JPH0198789A - 耐震支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子カプラント等のプロセスプラントにおいて
配管等を支持する耐震支持装置に係り、特に、耐震安全
性の向上を図った耐震支持装置に関する。

（従来の技術） 一般に、原子カプラント、火力発電プラントおよび化学
プラント等の諸プラントでは地震発生時における慣性力
が作用した場合でも十分な耐震性を有し、プラントの安
全性を図ると共に、諸設備の保護を図ることができるよ
うに設計されている。

特に原子カプラントではそのプラント設備の重要性とコ
ストとの関係を重視したうえに、プラント自体の安全性
を十分に考慮した設計を実施しているが、近年ではプラ
ント諸設備の耐震設計が増々厳しくなっており、配管系
の耐震設計についても同様である。

この配管系の耐震設計においては第４図に示すように、
配管系が設置される建屋および構造物の据付床の応答ス
ペクトラムが、多質点系に置換された配管系モデルに入
力されて地震荷重が設定され、適切な支持構造物の位置
と容のが決定される。

第４図において横軸は固有周期を示し、縦軸は応答加速
度αを示すが、本スペクトラムは次式によって算出され
る。

ｙ＋２ｈωｙ＋ω”／＝’ｊ６　　・・・・・・（１）
上記（１）式においてｙ。は上記据付床の入力加速度、
ωは配管の固有振動数、ｈは配管系全体の減衰定数であ
る。

また、上記固有振動数ωは次の（２）式により配管系の
固有周期Ｔと関係する。

ω＝２π／Ｔ　　　　　　　　　・・・・・・（２）上
記（１）式を固有振動数ω毎に時刻歴積分したとぎの応
答加速度αと固有周期Ｔの関係をプロットしたものが第
４図であり、第４図に示すように配管系の地震応答が減
衰定数りの増加により大幅に低減することがわかる。

すなわち、配管系の固有周ｍＴ、に対し各減衰定数ｈ　
　、ｈ　　、　ｈ３　（ｈｌ＜ｈ２＜ｈ３）応答は各応
答加速度α１．α２．α３　（α１〉α２〉α３）にそ
れぞれ変化する。配管支持％！ｔｌにおいては第４図に
示されるように配管支持装置が据付けられる建屋の応答
加速度αを設計条件とし、配管系全体の設計を行なうた
め、構造強度から応答加速度αを可能な限り制限する必
要があり、副側に配管系の設計を行なっているのが現状
である。

この設計による耐震用支持装置の一例として使用される
メカニカルスナツパ−の概略構造を第５図に示す。

すなわち、メカニカルスナツパ−１は本体２を２つの接
続ジヨイント３により固定端４．１５よび配管５にそれ
ぞれ接続しており、配管５の熱膨張による緩かな移動に
よる外力に対しては、高効率のボールネジ６とポールナ
ツト７によって回転運動に変換し、極めて小さい抵抗力
により自由に追従するようになっている。

一方、地震等の急激な外力に対してはボールネジ６の端
部にあるブレーキシュー８とブレーキドラム９が加速度
感知型のディスクブレーＶとして制動し、固定端４に確
実に抵抗力を伝達する門構となっている。なお、第５図
生得号１０は本体カバー、１０ａはスプリングである。

このように地Ｍ等の外力が加わってメカニカルスナツパ
−１が抵抗力を持つ場合にはメカニカルスナツパ−１が
一種の梁としての剛体の特性を有する強度を発揮する設
計となっている。

このように従来の配管系の耐震設計においては配管５お
よび支持装置を含めた配管系全体をできるだけ剛に設計
し、それに対応する応答加速度を小さくするように設計
している。

一方、配管系の応答加速を下げる方法としては上述の応
答解析における減衰常数を増加させ、応答スペクトル全
体を低減する方法が考えられる。

この方法を用いた耐震支持装置としては塑性材料の塑性
変形を用いて地震エネルギを吸収する方法が考えられて
おり、この方法としては第６図に示す特性を有する塑性
材料を利用したものがある。

