全周に亘って連続する周状の部位である。周状の第１側壁部２１１の平面視における幅は、浮体本体２１の前端部において前端に向かうに従って漸次減少し、浮体本体２１の後端部において後端に向かうに従って漸次減少する。

以下の説明では、底部２１３および第１側壁部２１１により構成される構造を「内側本体部２１０」と呼ぶ。図２ないし図４に例示する浮体本体２１では、内側本体部２１０は、前後方向に延びる船形である。内側本体部２１０の幅方向の中心を通るとともに幅方向に垂直な仮想的な面を本体中心面と呼ぶと、内側本体部２１０は本体中心面に対して略面対称な形状を有する。内側本体部２１０の上端開口は、略平板状の上甲板２１７により閉塞されている。

内側本体部２１０は、船首部２０１と、平行部２０２と、船尾部２０３とを備える。船首部２０１は、内側本体部２１０の前端部であり、船尾部２０３は、内側本体部２１０の後端部である。平行部２０２は、船首部２０１と船尾部２０３との間に位置する中央部であり、船首部２０１の後端および船尾部２０３の前端と前後方向に連続する。

船首部２０１の平面視における幅は、船首部２０１の前端（すなわち、内側本体部２１０の前端）から後方に向かうに従って漸次増大する。船尾部２０３の平面視における幅は、船尾部２０３の後端（すなわち、内側本体部２１０の後端）から前方に向かうに従って漸次増大する。平行部２０２の平面視における幅は、内側本体部２１０の最大幅であり、前後方向において略一定である。平行部２０２の前後方向に垂直な断面形状は、前後方向の各位置において略同じである。換言すれば、平行部２０２は、前後方向に垂直な断面形状が同じである部位が前後方向に所定の長さで連続している部位である。平行部２０２が設けられることにより、内側本体部２１０の製造を簡素化することができる。なお、内側本体部２１０では、船尾部２０３の平面視における幅は、前後方向において略一定であってもよい。また、内側本体部２１０では、平行部２０２は設けられず、内側本体部２１０の幅は、前後方向の１つの位置のみで最大となってもよい。

第１側壁部２１１の内側面（すなわち、周状の第１側壁部２１１により囲まれる空間に面する側面）には、複数の強度部材２１４が設けられる。複数の強度部材２１４は、第１側壁部２１１の内側面に沿って前後方向に互いに離間しつつ配列される。複数の強度部材２１４は、例えば、前後方向に関して略等間隔（例えば、０．５ｍ～２ｍ間隔）に配置される。各強度部材２１４は、第１側壁部２１１の内側面から、当該内側面に対して略垂直に、周状の第１側壁部２１１の内側に向かって突出する。

各強度部材２１４は、例えば、前後方向に対して略垂直な略平板状の部材である。各強度部材２１４は、例えば、内側本体部２１０の内部空間を前後方向に仕切る横置隔壁（すなわち、トランスバルクヘッド）である。この場合、第１側壁部２１１のうち上記本体中心面よりも幅方向の一方側の部位に設けられた強度部材２１４と、当該強度部材２１４と前後方向の同じ位置において第１側壁部２１１のうち本体中心面よりも幅方向の他方側の部位に設けられた強度部材２１４とは、同一の横置隔壁である。

また、各強度部材２１４は、いわゆる横フレームの一部であってもよい。この場合、第１側壁部２１１のうち上記本体中心面よりも幅方向の一方側の部位に設けられた強度部材２１４と、当該強度部材２１４と前後方向の同じ位置において第１側壁部２１１のうち本体中心面よりも幅方向の他方側の部位に設けられた強度部材２１４とは、同一の横フレームの一部である。上記一方側の部位に設けられた複数の強度部材２１４の下端部と、上記他方側の部位に設けられた複数の強度部材２１４の下端部とは、底部２１３の上面にて前後方向に配列されるとともにそれぞれが幅方向に延びる複数の強度部材（図示省略）を介して互いに接続される。なお、複数の強度部材２１４は、前後方向に関して必ずしも等間隔に配置される必要はなく、不等間隔にて配置されてもよい。

