JP4532689B2

JP4532689B2 - Determination method of freezing water

Info

Publication number: JP4532689B2
Application number: JP2000220835A
Authority: JP
Inventors: 喜勝天野; 平山本; 隆志織田; 智子板倉
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP2002040015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凍結止水性の判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地下タンクは、その周囲を地下水などの水で囲まれている。そのために高い止水性を確保しておくことが要求される。
実際には地震力などが作用して、それによって発生したひび割れが残留するような場合には、周囲の水がひび割れを通じてタンクの躯体内面へ浸透してくる可能性がある。
しかし低温地下タンクの場合には、タンク躯体が内溶液の冷熱によって極低温状態にある。そのためにタンク躯体のコンクリート内部において浸透水が凍結可能であれば、躯体内面への浸透が阻止され、止水が確保されることになる。
凍結止水性は、ひび割れ幅、ひび割れ間隔、コンクリート温度などさまざまな要因によって決まるために複雑な実験や解析を要する。
あるいは常温におけるひび割れ中の浸透水の流速算定式を利用して解析する方法も利用されている。しかし常温におけるコンクリートひび割れ中の浸透水の流速算定式は、実験から得た各種の経験式が提案されたものであるが、低温下のコンクリートひび割れ中を浸透する水の凍結を対象とするものではなかった。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の凍結止水性の判定方法にあっては、残留するひび割れを許さない設計、あるいは常温で止水性が確保できる程度のひび割れを許容する設計となっており、不経済なものであった。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、簡易な解析によって凍結止水性を判定して、より大きな残留ひび割れを許容する設計を可能として、従来より経済性の高い地下タンクを設計することができる、凍結止水性の判定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の凍結止水性の判定方法は、地下タンクの躯体コンクリートとその周辺部のモデル化を行う工程と、コンクリート躯体にひび割れをモデル化する工程とモデルの上下面に温度境界条件を設定する工程と、ひび割れに水が存在しない状態で温度定常状態を解析する工程と、ひび割れに常温の水を瞬間的に発生させる工程と、この時間を解析開始時刻として設定する工程と、ひび割れ周辺の温度変化を非定常熱伝導解析によって解析する工程と、タンク躯体コンクリート内のひび割れ部の水の温度が凍結温度以下になった時点を凍結完了時刻として設定する工程と、凍結完了時刻から解析開始時刻を差し引く工程と、差し引いた時間を凍結所要時間として設定する工程と、別途、経験式によって常温の水が躯体コンクリートひび割れ中を通過する時間を算定する工程と、前記の凍結所要時間と、前記経験式によって得た通過時間とを比較する工程とによって構成する、凍結止水性の判定方法を特徴とするものである。
【０００６】
さらに本発明は、地下タンクの躯体コンクリートとその周辺部のモデル化を行う工程と、コンクリート躯体にひび割れをモデル化する工程と、モデルの上下面に温度境界条件を設定する工程と、ひび割れに水が存在しない状態で温度定常状態を解析する工程と、躯体コンクリートの外面に未凍結の水を発生させる工程と、その時間を解析開始時刻として設定する工程と、別途、経験式によって常温の水が躯体コンクリートひび割れ中を浸透する速度を算定する工程と、躯体外面に未凍結の水を発生させながら、以前に発生させた水を、温度変化を伴いながら躯体コンクリートの内面側に前記浸透速度で浸透させて行く工程と、タンク躯体コンクリート内のひび割れ部の水の温度が凍結温度以下になった時点を凍結完了時刻として測定する工程と、前記の凍結完了時刻において、解析開始時刻に発生させた水が躯体コンクリート内面に到達しているか否かを判定する工程によって構成する、凍結止水性の判定方法を特徴とするものである。
【０００７】
【本発明の実施の態様】
以下図面を参照しながら本発明の凍結止水性の判定方法の実施例について説明する。
【０００８】
＜イ＞モデル化工程。
図１に示すように、解析モデルをメッシュで表す。
その解析条件を模式的に表したものが図２である。
すなわち、地下タンクの躯体コンクリートとその周辺部を図２に示すようにモデル化を行う。
そしてひび割れとしてＡ部をコンクリート躯体にひび割れとしてモデル化する。
【０００９】
＜ロ＞温度設定工程。
