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公開番号2025127452
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-01
出願番号2025018049
出願日2025-02-06
発明の名称モノパイル
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類E02D 5/24 20060101AFI20250825BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】複数の鋼管が積層され溶接により一体化されて構成されるモノパイルにおいて、モノパイルに作用する設計外力がモノパイルの高さ方向で変化するのに応じて、複数の鋼管の断面耐力を変化させながら、鋼管の溶接継手の加工手間や、鋼管の溶接継手における応力集中による疲労寿命の低下を抑制できるモノパイルを提供する。
【解決手段】洋上風力発電設備を支持するために海底に設置されるモノパイルであって、前記モノパイルは、該モノパイルの高さ方向に複数の鋼管が積層され溶接により一体化されて構成され、前記複数の鋼管のうち少なくとも一つの設計基準強度が異なり、前記複数の鋼管のうち、前記モノパイルが海底に設置されたときに海底面よりも上方に位置する鋼管の肉厚が同一である、モノパイル。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
洋上風力発電設備を支持するために海底に設置されるモノパイルであって、
前記モノパイルは、該モノパイルの高さ方向に複数の鋼管が積層され溶接により一体化されて構成され、
前記複数の鋼管のうち少なくとも一つの設計基準強度が異なり、
前記複数の鋼管のうち、前記モノパイルが海底に設置されたときに海底面よりも上方に位置する鋼管の肉厚が同一である、モノパイル。
続きを表示（約 140 文字）【請求項２】
前記複数の鋼管のうち高さ方向に隣接しかつ設計基準強度が互いに異なる二つの鋼管の肉厚および外径がそれぞれ同一である、請求項１に記載のモノパイル。
【請求項３】
複数の前記鋼管の全ての肉厚が同じに設定されている、請求項１または２に記載のモノパイル。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上風力発電設備を支持するために海底に設置されるモノパイルに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
洋上風力発電設備を支持するために海底に設置されるモノパイルは、その高さ方向に複数の鋼管セグメントが積層され一体化されて構成されている。洋上風力発電設備のモノパイルは、特許文献１に記載されるように、自重および風や波等の荷重に耐え得る外径および肉厚で形成される。
【０００３】
ここで、モノパイルに作用する設計外力は、モノパイルの高さ方向で変化する。すなわち、モノパイルを構成する複数の鋼管が、モノパイル中のどの高さに設けられるかにより、これら複数の鋼管に要求される断面耐力は互いに異なる。このため、例えば非特許文献１に記載されるように、モノパイルの高さ方向における設計外力の変化に応じて、複数の鋼管の肉厚が異なるようにすることが一般的であった。
【０００４】
図６に、このような従来のモノパイル９を模式的に示す。モノパイル９は、その高さ方向に複数の鋼管が積層され、これら複数の鋼管が溶接により一体化されて構成されている。具体的には、図６に示す例では、モノパイル９の下方から上方に向かって、三段の鋼管セグメント９１～９３が積層されて、モノパイル９が構成されている。これら鋼管セグメント９１～９３の各々は、長さが３～４ｍ程度の単管からなる鋼管９１ａ～９１ｇ、９２ａ～９２ｈ、９３ａ～９３ｉが複数個並べられ溶接により一体化されて構成されている。そして、これら鋼管セグメント９１～９３が並べられ溶接により一体化されることで、モノパイル９が構成されている。
【０００５】
図６に示す例では、モノパイル９の鋼管セグメント９１～９３を構成する鋼管９１ａ～９１ｇ、９２ａ～９２ｈ、９３ａ～９３ｉの全ては、日本産業規格ＪＩＳＧ３１０６：２０２４に規定される鋼種ＳＭ５２０Ｂから構成され、その設計基準強度は、肉厚ｔが７５ｍｍ＜ｔ≦１００ｍｍの範囲で３２５Ｎ／ｍｍ
２
で、同一である。
【０００６】
また、モノパイル９に作用する設計外力がモノパイル９の高さ方向で変化するのに応じて、モノパイル９の各高さに設けられる複数の鋼管の肉厚ｔが異なっている。具体的には、下段の鋼管セグメント９１を構成する鋼管９１ａ～９１ｇの肉厚ｔは、モノパイル９の下方から上方に向かって、８５ｍｍ、８５ｍｍ、９０ｍｍ、９５ｍｍ、１００ｍｍ、１０５ｍｍ、１１０ｍｍである。また、中段の鋼管セグメント９２を構成する鋼管９２ａ～９２ｈの肉厚ｔは全て１１５ｍｍであり、上段の鋼管セグメント９３を構成する鋼管９３ａ～９３ｉの肉厚ｔは全て１１０ｍｍである。
【０００７】
モノパイル９の外径は、例えば数ｍ～十数ｍと大きい（図６に示す例では７５４５～１００００ｍｍ）ため、三組の鋼管９１ａ～９１ｇ、９２ａ～９２ｈ、９３ａ～９３ｉをそれぞれ接合して鋼管セグメント９１～９３にする一体化、さらにこれら鋼管セグメント９１～９３を接合してモノパイル９にする一体化は、溶接により行われる。ここで、上述のように、肉厚ｔの異なる鋼管を互いに溶接により接合するには、接合継手における応力集中を避けるために、例えば、鋼管の軸方向長さに対する鋼管の肉厚の変化量の比（勾配）を１／４とする肉厚変化部を設け、溶接接合する鋼管同士の肉厚の差を解消する必要があり、切削加工が必要となっていた。また、肉厚の異なる鋼管を接合する溶接継手は、肉厚ｔが同一の鋼管セグメントの溶接継手よりも、応力集中が発生しやすく、疲労寿命が低下する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２００６－４６０１３号公報
【非特許文献】
【０００９】
Anastasia Ioannou et al, "Design implications towards inspection reduction of large scale structures"、Procedia CIRP 60 (2017)、P.434-439
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の課題に鑑み、本発明は、複数の鋼管が積層され溶接により一体化されて構成されるモノパイルにおいて、モノパイルに作用する設計外力がモノパイルの高さ方向で変化するのに応じて、複数の鋼管の断面耐力を変化させながら、鋼管の溶接継手の加工手間や、鋼管の溶接継手における応力集中による疲労寿命の低下を抑制できるモノパイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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