第２側壁部２１２は、周状の第１側壁部２１１の外側にて上下方向に略平行に延びる湾曲板状の部位である。第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１と共に浮体本体２１の側壁部を構成する。図３に示す例では、複数の第２側壁部２１２が第１側壁部２１１の外側にて周状に連続して設けられ、第１側壁部２１１の周囲を平面視において全周に亘って囲む。各第２側壁部２１２は、平面視における第１側壁部２１１の周囲において、第１側壁部２１１の周方向の一部に配置される。図３に示す例では、複数の第２側壁部２１２のうち、上述の本体中心面の一方側に位置する複数の第２側壁部２１２と、当該本体中心面の他方側に位置する複数の第２側壁部２１２とは、当該本体中心面に対して面対称に配置される。また、平行部２０２に配置された複数の第２側壁部２１２の形状は、互いに略同じである。なお、複数の第２側壁部２１２には、形状の異なる第２側壁部２１２が含まれていてもよい。

船首部２０１、平行部２０２および船尾部２０３では、それぞれ、第２側壁部２１２が、前端部および後端部（すなわち、平面視における第２側壁部２１２の両端部）にて第１側壁部２１１の外側面に固定されている。詳細には、各第２側壁部２１２の前端部および後端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて、第１側壁部２１１の外側面に固定される。１つの第２側壁部２１２の前端部および後端部と対向する２つの強度部材２１４の前後方向における間には、他の強度部材２１４が設けられてもよく、設けられなくてもよい。換言すれば、１つの第２側壁部２１２は、自身の前端部および後端部と前後方向の略同じ位置に位置する２つの強度部材２１４のみと第１側壁部２１１を挟んで対向していてもよく、当該２つの強度部材２１４を含む３つ以上の強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向していてもよい。図３に示す例では、１つの第２側壁部２１２の前端部および後端部と対向する２つの強度部材２１４は、前後方向にて隣接する２つの強度部材２１４である。また、一の第２側壁部２１２の後端部、および、当該一の第２側壁部２１２の後側に隣接する第２側壁部２１２の前端部は、同一の強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する。なお、第２側壁部２１２の前端部および後端部はそれぞれ、第１側壁部２１１を挟んで強度部材２１４と実質的に対向していればよく、強度部材２１４から前後方向に多少ずれた位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定されてもよい。

各第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲しており、各第２側壁部２１２の前後方向の中央部は、平面視において周状の第１側壁部２１１から外側に離間する。これにより、各第２側壁部２１２と第１側壁部２１１との間に、上下方向に延びる空間２１５が形成される。空間２１５の上端および下端は、外部に向かって開口している。なお、空間２１５の上端および／または下端は、閉塞されてもよい。図３に例示する第１側壁部２１１では、平行部２０２において各第２側壁部２１２と対向する部位は略平板状である。また、第１側壁部２１１のうち、船首部２０１および船尾部２０３において各第２側壁部２１２と対向する部位も略平板状である。

各第２側壁部２１２の平面視における形状は、例えば略円弧状である。この場合、平面視において略円弧状の第２側壁部２１２の円周角は、好ましくは６０°～９０°である。図５に示す例では、第２側壁部２１２の円周角θは、約６０°である。また、第２側壁部２１２と第１側壁部２１１との間に設けられた空間２１５の形状は、平面視において略弓形である。なお、円周角θは６０°未満であってもよく、９０°よりも大きくてもよい。

上述のように、図３に示す例では、平行部２０２に配置された複数の第２側壁部２１２の形状は、互いに略同じである。すなわち、平行部２０２に配置された複数の第２側壁部２１２の前後方向の長さは略同じであり、当該複数の第２側壁部２１２の第１側壁部２１１からの突出量は略同じである。したがって、平行部２０２において前後方向に並んで配置される複数の第２側壁部２１２では、当該複数の第２側壁部２１２のそれぞれの最大突出部（すなわち、第１側壁部２１１から幅方向に最も離れている部位）を結ぶ仮想的な直線は、前後方向に略平行となる。

上述の第２側壁部２１２の第１側壁部２１１からの突出量とは、平面視において第１側壁部２１１に垂直な方向に関して、第２側壁部２１２のうち第１側壁部２１１から最も離れた部位と第１側壁部２１１との間の距離である。例えば、平行部２０２に配置された第２側壁部２１２の場合、第２側壁部２１２の第１側壁部２１１からの突出量は、幅方向における突出量であり、第２側壁部２１２のうち第１側壁部２１１から幅方向に最も離れた部位と第１側壁部２１１との間の幅方向の距離である。

