JPH0941706A - Stainless steel tank and design method therefor - Google Patents
Stainless steel tank and design method thereforInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水などの液体を貯
留するためのステンレス槽にかかり、特に直方形であっ
て比較的大型のステンレス槽及びその設計方法の改良に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stainless steel tank for storing a liquid such as water, and more particularly to an improved rectangular and relatively large stainless steel tank and a method for designing the same.
【0002】[0002]
【背景技術】直方形の大型ステンレス槽,例えば浄水場
で使用されるステンレス水槽は、寸法が1[m]×1
[m],あるいは1[m]×2[m]などのステンレス
による壁パネルを多数直方形に接合して組み立てられ
る。Background Art A large rectangular stainless steel tank, for example, a stainless water tank used in a water purification plant, has a size of 1 [m] x 1
A large number of wall panels made of stainless steel such as [m] or 1 [m] × 2 [m] are joined in a rectangular parallelepiped shape to be assembled.
【0003】従来の設計方法の手順を図8を参照して説
明すると、まず、壁パネルに対しては、貯水の重量や地
震などによって静的水圧及び動的水圧が作用するが、こ
れらを静的荷重に置き換える(同図,ステップSA)。
また、床パネルに対しては、水重量及び動的水圧が作用
するが、これらを同様に静的荷重に置き換える(ステッ
プSB)。そして、それらの置き換えた静的荷重から、
各パネルにおける最大応力と変形量を計算する(ステッ
プSC)。次に、それらの計算値から各パネルの厚さを
決める(ステップSD)。すなわち、各パネルの最大応
力がステンレス材の許容応力度より小さく、なおかつ、
各パネルの変形量が許容値よりも小さくなるように、各
パネルの厚さを決める。The procedure of the conventional design method will be described with reference to FIG. 8. First, static water pressure and dynamic water pressure act on the wall panel due to the weight of stored water, an earthquake, etc. It is replaced with a static load (step SA in the figure).
Further, the water weight and the dynamic water pressure act on the floor panel, and these are similarly replaced with the static load (step SB). And from those replaced static loads,
The maximum stress and the amount of deformation in each panel are calculated (step SC). Next, the thickness of each panel is determined from these calculated values (step SD). That is, the maximum stress of each panel is smaller than the allowable stress level of the stainless steel material, and
The thickness of each panel is determined so that the amount of deformation of each panel becomes smaller than the allowable value.
【0004】次に、以上のようにして厚さが決定された
壁パネルを接合して水槽を組み立てる。このとき、組み
立てた水槽が内部に貯留した水によって外側に膨らみ出
さないように、引張り部材によって各パネルを支持する
(ステップSE)。引張り部材の配置間隔は、壁パネル
の寸法と同じになるため、水槽内部にジャングルジムの
ように引張り部材が配置されることとなる。なお、引張
り部材を更に支持するため、腹起し材や火打ち材が必要
に応じて設けられる。Next, the wall panels whose thickness has been determined as described above are joined to assemble a water tank. At this time, each panel is supported by the tension member so that the assembled water tank does not bulge outward due to the water stored therein (step SE). Since the arrangement intervals of the tension members are the same as the dimensions of the wall panel, the tension members are arranged inside the water tank like a jungle gym. In addition, in order to further support the pulling member, an uprising material or a fired material is provided as needed.
【0005】図9には、かかる従来の設計方法によって
設計されたステンレス水槽の一部が概略示されている。
同図に示すように、壁パネル100は、内部に構築され
たあたかもジャングルジムのような引張り力を負担する
骨組み102によってそれらパネルに作用する力に抵抗
する構造になっている。骨組み102は、水平方向に壁
パネル100を引っ張る骨組み104と、それらを垂直
方向に支持するための骨組み106(一部のみ図示)を
中心に構成されている。FIG. 9 schematically shows a part of a stainless water tank designed by such a conventional design method.
As shown in the figure, the wall panel 100 has a structure that resists a force applied to the panels by a frame 102 that bears a tensile force such as jungle gym built inside. The skeleton 102 is mainly composed of a skeleton 104 that pulls the wall panel 100 in the horizontal direction and a skeleton 106 (only part of which is shown) for supporting them in the vertical direction.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来
は、壁パネルの設計から出発し、その後、それを支持す
るように全体の引張り部材の骨組みが決定されてゆく。
すなわち、水圧や地震力を静的荷重に置き換えた外力を
パネル壁で抵抗し、その壁が倒壊するのをジャングルジ
ムのような骨組みで引張って防ごうとする設計方法であ
る。As described above, conventionally, the design of the wall panel is started, and thereafter, the framework of the entire tension member is determined so as to support the wall panel.
That is, it is a design method in which an external force obtained by replacing hydraulic pressure or seismic force with a static load is resisted by a panel wall and the wall is prevented from collapsing by being pulled by a skeleton such as a jungle gym.
