JP6323231B2 - プレストレストコンクリート構造物 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、液化天然ガスを貯蔵する二重殻式低温タンクの外槽に用いられるプレストレストコンクリート構造物に関する。

液化天然ガス（Liquefied Natural Gas 以下、ＬＮＧ）を貯留する大型の低温タンクは、コンクリート製の外槽と鋼製の内槽の間に断熱材を配した二重殻タンクで構成されている。このコンクリート製の外槽は、一般的にプレストレストコンクリート（Prestressed Concrete 以下、ＰＣ）で製造されている。

ＬＮＧの低温タンクの外槽は、ＬＮＧが内槽から漏洩した際に拡散を防止する防液堤となる。この外槽は、円板状の底版と円筒状の側壁を少なくとも有するプレストレストコンクリート構造物が知られており、以下の工程によって製造される。

先ず、地面に複数の基礎杭を構築して、この基礎杭に円板状の底版を剛結合する。次に、円筒状の側壁の内周面及び外周面を成形する型枠を、円板状の底版の周方向にわたって設置する。そして、この型枠内に、鉄筋を組むとともにシース管を水平方向と垂直方向に配置して型枠内に現場打ちによってコンクリートを打設して固化させる。これによって、側壁の高さ方向における一部を構成する環状のコンクリートユニットが成形される。そして、型枠を上方に移動させ、同様にして環状のコンクリートユニットを成形し、この工程を繰り返すことで円筒状の側壁を製造する。

そして、この側壁に埋め込まれたシース管には、ＰＣ鋼材が挿入されるとともに張力（以下、プレストレス）が付与され、その状態でグラウド材をシース管の内壁とＰＣ鋼材の間に充填する。これによって、ＰＣ鋼材は、コンクリートである円筒状の側壁と一体になるとともに雨水の影響によって腐食して損傷することが防止される。

以上に説明したプレストレストコンクリート構造物に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１がある。

特開平１０−２３８６９７号公報

しかしながら、前述したプレストレストコンクリート構造物は、円筒状の側壁を製造する過程でシース管を設置する必要があり手間を要していた。また、その後の工程において、ＰＣ鋼材をシース管へ挿入する工程と、プレストレスを導入する工程と、グラウド材をシース管に充填する工程と、シース管に関する工程が多く時間とコストが嵩んでいた。

そこで、本発明は、シース管に関する工程を減らして工期を短縮してコストを減らしたプレストレストコンクリート構造物を提供することを目的とする。

本発明は、緊張材によってコンクリート構造物にプレストレスを導入したプレストレストコンクリート構造物において、前記コンクリート構造物は、一本の緊張材が外周に対して斜めに交差するように巻きつけられることでプレストレスが導入されることを特徴としている。

前記緊張材は、防食性を有することが好ましい。

前記緊張材は、帯状であり、前記コンクリート構造物に発生する外力に応じて複数回巻きつけられることが好ましい。

前記コンクリート構造物は、低温液体を貯蔵する低温タンクの外槽であることが好ましい。

本発明によれば、シース管に関する工程を減らして工期を短縮してコストを減らすことができる。

ＬＮＧを貯蔵する低温タンクを斜め上方から視た斜視図である。 低温タンクを垂直方向に沿って断面した様子を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、低温タンクの外槽に緊張材を巻きつけていく様子を示した模式図である。 ＬＮＧが内槽から漏洩した際に側壁に生じる漏液圧と、緊張材によって導入されるプレストレスを示した側壁の断面図である。 第一から第四ステップまで巻きつけたのち、周方向に四分の一ずらして巻きつけた様子を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態例（以下、本実施例）を、図１〜５を参照しながら説明する。図１は、ＬＮＧを貯蔵する低温タンク１を斜め上方から視た斜視図である。図２は、低温タンクを垂直方向に沿って断面した様子を示す断面図である。なお、図２においては、緊張材８の断面を省略している。