浮体本体２１において、一の第２側壁部２１２が設けられる部位に注目すると、上述のように、当該第２側壁部２１２の前後方向の両端部が、第１側壁部２１１を介して２つの強度部材２１４に固定され、当該２つの強度部材２１４により支持される。また、第１側壁部２１１のうち当該第２側壁部２１２と対向する部位の前後方向の両端部は、第２側壁部２１２の前後方向の両端部に固定されるとともに、上記２つの強度部材２１４により支持される。

すなわち、浮体本体２１では、湾曲板状の一の第２側壁部２１２（すなわち、アーチ）、および、第１側壁部２１１のうち当該第２側壁部２１２と対向する部位（すなわち、タイ）により、タイドアーチ構造が構成される。このため、第１側壁部２１１のうち第２側壁部２１２と対向する部位の板厚を、当該第２側壁部２１２が設けられないと仮定した場合の板厚に比べて薄くすることができる。また、第１側壁部２１１のうち第２側壁部２１２と対向する部位の板厚と、当該第２側壁部２１２の板厚との合計を、当該第２側壁部２１２が設けられないと仮定した場合の第１側壁部２１１の板厚に比べて薄くすることができる。その結果、浮体構造物２の軽量化が実現される。

上述の第１側壁部２１１および第２側壁部２１２の板厚は、通常、浮体構造物２の設置水域における水の流れや波等の外的条件等に基づいて側壁部に働く外力を算出し、当該外力に耐え得るように決定される。浮体構造物２に作用する応力をＦＥＭ（Finite Element Method）解析にて算出したところ、第１側壁部２１１および第２側壁部２１２にそれぞれ作用する応力は、第２側壁部２１２が設けられないと仮定した場合に第１側壁部２１１に作用する応力の約３％となった。したがって、第１側壁部２１１および第２側壁部２１２の合計板厚は、第２側壁部２１２が設けられないと仮定した場合の第１側壁部２１１の板厚の約６％以上であればよく、腐食等に対するマージンを含めたとしても、第１側壁部２１１および第２側壁部２１２を大幅に薄型化することができる。

浮体構造物２を製造する際には、例えば、第１側壁部２１１となる予定の複数のパネルと、複数の第２側壁部２１２とが準備され、各第２側壁部２１２と当該第２側壁部２１２に対応するパネルとが溶接等により固定されて複数の側壁要素が形成される。その後、底部２１３に固定された複数の強度部材２１４である複数の横置隔壁に、当該複数の側壁要素が溶接等により固定されることにより浮体構造物２が形成される。あるいは、内部に複数の強度部材２１４が固定された内側本体部２１０が予め形成されており、当該内側本体部２１０の外側面に複数の第２側壁部２１２が溶接等により固定されることにより、浮体構造物２が形成されてもよい。

なお、浮体本体２１では、底部２１３の形状は、丸みを帯びたＵ字型や下端が尖ったＶ字型等、様々に変更されてよい。また、第１側壁部２１１および各第２側壁部２１２は、必ずしも上下方向に平行である必要はなく、例えば、底部２１３から上方に向かうに従って幅方向の外方に向かって傾斜する傾斜面であってもよい。平面視における第２側壁部２１２の形状も、略円弧状には限定されず、様々に変更されてよい。

また、浮体本体２１では、必ずしも第１側壁部２１１の周囲の全周に亘って複数の第２側壁部２１２が設けられる必要はなく、第１側壁部２１１の周囲の一部のみに第２側壁部２１２が設けられてもよい。この場合、第２側壁部２１２の数は必ずしも複数である必要はなく、１つであってもよい。

以上に説明したように、係留ライン４により係留される浮体構造物２は、底部２１３と、第１側壁部２１１と、複数の強度部材２１４と、第２側壁部２１２とを備える。第１側壁部２１１は、底部２１３の全周に亘って底部２１３の周縁部から上方に延びる。複数の強度部材２１４は、第１側壁部２１１の内側面に設けられる。第２側壁部２１２は、平面視における第１側壁部２１１の周囲の一部において、第１側壁部２１１の外側面に固定される。第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における第２側壁部２１２の両端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。また、平面視における第２側壁部２１２の中央部は、第１側壁部２１１から外側に離間する。

