特許 7008443 防振支持構造および防振システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-13

(45)【発行日】2022-01-25

(54)【発明の名称】防振支持構造および防振システム

(51)【国際特許分類】

   E04F 15/18 20060101AFI20220118BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20220118BHJP

【ＦＩ】

E04F15/18 601Z

F16F15/02 A

F16F15/02 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017149608

(22)【出願日】2017-08-02

(65)【公開番号】P2019027208

(43)【公開日】2019-02-21

【審査請求日】2020-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】特許業務法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊賀 良彦

(72)【発明者】

【氏名】石垣 博邦

【審査官】土屋 保光

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－１６３５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１８９４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４７９５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｆ １５／１８

Ｆ１６Ｆ １５／０２

Ｅ０４Ｂ ５／４３

Ｅ０４Ｂ １／６２－ １／９９

Ｅ０４Ｈ ９／００－ ９／１６

Ｇ２１Ｃ １３／００－１３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波の振動と低周波の振動を抑制する防振支持構造であって、
建屋の床のうち壁近傍の所定領域に対向して立設される複数の支持部と、
前記各支持部により前記床上に支持される支持構造物と、
前記支持構造物を前記床に対して固定する固定装置とを備え、
前記固定装置は、外部からの高速物体が建屋に衝突する際に解除指令を受信すると、前記支持構造物の前記床に対する固定を解除し、
前記支持部は、低周波の振動に対しては、前記支持構造物の並進変位を拘束し、前記支持構造物と前記床との相対変位を抑制しており、
前記所定領域は、外部からの高速物体が建屋に衝突して前記床が高周波の振動で振動する際に振動の節となる領域である、
防振支持構造。

【請求項2】

前記各支持部は、前記支持構造物を相対回転可能に支持する、
請求項１に記載の防振支持構造。

【請求項3】

前記支持構造物は、少なくとも一つの梁部材から構成される、
請求項１に記載の防振支持構造。

【請求項4】

前記支持構造物は、平板部材で構成される、
請求項１に記載の防振支持構造。

【請求項5】

高周波の振動と低周波の振動を抑制する防振支持構造を用いて振動を抑制する防振システムであって、
前記防振支持構造は、
建屋の床のうち壁近傍の所定領域に対向して立設される複数の支持部と、
前記各支持部により支持される支持構造物と、
前記支持構造物を前記床に固定する固定装置とを備えており、
前記防振支持構造を制御する制御装置は、外部からの高速物体が建屋に衝突することを示す所定の入力を受信すると、前記固定装置に対して前記支持構造物の固定を解除させる解除指令を出力し、
前記支持部は、低周波の振動に対しては、前記支持構造物の並進変位を拘束し、前記支持構造物と前記床との相対変位を抑制しており、
前記所定領域は、外部からの高速物体が建屋に衝突して前記床が高周波の振動で振動する際に振動の節となる領域である、
防振システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、防振支持構造および防振システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原子炉格納容器などを収容する原子炉建屋は、地震などの自然災害に耐えることができるように、鉄筋コンクリートなどを用いて強固に建設される。さらに近年では、航空機などの衝突に対する一層の安全強化も求められている。

【0003】

航空機などの飛来物が原子炉建屋に衝突した際には、衝撃によって発生した振動が屋根または壁から床を伝播し、建屋内部の床上に置かれた機器を振動させる。この振動は高周波数の成分を含み、機器に大きな加速度を発生させる可能性がある。よって機器の加速度が許容加速度以下となるように、床上に置かれた機器の振動を抑える必要がある。