本実施例では、プレストレストコンクリート構造物を、ＬＮＧを貯蔵する低温タンク１の外槽２で説明する。図１、図２に示すように、低温タンク１は、ＬＮＧを貯蔵する内槽３と、内槽３からＬＮＧが漏洩した際に拡散を防止する防液堤となる外槽２と、内槽３と外槽２の間に配される断熱材１２と、を備えている。

この低温タンク１の外槽２は、底版５と、側壁６（外周）と、屋根７と、を備えたコンクリート構造物で、緊張材８によってプレストレスが導入されるプレストレストコンクリート構造物である。

底版５は、コンクリート製の円板状の部材である。この底版５は、地面に埋め込まれた複数の基礎杭１０によって地面から所定の高さ位置に支持されている。

側壁６は、底版５の上でコンクリートによって製造され、低温タンク１の外槽２における側壁を構成する。この側壁６は、外周面と内周面を有した円筒形状である。この側壁６は、ＬＮＧが内槽３から漏洩した際にＬＮＧの拡散を防止する防液堤となる。この側壁６は、短円筒状のコンクリートユニット１１を高さ方向に三段積み上げて重ね作りされる。

このコンクリートユニット１１は、以下の工程で製造される。先ず、底版５の周方向にわたって骨組みとなる鉄筋を組む工程を行う。次に、コンクリートユニット１１における外周面と内周面を成形する型枠を、底版５の周方向にわたって組み立てる工程を行う。続いて、コンクリートをこの型枠内に打設して形を作る成形工程を行う。そして、短円筒状に成形された鉄筋コンクリートは、養生工程を経て固化される。最後に、脱型工程で型枠を外す。この一連の工程によって、一段目のコンクリートユニット１１ａが製造される。

側壁６は、この一連の工程を三度繰り返して製造された三段のコンクリートユニット１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有している。この側壁６は、従来の側壁と比較して緊張材８を挿入させるためのシース管が埋め込まれていないことを特徴としている。また、屋根７は、コンクリート製のドーム形状であり、側壁６を製造後、その側壁６の上に製造される。

以上に説明したコンクリート構造物である側壁６は、緊張材８が側壁６の外周面に対して斜めに交差するように巻きつけられることによってプレストレスが導入されてプレストレストコンクリート構造物として低温タンク１の外槽２を構成する。

緊張材８は、例えば、ＰＣ鋼材、錆び止めのコーティングが施されたＰＣ鋼材、帯状の炭素繊維等である。本実施例において、緊張材８は、防食性を有した帯状の炭素繊維を用いた場合を例示して説明する。この帯状の緊張材８は、条材であるＰＣ鋼材よりも側壁６の外周面に対して接触面積を大きくとることができる。また、この帯状の緊張材８は、側壁６の外周面に巻きつける際、開始端部と終端部がエポキシ系の接着剤で固定される。

この緊張材８は、側壁６の外周面に巻きつける際、水平方向に対して斜めとなる部分を有するように巻き付けられる。緊張材８は、このように巻きつけられることで、側壁６に対して周方向と鉛直方向のプレストレスを導入する。

以下、図３を参照しながら、低温タンク１の外槽２に緊張材８を巻きつけてプレストレスを導入する様子を説明する。図３は、低温タンク１の外槽２に緊張材８を巻きつけていく様子を示した模式図である。

外槽２の側壁６に対する緊張材８の巻きつけは、第一ステップとして、図３（ａ）に示すように、側壁６の外周面における上端部に、図の手前側から奥側まで周方向に沿って一周巻きつける。

次に、第二ステップとして、図３（ｂ）に示すように、緊張材８が一周して戻ってきた箇所から、緊張材８を側壁６の手前側に対して下方斜め方向に向けて斜めに巻きつける。緊張材８は、先の第一ステップにおいて側壁６の外周面における上端部に一周巻かれている。これによって、斜めに巻きつけられる緊張材８の上端側は強固に保持され、緊張材８のうち斜めに巻き付けられる部分が側壁６の外周面に対してズレにくくなっている。