これにより、上述のように、第２側壁部２１２および第１側壁部２１１によってタイドアーチ構造が構成されるため、第１側壁部２１１のうち第２側壁部２１２と対向する部位と当該第２側壁部２１２との合計板厚を薄くすることができる。その結果、浮体構造物２を軽量化することができ、浮体構造物２および係留システム１の製造コストを低減することができる。

上述のように、第１側壁部２１１のうち第２側壁部２１２と対向する部位は平板状であることが好ましい。これにより、当該部位が湾曲板状である場合に比べて、当該部位の重量を低減することができる。また、鋼材を湾曲させるためのコストも不要となる。その結果、浮体構造物２の製造コストをさらに低減することができる。

上述のように、底部２１３および第１側壁部２１１により構成される内側本体部２１０は、前後方向に延びる船形であることが好ましい。これにより、円柱状等の浮体構造物に比べて、浮体構造物２に働く流体抵抗が低減されるため、係留ライン４に対して作用する係留張力を低減することができる。その結果、係留ライン４の小径化を実現することができ、係留システム１の製造コストを低減することができる。また、浮体構造物２では、上述のように、第１側壁部２１１および第２側壁部２１２の板厚を薄くすることができるため、浮体構造物２の上記構造は、円柱状等の浮体構造物に比べて重量が増大する傾向を有する船形の浮体構造物に特に適している。

上述のように、内側本体部２１０は、船首部２０１と、平行部２０２とを備えることが好ましい。船首部２０１では、平面視における幅方向の幅が、前端から後方に向かうに従って増大する。平行部２０２は、船首部２０１の後端に連続する。平行部２０２では、平面視における幅方向の幅が前後方向において一定である。そして、第２側壁部２１２は、平行部２０２において第１側壁部２１１に固定されることが好ましい。これにより、第１側壁部２１１のうち当該第２側壁部２１２と対向する部位において、薄型化による重量低減を効率的に実現することができる。

上述のように、浮体構造物２は、平行部２０２において第２側壁部２１２と前後方向に隣接して第１側壁部２１１の外側面に固定される他の第２側壁部２１２をさらに備えることも好ましい。当該他の第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における当該他の第２側壁部２１２の両端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。平面視における当該他の第２側壁部２１２の中央部は、第１側壁部２１１から外側に離間する。当該他の第２側壁部２１２の第１側壁部２１１からの幅方向における突出量は、上記第２側壁部２１２の第１側壁部２１１からの幅方向における突出量と同じであることが好ましい。このように、平行部２０２において前後方向に隣接する２つの第２側壁部２１２の突出量を同じとすることにより、浮体構造物２に対する船舶の接舷等を容易とすることができる。

上述のように、浮体構造物２は、本体中心面に対して第２側壁部２１２と面対称であるもう１つの第２側壁部２１２をさらに備えることも好ましい。当該本体中心面は、内側本体部２１０の幅方向の中心を通るとともに幅方向に垂直な面である。当該もう１つの第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１の外側面に固定されるとともに、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における当該もう１つの第２側壁部２１２の両端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。平面視における当該もう１つの第２側壁部２１２の中央部は、第１側壁部２１１から外側に離間する。これにより、船形の浮体構造物２の左右舷における流体抵抗差を抑制し、船首部２０１を波上側に向けやすくすることができる。その結果、浮体構造物２に働く流体抵抗をさらに低減することができ、係留ライン４に対して作用する係留張力をさらに低減することができる。

上述のように、浮体構造物２では、上記第２側壁部２１２を含む複数の第２側壁部２１２が、平面視における第１側壁部２１１の周囲の全周に亘って設けられることが好ましい。当該複数の第２側壁部２１２の各第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１の外側面に固定されるとともに、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における各第２側壁部２１２の両端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。平面視における各第２側壁部２１２の中央部は、第１側壁部２１１から外側に離間する。これにより、第１側壁部２１１を略全周に亘って薄型化することができ、浮体構造物２をさらに軽量化することができる。その結果、浮体構造物２および係留システム１の製造コストをさらに低減することができる。