【0004】

従来、床の振動を低減する構造として、床の振動を速やかに減衰できるようにした防振床構造が提案されている（特許文献１）。この従来技術では、床梁と床梁の端部を支持する構造躯体との間に、床梁の荷重を構造躯体に伝達する支持部材と、床梁の振動によって生じる床梁端部の回転変位を抑制する粘弾性部材を設置している。この支持部材は、断面が円形の棒状部材（鉄筋または円形鋼管）や球状部材（鋼球）などからなり、床梁の材軸直交方向に沿って設置されている。また粘弾性部材は、シリコーン系やポリウレタン系の樹脂からなり、支持部材の両側に設置されている。この従来構造では、床梁の振動によって生じる床梁端部の回転変位を粘弾性部材によって抑制することにより、床の振動を速やかに減衰させることができる。

【0005】

原子力プラントに航空機が衝突した場合の高次振動を抑制する技術も知られている（特許文献２）。特許文献２の技術では、大きな質量を有する球状のインパクタを常時は移動不能に固定しておき、航空機の衝突時にはインパクタを移動可能にする。そして、インパクタを航空機衝突時の衝撃で移動させることで、その振動エネルギを減衰させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１０－４７９５３号公報

【文献】特開２０１４－１５２５９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１記載の従来技術では、床の水平方向の変位は粘弾性部材で柔らかく拘束されているため、この床は水平方向に免震された状態となる。免震では、構造躯体から床上の機器への高周波の振動伝達を遮断することができる。しかし、ポンプなどの床置き機器をこの免震床上に置くと、地震時に建屋全体が低周波で振動した際に、建屋とポンプの間に相対変位が生じ、ポンプに接続している配管に大きな応力が発生する可能性がある。

【0008】

特許文献２記載の従来技術では、大重量のインパクタの移動によって振動エネルギを吸収するため、その構造が大がかりであり、コストも高い。

【0009】

さらに、従来技術では、高周波の振動と低周波の振動とを共通の構造で防振することができない。このため、両方の振動に対応しようとすると、別々の防振構造が必要となり、使い勝手が悪く、コストが増大する。

【0010】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、建屋の床に生じる高周波振動および低周波振動を抑制できるようにした防振支持構造および防振システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決すべく、本発明に従う防振支持構造は、振動を抑制する防振支持構造であって、建屋の床のうち壁近傍の所定領域に対向して立設される複数の支持部と、各支持部により床上に支持される支持構造物と、支持構造物を床に対して固定する固定装置とを備え、固定装置は解除指令を受信すると、支持構造物の床に対する固定を解除する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、支持構造物は各支持部および固定装置により床上に支持されるため、支持構造物は、建物全体が変形する低周波振動に対して建物と一緒に変位し、支持構造物と建物の間の相対変位を抑制できる。固定装置が解除指令を受信して、支持構造物の床に対する固定を解除すると、支持構造物は床のうち壁近傍の所定領域に配置された各支持部により支持される。壁付近では床の変位が少ないため、床が局所的に高周波数で振動した場合でも、その高周波振動が支持構造物へ伝わるのを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施例に係る防振支持構造および防振システムの説明図。

【図2】防振支持構造の平面図。

【図3】固定装置の動作を示す側面図。

【図4】衝撃発生時の床の振動モードを示す説明図。

【図5】固定装置の変形例を示す拡大図。

【図6】固定装置の他の変形例を示す拡大図。

【図7】固定装置および支持部のさらに別の変形例を示す平面図。

【図8】第２実施例に係る防振支持構造の支持部の構成を示す側面図。

【図9】支持部の拡大図。

【図10】支持部の変形例を示す拡大図。

【図11】支持部の他の変形例を示す拡大図。

【図12】支持部のさらに別の変形例を示す拡大図。

【図13】別の変形例に係る防振支持構造の側面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、外部から高速物体が建屋に衝突した場合に、床５の支持構造物２２上に置かれた防振対象物６へ高周波振動が伝わるのを抑制できると共に、地震発生時に建物全体が変形して低周波振動が発生した場合でも、建屋と防振対象物６との間の相対変位を抑制できる防振支持構造２を説明する。