【0007】しかしながら、このような従来技術には、
次のような不都合がある。 (1)ジャングルジムような内部補強骨組みは、実際に
地震力が作用した場合、水平方向荷重,いわゆるせん断
力に十分には抵抗できない。今度発生した兵庫県南部大
地震(1995年1月17日)において鋼製あるいはコ
ンクリ−ト製門型の高速道路高架橋がせん断力によって
倒壊した事実が示すように、かかる従来の内部補強骨組
みでは、水平方向荷重に充分抵抗できない。However, in such a conventional technique,
There are the following inconveniences. (1) Internal reinforcing frames such as jungle gym cannot fully resist horizontal load, so-called shear force, when seismic force is actually applied. As the fact that the steel or concrete gate-type highway viaduct collapsed due to shear forces in the next Hyogoken Nanbu Earthquake (January 17, 1995), the conventional internal reinforcement frame It cannot resist horizontal load sufficiently.
【0008】(2)その骨組みに対する構造計算は、図
10に示すように、それぞれの引張り部材110が負担
すると考えられる壁パネル112に作用する静的荷重
(図中の斜線部分に作用する荷重)を引張り部材110
で支えようとする考えに基づいており、あくまでも両端
単純支持部材であるとの仮定に基づいて強度計算を行っ
ており、過大に安全側の結果を与えると考えられる。(2) As shown in FIG. 10, in the structural calculation for the frame, the static load acting on the wall panel 112 which is considered to be borne by each tension member 110 (the load acting on the shaded portion in the figure). The pulling member 110
The strength calculation is based on the assumption that it is a simple support member at both ends, and it is thought that it will give an excessively safe result.
【0009】(3)水槽内における作業空間が狭く、作
業能率が悪い。 (4)直方形のため、隅角部分,すなわちコ−ナ−部分
が強度的に弱い。このため、コ−ナ−部分の強度を高め
るために、多量の補強部材を必要とする。 (5)壁パネル材料の強度をベ−スとする設計手法のた
め、設計可能な水槽の規模は500ton程度が限度と
なっている。しかし、最近は、それ以上の容量の水槽が
求められており、大容量水槽の設計手法が要望されてい
る。(3) The work space in the water tank is narrow and the work efficiency is poor. (4) Since it is rectangular, the corners, that is, the corners, are weak in strength. For this reason, a large amount of reinforcing member is required to increase the strength of the corner portion. (5) Since the design method is based on the strength of the wall panel material, the maximum designable tank size is about 500 tons. However, recently, a water tank having a larger capacity is required, and a designing method for a large-capacity water tank is desired.
【0010】本発明はかかる点に着目したもので、大地
震などの外力に強く、作業性も良好で、また、大水槽の
設計も可能とするステンレス槽及びその設計方法を提供
することを目的とするものである。The present invention focuses on such points, and an object thereof is to provide a stainless steel tank which is strong against external force such as a large earthquake, has good workability, and enables the design of a large water tank, and a design method thereof. It is what
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、まず、槽内に大フレームの骨組みを構
築するとともに、有限要素法を用いてその構造解析が行
われる。この大フレームの構造解析は、その構成部材が
軸力と曲げ両荷重に抵抗でき、なおかつ、大フレーム全
体を一括して解析するために、槽内骨組みの実状に則し
ており、過大に安全な結果をもたらすことがないと考え
られる。構造解析に当っては、作業空間を確保できるよ
うに大フレームが配置され、大地震などの外力を考慮し
た解析が行われる。そして、大フレームの設計の後に、
外壁となる壁パネル及び補剛ツバの設計が行われる。コ
ーナー部には、強度を考慮して1/4円筒パネルが配置
される。この発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、
次の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。In order to achieve the above object, according to the present invention, first, a large-frame framework is constructed in a tank, and its structural analysis is performed using the finite element method. The structural analysis of this large frame is based on the actual condition of the internal framework of the tank in order to analyze the entire large frame at a time, and the structural members can withstand both axial force and bending load. It is thought that it will not bring about such a result. In structural analysis, a large frame is placed so as to secure a working space, and analysis is performed in consideration of external forces such as a large earthquake. And after the design of the large frame,
The design of the wall panel and the stiffening brim that will be the outer wall is performed. A quarter cylinder panel is arranged in the corner portion in consideration of strength. The above and other objects, features and advantages of the present invention are
It will be apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to Examples.
【0013】図1には、本発明の設計方法によって設計
されたステンレス水槽の一例が示されている。同図にお
いて、水槽本体10の側面には、縦×横=1[m]×2
[m]の大きさの壁パネル12が上下に5個,左右に3
個接合されている。また、コーナー部には、縦×横=1
[m]×1[m]の大きさの壁パネル14及び1/4円
筒パネル16が上下に5個づつ接合されている。また、
最上段には、縦×横=0.5[m]×1[m]の8個の
壁パネル18及び2個の1/4円筒パネル20が接合さ
れている。天井側には天井パネル21,床側には床パネ
ル(図示せず)が接合されている。これらのパネルによ
って構成された水槽本体10は、全体が基礎23上に設
けられている。FIG. 1 shows an example of a stainless water tank designed by the design method of the present invention. In the figure, on the side surface of the water tank body 10, the length × width = 1 [m] × 2
5 [m] -sized wall panels 12 vertically, 3 horizontally
Individually joined. Also, in the corner part, vertical x horizontal = 1
Five wall panels 14 each having a size of [m] × 1 [m] and one-quarter cylindrical panels 16 are vertically joined to each other. Also,
Eight wall panels 18 of length × width = 0.5 [m] × 1 [m] and two 1/4 cylindrical panels 20 are joined to the uppermost stage. A ceiling panel 21 is joined to the ceiling side, and a floor panel (not shown) is joined to the floor side. The aquarium body 10 composed of these panels is wholly provided on the foundation 23.
