JPH0468408B2

JPH0468408B2 -

Info

Publication number: JPH0468408B2
Application number: JP59273947A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kajizuka; Atsushi Nakahira
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1992-11-02
Also published as: JPS61155518A

Description

【発明の詳細な説明】＜＞産業上の利用分野本発明は内部にバラスト水を収容して使用する
ケーソン等の構造物で、バラスト水の凍結によつ
て破壊されることのないように構成する、凍結水
域における構造物に関するものである。

＜＞従来の技術寒冷地の海域での海洋構造物等は、ケーソン等
の構造物内部のバラスト水が凍結し、氷の膨張に
よつて構造物が破壊したり、その他有害な応力が
構造物に働く場合がある。

従来こうした内部バラスト水の結氷による、構
造物への影響を避けるために、構造物内のバラス
ト水をヒーテイングして結氷を避けていた。

＜＞本発明が解決しようとする問題点従来、構造物内のバラスト水の結氷を避けるた
めに、バラスオ水をヒーテイングする方法がとら
れていたが、寒冷地の氷海域でバラツト水を一定
温度に保つておくためには莫大な経費を必要とす
る。

また寒冷地での構造物自体やヒーテイング装置
等の保守管理作業は非常に困難である。

本発明は上記のような点に鑑み成されたもの
で、バラスト水が凍結しても、それによる影響を
うけることのない、凍結水域における構造物を提
供することを目的とする。

＜＞問題点を解決するための手段本発明は、構造物内部のバラスト水の予想水面
の位置から上部に空間を設け、かつ予想水面位置
から上方の壁面に上部に向けて広がるテーパーを
付けた傾斜面を設け、その傾斜面の下方の壁面を
傾斜面の最下部より薄く形成することによつて、
構造物がバラスト水の結氷に何等影響を受けるこ
とのないよう構成した。

＜＞実施例次に本発明の一実施例を図面にもとづいて説明
する。

本発明の凍結水域における構造物はバラスト水
Ｗをいれる中空部分を有する構造物１である。

(イ) 構造物構造物１はコンクリートやスチール等による
中空の箱体、もしくは円筒形のタンクである。

そして上部に空間を残してバラスオ水Ｗを注
入できる内部高さを有するものとする。（第１
図）さにに、注入するバラスト水Ｗの水面付近
（結氷が予想される高さ）から上の内壁は、上
部に向かつて広がるように傾斜をつけて傾斜面
１１とする。

その傾斜面１１の下方の壁面を傾斜面１１の
最下部より薄くなるように形成して、傾斜面１
１下部に傾斜突設部１３を設ける。

なお構造物１は内部を締切り壁によつて複数
に分割することも考えられる。

但しこの場合にも、仕切られた各部屋の内壁
の上部が上記と同様に傾斜していなければなら
ない。

次に凍結水域で上記構造物を使用した時の作
用、効果について説明する。

(イ)傾斜面に設けた作用、効果（第２〜３図）
構造物１は、前述したように注入されるバラス
ト水Ｗの水面付近（結氷が予想される高さ）か
ら上の内壁に傾斜をつけ傾斜面１１を形成して
いる。

一般に氷海域の構造物では凍結した氷盤が内
壁を垂直におす力が作用することが考えられ
る。

このため氷盤下の内圧による破壊以外に、氷
自体の膨張による局部的な荷重が考えられる。

本発明に使用する構造物１の構造は、こうし
た構造物内の内圧と局部的な荷重を防止するた
めに成されたものである。

すなわち、第２図に示すように、バラスト水
Ｗの水面付近で予想されるように氷盤が結氷
すると、構造物１の内壁に垂直に働く力Ｆ及び
内圧Ｐが生じる。

ところが構造物１の、バラスト水Ｗの水面付
近（結氷が予想される高さ）から上の内壁はテ
ーパーをつけて上部が開いている傾斜面１１と
なつているので、傾斜面１１の傾斜角によつて
氷盤は上部に滑るようにして移動してしま
う。