上述のように、略円弧状の第２側壁部２１２の円周角θ（図５参照）は様々に変更されてよい。図６は、円周角θと浮体構造物２の抗力との関係を示す図である。図６の横軸は円周角θ（°）を示し、縦軸は抗力（Ｎ）を示す。当該抗力（すなわち、浮体構造物２に作用する流体抵抗）は、浮体構造物２の喫水を１．０ｍとし、浮体構造物２の周囲における水の流速を１．５ｍ／ｓとして、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析により算出した。また、第２側壁部２１２の円周角θは、第２側壁部２１２の前後方向の長さを所定長さに維持しつつ変更した（図７および図８においても同様）。図６から、円周角θが大きくなるに従って抗力も大きくなることが分かる。

図７は、円周角θと第２側壁部２１２に生じる応力との関係を示す図である。図７の横軸は円周角θ（°）を示し、縦軸は応力（ＭＰａ）を示す。当該応力は、ＦＥＭ解析にて算出した。図７から、円周角θが大きくなるに従って、第２側壁部２１２に生じる応力は小さくなることが分かる。同様に、円周角θが大きくなるに従って第１側壁部２１１に生じる応力も小さくなる。

図８は、円周角θと第２側壁部２１２の材料量との関係を示す図である。図８の横軸は円周角θ（°）を示し、縦軸は板厚１０ｍｍ当たりの材料量（ｋｇ／１０ｍｍ）を示す。当該材料量は、第２側壁部２１２の長さ（すなわち、湾曲する第２側壁部２１２の側面に沿う長さ）に基づいて算出した。図８から、円周角θが大きくなるに従って、第２側壁部２１２の材料量も大きくなることが分かる。

図６に示す抗力は、係留ライン４の小径化の観点から、小さい方が好ましい。図７に示す応力は、第１側壁部２１１および第２側壁部２１２の薄型化の観点から、小さい方が好ましい。図８に示す材料量は、浮体構造物２の製造コスト低減の観点から、小さい方が好ましい。これらを総合的に考慮すると、円周角θは、６０°～９０°であることが好ましい。

浮体構造物２では、図９に示すように、第１側壁部２１１と第２側壁部２１２との間に設けられた空間２１５に、水よりも比重が小さい充填材２１６が詰められていることが好ましい。図９では、図の理解を容易にするために、充填材２１６に平行斜線を付す。この場合、充填材２１６の浮力を利用することにより、浮体構造物２を小型化することができる。また、充填材２１６によって浮体構造物２の側壁部の強度が向上されるため、第１側壁部２１１および／または第２側壁部２１２の板厚をさらに薄くすることができる。充填材２１６としては、例えば、木材や発泡樹脂材が利用可能である。また、充填材２１６は、空間２１５の略全体に亘って充填されてもよく、空間２１５の一部に部分的に充填されてもよい。また、充填材２１６は、複数の空間２１５の全てに充填されてもよく、一部の空間２１５のみに充填されてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る浮体構造物２ａについて説明する。図１０は、浮体構造物２ａを示す平面図である。浮体構造物２ａの浮体本体２１ａでは、他の第２側壁部２１２とは前後方向の長さが異なる第２側壁部２１２ａが、平行部２０２に設けられる。浮体構造物２ａの他の構造は上述の浮体構造物２と同様であり、以下の説明では、浮体構造物２ａの各構成のうち浮体構造物２の構成と対応するものに同符号を付す。

浮体構造物２ａは、平行部２０２において第１側壁部２１１の外側面に固定される第２側壁部２１２に加えて、平行部２０２において当該第２側壁部２１２に前後方向にて隣接して第１側壁部２１１の外側面に固定される他の第２側壁部２１２ａをさらに備える。第２側壁部２１２ａは、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する。平面視における第２側壁部２１２ａの両端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。平面視における第２側壁部２１２ａの中央部は、第１側壁部２１１から外側に離間する。第２側壁部２１２ａの前後方向の長さは、上述の第２側壁部２１２の前後方向の長さとは異なる。第２側壁部２１２ａの第１側壁部２１１からの幅方向における突出量は、第２側壁部２１２の第１側壁部２１１からの幅方向における突出量と同じである。