【0015】

本実施形態の防振支持構造２は、壁４の近傍の床５の上に支持部２１を設け、この支持部２１の上に支持構造物２２を配置して、支持部２１で支持構造物２２の並進変位を拘束する。さらに、本実施形態の防振支持構造２では、支持構造物２２の下部に取り付けた脚部２３を床５の上にある固定装置２４で固定し、図外の飛来物が建屋に衝突する際に固定装置２４による固定を解除する。

【0016】

本実施形態の防振支持構造２によれば、飛来物衝突時に、支持構造物２２は床５の振動の節となる床５の端部近傍のみで支持部２１によって支えられているため、床５の高周波数の上下振動が支持構造物２２には伝わりにくく、支持構造物２２上に設置した防振対象物６に加わる高周波振動を低減できる。

【0017】

また、本実施形態の防振支持構造２によれば、支持構造物２２は支持部２１で並進変位を拘束されているため、建屋全体が変形する地震時の低周波振動に対しては、支持構造物２２と床５とはほぼ一体となって動き、両者の相対変位を抑えることができる。さらに、通常時（地震時も含む）は、支持構造物２２の下部に取り付けた脚部２３を介して支持構造物２２が床５に固定されているため、上下方向の地震動を受けても支持構造物２２と床５の間の相対変位は発生しない。

【実施例1】

【0018】

図１～図７を用いて第１実施例を説明する。図１は、防振支持構造２と制御システム３を含む防振システム１の構成例を示す。

【0019】

防振システム１は、防振支持構造２と、防振支持構造２を制御する制御システム３とを備えている。防振支持構造２は、例えば原子炉建屋（図示せず）の一方の壁４と他方の壁４の間に設けられる。壁４は、外壁または内壁である。つまり、建屋の外壁と内壁の間に防振支持構造２を設けることもできるし、建屋の向かい合う内壁間に防振支持構造を設けることもできる。制御システム３は、防振支持構造２ごとに設けてもよいし、あるいは、一つの制御システム３で複数の防振支持構造２を制御してもよい。

【0020】

防振支持構造２では、建屋の壁４近傍の床５の所定領域上に複数の支持部２１が対向して設けられており、各支持部２１の上には支持構造物２２が載せられている。

【0021】

所定領域とは、壁４で固定されている床５の周縁部であって、床５の振動時に、振動の節となる箇所である。つまり、本実施例では、床５の振動時に節となる箇所にそれぞれ支持部２１を設置する。したがって、各支持部２１は、床５上に離間して対向して（対面して）配置される。各支持部２１の下側の端部は、床５に固着されている。各支持部２１の上側の端部は、支持構造物２２の下面に固着されている。

【0022】

支持構造物２２の変位は、各支持部２１によって拘束されている。支持構造物２２の下部には、脚部２３が設けられている。通常、この脚部２３は、床５の上に設置された固定装置２４によって床５へ固定されている。

【0023】

制御システム３は、防振支持構造２の固定装置２４の動作を制御する。制御システム３は、例えば、アクチュエータ３１と、制御装置３２と、ユーザインターフェース装置（図中、ＵＩ装置）３３と、警報発生装置３４とを備える。

【0024】

アクチュエータ３１は、固定装置２４を駆動して、支持構造物２２に対する固定を解除する駆動装置である。制御装置３２は、解除指令を受信すると、アクチュエータ３１に制御信号を出力し、固定装置２４による支持構造物２２の固定を解除する。

【0025】

ユーザインターフェース部３３は、制御装置３２との間で情報を交換する装置であり、例えば、解除指令を与える解除指示部３３１と、状態表示部３３２を備える。管理者などのユーザは、航空機の衝突を予想すると、解除指示部３３１を用いて解除指令の出力を制御装置３２に対して指示する。

【0026】

状態表示部３３２は、防振支持構造２の固定状態を表示する。制御装置３２は、防振支持構造２に設けられたセンサ３５からの信号に基づいて、固定状態を判別し、その判別結果を状態表示部３３２へ表示する。センサ３５は、固定装置２４の作動状態を検出できるセンサであればよく、例えば、光センサ、近接スイッチ、機械式リミットスイッチなどを用いることができる。

