JPS5924955B2 - 平底円筒タンク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜要旨の解説＞ この発明はタンクの側板下端に一体のアニユラープレー
トに補強を施して該平底円筒タンクの耐震性を高めるよ
うにした平底円筒タンクに関する発明であり、特に、該
アニユラープレート補強としてその上面に環状桁を固設
することにより該アニユラープレートの周方向断面二次
モーメントの増加を図るようにした平底円筒タンクに係
る発明である。

＜発明の理論的背景＞ ここでこの発明に係る理論的背景を開示すれば以下の通
りである。

周知の如く第１図に示す様な液体貯蔵タンク１に於ては
通常、側板２は一般に液圧による水平方向の静荷重ｓを
受ける。

これに対して地震等による横振動を受けた際には第２図
に示す様に上記側板２は地震力Ｅに対するタンク１の自
重、附帯設備等の慣性水平力、横振動に対する貯蔵液の
反慣性運動を介しての偏倚による動的な液圧力、又、そ
の他二重殻低温タンク等の場合はその断熱材等による慣
性水平力等が総乗されて動的な水平力Ｈがタンク１に働
き、その荷重分布は該第２図に示される様になる。

そして、それらの総合力は第３図に示す様ナょ水平力Ｈ
と、タンクに対する転倒慣性モーメントＭとして働く。
ここで、前記静荷重ｓに就いては、第４図に示す様にタ
ンク側板２下部と底部３との接合部、及び、その近傍で
は円筒と平板の異なる形状の取合に伴なう変形が生じ、
その荷重分布は第５、６図に示す様に、例えば、側板２
の底部接合部近傍では鉛直方向膜力Ｎｓ、前記静荷重ｓ
に対する側板２の底板３による拘束剪断力Ｑｏによつて
生ずる半径方向剪断力Ｑｓ、及び、側板２の底板３によ
る拘束曲げモーメントＭｏに対応する曲げモーメントＭ
ｓを受ける。

又、側板２と接合する底板３には上記Ｍｏに対する反力
Ｍｏ’及びＱｏに対する反力Ｑｏ’が負荷される。

他方、前記地震時の動的な液圧力れ’による場合は、第
７、８図に示す様な荷重分布を生ずる。

即ち、側板２に於ける任意の一点を取りその点を通る半
径と地震荷重方向との成す角度をθとすれば、前記鉛直
方向膜力Ｎｓと地震時転倒モーメント増加分ΔＮｓｃｏ
ｓθ、前記半径方向剪断力Ｑｓを主として動液圧による
増加分ΔＱｓｃＯｓθ及び、前記縦方向曲げモーメント
Ｍｓと地震時転倒モーメントによる増加分ΔＭ８ＣＯＳ
θが働く。更に、実際には地震時水平力Ｈが加わつてい
るが、水平力Ｈにより新たな内力として周方向剪断力Ｎ
ｓθが発生する。該周方向剪断力Ｎｓθは従来のタンク
設計においてはほとんど顧みられなかつた内力であるが
、タンクの大型化、地震条件の苛酷化に伴なつて無視し
得ない要素となりつつあり、この発明の主要因子を形成
させる主眼目とすることろであり、その分布は第８図に
示す様にＳｉｎ分布をしており、ほぼ９００方向で最大
値となることが想定される。

そして、タンク半径をＲとして、第３図に示す様にトー
タルな荷重Ｈ．Ｍと上記諸負荷（Ｎｓ、Ｍｓ．Ｑｓ．Ｎ
ｓθ）分布との関係はとなり、一般には右辺第１項が第
２項に比べてはるかに大きいため、主として地震時の転
倒モーメントＭは側板の鉛直方向膜力を発生させるもの
であると考えられる。

したがつて、現実にはタンクの転倒防止策としては、鉛
直方向力Ｎｓ＋ΔＮｓに対応するアンカーボルト４を設
置して上記転倒モーメントＭにバランスさせていた。

而るに、地震時水平力Ｈについては であり、右辺第２項（周方向剪断力増分の総和）が第１
項（半径方向剪断力増分の総相）に比べてはるかに大き
いにもかかわらず、従来タンク設計に当つては充分な考
慮がはられれていなかつた。

而して、上記周方向剪断力Ｎｓθは水平力Ｈが負荷され
る限り、側板に剪断変形を伴ないながら、測板上部から
下部へ伝達されるものであり、地震水平力Ｅがタンクに
負荷される限り、タンクの水平移動を如何に拘束しよう
が、側板に発生するもので、該側板に生じた上記周方向
剪断力Ｎｓθは側板、アニユラープレートの取合部を経
て底板にも伝わる。その際の、アニユラープレートの側
板取合部に於ける周方向剪断力の分布は第９図に示す様
に第８図の側板に於ける周方向剪断力と同様の傾向を示
し、′よぼ９００方向で最大となる。