従つて構造物１の壁に働く応力を防止するこ
とができる。

さらに、氷盤が上に持ち上がることによつ
て、氷壁下の内圧Ｐの緩和もうながされる。

そして、傾斜面１１の下部に傾斜突設部１３
を設ける。

このため、側壁１２を必要以上に厚くせず、
構造物の重量を無駄に大きくすることなく、上
記氷壁の結氷の対策に必要な十分な傾斜面１
１を得ることができる。

(ロ) 具体例次に具体例をあげて傾斜面１１の傾斜角度を
検討してみる。

いまここで外気温（冬期平均）−30℃の条件
で使用する縦、横400cmで壁厚40cmのコンクリ
ートケーソンを対象とする。

氷と、表面をコーテイングされたコンクリー
トの凍着強度ｔは0.2（Kg／cm²）であるから、氷
の厚さＨは、Ｈ＝0.3×（ｔ×｜−30℃｜×24）＝0.375t（cm）…
…(1) となる。

さらにケーソン中の内圧Ｐは、Ｐ＝１／240×ｔ（Kg／cm²） ……(2) 氷盤が浮上るには、構造物の壁面に凍結す
る凍着力Ｔより内圧Ｐが大きいことが条件の一
つである。

そこでＴ≦Ｐを前提として、この傾斜面１１
の角度について算定してみる。

構造物１の側壁１２の垂直面と傾斜面の傾斜
角をθとすると、凍着力Ｔは、Ｔ＝Ｈ／cosθ×４×ｌ×ｔ＝0.375／cosθ×400×４×0.2×ｔ＝120×ｔ／cosθ ……(3) で表される。

また内圧Ｆは、Ｆ＝l²×１／240×ｔ×cosθ＝400²／240×ｔ×cosθ ……(4) となる。

（ｌはケーソンの水平方向の長さ）Ｔ≦Ｐの前提であるから、 120×ｔ／cosθ≦400²／240×ｔ×cosθ 0.18≦cos²θ ……(5) ∴θ≦64 ……(6) 以上の算定から凍着力との関係による傾斜角
は64度より小さい角度ということになる。

一方構造物１を氷盤が水平に圧迫する力Ｆ
が静止摩擦力を上回つて氷盤が滑る条件は次
の通りである。

Ｆ・sinθ≧μ・cosθ ……(7) （ここでμは静止摩擦係数0.6である。）従つて傾斜面の角度θは、 ∴tanθ≧0.6 θ≧31 ……(8) となる。

上記(6)式及び(8)式から、構造物１の側壁１２
の垂直面と傾斜面の傾斜角の好ましい角度は、 31≦θ≦64 ということになる。

仮に傾斜面１１の下部に傾斜突設部１３設け
ず、図３のように傾斜面１１の最下部から垂直
に連続する側壁１２を設けるとすると、θを大
きめのθ１を採用する場合、側壁１２が非常に
厚くなり、構造物の重量が大きくなり構造物の
設置等が困難になつてしまう。

このため、傾斜突設部１３を設けることによ
り、側壁１２を適切な厚さに形成でき、構造物
の重量を不必要に大きくすることはない。

(ハ) 上部に空間を設ける構造構造物１内にバラスト水Ｗとして海水を注入
するが、構造物１は、上部に一定の空間Ａを確
保できる内部高さを持つよう構成してある。
（第１図）一般にケーソン等、構造物の内部空間すべて
にバラスト水を注入すると、バラスト水の凍結
によつて内圧が増加し、内部の体積膨張が起こ
つて構造物に応力が働いてしまう。