【0027】

警報発生装置３４は、例えば、航空機の衝突などの異変を検知すると、解除指令を制御装置３２へ出力する。警報発生装置３４は、例えば、レーダ装置、防災通信網などから情報を取得し、解除指令を出力する。

【0028】

制御システム３のうち、例えば、アクチュエータ３１を防振支持構造２の近傍に配置し、制御装置３２とユーザインターフェース装置３３および警報発生装置３４を制御室などに設けてもよい。

【0029】

図２は、防振支持構造２を上から眺めた平面図である。支持構造物２２は、例えば平行に配置された２本の梁からなり、この２本の梁の上に防振対象物６が固定される。３本以上の梁で支持構造物２２を形成してもよい。

【0030】

図３を用いて、固定装置２４の構造例を説明する。固定装置２４は、例えば、床５に一部が埋め込まれた土台２４１と、土台２４１に伸縮可能に取り付けられたピストン２４２とからなる。土台２４１は、脚部２３を左右両側から挟み込む形状に形成されており、床５に埋め込まれている。ピストン２４２は、油圧または空気圧または電動のアクチュエータ３１によって、図３中の左右方向に移動する。

【0031】

図３（ａ）に示すように、通常時は、ピストン２４２を伸ばして支持構造物２２の脚部２３を左右両側から挟み込むことにより、脚部２３を床５に対して固定する。固定装置２４により、脚部２３の上下方向の変位は拘束される。

【0032】

図３（ｂ）に示すように、図外の飛来物が建屋に衝突する場合は、制御装置３２からの解除指令にしたがってアクチュエータ３１が動作し、ピストン２４２が縮退する。これにより、固定装置２４による固定は解除され、脚部２３は開放される。

【0033】

図４を用いて、振動の様子を説明する。飛来物が原子炉建屋に衝突した際には、図４（ａ）の一次振動モードと図４（ｂ）の二次振動モードとに示すように、床５が局所的に高周波数で振動する振動モードが励起される。

【0034】

これらの振動モードでは、壁４近傍（図中のＦの位置）は振動の節になるため、これらの位置Ｆでの振動振幅は小さい。飛来物衝突時には、固定装置２４による固定が解除され、振幅が小さい位置Ｆのみで支持構造物２２が支持部２１によって支えられる。これにより、床５が上下方向に局所的に高周波数で振動したとしても、床５の振動が支持構造物２２へ伝わりにくい。よって支持構造物２２上に設置した防振対象物６の高周波振動を低減できる。

【0035】

支持構造物２２は、各支持部２１で変位を拘束されているため、建屋全体が変形する低周波の振動に対しては、支持構造物２２と床５とはほぼ一体となって動く。したがって、支持構造物２２の上に防振対象物６としてポンプ等の機器を置いたとしても、防振対象物６と床５との相対変位を抑えることができる。このため、ポンプ等に接続されている配管等（不図示）に対して、相対変位に起因する大きな応力が発生するのを抑制できる。

【0036】

さらに、通常時（地震時も含む）では、脚部２３を介して支持構造物２２が床５に固定されているため、上下方向の地震動を受けたとしても、支持構造物２２と床５の間で相対変位は発生しない。よって、本実施例によれば、飛来物の衝突時に発生する床５の高周波振動が床置きの防振対象物６に伝わらないようにするとともに、建屋全体が変形する低周波の振動に対して、建屋と床置きの防振対象物６との間の相対変位を抑制できる。

【0037】

図５は、固定装置２４の変形例を示す。図３では、脚部２３をピストン２４２で挟み込む構造としたが、これに代えて、図５に示すように、脚部２３に凹部２３１を設け、凹部２３１にピストン２４２を差し込む構造としてもよい。