第６図は縦軸に地震反力Ｒ（ｔ）、横軸に変位Ｘ　（’
ｔ　’）を示しており、ここに示された塑性材はある一
定の反力γまでは線形特性を示すが、それ以上変位Ｘが
増加しても反力Ｒは一定のまま変形ｍのみ増加する塑性
特性を有し、この特性を利用して塑性変形時の消散エネ
ルギによって減衰常数を増加させるものである。

しかし、この方法では上述のように塑性材の塑性変形を
利用するために実際の材料は第６図のような理想化した
塑性特性を示すことが希で、しかも、材料間のバラツキ
が大ぎく、高度の信頼性を要求される原子カプラントに
おいては実設計の適用が困難である。

つまり、現状の設計手法で特性等が明確に定められた弾
性範囲で支持装置を設計すると減衰常数が小さいために
剛設計する必要があり、塑性範囲を用いて減衰常数を大
きくするには材料の物性等に不明確要素が多く、設計手
法では技術的検討を必要としているのが現状である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したように、塑性材料の塑性変形を利用して地震エ
ネルギを吸収する従来の方法では、塑性材料間の塑性特
性のバラツキが大きく、高度の信頼性が要求される原子
カプラントにおいては実用化が困難であるという問題が
ある。

そこで本発明は上記事情を考慮してなだれもので、その
目的は簡単な構成により耐震性を高めることができる耐
震支持装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明による耐震支持装置は弾性挙動を示す鉄鋼系材料
と、弾性挙動を示す範囲が小さく、か。

つ僅かな荷重を負荷することで塑性挙動を示す非鉄系の
材料とを組み合せ、耐震支持装置の強度を保障する梁等
の部材は弾性挙動を示す材料により構成し、また、加振
時の消散エネルギを増加させて系の減衰常数を増加させ
る部材は塑性挙動を示す材料により構成している。

また、塑性材料に高い減衰性能を期待するためには大き
な変位を許容する必要があり、そのために、梁等の強度
部材形状に曲り梁形状を設けている。

すなわち本発明は、配管等の被支持体を支持する弾性を
有する梁を固定壁等の固定端に固定し、この梁にはその
軸線に対し所要角度で屈曲する曲り梁部にて塑性材を充
填したことを特徴とする。

（作用） 本発明の耐震支持装置に地震荷重が作用して梁の曲り梁
部に繰り返し変形が発生すると、この曲り梁部に充填さ
れた塑性材も変形を繰り返す。

そして塑性材はその変形特性によって梁の発生応力を降
伏点以下に制限しつつ、地震の振動エネルギを吸収し、
配管等の被支持体の地震応答を低減させることができる
。

したがって本発明によれば、簡単な構成により地震の振
動エネルギを吸収して減衰させることができ、耐震性を
高めることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を第１図〜第３図を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す一部切欠斜
視図であり、配管１１を弾性を右する例えば鉄鋼製の梁
１２により固定端である天井壁１３に吊設している。

すなわち、梁１２は配管１１を支持する耐震支持装置で
あり、配管１１の図中上部に固着された吊耳１４に固着
もしくは若干揺動自在に取着された例えば鉄鋼製のロッ
ド１５と、固定端である天井壁１３に固着された吊耳１
６に上部接続ジヨイント１７を若干１工動自在に接続す
る一方、下部接続ジヨイント１８をロッド１５の図中上
端に若干揺動自在に取着する曲り梁部１９とを有する。

曲り梁部１９は両端間口の円管状に形成された円管状部
２０内に塑性材である鉛２１を充填しており、この曲り
梁部１９の発生応力σとたわみＤの関係を次式により表
す。

上記（３）式においてＺは材料の新面係数、Ｗは荷重、
Ｒは円管状部２０の半径であり、上記（４）式における
Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメントである。

これら（３）、（４）式かられかるように円管状部２０
の半径Ｒを適宜選定すれば、（３）式より１りられる曲
り梁部１９の発生応力σを降伏点以下に制限しながら（
４）式のたわみを大きくとることができる。