そこで本発明の構造物は、凍結による体積膨
張に見合う空間Ａを予め構造物１内に確保する
よう、その構造物の内部高さを決定してある。

ここで海水等の凝固による内圧を具体的に示
す。

海水の凝固による内圧は−20℃では100時間
程度を過程すると、12×15×17ｍのコンクリー
トケーソンで30Kg／cm²の圧力が計算される。

また鋼製円型タンク（Ｌ＝90cm、Ｒ＝70cm、
ｔ＝0.5）では−30℃、10時間を仮定すると45
Kg／cm²の圧力が計算される。

ここで、海水の凝固による体積膨張率1.084
を考えると、バラスト水として海水を注入した
場合、海水がすべて凍結したとしても体積が一
割弱増加しただけにとどまる。

そこで構造物１の内容積を一割大きくとる、
もしくはバラスト水Ｗ（海水）を九割までしか
注入しないことによつて、海水の体積膨張によ
る構造物への影響は防止できる。

現に前述した円型タンクの場合、上部に空間
を確保すると内圧は１Kg／cm²にみたない値に低
減されることが実験によつて確認できた。

(ニ) その他の実施例（第４図）一般に海水が凍結した場合、その氷盤の下に
ある海水が浸透して氷盤上にしみ出てくること
が確認されている。

本発明の凍結水域の構造物でも同じ現象が発
生し、そのことが構造物内の内圧を低減させる
と考えられる。

そこで岩塩等をバラスト水Ｗ内に投入するこ
とによつてバラスト水Ｗの塩分濃度を高め氷盤
の透水濃度を高めることが考えられる。

また、さらに積極的に氷盤下の内圧の減少
させるべく、ヒーテイングパイプＰを設置する
ことも考えられる。

すなわち第５図に示すように、構造物１内に
ヒーテイングコイル等を内蔵した管体のヒーテ
イングパイプＰを設置し、周辺のバラスト水Ｗ
を加熱することによつて氷盤Ｉ上にバラスト水
Ｗを抜水し、氷盤Ｉ下の内圧を減少させるので
ある。

ここでのヒーテイングはバラスト水Ｗの氷結
防止を目的とするものではなく、あくまで、氷
盤下の内圧を減少するためのものなので、ヒ
ーテイングのコストは全体のヒーテイングに比
較してはるかに低くおさえることができる。

なお構造物１内を締切り壁等で複数のタンク
に区切る場合も、締切り壁等に窓を開設する等
して、バラスト水の水圧はすべてのタンクに共
通するように構成する。

＜＞発明の効果本発明は以上説明したようになるので次のよう
な効果を期待することができる。

(イ) 構造物内の上部に一定の空間を設けるように
内部高さを設定し、予想される結氷高さの構造
物の内壁にテーパーをつけて上部を広くした。

従つて構造物内の内圧や氷盤の膨張が発生し
ても氷盤が上に移動してしまうので、構造物が
バラスト水の結氷に何等影響を受けることのな
いよう構成した。

従つて結氷を防止する必要がないので、バラ
スト水全体のヒーテイングを行わずにすむので
コストの大幅な節減をはかることができる。

(ロ) 構造物内の側壁に傾斜突設部を設けて、傾斜
面を形成した。

このため、垂直方向に対する傾斜面の傾斜角
度を大きく採る場合においても、傾斜面下方の
側壁が厚くなることはなく、側壁を適切な壁厚
に設けることができる。

したがつて、構造物の重量を不必要に大きく
することなく構造物を構築することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明の構造物の斜視図、第２図：傾
斜面による氷盤の滑りの説明図、第３図の傾斜角
と側壁の壁厚の説明図、第４図：その他の実施例
の説明図。１：構造物、１１：傾斜面。

Claims

【特許請求の範囲】１収容するバラスト水の予想水面位置の上方に
空間を設け、側壁の内面に突設部を設け、前記突設部には下方から上方に向けて広がるテ
ーパーを付けた傾斜面を形成し、前記予想水面位置が傾斜面の上端部と下端部と
の間に位置する様に構成することを特徴とする、凍結水域における構造物。