図２に示すモデルの上下面は温度境界条件を設定する。その際に温度連続条件とすることにより、ひび割れが等間隔に連続的に存在するものとして設定することができる。
【００１０】
＜ハ＞温度定常状態解析工程。
温度初期条件として、Ａ部に水が存在しない状態で温度定常状態を解析によって求める。
【００１１】
＜ニ＞水の発生工程。
ひび割れに常温の水を瞬間的に発生させる。
この場合に浸透水のひび割れ内での移動は考慮しない。
ひび割れの内部において瞬間的に発生させた未凍結の水は初期温度を有している。
【００１２】
＜ホ＞非定常熱伝導解析工程。
この常温水の発生の瞬間を「解析開始時刻」として設定する。
その開始時刻以降、図３に示すように、解析開始時刻から時々刻々とＡ部の温度が変化する様子を非定常熱伝導解析によって解析する。
【００１３】
＜ヘ＞凍結完了時刻測定工程。
コンクリート内部においてモデル化した浸透水は、凍結温度以下になった時点で浸透水が凍結したと判断する。
そして浸透水がコンクリート内で凍結した時点をもって、凍結止水が完了したと判断する。
すなわち、タンク躯体コンクリート内のひび割れ部にモデル化した水の温度が凍結温度以下になった時点を「凍結完了時刻」として測定する。
【００１４】
＜ト＞凍結所要時間の設定。
前記した「凍結完了時刻」から「解析開始時刻」を差し引く。こうして差し引いた時間を「凍結所要時間」Ｔｆとして設定する。
【００１５】
＜チ＞常温通過時間の算出工程。
別途、経験式によって常温の水が躯体コンクリートひび割れ中を通過する時間Ｔｃを算定する。
【００１６】
＜リ＞比較工程。
解析の結果から得た凍結止水完了までの時間Ｔｆが、常温の場合にそのひび割れ中を浸透する水が通過する時間Ｔｃよりも短ければ、凍結止水が可能であると判断することができる。
すなわち前記の解析で得た「凍結所要時間」Ｔｆと、計算式によって得た通過時間Ｔｃとを比較し、Ｔｆ＜Ｔｃが成り立つ場合には躯体コンクリートのひび割れ内に浸入した水は、躯体内面に到達する以前にひび割れ内で凍結すると判断することができる。
【００１７】
＜ヌ＞設計への反映。
上記の工程によって、凍結止水性を判定することができれば、より大きな残留ひび割れを許容する設計が可能となる。
その結果、根拠の明確な裏づけの下に、従来の設計によるよりもより経済性の高い地下タンクを設計することができる。
【００１８】
【他の実施例】
【００１９】
＜ヲ＞水の浸透を模擬する方法。
上記の方法は、ひび割れ内に未凍結の水が瞬間的に発生したと仮定した。
しかし以下に示すように、躯体コンクリートの外面に水を発生させ、その水が温度変化を伴いながら躯体コンクリートの内面側に浸透して行くことをモデル化する方法を採用することができる。
【００２０】
＜ワ＞準備工程。
解析を開始するまでの工程は上記の実施例と同様である。
すなわち地下タンクの躯体コンクリートとその周辺部のモデル化を行う工程と、コンクリート躯体にひび割れをモデル化する工程と、モデルの上下面に温度境界条件を設定する工程と、ひび割れに水が存在しない状態で温度定常状態を解析する工程とによって準備を行う。
【００２１】
＜カ＞浸透水の流速の算出工程。
別途、経験式によって常温の水が躯体コンクリートひび割れ中を通過する速度を算定する。
【００２２】
＜ヨ＞水の発生および浸透工程。
躯体の外面に水を発生させる。発生させた水は時間変化に伴い流速と温度変化を考慮して順次躯体内面側に移動させてゆく。躯体の外面には時間変化に伴い順次水を発生させる。
最初に水を発生させた瞬間を「解析開始時刻」として設定する。
【００２３】
＜タ＞凍結完了工程。
タンク躯体コンクリート内のひび割れ部の浸透水の温度が凍結温度以下になった時点を「凍結完了時刻」として測定する。
【００２４】
＜レ＞判定工程。
前記した「凍結完了時刻」において解析開始時刻に発生させた水が躯体コンクリート内面に到達しているか否かを判定する。
到達していなければ凍結止水が可能であると判断することができる。
【００２５】
＜ソ＞設計への反映。
上記の工程によって、凍結止水性を判定することができれば、より大きな残留ひび割れを許容する設計が可能となる。
その結果、前記の実施例と同様に、根拠の明確な裏づけの下に、従来の設計によるよりもより経済性の高い地下タンクを設計することができる。
【００２６】
【本発明の効果】
本発明の凍結止水性の判定方法は以上説明したようになるから、従来よりも大きな残留ひび割れを許容する地下タンクの設計が可能となり、大幅なコストダウンを計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の解析モデルのメッシュで示した図。
【図２】タンク躯体コンクリートとその周辺をモデル化した図。
【図３】解析開始から温度が変化する様子を示した図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for determining freeze-stop properties.