この場合の塑性材の鉛２１の変形により消散される地震
エネルギは変位正に比例する。なお、塑性材としてはア
ルミニウムでもよ（、塑性挙動を示すものであればよい
。

次に本実施例の挙動を第２図により説明する。

第２図における縦軸は配管１１からの地震等の反力Ｒ（
ｔ）を示し、横軸はその時の変位Ｘ（ｔ）を示す。

仮に本実施例の円管状部り梁部１９がなく、ロッド１５
のみにより配管１１を天井壁１３に吊設する場合には、
その挙動は第２図の０からＥへの変位と荷重を示すが、
円管状部り梁部１９を設置すると、本実施例の挙動はＯ
からＡへの動きを示す。このとき、曲り梁部１９内部に
充填された塑性材はＯからＣへの動き、すなわち、塑性
挙動を示す。このＯからＣへの動きによって大きい減衰
常数が発生する。

仮に円管状部り梁部１９なしで、このような大変位を発
生させる場合にはロッド１５の動きがＯ→Ｅ→Ａと動き
、ロッド１５の材料は塑性挙動を示すため耐震支持装置
全体を塑性設計する必要がある。この曲り梁部１９を有
することによって耐震支持装置は従来通りの弾性設計に
より行なうことができ、しかも、円管状部２０内に充填
された鉛２１等の塑性材は上下方向では引張り、左右方
向では圧縮による変形を受けるので、単純な引張または
圧縮のみによる変形に比べて全体の受ける変形はを大き
くとることができ、大きな減衰常数を期待することがで
きる。

試みに外径２００ｍ＋、幅（長さ）８０順、厚さ１０ｍ
の円管状部２０の炭素鋼材料が荷重を受けて発生応力が
降伏点に達するときの変形４は上下方向に荷重を受ける
場合には上下方向に約４０％程度伸び、左右方向に約３
５％程度収縮する。この変形によって５％以上の減衰常
数が期待できる。

したがって、本実施例によれば、曲り梁部１９の鉛２１
の塑性変形によって大きな運転減衰効果を奏することが
できるので、配管１１およびその系の地震応答を低減さ
せて耐震性の向上を図ることができる。

第３図は本発明の他の実施例を示し、本実施例は円管状
部２０の代りに円球部３０を曲り梁部１９に設けた点に
特徴があり、これ以外の構成は上記実施例とほぼ同様で
あるので、第３図中、第１図と共通する部分には同一符
号を付して、その単複した説明は省略している。

すなわら、本実施例では円球部３０を、例えば鉄鋼製の
中空の円球部３０ａ内に塑性材の鉛３０ｂを充填して構
成しており、この円球部３０に地震エネルギに対する大
きな減衰常数を持たせて配管１１およびその系（以下配
管系という）の地震応答を低減させるようになっている
。なお、塑性材としてはアルミニウムでもよいことは上
記した通りであり、本実施例によっても上記実施例と同
様に配管系の地震応答を低減させ、耐震性を高めること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、塑性材を充填した曲り梁
部が大きな運動減衰常数を持っているので、配管系等の
被支持体系の地震応答を低減させて耐震性の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は第１図で
示す実施例の）′ｆ：ｆｌｌを示ずグラフ、第３図は本
発明の他の実施例の斜視図、第４図は耐震支持装置が設
置される建屋の応る加速度を示すグラフ、第５図は従来
の耐震支持装置であるメカニカルスナツパ−の一部縦断
面図、第６図は従来の他の耐震支持装置の塑性特性を示
すグラフである。 １１・・・配管、１２・・・梁、１３・・・天井壁（固
定端）、１５・・・ロッド、１９・・・曲り梁部、２０
・・・円管状部、２１，３０ｂ・・・鉛、３０・・・円
球部。 代理人弁理士　　則　近　　憲　俗 間　　　　　　　　第　　子　　丸　　　紅菌１図 第２図 国荷肩期 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 配管等の被支持体を支持する弾性を有する梁を固定壁等
   の固定端に固定し、この梁にはその軸線に対し所要角度
   で屈曲する曲り梁部にて塑性材を充填したことを特徴と
   する耐震支持装置。