【0014】水槽本体10の底部分には、流入管24,
流出管26,越流管28,排水管30が設けられてお
り、天井部分には、マンホール32,通気口34,水位
計36,外梯子38が設けられている。At the bottom of the water tank body 10, an inflow pipe 24,
An outflow pipe 26, an overflow pipe 28, and a drain pipe 30 are provided, and a manhole 32, a vent 34, a water level gauge 36, and an outer ladder 38 are provided on the ceiling portion.
【0015】次に、以上のようなステンレス水槽の設計
方法についてその手順を説明する。 (1)大フレームの設計 図2には、その主要ステップが示されている。なお、以
下に示す水槽の設計の前提として、地盤の許容支持力の
検討,水槽の重量の検討,基礎スラブや基礎梁の検討設
計が行われる。Next, the procedure of the method for designing the above stainless steel tank will be described. (1) Design of large frame Figure 2 shows the main steps. As a prerequisite for the design of the water tank shown below, the allowable bearing capacity of the ground, the weight of the water tank, and the foundation slab and foundation beams will be studied and designed.
【0016】設計対象とする水槽内に、平面2方向(基
礎ばりに平行な1方向と垂直な1方向)に対して、2
[m]間隔に大フレ−ムを配置する(図2,ステップS
10)。この際、水槽架設中及び完成後における種々の
作業が効率的に行えるように、できるかぎり広い空間を
有する大フレ−ムとする。全ての大フレ−ム部材は、軸
力と曲げの両方に抵抗できる剛接合部材として設計され
る。図3には、水槽本体10を天井側から見たときの大
フレームの配置の様子が示されている。同図にハッチン
グで示すように、大フレーム40は縦及び横の方向に等
間隔で配置されている。なお、同図に点線で示すもの
は、1/4円筒パネル16を安定させるための用心フレ
ーム42である。In the water tank to be designed, two plane directions (one direction parallel to the foundation beam and one direction perpendicular to it)
Large frames are arranged at intervals of [m] (FIG. 2, step S).
10). At this time, a large frame having a space as large as possible is provided so that various works can be efficiently performed during the construction of the water tank and after completion. All large frame members are designed as rigid joint members that can resist both axial forces and bending. FIG. 3 shows how the large frame is arranged when the water tank body 10 is viewed from the ceiling side. As shown by hatching in the figure, the large frames 40 are arranged at equal intervals in the vertical and horizontal directions. In addition, what is shown by a dotted line in the figure is a caution frame 42 for stabilizing the quarter-cylindrical panel 16.
【0017】例えば、寸法が幅×奥行き×高さ=10
[m]×10[m]×5.5[m]の水槽を2[m]×
10[m]×5.5[m]のセグメントに分割し、各セ
グメントに作用する水圧・水重量に抵抗できる大フレー
ム構造を考える。なお、設計に当っては、水槽内の水が
天井板高さまで充満していると仮定することで、水圧・
水重量を安全側に採用する。For example, the dimensions are width × depth × height = 10.
[M] × 10 [m] × 5.5 [m] water tank 2 [m] ×
Consider a large frame structure that can be divided into 10 [m] x 5.5 [m] segments and can resist the water pressure and water weight acting on each segment. In the design, assuming that the water in the tank fills up to the ceiling plate height,
Adopt water weight on the safe side.
【0018】図4には、図3の矢印F1方向から見た水
槽本体10の内側の一部が示されており、図5には図4
の#5−#5線に沿って矢印方向に見た内部が示されて
いる。これらの図に示すように、本実施例では2[m]
間隔で大フレーム40が配置される。図4中、ハッチン
グで示す骨組みの全体が大フレーム40である。図示の
例では、大フレーム40は、水平方向部材40A〜40
E,垂直方向部材40F〜40H,筋交い部材40I〜
40Kを含んでいる。FIG. 4 shows a part of the inside of the water tank body 10 as seen from the direction of arrow F1 in FIG. 3, and FIG.
The interior viewed from the # 5- # 5 line in the direction of the arrow is shown. As shown in these figures, in this embodiment, 2 [m]
The large frames 40 are arranged at intervals. In FIG. 4, the entire frame shown by hatching is the large frame 40. In the illustrated example, the large frame 40 includes the horizontal members 40A to 40A.
E, vertical members 40F-40H, brace members 40I-
Includes 40K.