又、付随的に該剪断力の増減に伴なつて第１０図に示す
様に周方向膜力（以下アニユラ一部のフープカと仮称す
る）の発生を見る。

この時、アニユラ一部のフープカは００方向で引張力、
１８０ラ方向で圧縮力である。

このような側板２からの剪断負荷伝達によつて上記アニ
ユラープレートにも第１１図に示す様に所謂「おむすび
形」の剪断変形が生じることは当然であり、底板も同様
に剪断変形をすることになる。

而も、上記アニユラ一部のフープカは側板に逆に伝達さ
れ、該側板のフープカを増加させる結果となり、側板々
厚を増加しなければ安全性が低下する相乗作用がある。

即ち、側板、アニユラープレートに於ける剪断応力の発
生に関しては、例えば、［コンビナート保安防災技術指
針」に述べられている如く最大剪断応力説による安全性
評価を行なうならば、許容剪断応力τａ、降伏応力σｙ
の関係はとなり、曲げの許容応力σａは であることを考慮すれば、従来の設計による側板、アニ
ユラープレート、底板の構造では曲げ設計を主体として
おり、より厳しい剪断設計を主体に考えた時充分な安全
性を有した設計配慮が取られていると認め難い。

そこで、上記平底円筒タンクに作用する地震時の負荷々
重の作用理論を元に従来技術に基づく平底円筒タンクを
勘案すると、タンク設計に当つて底板、就中、アニユラ
ープレート、側板に地震時に発生し、しかも、大きな荷
垂負荷となつている地震時水平力Ｈにより生ずる周方向
剪断力は考慮されていない構造上の欠点があり、該周方
向剪断力が著しく大きな場合にはタンクに既損を生ずる
危険のあることは勿論のこと、小さな場合でも繰り返し
荷重を受けることにより損傷を生じてタンク機能をマヒ
させる難点があつた。

く発明の目的〉 この発明の目的は上述従来技術に基づく平底円筒タンク
の耐震構造の問題点を解決すべき技術的課題とし、側板
に対する補強をすることなく、アニユラープレートに発
生する対フープカ増強の補強を施し、合理的な且つ理論
的設計により耐震性のある構造としてエネルギー産業に
おけるタンク利用分野における優れた平底円筒タンクを
提供せんとするものである。

〈発明の構成〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの発
明の構成は、平底円筒タンクが地震時に水平入力を受け
た際に側板、底板に生ずる該タンク内の貯蔵液、自重の
慣性荷重による水平力Ｈによつて生ずるタンク破壊危険
度に影響の大きな周方向剪断変形をアニユラープレート
の上面に設けた環状桁の部材にて吸収解消し、アニユラ
一部に於いては周方向剪断力を減少せしめ、或いは、生
じないようにして平底円筒タンクの耐震強度を高めるよ
うにした技術的手段を講じたものである。

く実施例一構成〉次に、この発明の実施例を第１２〜１
７図の図面に基づいて説明すれば以下の通りである。

第１２図に示す実施例に於て、平底円筒タンク５のアニ
ユラープレート６内周所定部位には耐度補強構造を成す
環状の補強桁７が所定間隔を介して垂立一体固設されて
おり、該補強桁７は第１３図に示す様に、周方向適宜間
隔を介してリブ８が側板９と該補強桁７との間に、或い
は、底板１３、又は、アニユラープレート６と該補強桁
７との間に固定介設されている。１２は基礎であつて底
板１３と平坦に接して相互に非拘束に設置されており、
１４は貯液である。

〈実施例一作用〉上述構成において、平底円筒タンク５
が地震時に際し水平入力を受けるとその側板９、アニユ
ラープレート６等には、前述の如くそれぞれ鉛直膜力、
半径方向剪断力、縦方向曲げモーメント、周方向剪断力
等が相互作用を伴なつて印加される。