このように、平行部２０２において前後方向に隣接する第２側壁部２１２および第２側壁部２１２ａにおいて、当該２つの第２側壁部２１２，２１２ａの前後方向の長さが異なる場合であっても、第２側壁部２１２，２１２ａの幅方向における突出量を同じとすることにより、浮体構造物２ａに対する船舶の接舷等を容易とすることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る浮体構造物２ｂについて説明する。図１１は、浮体構造物２ｂを示す側面図である。図１２は、浮体構造物２を示す平面図である。図１３は、浮体構造物２を示す正面図である。浮体構造物２ｂは、いわゆるカタマラン（双胴船）型の構造物である。浮体構造物２ｂは、２つの浮体本体２１ｂと、連結部２２ｂとを備える。

各浮体本体２１ｂは、前後方向（すなわち、Ｘ方向）に略平行に延びる。２つの浮体本体２１ｂは、幅方向（すなわち、Ｙ方向）に間隙を空けて配置される。換言すれば、一の浮体本体２１ｂの側方に、他の浮体本体２１ｂが離間して配置される。２つの浮体本体２１ｂの形状は、２つの浮体本体２１ｂの幅方向中央にて前後方向に延びるとともに幅方向に垂直な仮想的な対称面に対して略面対称である。各浮体本体２１ｂは、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金、ＦＲＰ等により形成される。

図１１～図１３に示す例では、各浮体本体２１ｂの形状および構造は、幅が少し細い点を除き、上述の浮体本体２１と略同じである。すなわち、各浮体本体２１ｂは、第１側壁部２１１と、複数の第２側壁部２１２と、底部２１３と、複数の強度部材２１４とを備える。底部２１３は、浮体本体２１ｂの下端部（すなわち、（－Ｚ）側の端部）を構成する前後方向に長い略板状の部位である。第１側壁部２１１は、底部２１３の周縁部から上方に延びて浮体本体２１ｂの側壁部を構成する略板状の部材である。第１側壁部２１１は、底部２１３の全周に亘って設けられる。底部２１３および周状の第１側壁部２１１により構成される内側本体部２１０は、前後方向に延びる船形である。

複数の第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１の外側にて周状に連続して設けられ、第１側壁部２１１の周囲を平面視において全周に亘って囲む。各第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する板状の部位である。複数の第２側壁部２１２は、第１側壁部２１１と共に浮体本体２１ｂの側壁部を構成する。各第２側壁部２１２の前端部および後端部は、第１側壁部２１１の内側面に固定された複数の強度部材２１４のうち、２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。

各浮体本体２１ｂでは、浮体本体２１と同様に、必ずしも第１側壁部２１１の周囲の全周に亘って複数の第２側壁部２１２が設けられる必要はなく、第１側壁部２１１の周囲の一部のみに第２側壁部２１２が設けられてもよい。この場合、第２側壁部２１２の数は必ずしも複数である必要はなく、１つであってもよい。

連結部２２ｂは、２つの浮体本体２１ｂの上部を、浮体構造物２ｂの喫水線（すなわち、設計上における上限の喫水線）よりも上側において連結する。連結部２２ｂは、２つの浮体本体２１ｂの上端部（すなわち、（＋Ｚ）側の端部）を接続する上甲板２２１ｂを備える。上甲板２２１ｂは、上下方向に略垂直な略平板状の部材であり、水面から上方に離間した位置に配置される。上甲板２２１ｂは、例えば、２つの浮体本体２１ｂの前後方向の略全長に亘って設けられる略矩形状の部材である。上甲板２２１ｂは、２つの浮体本体２１ｂの上面の略全体、および、２つの浮体本体２１ｂ間の空間の上方全体を覆う。上甲板２２１ｂは、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金、ＦＲＰ等により形成される。上甲板２２１ｂ上には、上述のＧＰＳ受信機等の上部設備２３が設けられる。

なお、上甲板２２１ｂは、必ずしも、略矩形状である必要はなく、他の形状（例えば、略円板状）の部材であってもよい。また、連結部２２ｂは、上甲板２２１ｂに加えて、あるいは、上甲板２２１ｂに代えて、２つの浮体本体２１ｂを接続する他の接続部材を備えていてもよい。当該他の接続部材は、例えば、略直線状の鋼材を組み合わせて形成されたトラス構造であってもよい。