【0019】このような大フレ−ム40の強度及び変形
量を有限要素法で構造解析する(ステップS12)。こ
のとき、大フレ−ム40を例えば数十から数百個の有限
要素に分割して、有限要素法による構造解析を行う。例
えば、有限要素(構造要素)として、軸力・せん断力・
曲げモーメントに抵抗できる1節点3自由度の曲げ部材
要素を用いる。次に、水槽璧及び水槽床に作用する静的
水圧,動的水圧,水重量を、大フレ−ム40に作用する
節点荷重に置き換える(ステップS14)。例えば、図
4中に示す節点H1〜H5について荷重条件の数値例を
示すと、次の表1のようになる。同表中、Xは図4の左
右方向,Yは図4の上下方向に対応する。また、Mは回
転方向であり、Eは10の乗数を表わす。他の節点につ
いても、同様に求めることができる。The strength and the amount of deformation of the large frame 40 are structurally analyzed by the finite element method (step S12). At this time, the large frame 40 is divided into, for example, tens to hundreds of finite elements, and structural analysis is performed by the finite element method. For example, as finite elements (structural elements), axial force, shear force,
A bending member element having one node and three degrees of freedom capable of resisting a bending moment is used. Next, the static water pressure, dynamic water pressure, and water weight acting on the water tank wall and the water tank floor are replaced with the nodal load acting on the large frame 40 (step S14). For example, a numerical example of the load condition for the nodes H1 to H5 shown in FIG. 4 is shown in Table 1 below. In the table, X corresponds to the horizontal direction in FIG. 4 and Y corresponds to the vertical direction in FIG. Further, M is the direction of rotation, and E is a multiplier of 10. The other nodes can be similarly obtained.
【0020】[0020]
【表1】 [Table 1]
【0021】次に、前記ステップS12の有限要素解析
によって求められた各有限要素の最大応力及び変形量が
フレ−ム材の許容値より小さくなるように、各有限要素
の断面特性を比定する(ステップS16)。具体的に
は、1つの曲げ部材要素の剛性方程式から曲げ部材要素
の始点と終点の合応力を計算し、道路橋示方書に規定さ
れる、座屈現象を考慮し低減された許容応力を越えない
という条件下で、大フレーム構造の各部材寸法を決定す
る。例えば、図4中に示す部材B1〜B5について構造
解析結果の数値例を示すと、表2のようになる。他の部
材についても、同様に求めることができる。Next, the sectional characteristics of each finite element are determined so that the maximum stress and the amount of deformation of each finite element obtained by the finite element analysis in step S12 are smaller than the allowable values of the frame material. (Step S16). Specifically, the total stress at the start and end points of the bending member element is calculated from the stiffness equation of one bending member element, and the allowable stress that is reduced considering the buckling phenomenon specified in the road bridge specification is exceeded. The dimensions of each member of the large frame structure are determined under the condition that there is none. For example, Table 2 shows numerical values of the structural analysis results for the members B1 to B5 shown in FIG. The same can be obtained for other members.
【0022】[0022]
【表2】 [Table 2]
【0023】この表2の値から、各部材要素の部材力を
応力レベルに換算し、合応力が上記の許容応力を超過し
ているかどうかを調べると、表3のようになる。同表に
おいて、合応力が許容応力を超過しているときは、合応
力の数値が1.0以上となるが、同表の例ではそのよう
な部材は見当たらない。他の部材についても、同様の数
値を求め、同様に合応力を調べる。この結果から、大フ
レーム40を構成する各部材の断面特性が決定される。
例えば、部材B1としては、縦×横×厚み=80×40
×3mmの[字形鋼(チャンネル形鋼)が用いられる。
部材B3としては、縦×横×厚み=20×20×3mm
のL字形鋼(アングル形鋼)が用いられる。From the values shown in Table 2, the member force of each member element is converted into a stress level, and it is shown in Table 3 whether or not the total stress exceeds the above allowable stress. In the table, when the total stress exceeds the allowable stress, the numerical value of the total stress is 1.0 or more, but no such member is found in the example of the same table. Similar values are obtained for the other members, and the resultant stress is similarly examined. From this result, the cross-sectional characteristics of each member forming the large frame 40 are determined.
For example, as the member B1, length × width × thickness = 80 × 40
× 3 mm [shaped steel (channel steel) is used.
As the member B3, length × width × thickness = 20 × 20 × 3 mm
L-shaped steel (angle steel) is used.
【0024】[0024]
【表3】 [Table 3]
【0025】(2)壁パネル及び補剛ツバの設計 次に、水槽璧を構築するため、壁パネル12,14,1
6,18,20及び補剛ツバ50を設計する。本実施例
では、凸形状の壁パネルを強度的に等価な板厚を持つ平
板とみなして設計が行われる(ステップS18)。壁パ
ネル12〜20には、通常、強度向上のために凹凸のプ
レス加工が施されているが、壁パネルの板厚を決定する
ためには平板と仮定した方が好都合である。そこで、板
厚の計算は平板として行い、次に強度的に等価な凸変形
パネルを選定するようにする。(2) Design of wall panel and stiffening brim Next, in order to construct an aquarium wall, the wall panels 12, 14, 1
6, 18, 20 and stiffening collar 50 are designed. In this embodiment, the design is performed by regarding the convex wall panel as a flat plate having a plate thickness equivalent in strength (step S18). The wall panels 12 to 20 are usually subjected to uneven pressing to improve strength, but it is convenient to assume that they are flat plates in order to determine the plate thickness of the wall panels. Therefore, the plate thickness is calculated as a flat plate, and then a convexly deformed panel that is equivalent in strength is selected.
