ベルテクノの研究開発 Research and development

研究分野紹介

ベルテクノは、様々な方面から研究開発活動を行い、より安全・安心で満足できる製品の提供に絶えず努めてまいります。

有孔壁法理論  天井ばね理論  壁自立型構造
固有周期の検討  発表論文リスト

1 有孔壁法理論

貯水槽における滞流水の解消方法として、図 1(a)に示すように複数の迂回板を交互に設置することで 流入水を蛇行させながら貯水槽の隅々まで行き渡させる、即ち、押し出し流の形成を特徴とする迂回板 法が一般に利用されています。

この従来の迂回板法に対して、当社の提案した有孔壁法は、迂回板の代わりに貯水槽の全断面を仕切 った壁に、流入管のサイズと同程度の孔を開け、その絞り効果により増幅された流入水の運動エネルギーを生かし貯水槽内に大循環流を形成させ、流入水を貯水槽の隅々まで行き渡させる、即ち、完全混合流の形成を特徴とします。

有孔壁法及びその理論は、当社が独自に流体力学理論に基づいて研究に研究を重ねて日本で始めて提 案したもので、その妥当性が有限要素法シミュレーション、水利模型実験のトレーサーテストにより確認されました。

貯水槽内滞流水に対する解消効果における 両方法の比較例を図 1 に示す。
同図では貯水 槽の水平断面の水流の速度分布面をコンター 図で表し、色の赤いほど流速が速いことを表 しています。
迂回板法(a)の場合、1槽目では流入管から 流入があるので、乱流が発生し速い流速分布を確保したが、2 槽目から流れが層流になり、 流速分布が遅くなったばかりでなく、淀んだ エリアが平面のコーナー部に多数に発生したことが明らかになりました。
有孔壁法(b)の場合、各槽では相似な流入条件があるので、ともに速い流速分布を確保し淀んだエリア が形成されないことが明らかになりました。
※有効壁法理論の詳細は下記に論文が掲載されております。

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2 天井ばね理論

剛床板天井ばね理論は、フレーム&パネル構造を特徴とする鋼製矩形水槽に対して考案したもので、同理論では図2に示すように水平荷重を受けた水槽天井板にばね力を導入することによって、剛性の異なった側壁構面とフレーム構面における変位の適合関係の構築に成功した。

これによって、従来解けにくい複雑な3次元のトラス付きラーメン矩形水槽の構造解析が2次元問題に変換することが可能なので簡単に解くことができるようになりました。

また、同理論による解析結果に対して、FEMシミュレーションを用いて検証を行い、一致したことも明らかになりました。
※天井ばね理論の詳細は下記に論文が掲載されております。

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3 壁自立型構造

図3に示すように矩形水槽によく用いた対向壁依存型の従来構造(a)は、貯水槽の大型化に伴い水平材とブレース材の間に負荷分担の非合理性が顕著に表れてきます。
これに対して当社が独自に開発した壁自立型構造(b)は、負荷分担の非合理性点をクリアしたので最大30,000トンの鋼製矩形水槽について安全且つ低コストでの構築が可能となりました。
なお壁自立型構造では、貯水槽の下部には大空間の確保ができたので保守・点検も楽になります。
※壁自立型構造の詳細は下記に論文が掲載されております。

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4 固有周期の検討

矩形水槽の固有周期は、固有水槽の耐震計算に必要な基本的なパラメータで、その値は、内部補強の形式、振動方向、貯水の多さによって異なることが経験的に分かっているが、これらの要素を反映する計算式がないのが現状です。

本研究は、構造上で複数ユニットの連結により形成される矩形水槽の特性に着目し矩形水槽に対して、図4に示すように、梁モデルに変換した上でレイリーのエネルギー法による固有周期法計算法を適用させて矩形水槽の固有周期への影響要素を検討し、ついに上述諸要素を網羅した矩形水槽の固有周期計算式の構築に成功しました。

梁の振動によると、梁の最大運動エネルギーと最大曲げエネルギーがそれぞれ式(1)、式(2)で表せ、且つ両者が等しいです。

式(1)、式(2)に関係なパラメータを代入展開した上で整理すると、式(3)を得ました。

※エネルギー法による矩形水槽の固有周期の求め方の詳細は下記に論文が掲載されております。

尚、本固有周期の論文及び計算方法は矩形水槽に対した、弊社(㈱ベルテクノ)独自の研究によるものです。
一般的に公開されている方法ではございませんのでご注意下さい。

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5 発表論文リスト

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