以上に説明したように、係留ライン４（図１参照）により係留される浮体構造物２ｂは、幅方向に並ぶとともにそれぞれが前後方向に延びる２つの浮体本体２１ｂと、当該２つの浮体本体２１ｂを連結する連結部２２ｂと、を備える。２つの浮体本体２１ｂのそれぞれは、底部２１３と、第１側壁部２１１と、複数の強度部材２１４と、第２側壁部２１２とを備える。第１側壁部２１１は、底部２１３の周縁部の全周に亘って当該周縁部から上方に延びる。複数の強度部材２１４は、第１側壁部２１１の内側面に設けられる。第２側壁部２１２は、平面視における第１側壁部２１１の周囲の一部において、第１側壁部２１１の外側面に固定されるとともに第１側壁部２１１から外側に向かって凸となるように湾曲する。

２つの浮体本体２１ｂのそれぞれにおいて、底部２１３および第１側壁部２１１により構成される内側本体部２１０は、前後方向に延びる船形である。また、平面視における第２側壁部２１２の両端部は、複数の強度部材２１４のうち２つの強度部材２１４と第１側壁部２１１を挟んで対向する位置にて第１側壁部２１１の外側面に固定される。平面視における第２側壁部２１２の中央部は、第１側壁部２１１から外側に離間する。

浮体構造物２ｂの各浮体本体２１ｂでは、浮体構造物２と同様に、第２側壁部２１２および第１側壁部２１１によってタイドアーチ構造が構成されるため、第１側壁部２１１のうち第２側壁部２１２と対向する部位と当該第２側壁部２１２との合計板厚を薄くすることができる。その結果、浮体構造物２ｂを軽量化することができ、浮体構造物２ｂおよび係留システム１（図１参照）の製造コストを低減することができる。また、各浮体本体２１ｂの内側本体部２１０が船形とされることにより、浮体構造物２ｂに働く流体抵抗が低減されるため、係留ライン４（図１参照）に対して作用する係留張力を低減することができる。その結果、係留ライン４の小径化を実現することができ、係留システム１の製造コストをさらに低減することができる。

さらに、浮体構造物２ｂは、２つの浮体本体２１ｂが幅方向に並ぶカタマラン型の構造を有するため、浮体構造物２ｂの復原力を維持しつつ、各浮体本体２１ｂの幅に対する前後方向の長さの割合（いわゆる、Ｌ／Ｂ）を大きくすることができる。その結果、浮体構造物２ｂに働く流体抵抗がさらに低減され、係留ライン４の更なる小径化を実現することができる。

上述の浮体構造物２，２ａ，２ｂでは、様々な変更が可能である。

浮体構造物２では、第１側壁部２１１のうち第２側壁部２１２と対向する部位は、必ずしも平板状である必要はなく、例えば、湾曲または屈曲した板状であってもよい。浮体構造物２ａ，２ｂについても同様である。

浮体構造物２では、平行部２０２における複数の第２側壁部２１２の上記突出量は、必ずしも同じである必要はなく、異なっていてもよい。浮体構造物２ａ，２ｂについても同様である。

浮体構造物２ｂでは、浮体本体２１ｂの数は２には限定されず、例えば、幅方向に並ぶ３つの浮体本体２１ｂが設けられてもよい。この場合、３つの浮体本体２１ｂの大きさや形状は同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、幅方向の中央に位置する浮体本体２１ｂの前後方向の長さは、幅方向両側に位置する２つの浮体本体２１ｂの長さよりも長くてもよい。

浮体構造物２では、内側本体部２１０の形状は必ずしも船形には限定されず、例えば、上下方向に延びる円柱状や多角柱状等であってもよい。浮体構造物２ａにおいても同様である。

浮体構造物２は、必ずしも、津波および／または波浪を観測する観測用ブイとして利用される必要はなく、浮魚礁等、様々な用途に利用可能である。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

２，２ａ，２ｂ 浮体構造物
４ 係留ライン
２１，２１ａ，２１ｂ 浮体本体
２２ｂ 連結部
２０１ 船首部
２０２ 平行部
２１０ 内側本体部
２１１ 第１側壁部
２１２，２１２ａ 第２側壁部
２１３ 底部
２１４ 強度部材
２１５ 空間
２１６ 充填材