【0038】

図３の構造では、ピストン２４２の先端を脚部２３に強固に押しつけることにより脚部２３の上下方向の変位を拘束するため、大きな荷重を発生させることができるアクチュエータ３１が必要であった。これに対し、図５の変形例によれば、ピストン２４２と凹部２３１とが上下方向に接触することで脚部２３の上下方向の変位を拘束するため、アクチュエータ３１で発生させる荷重は図３に比べて小さくてすむ。

【0039】

図６は、他の変形例に係る固定装置２４ａの構造例を示す。この変形例では、固定装置２４の土台２４１のうち脚部２３を挟み込む部分と脚部２３とに同軸の貫通孔ｈａを設け、その貫通孔ｈａに連結棒２４３を挿通する。連結棒２４３を貫通孔ｈａに挿通することにより、脚部２３の上下方向の変位を拘束する。連結棒２４３は、直動ソレノイド２４４によって駆動される。直動ソレノイド２４４はアクチュエータ３１の一例である。

【0040】

図６（ａ）に示すように、直動ソレノイド２４４が伸長して、連結棒２４３が貫通孔ｈａの全長にわたって挿通されると、固定装置２４ａは、脚部２３を介して支持構造物２２を床５に固定する。

【0041】

これに対し、図６（ｂ）に示すように、飛来物の衝突に備えて直動ソレノイド２４４が縮退し、連結棒２４３が脚部２３に形成された孔（貫通孔ｈａの一部）から引き抜かれると、固定装置２４ａは支持構造物２２の固定を解除する。

【0042】

図６に示す変形例では、連結棒２４３が水平方向に移動することで、固定装置２４ａで支持構造物２２を固定したり、その固定を解除したりすることができる。したがって、図６の変形例によれば、図３および図５で示した構造よりも簡単な構造で、固定装置２４を構成することができる。

【0043】

壁４で囲まれた部屋内の複数個所に防振対象物が点在する場合は、支持構造物２２を梁ではなく、平板で構成してもよい。この場合の支持部２１および固定装置２４の配置例を図７に示す。

【0044】

図７の変形例に示す防振支持構造２ａでは、室内の四辺を取り囲むようにして、４つの支持部２１を部屋の周囲の壁４に沿ってそれぞれ配置し、これらの支持部２１の上に平板形状の支持構造物（図示せず）を載せる。平板状の支持構造物の下部には、複数の脚部（図示せず）が設けられており、これらの脚部の直下に配置される各固定装置２４により各脚部を固定する。

【0045】

以上詳述した通り、本実施例によれば、外部から飛行機などの高速物体が建屋に衝突した場合に、床５に置かれた防振対象物６へ高周波振動が伝わるのを抑制できると共に、地震発生時に建物全体が変形して低周波振動が発生した場合でも、建屋と防振対象物６との間の相対変位を抑制できる。

【0046】

すなわち、本実施例によれば、一つの防振支持構造２により高周波振動および低周波振動の両方を抑制することができ、比較的簡易な構成かつ低コストに振動に対する信頼性を高めることができる。

【0047】

なお、図１では、固定装置２４を支持構造物２２の中央に１つだけ配置する例を示したが、固定装置２４の配置場所および個数は適宜設定することができる。例えば、支持構造物２２が長い場合には、脚部２３が固定された状態であっても、支持構造物２２の固有振動数が低くなるため、地震時に共振するおそれがある。そこで、支持構造物２２が地震時に共振する可能性がある場合には、支持構造物２２の長さ方向に複数の固定装置２４を配置する。これにより、支持構造物２２の固有振動数を上げて、地震時の共振を避けることができる。

【0048】

固定装置２４を１つだけ配置する場合であっても、その位置は支持構造物２２の中央である必要はない。例えば、防振対象物６が支持構造物２２の中央（重心位置）から離れた位置に載っている場合、防振対象物６の直下に固定装置２４を配置するとよい。これにより、防振対象物６の直下の支持構造物２２は振動の節となって振幅が小さくなるため、地震時の防振対象物６の上下方向の振動を効果的に抑えることができる。