【0026】具体的には、凸変形加工が施された壁パネ
ルに対する水圧負荷試験を行うとともに、その結果と、
長方形板に等分布荷重が作用する場合の最大たわみと最
大曲げモーメントの関係式を利用して、凸変形加工パネ
ルと等強度を持つ平板の板厚を計算する。表4には、短
辺1[m],長辺2[m]のステンレス凸変形パネルに
対する水圧負荷試験の一例が示されている。この試験結
果を利用した演算から、凸変形パネルの等価平板厚は実
際の板厚の6〜7倍程度であることが判明した。別言す
れば、凸変形パネルを使用すれば、平板パネルの1/6
〜1/7程度の厚さのものでよいことになる。ここで
は、安全性を考慮して、等価平板厚が凸変形パネルの5
倍の厚さに相当すると仮定して設計を行う。なお、表4
中、残存値は、許容残存変形量を表わす。Specifically, a hydraulic load test is performed on the wall panel subjected to the convex deformation process, and the results are
Using the relational expression of the maximum deflection and the maximum bending moment when a uniform load is applied to a rectangular plate, the plate thickness of a flat plate having the same strength as the convexly deformed panel is calculated. Table 4 shows an example of a hydraulic load test for a stainless convex deformation panel having a short side of 1 [m] and a long side of 2 [m]. From the calculation using this test result, it was found that the equivalent flat plate thickness of the convex deformable panel is about 6 to 7 times the actual plate thickness. In other words, if a convex deformation panel is used, it will be 1/6 that of a flat panel.
A thickness of about 1/7 is sufficient. Here, in consideration of safety, the equivalent flat plate thickness is 5
Design is performed assuming that the thickness is twice as thick. Table 4
The medium and residual values represent the allowable residual deformation amount.
【0027】[0027]
【表4】 [Table 4]
【0028】次に、本実施例では、図4〜図6に示すよ
うに、大フレーム40間に所定の間隔で補剛ツバ50が
設けられる。そして、この補剛ツバ50に対して壁パネ
ル12〜20が支持される。設計に当っては、壁パネル
12〜20を、大フレ−ム40に対する接合箇所では単
純支持,補剛ツバ50の部分では弾性支持された等価な
平板と仮定する(ステップS18)。そして、水圧(静
的荷重),地震(動的荷重)が作用した場合、その最大
たわみ量及び最大応力が許容値以内になるように、壁パ
ネル12〜20の板厚と補剛ツバ50の断面寸法の最適
な組み合わせ(経済的に最も安価となると考えられる組
み合わせ)を算出する(ステップS20)。この結果、
長方形の壁パネルは通常縦配置(縦長配置)となるが、
本設計法では横配置(横長配置)となる。表5には、剛
度比(等価平板の曲げ剛度と補剛ツバの曲げ剛度の比)
と、等価平板の最大たわみ及び最大曲げモーメントとの
関係の一例が示されている。Next, in this embodiment, as shown in FIGS. 4 to 6, stiffening collars 50 are provided between the large frames 40 at predetermined intervals. The wall panels 12 to 20 are supported by the stiffening brim 50. In the design, it is assumed that the wall panels 12 to 20 are equivalent flat plates that are simply supported at the joints to the large frame 40 and elastically supported at the stiffening collar 50 (step S18). Then, when water pressure (static load) or earthquake (dynamic load) acts, the plate thickness of the wall panels 12 to 20 and the stiffening brim 50 are adjusted so that the maximum deflection amount and the maximum stress are within the allowable values. The optimum combination of cross-sectional dimensions (combination considered to be economically cheapest) is calculated (step S20). As a result,
Rectangular wall panels are usually placed vertically (vertically),
In this design method, the layout is horizontal (horizontally long). Table 5 shows the rigidity ratio (ratio of bending rigidity of equivalent flat plate and bending rigidity of stiffening collar).
And an example of the relationship between the maximum deflection and the maximum bending moment of the equivalent flat plate are shown.
【0029】[0029]
【表5】 [Table 5]
【0030】次に、壁パネル12〜20の厚さと補剛ツ
バ50の断面寸法を決定する。各パネルには、深さに応
じた水圧が作用する。つまり、三角形水圧分布荷重の部
分荷重である台形分布荷重が作用する。しかし、ここで
は、台形分布荷重の平均値に等しい等分布荷重が補剛ツ
バ50で支持された壁パネル12〜20に作用すると仮
定する。前記表4に示した実験結果によれば、ステンレ
ス製パネルの許容最大たわみ量は静的荷重に対して11
[mm],動的荷重に対して15[mm]である。ま
た、許容応力度は静的荷重に対して1400[kg/c
m2]、動的荷重に対して2000[kg/cm2]であ
る。従って、これらの制約条件を満足し、極力経済的な
壁パネル12〜20の厚さと補剛ツバ50の断面寸法を
決定する。一例を挙げると、表6のようになる。同表
中、パネルの段数は、水槽10の天井側から数えた段数
である。Next, the thickness of the wall panels 12 to 20 and the cross-sectional dimension of the stiffening collar 50 are determined. Water pressure depending on the depth acts on each panel. That is, a trapezoidal distributed load, which is a partial load of the triangular hydraulic pressure distributed load, acts. However, it is assumed here that a uniformly distributed load equal to the mean value of the trapezoidal distributed load acts on the wall panels 12-20 supported by the stiffening collar 50. According to the experimental results shown in Table 4, the maximum allowable deflection of the stainless steel panel is 11 with respect to the static load.