次に、第三ステップとして、図３（ｃ）に示すように、緊張材８を、側壁６の外周面における下端部に、図の奥側から手前側まで周方向に沿って一周巻きつける。これによって、緊張材８のうち下方斜めに巻きつけられた部分は、先の第一ステップと併せて上下端部が強固に保持される。

次に、第四ステップとして、緊張材８が側壁６の下端部を一周して戻ってきた箇所から、緊張材８を側壁６の奥側に対して上方斜め方向に向けて斜めに巻きつける。緊張材８は、先の第三ステップにおいて側壁６の外周面における下端部に一周巻かれている。これによって、緊張材８のうち上方斜めに巻きつけられる緊張材８の下端側は、強固に保持されズレが生じにくくなっている。なお、この第四ステップは、緊張材８を手前側から図示できない側壁６の奥側に対して上方斜め方向に巻きつけるステップのため、図示を省略する。

以上の第一から第四ステップまでの緊張材８の巻きつけを一単位とし、以後は、巻きつけ開始位置から周方向にずらして第一から第四ステップまでの巻きつけを繰り返す。例えば、第一から第四ステップまで巻きつけた後、図３（ｄ）で示すように、側壁６の外周面における上端部を半周巻きつけて、巻きつけ開始位置を周方向にずらして再度、第一から第四ステップまでの巻きつけを行う。

そのように巻きつけると、緊張材８は、図３（ｅ）で示すように側壁６の外周面に対して、図の手前側と奥側で斜めに交差するように巻きつけられる。側壁６は、緊張材８がこのように斜めに交差するように巻きつけられると、図３（ｃ）まで緊張材８を巻いた場合と比較して、コンクリート構造物である側壁６に対して均等にプレストレスが導入される。

最後に、最終ステップとして、緊張材８を、外槽２に発生する応力に応じて側壁６に複数回巻きつける。この様子を、図４及び図１を参照しながら説明する。図４は、ＬＮＧが内槽３から漏洩した際に側壁６に生じる漏液圧Ｓ１と、緊張材８によって導入されるプレストレスＳ２を示した側壁６の断面図である。図１は、ＬＮＧを貯蔵する低温タンク１を斜め上方から視た斜視図であるとともに、最終ステップ後に緊張材８が側壁６の外周面に巻きつけられた様子を示す斜視図でもある。

外槽２は、図４に示すとおり、ＬＮＧが内槽３から漏洩すると、側壁６には、底に近ければ近いほど高い漏液圧Ｓ１が応力として発生し、上方へ向かうほど漏液圧Ｓ１による応力が小さくなる。よって、図３（ｅ）で示す状態まで緊張材８を巻きつけたのち、図１で示すように、上端から下端へ向かうにしたがって、緊張材８の巻きつけの間隔が狭まるように螺旋状に巻きつける。本実施例では、三段目のコンクリートユニット１１ｃに螺旋状に一周させ、二段目のコンクリートユニット１１ｂに螺旋状に二周させ、一段目のコンクリートユニット１１ａに三周させている。

以上のように巻くと、図４に示すとおり、側壁６に生じる漏液圧Ｓ１に対抗するように側壁６の上から下へ向かうほど強いプレストレスＳ２が導入される。ここで、最終ステップは、図１に示すように巻きつけたのち、図３（ｆ）で示すように下端から上端に向かうにしたがって、緊張材８の巻きつけの間隔が狭まり、且つ、先に螺旋状に巻きつけた部分に交差させるように巻きつけるようにしても良い。これによって、側壁６に対して均一にプレストレスＳ２が導入される。