就中、地震時水平力Ｈは側板９から底板１３に剪断変形
を伴なつて伝達されるが、これによつて生ずる周方向剪
断力、及び、剪断変形は地震入力方向に対してほぼ９０
及方向の位置にて最大となるが、この発明においてはア
ニユラープレート６に設けた上記補強桁７によつて側板
９下部とアニユラープレート６と補強桁７で構成される
部分の水平力曲げ剛性が著しく大きくされているため、
この増大された曲げ剛性の抵抗によつて側板９から底板
１３に伝達される剪断変形を拘束し、これによつて該補
強桁７より内側の底板１３の形状を地震時にも実質的に
円形に保ち、結果として所謂「おむすび状変形」を防止
することによつて剪断応力を低減することが出来る。し
たがつて、底板１３での周方向剪断力破壊に対する安全
度は低下せず、平底円筒タンク５は高い耐震性を持つよ
うになり、タンク全体として安全性が高まる。

尚、上述実施例の他の設計例を示せば、第１４図に示す
ものは環状の補強桁１５をア三エラープレート１６内周
端部に垂設し、リブ１７を側板１８、補強桁１５間に介
装した態様であり、第１５図に示す実施例は環状補強桁
１９をアニユラープレート２０の側板２１の外周に垂設
し、リブ２２を設けたものであり、又、第１６図に図示
する実施例は補強桁２３をタンク２４外部のアニユラー
プレート２５外周端部に垂設し側板２６との間にリブ２
７を介装した懸様であり、更に第１７図に示す実施例は
補強桁２８をアニユラープレート２９の側板３０を間し
た内外方に垂設し、リブ３１を設けた態様である。

又、この発明は土述実施例のドーム屋根タンクに限るも
のではなく、低温貯蔵タンク、及び、浮屋根タンクをも
含んだ平底円筒タンク一般に適用するものである。

く発明の効果〉 以上この発明によれば、アニユラープレートの上面に補
強桁を設けることにより地震時にタンク本体や貯蔵液の
慣性力によつてタンク自体に働く種々の荷重のうち特に
周方向剪断力を強度設計上の重要な要素として充分な設
計配慮を行なうことになり、アニユラープレートに環状
補強桁を垂設することにより該アニユラープレート部の
周方向断面二次モーメントを増加させ、上記地震時の平
底円筒タンク側板よりアニユラープレートに伝播される
周方向剪断力を著しく減少させることか出来、したがつ
て補強桁付近のアニユラープレート、及び底板に於ける
周方向剪断力による変形を極めて小さくし、その結果、
タンク破壊を防止してその強度を強めることが出来る優
れた効果が奏される。

又、例えば、アニユラープレートの板厚を厚くする等し
て同時にアニユラープレート底板に於けるアニユラ一部
フープカの低減を企り、００方向のアニユラ一部フープ
応力を低減させ、タンクの安全性を増加させる効果も奏
される。

よつて、側板に於ける荷重００方向に就いても上記アニ
ユラ一部フープカに伴なう側板フープカの増加を極力小
さくさせることが出来、側板の耐震強度の低下をも付随
的に防止することが可能となる効果が奏される。

加えて、タンク形状が円筒であるが故に、如何なる地震
方向に対しても上記耐震性を同様に発揮することが出来
る効果もある。

そしてアニユラープレートと基礎とは非拘束状態である
ため基礎は在来仕様で良い効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な平底円筒タンクの側板に働く液静荷重
の説明図、第２図はその地震時の説明図、第３図は地震
時のトータル荷重の説明図、第４図はアニユラ部の斜視
図、第５図は側板の任意の一点に働く静荷重、モーメン
トの説明図、第６図はアニユラ一部に於ける静荷重の説
明図、第７図は地震入力を与えた場合の側板の任意の一
点に働く荷重、モーメント説明図、第８図はそのうちの
周方向剪断力の作用説明図及び動液圧分布図であり、第
９図は周方向剪断力分布説明図、第１０図はアニユラ一
部フープカ分布説明図、そして、第１１図はアニユラー
プレート３の地震時の剪断変形説明図、第１２図以下は
この発明の実施例の説明図であり、第１２図は平底円筒
タンクの部分断面斜視図、第１３図はその底板、側板附
近の部分断面図、第１４〜１７図はそれぞれ他の実施例
を示す補強桁の取付説明断面図である。 １，５，２４・・・・・・平底円筒タンク、３，６，１
６，２０，２５，２９・・・・・・アニユラープレート
、７，８，１５，１７，１９，２２，２３，２７，２８
，３１・・・・・・耐震補強部材、７，１５，１９，２
３，２８・・・・・・環状桁、１２・・・・・・基礎。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 側板下端に一体のアニユラープレートが環状耐震補
   強部材を固設する平底円筒タンクにおいて、該耐震補強
   部材が環状桁であつて基礎上に非拘束に設けた上記アニ
   ユラープレートの上面に断面垂立に固設されてあること
   を特徴とする平底円筒タンク。