[Mm] and 15 [mm] for the dynamic load. The allowable stress is 1400 [kg / c for static load.
m 2 ], and 2000 [kg / cm 2 ] with respect to the dynamic load. Therefore, the thickness of the wall panels 12 to 20 and the cross-sectional dimension of the stiffening brim 50 that satisfy these constraints are determined as economically as possible. Table 6 shows an example. In the table, the number of steps of the panel is the number of steps counted from the ceiling side of the water tank 10.
【0031】[0031]
【表6】 [Table 6]
【0032】なお、この表6に示されている補剛ツバ5
0の必要断面2次モーメントは、パネルを単一板と考え
た場合の値である。実際には、各段のパネルは接続され
ているので、パネル接続部分の補剛つば50の剛度は隣
接するパネル双方で必要とされる剛度の和となる。な
お、一般に市販されている部材を使用すれば、コスト的
に有利であるので、実際上は表6に示した条件に近似す
る断面2次モーメントを持つ市販部材を用いるようにす
ればよい。The stiffening collar 5 shown in Table 6 is used.
The required second moment of area of 0 is a value when the panel is considered as a single plate. In practice, since the panels of each stage are connected, the stiffness of the stiffening collar 50 at the panel connection portion is the sum of the stiffnesses required by both adjacent panels. In addition, since it is advantageous in terms of cost to use a member that is generally commercially available, in practice, a commercially available member having a second moment of area close to the conditions shown in Table 6 may be used.
【0033】(3)大フレーム部材間の接合 更に本実施例では、上述した大フレーム構造(床板下の
部材も含む)が確実に軸力と曲げモーメントを伝達する
ため、大フレーム構造の部材間の接合部にも工夫が施さ
れている。上述した従来の設計手法では、ジャングルジ
ムを構成する部材間の接合部については、格別な強度設
計はなされておらず、スポット溶接で単純に接合されて
いるのみである。つまり、ジャングルジムの形態を維持
するためだけの溶接となっている。(3) Joining between large frame members Further, in the present embodiment, since the large frame structure (including members under the floor plate) described above reliably transmits the axial force and the bending moment, the members of the large frame structure are connected to each other. The joint is also devised. In the above-described conventional design method, no special strength design is made for the joints between the members that make up the jungle gym, and they are simply joined by spot welding. In other words, it is welding only to maintain the shape of the jungle gym.
【0034】これに対し、本実施例では、軸力と曲げモ
ーメントが確実に伝達されるように、橋梁用部材のガセ
ットが用いられており、ガセットの寸法及び溶接長に対
しては、強度及び構造計算を行っている。図7には、主
要なガセット接合部分が拡大して示されている。同図
(A)には、図4のPAからPBに至る部分が拡大して
示されており、図7(A)左側では大フレーム部材40
Bがガセット60Aに接合し、右側では大フレーム部材
40B,40G,40I,40Jがガセット60Bに接
合している。On the other hand, in this embodiment, the gusset of the bridge member is used so that the axial force and the bending moment are reliably transmitted. Structural calculation is performed. The major gusset joints are shown enlarged in FIG. FIG. 7A is an enlarged view of a portion from PA to PB in FIG. 4, and the large frame member 40 is shown on the left side of FIG. 7A.
B is joined to the gusset 60A, and on the right side, the large frame members 40B, 40G, 40I, 40J are joined to the gusset 60B.
【0035】図7(B)には、図5のPCからPDに至
る部分が拡大して示されており、図7(B)左側では大
フレーム部材40Lがガセット60Cに接合し、右側で
は大フレーム部材40L,40Mがガセット60Dに接
合している。図7(C)には、図4のPEの部分が拡大
して示されており、大フレーム部材40E,40F,4
0Kがガセット60Eに接合している。FIG. 7B is an enlarged view of the portion from PC to PD in FIG. 5. The large frame member 40L is joined to the gusset 60C on the left side of FIG. 7B, and the large frame member 40L is large on the right side. The frame members 40L and 40M are joined to the gusset 60D. In FIG. 7C, the PE portion of FIG. 4 is shown in an enlarged manner, and the large frame members 40E, 40F, 4
0K is joined to the gusset 60E.