Claims (9)

1. 係留ラインにより係留される浮体構造物であって、
   底部と、
   前記底部の全周に亘って前記底部の周縁部から上方に延びる第１側壁部と、
   前記第１側壁部の内側面に設けられた複数の強度部材と、
   平面視における前記第１側壁部の周囲の一部において、前記第１側壁部の外側面に固定されるとともに前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する第２側壁部と、
   を備え、
   平面視における前記第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定され、
   平面視における前記第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間することを特徴とする浮体構造物。
2. 請求項１に記載の浮体構造物であって、
   前記底部および前記第１側壁部により構成される内側本体部は、前後方向に延びる船形であることを特徴とする浮体構造物。
3. 請求項２に記載の浮体構造物であって、
   前記内側本体部は、
   平面視における幅方向の幅が前端から後方に向かうに従って増大する船首部と、
   前記船首部の後端に連続するとともに平面視における幅方向の幅が前後方向において一定である平行部と、
   を備え、
   前記第２側壁部は、前記平行部において前記第１側壁部に固定されることを特徴とする浮体構造物。
4. 請求項３に記載の浮体構造物であって、
   前記平行部において前記第２側壁部と前後方向にて隣接して前記第１側壁部の前記外側面に固定されるとともに前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する他の第２側壁部をさらに備え、
   平面視における前記他の第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定され、
   平面視における前記他の第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間し、
   前記他の第２側壁部の前後方向の長さは、前記第２側壁部の前後方向の長さとは異なり、
   前記他の第２側壁部の前記第１側壁部からの幅方向における突出量は、前記第２側壁部の前記第１側壁部からの幅方向における突出量と同じであることを特徴とする浮体構造物。
5. 請求項２に記載の浮体構造物であって、
   前記内側本体部の幅方向の中心を通るとともに幅方向に垂直な本体中心面に対して、前記第２側壁部と面対称であるもう１つの第２側壁部をさらに備え、
   前記もう１つの第２側壁部は、前記第１側壁部の前記外側面に固定されるとともに、前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲し、
   平面視における前記もう１つの第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定され、
   平面視における前記もう１つの第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間することを特徴とする浮体構造物。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の浮体構造物であって、
   前記第１側壁部のうち前記第２側壁部と対向する部位は平板状であることを特徴とする浮体構造物。
7. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の浮体構造物であって、
   前記第１側壁部と前記第２側壁部との間に設けられた空間に、水よりも比重が小さい充填材が詰められていることを特徴とする浮体構造物。
8. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の浮体構造物であって、
   前記第２側壁部を含む複数の第２側壁部が、平面視における前記第１側壁部の周囲の全周に亘って設けられ、
   前記複数の第２側壁部の各第２側壁部は、前記第１側壁部の前記外側面に固定されるとともに、前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲し、
   平面視における前記各第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定され、
   平面視における前記各第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間することを特徴とする浮体構造物。
9. 係留ラインにより係留される浮体構造物であって、
   幅方向に並ぶとともにそれぞれが前後方向に延びる２つの浮体本体と、
   前記２つの浮体本体を連結する連結部と、
   を備え、
   前記２つの浮体本体のそれぞれは、
   底部と、
   前記底部の周縁部の全周に亘って前記周縁部から上方に延びる第１側壁部と、
   前記第１側壁部の内側面に設けられた複数の強度部材と、
   平面視における前記第１側壁部の周囲の一部において、前記第１側壁部の外側面に固定されるとともに前記第１側壁部から外側に向かって凸となるように湾曲する第２側壁部と、
   を備え、
   前記２つの浮体本体のそれぞれにおいて、
   前記底部および前記第１側壁部により構成される内側本体部は、前後方向に延びる船形であり、
   平面視における前記第２側壁部の両端部は、前記複数の強度部材のうち２つの強度部材と前記第１側壁部を挟んで対向する位置にて前記第１側壁部の前記外側面に固定され、
   平面視における前記第２側壁部の中央部は、前記第１側壁部から外側に離間することを特徴とする浮体構造物。

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