2021 Fiscal Year Annual Research Report
Calculation of base plate uplift and safety verification of corner joint of unanchored flat-bottom cylindrical shell tanks
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20H02101
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
谷口 朋代 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (90346370)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畑山 健 総務省消防庁消防大学校(消防研究センター), その他部局等, その他 (00358798)
吉田 祐一 総務省消防庁消防大学校(消防研究センター), その他部局等, 研究員(移行) (70868661)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ロッキング-バルジング相互作用 / 底板の浮上り高さと範囲 / ロッキング復元機構 / 内容液の回転慣性力 / 角加速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究で内容液の回転慣性力がタンクのロッキング運動の主たる回転抵抗であることが示唆された。そこで、有限要素法に基づく液体要素やシェル要素などから成るタンクの数値モデルを作成し、陽解法で動的応答を時刻歴で解析した結果（以下、FEM動的解析）を用いて、タンクのロッキング応答を記述する運動方程式での内容液の回転慣性力項の必要性を検証した。検証は、FEM動的解析の結果と、転倒モーメント、復元モーメントおよび内容液の回転慣性力の釣り合いを考えた運動方程式から求まる時刻歴との比較により行った。なお、FEM動的解析から内容液の回転慣性力を直接得ることができないので、両者の角加速度の計算結果を比較することで内容液の回転慣性力項の必要性を検証した。
検証の結果、内容液の回転慣性力を考慮した運動方程式から得られる角加速度の時刻歴とFEM動的解析から得られる角加速度の時刻歴がよく一致することから、タンクのロッキングに関する運動方程式には内容液の回転慣性力を考慮する必要があることを示した。
そこで、研究代表者らが提案しているバネ－質点－剛体連成モデルからなる力学モデル（D’Amico et al., 2017）の運動方程式を用いた時刻歴応答解析の計算手続きを考え、テストランを実施し、FEM動的解析の結果と比較し、タンクのロッキング応答の特徴を捉えていることを示した。
一方、2021年2月13日福島県沖の地震（M7.3）の際に仙台市内の製油所の石油タンク群に発生した短周期強震動による被害等について調査を行い、タンクの浮き上がりの発生状況に関するデータ・情報を収集した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
タンクのロッキングに関する運動方程式における内容液の回転慣性力項の必要性が定量的に確認できたため、研究代表者らが提案しているバネ－質点－剛体連成モデルからなる力学モデルを用いるタンクのロッキング応答の時刻歴応答解析法の計算手続き（プロトタイプ）を考案できたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
考案した時刻歴解析法の解析精度を、底板浮き上がり量の計測記録（平成30年北海道胆振東部地震）や3次元FEM動的解析（例えば調和地動加振）による数値解析値との比較により、検証する。一方、既往の時刻歴応答解析法（例えば，Malhotra and Veletsos, 1994）やEurocode8などの慣用計算法でも浮き上がり量を計算し、比較の対象とする。また、必要に応じて提案手法の改良を行う。
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