【0036】以上のように、本実施例の設計方法によれ
ば、曲げ力と軸力を負担できる材料を用いて構築した大
フレ−ムから設計が出発し、弾性支持された等価平板と
みなした壁パネルの経済設計に至る。つまり、上述した
従来技術と全く逆の設計プロセスとなっている。このた
め、次のような利点が得られる。As described above, according to the design method of this embodiment, the design starts from a large frame constructed using a material capable of bearing bending force and axial force, and is regarded as an elastically supported equivalent plate. Leading to the economical design of wall panels. That is, the design process is completely opposite to the above-mentioned conventional technique. Therefore, the following advantages can be obtained.
【0037】(1)水圧や地震力を大フレ−ムに作用す
る節点荷重に置き換え、有限要素法によって大フレ−ム
が設計されている。このため、従来のジャングルジム構
造の内部補強部材が単に引張り力のみを負担できるのに
対し、大地震における負荷にも抵抗できるようになる。(1) The large frame is designed by the finite element method by replacing the water pressure and the seismic force with the nodal load acting on the large frame. Therefore, while the conventional internal reinforcing member having the jungle gym structure can only bear the tensile force, it can also resist the load in a large earthquake.
【0038】(2)コ−ナ−部に1/4円筒パネルを使
用するとともに、用心フレームを各コーナー間に設ける
こととしたので、コ−ナ−部においても大フレ−ム構造
を維持でき、従来の直方形と比較して強度が向上する。
また、外的美観にも優れている。なお、本実施例は、従
来の矩形水槽と円筒水槽の中間に位置するものと考える
ことができる。(2) Since the 1/4 cylindrical panel is used in the corner portion and the precautionary frame is provided between the corners, the large frame structure can be maintained even in the corner portion. The strength is improved as compared with the conventional rectangular parallelepiped.
It also has an excellent external appearance. It should be noted that the present embodiment can be considered to be located between the conventional rectangular water tank and the cylindrical water tank.
【0039】(3)設計時に、広い空間を有する大フレ
−ムを用いるようにすれば、良好な作業空間を確保する
ことができる。(3) If a large frame having a wide space is used at the time of design, a good working space can be secured.
【0040】(4)ステンレス槽については、骨組や壁
パネルを一体として考えた構造設計手法は未だ確立され
ているわけではない。従来の壁パネルから骨組(ジャン
グルジム)に至る設計方法は、静的・動的荷重に対して
壁パネルがどれだけ耐え得るかという設計方法であり、
壁パネル及び骨組の全体の構造設計については何ら検討
されておらず、多分に経験的な判断要素が大きい。つま
り、実際に水槽を作ってみて水をいれ、水槽が壊れるか
どうかという実験を行っているのが実状である。このた
め、容量が小さいものであればよいが、大きな水槽の設
計には不向きである。しかし、本実施例によれば、パネ
ルからではなくフレ−ムから設計を行うため、2000
ton程度の水槽の設計も可能となる。(4) Regarding the stainless steel tank, the structural design method considering the frame and the wall panel as one body has not been established yet. The conventional design method from the wall panel to the skeleton (jungle gym) is how much the wall panel can withstand static and dynamic loads.
No consideration has been given to the overall structural design of the wall panel and frame, and the empirical judgment factor is probably large. In other words, the actual situation is that we actually make a water tank, fill it with water, and then conduct an experiment to see if the water tank will break. Therefore, a small capacity is sufficient, but it is not suitable for designing a large tank. However, according to the present embodiment, since the design is performed not from the panel but from the frame, 2000
It is also possible to design a water tank of about ton.
【0041】(5)大フレーム部材の接合部分にガセッ
トを用いているので、軸力や曲げモーメントが確実に伝
達されて、外力に対して良好な強度を得ることができ
る。(5) Since the gusset is used in the joint portion of the large frame member, the axial force and the bending moment are surely transmitted, and good strength against external force can be obtained.
【0042】この発明には数多くの実施の形態があり、
以上の開示に基づいて多様に改変することが可能であ
る。例えば、次のようなものも含まれる。 (1)前記実施例では、大フレ−ムを2[m]間隔の配
置としたが、配置間隔は、必要に応じて増減してよい。 (2)前記実施例は、本発明を水槽に適用した場合のも
のであるが、他の液体などの貯留などにも適用可能であ
る。 (3)前記実施例中に示した数値も一例であり、何らそ
れらに限定されるものではない。The present invention has numerous embodiments,
Various modifications can be made based on the above disclosure. For example, the following is also included. (1) In the above embodiment, the large frames are arranged at intervals of 2 [m], but the arrangement intervals may be increased or decreased as necessary. (2) Although the above-mentioned embodiment applies the present invention to a water tank, it can also be applied to the storage of other liquids. (3) The numerical values shown in the above embodiments are also examples, and the present invention is not limited thereto.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、骨組みである大フレームから設計を行い、その後パ
ネルの設計を行うこととしたので、大地震などの外力に
強く、作業性も良好で、また、大水槽の設計も可能とな
るという効果が得られる。As described above, according to the present invention, the frame is designed from the large frame and then the panel is designed. Therefore, the panel is strong against external force such as a large earthquake and the workability is good. In addition, the effect that it is possible to design a large water tank can be obtained.
【図1】本発明によるステンレス槽の一実施例を示す側
面図である。FIG. 1 is a side view showing an embodiment of a stainless steel tank according to the present invention.