本発明のプレストレストコンクリート構造物によれば、コンクリート構造物である側壁６は、一本の緊張材８を外周面に対して斜めに交差させるように巻きつけることでプレストレスを導入している。すなわち、本発明は、緊張材８を外周面に巻きつける構成であるため、側壁６の製造時において、シース管を埋設する工程、そして、側壁６の完成後において、緊張材８をシース管に挿入する工程、グラウド材をシース管に充填する工程を省略して工期を短縮できる。また、シース管、シース管に充填するグラウド材も不要となるため、この分のコストを抑制できる。そして、本発明は、一本の緊張材８を外周面に対して斜めに交差するように巻きつけている。緊張材８は、斜めに巻きつけを行うことによって一本で水平方向と鉛直方向の両方にプレストレスを導入することができ、交差するように巻きつけることで側壁６に対して均等にプレストレスを導入させることができる。

また、本発明のプレストレストコンクリート構造物によれば、緊張材８は防食性を有している。これによって、緊張材８が雨水に晒されても腐食して切断されることがない。また、本発明は、錆び止めのために、緊張材８の上からガナイトを吹きつける工程も不要である。よって、工期を短縮できる。また、ガナイトも不要となるため、この分のコストも抑制できる。

また、本発明のプレストレストコンクリート構造物によれば、緊張材８は、帯状であり側壁６に発生する外力に応じて複数回巻きつけられる。帯状の緊張材８は、例えば条材よりも同じ箇所に重ねて巻きやすく、側壁６のうち外力が大きく作用する箇所に容易に重ね巻きをして外力に対抗するプレストレスを導入させることができる。また、帯状の緊張材８は、ＰＣ鋼材のような条材よりも幅方向に広範囲にプレストレスを付与することができる。

また、本発明のプレストレストコンクリート構造物によれば、コンクリート構造物は、低温液体を貯蔵する低温タンク１の外槽２である。プレストレストコンクリート構造物である外槽２は、内槽３から低温液体が漏洩しても側壁６に発生する流体圧に対抗でき、低温液体の拡散を防止することができる。

なお、本発明のプレストレストコンクリート構造物は、上述の実施例に限定されない。例えば、緊張材８を側壁６の外周面に巻きつける際、第一から第四ステップまでの一連の巻きつけを複数回繰り返したのちに周方向にずらしても良い。この場合は、緊張材８は、周回する毎に幅分ずらして巻きつけられることが好ましい。

また、緊張材８を、第一から第四ステップまで巻きつけた後、周方向に半周ずつずらして巻きつける構成で説明したがこれに限定されない。例えば、周方向に四分の一周ずつずらして第一から第四ステップまでの緊張材８の巻きつけを繰り返してもよい。この場合、図３（ｄ）ののち、図５で示すように緊張材８が側壁６の外周面に巻きつけられる。

また、外槽２と内槽３の間で、且つ、底側に断熱材の他、ＴＣＰプレート（thermal corner protection）が配されて、内槽３から低温液体が漏洩時、熱応力が小さくされている場合は、これに応じて巻きつけ回数を減じても良い。また、側壁６の上部には、屋根７を支持する都合上、他の箇所よりも大きな応力が発生する。よって、この応力に対応するために、側壁６の外周面における上部位置の巻回数を増やすことが好ましい。

本発明のプレストレストコンクリート構造物は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更できる。

１ 低温タンク
２ 外槽（プレストレストコンクリート構造物）
６ 側壁（コンクリート構造物）
８ 緊張材

Claims (4)

1. 緊張材によってコンクリート構造物にプレストレスを導入したプレストレストコンクリート構造物において、
   前記コンクリート構造物は、一本の緊張材を外周に対して斜めに交差させるように巻きつけることでプレストレスを導入することを特徴としたプレストレストコンクリート構造物。
2. 前記緊張材は、防食性を有することを特徴とする請求項１に記載のプレストレストコンクリート構造物。
3. 前記緊張材は、帯状であり、前記コンクリート構造物に発生する外力に応じて複数回巻き付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレストレストコンクリート構造物。
4. 前記コンクリート構造物は、低温液体を貯蔵する低温タンクの外槽であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレストレストコンクリート構造物。

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