5万リットルの貯蔵タンクに水を入れる際に直径が大きくなったが、安全か?どう説明する?
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この投稿は、2018年11月22日16時02分にkareale88によって最終的に編集されました。数日前にコンピュータのデータを整理していた際、数年前の出来事を思い出しました。工事現場から電話があり、タイトルにあるような問題が報告されました。水を入れるとタンクの直径が約60mmも増加するというのです。これに問題はないか、また安全かどうか尋ねられました。 当時の分析では、直径が増大するのは正常なことであり、その原因は水を充填することで応力が生じ、応力があればひずみが生じるからだとされていました。安全性は、60mmを増大させることが許可されるかどうかによって決まるべきです。 作業後の結論は安全である。しかし、どうやって説得力を持たせるかと考え、当時次のようなものを書いて発注者と施工業者に送りましたが、結局返事はなく、この件はそれで終わりになりました。 ここに抜粋して皆さんの議論のために示します。問題がないか確認してください。5x10^4 m³のタンクに水を入れた際の直径の増加量に関する計算データ:内径60m、タンク壁の高さ19.33m、使用材料は16MnR。底板の厚さはδ32mmであり、試験時のδtは32-0.3=31.7mmとなる(0.3は材料の負の偏差値)。厚さの計算式はt=4.9D(H-0.3)/[σ]/φ――(GB50341の式6.3.1-2)。応力の計算式はσ=4.9D(H-0.3)/δt/φであり、具体的にはσ=4.9×60×(19.33-0.3)/31.7/0.9=196.1MPaとなる。ひずみの計算式はε=σ/Eであり、これがひずみの値となる;E—弾性係数 MPa = 196.1/201/1000 ここでE=201*1000(GB150より)=0.976/1000タンクの設計周長 L=πD=3.14*(60000+32)(中径で計算)=3.14*60032=188500mm
周長の増加量 l=εL=0.976/1000*188500=184mm
変形後の周長 L1=L+l=188500+184=188684mm
変形後の中径 D1=L1/π=188684/3.14=60090mm
内径の増加分 60090-60000-32=58mm
注:上記は「理論直径」における変形量であり、実際には施工検査時の実際の直径の偏差の影響や、円形度の偏差の影響も考慮する必要がある(内圧による「円形化作用」により楕円の短軸の直径はさらに大きくなる)。
今思い返すと少し問題がある:1.58mmの増加は最大の増分であるはずだが、実際には限度を超えていないか?具体的なデータが提供されていないので、見積もりは難しい;2. 負の偏差3mmを差し引いたものが最小厚さであり、実際の直径の増加量は58mmを超えてはならないのが妥当である;また、直径の正確な値をどのように測定するのか分からないので、ご存知の方がいれば教えてください。