【図2】前記ステンレス槽の設計方法の手順を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a procedure of a method for designing the stainless steel tank.
【図3】前記ステンレス槽の平面からみた大フレームを
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a large frame as seen from a plane of the stainless steel tank.
【図4】図3のF1方向からみた大フレームを示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing a large frame as seen from the direction F1 in FIG.
【図5】図4の#5ー#5線に沿って矢印方向にみた図
である。5 is a view taken along line # 5- # 5 in FIG. 4 as seen in the direction of the arrow.
【図6】大フレームと補剛ツバと壁パネルの関係を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a large frame, a stiffening brim, and a wall panel.
【図7】大フレームの部材間のガセット接合部分を示す
図である。FIG. 7 is a view showing a gusset joint portion between members of a large frame.
【図8】従来の設計方法の手順を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a procedure of a conventional design method.
【図9】従来のステンレス水槽の内部を示す部分斜視図
である。FIG. 9 is a partial perspective view showing the inside of a conventional stainless water tank.
【図10】従来のステンレス水槽の内部を示す部分斜視
図である。FIG. 10 is a partial perspective view showing the inside of a conventional stainless steel water tank.
10…水槽本体 12,14,16, 18,20…壁パネル 23…基礎 24…流入管 26…流出管 28…越流管 30…排水管 32…マンホール 34…通気口 36…水位計 38…外梯子 40…大フレーム 42…用心フレーム 50…補剛ツバ 60…ガセット 10 ... Water tank main body 12, 14, 16, 18, 20 ... Wall panel 23 ... Foundation 24 ... Inflow pipe 26 ... Outflow pipe 28 ... Overflow pipe 30 ... Drain pipe 32 ... Manhole 34 ... Vent 36 ... Water level gauge 38 ... Outside Ladder 40 ... Large frame 42 ... Beware frame 50 ... Stiffening collar 60 ... Gusset
Claims (4)
を槽内部の空間に配置するステップ;大フレームを有限
要素法により構造解析して、最大応力及び変形量を算出
するステップ;槽壁及び槽床に作用する静的圧力,動的
圧力及び液重量を、大フレームに作用する節点荷重に置
き換えるステップ;前記最大応力及び変形量がフレーム
材の許容値より小さくなるように、各有限要素の断面特
性を比定するステップ;を含むことを特徴とするステン
レス槽の設計方法。1. A step of arranging a large frame serving as a framework of a stainless steel tank in a space inside the tank; a step of structurally analyzing the large frame by a finite element method to calculate maximum stress and deformation amount; tank wall and tank floor The static pressure, dynamic pressure and liquid weight acting on the frame are replaced by the nodal load acting on the large frame; the cross-sectional characteristics of each finite element so that the maximum stress and the amount of deformation are smaller than the allowable value of the frame material. A method for designing a stainless steel tank, the method comprising:
ともに、壁パネルを補剛ツバで弾性支持された平板と仮
定し、この平板に所定の荷重が作用したときの最大たわ
み量及び最大応力が許容値以内となるように、壁パネル
の板厚と補剛ツバの断面寸法を算出するステップ;を含
むことを特徴とする請求項1記載のステンレス槽の設計
方法。2. A stiffening brim is provided between the large frames, and the wall panel is assumed to be a flat plate elastically supported by the stiffening brim, and the maximum deflection amount and the maximum stress when a predetermined load acts on the flat plate. 2. The method for designing a stainless steel tank according to claim 1, further comprising the step of calculating the plate thickness of the wall panel and the cross-sectional dimension of the stiffening collar so that is within an allowable value.
たステンレス槽であって、 ステンレス槽の骨組みとなる大フレーム;この大フレー
ム間に設けられた補剛ツバ;この補剛ツバに設けられた
壁パネル;コーナー部に用いられた1/4円筒パネル;
この1/4円筒パネルを安定させるための用心フレー
ム;を備えたことを特徴とするステンレス槽。3. A stainless steel tank designed by the design method according to claim 2, wherein a large frame serving as a framework of the stainless steel tank; a stiffening brim provided between the large frames; Wall panel provided; 1/4 cylindrical panel used in the corners;
A stainless steel tank provided with a precautionary frame for stabilizing this quarter cylinder panel.
間の接合部分にガセットを用いたことを特徴とする請求
項3記載のステンレス槽。4. The stainless steel tank according to claim 3, wherein a gusset is used at a joint portion between members of the large frame and the precautionary frame.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21123395A JPH0941706A (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Stainless steel tank and design method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21123395A JPH0941706A (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Stainless steel tank and design method therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0941706A true JPH0941706A (en) | 1997-02-10 |
Family
ID=16602498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21123395A Pending JPH0941706A (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Stainless steel tank and design method therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0941706A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6473459B1 (en) | 1998-03-05 | 2002-10-29 | Kdd Corporation | Scene change detector |
-
1995
- 1995-07-27 JP JP21123395A patent/JPH0941706A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6473459B1 (en) | 1998-03-05 | 2002-10-29 | Kdd Corporation | Scene change detector |
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