【実施例2】

【0049】

図８～図１３を用いて第２実施例を説明する。本実施例は第１実施例の変形例に該当するため、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例の防振支持構造２ｂでは、支持構造物２２の端部の回転変位を拘束しない支持部２１ｂを用いる。図８は防振支持構造２ｂの側面図であり、図９は支持部２１ｂの拡大図である。

【0050】

支持部２１ｂは、その先端が球形状または円柱形状のスタッド２１１と、スタッド２１１の先端の並進変位を拘束するソケット２１２とを備える。この構造では、スタッド２１１の先端がソケット２１２の中でボールジョイントのように回転可能なため、支持部２１は支持構造物２２の端部の回転変位を拘束しない。

【0051】

したがって、本実施例の防振支持構造２ｂによれば、図４で示したように床５が変形し、床５の端部（図中の位置Ｆ）で床５に若干の回転変位が生じたとしても、この回転変位は支持構造物２２の端部には伝わらないため、床５から支持構造物２２への振動伝達を第１実施例よりも低減することができる。

【0052】

図１０，図１１に示すような支持部を用いてもよい。図１０に示す支持部２１ｃは、先端が半球形または半円形のスタッド２１１と、このスタッド２１１の先端の水平方向の変位を拘束するソケット２１２とを備える。

【0053】

図１１に示す支持部２１ｄは、支持構造物２２と床５とにそれぞれ取り付けられた一組のソケット２１５と、この一組のソケット２１５に挟まれた転動体２１４（球または円柱または円管）からなる。図１１に示す構造も、図９に示す構造と同様に、支持構造物２２の端部の回転変位を拘束することはなく、床５から支持構造物２２への振動伝達を第１実施例よりも低減することができる。

【0054】

さらに、図１０に示す構造では、スタッド２１１が設けられた支持構造物２２を、床５上のソケット２１２に載せるだけで、組立が完了する。同様に、図１１に示す構造では、上側ソケット２１５を取り付けた支持構造物２２を、転動体２１４を上下から挟み込むようにして下側ソケット２１５の上に載せるだけで、組立が完了する。したがって、図１０，図１１に示す構造は、図９の構造よりも施工が容易になる。

【0055】

ただし、図１０，図１１に示す構造では、支持構造物２２の上下方向の変位が拘束されていないため、防振対象物６の質量が軽い場合には、地震時に支持構造物２２が床５から浮き上がる可能性がある。そこで、ソケット２１２の近傍に支持構造物２２と床５をつなぐワイヤ２１３を取り付け、ワイヤ２１３により支持構造物２２の上下方向の変位を拘束して、浮き上がりを防止してもよい。

【0056】

図１２，図１３にさらに別の変形例を示す。図１２は、支持部２１ｅを拡大して示す斜視図である。図１３は、防振支持構造２の側面図である。

【0057】

支持部２１ｅは、床５上に離間して固定された複数の支持ブロック２１６と、各支持ブロック２１６間に相対回転可能に取り付けられた支持構造物２２と、各支持ブロック２１６と各支持構造物２２とを貫通する軸２１７とを備える。

【0058】

図１３に示すように、各支持構造物２２の両端部は、それぞれ複数の支持ブロック２１６で相対回転可能に支持されている。

【0059】

図１２，図１３に示す構造も、図９の構造と同様に支持構造物２２の並進変位を拘束しながらも、支持構造物２２の端部の回転変位を拘束することはない。そして、図１２，図１３に示す構造は、単純な形状の角材と軸とで構成されているため、部品の加工が容易であり、防振支持構造の製造コストを低減できる。

【0060】

なお、本発明は上記した実施例に限定されず、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0061】

１：防振システム、２：防振支持構造、３：制御システム、４：壁、５：床、６：防振対象物、２１：支持部、２２：支持構造物、２３：脚部、２４：固定装置、３２：制御装置、Ｆ：振動の節、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】