[0002]
[Prior art]
The underground tank is surrounded by water such as groundwater. Therefore, it is required to ensure a high water-stopping property.
In actuality, when a seismic force or the like acts and a crack generated by the action remains, surrounding water may permeate into the inner surface of the tank body through the crack.
However, in the case of a low-temperature underground tank, the tank housing is in a cryogenic state due to the cold heat of the internal solution. Therefore, if the permeated water can be frozen inside the concrete of the tank housing, the penetration to the inner surface of the housing is prevented and water stoppage is secured.
Freezing water-stopping depends on various factors such as crack width, crack spacing, concrete temperature, and so complicated experiments and analyzes are required.
Alternatively, a method of analyzing using a flow rate calculation formula of permeated water in a crack at normal temperature is also used. However, various empirical formulas obtained from experiments have been proposed for calculating the flow rate of permeated water in concrete cracks at room temperature, but not intended for freezing of water penetrating through concrete cracks at low temperatures. There wasn't.
[0003]
[Problems to be solved by the present invention]
Therefore, in the conventional method for determining freeze-stop performance, the design is such that it does not allow residual cracks, or is designed to allow cracks to the extent that water-stop is ensured at room temperature, which is uneconomical. .
[0004]
[Object of the present invention]
The present invention was made in order to solve the conventional problems as described above, and can determine a freezing-water-stopping property by a simple analysis to enable a design that allows a larger residual crack, which is more economical than the conventional one. It is an object of the present invention to provide a method for determining freeze-stop performance, which can design an underground tank.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the freeze-stop method of the present invention includes the steps of modeling the concrete of the underground tank and its surroundings, the step of modeling cracks in the concrete frame, and the model. The process of setting the temperature boundary conditions on the upper and lower surfaces, the process of analyzing the steady state temperature in the absence of water in the cracks, the process of instantaneously generating normal temperature water in the cracks, and the analysis start time A process for analyzing the temperature change around the crack by unsteady heat conduction analysis, and a process for setting the time when the temperature of the water in the cracked part of the tank frame concrete is below the freezing temperature as the freezing completion time And the process of subtracting the analysis start time from the freezing completion time, the process of setting the subtracted time as the time required for freezing, and separately, Characterized but the step of calculating the time for passing the precursor concrete cracking in the the freezing time required, constituted by a step of comparing the passage time obtained by the empirical formula, the determination method of freezing the water-blocking Is.
[0006]
The present invention further includes a step of modeling the concrete of the underground tank and its surroundings, a step of modeling cracks in the concrete frame, a step of setting temperature boundary conditions on the upper and lower surfaces of the model, The process of analyzing the steady state temperature in the absence of water, the process of generating unfrozen water on the outer surface of the concrete frame, the process of setting the time as the analysis start time, The process of calculating the rate of penetration through the cracks in the concrete frame and the generation of unfrozen water on the outer surface of the frame, while the previously generated water penetrates the inner surface side of the frame concrete at the penetration rate with temperature change And the step of measuring the time when the temperature of the water in the cracked part in the tank frame concrete is below the freezing temperature as the freezing completion time In the freezing completion time of one in which water is generated in the analysis start time is constructed by determining whether reaches the skeleton concrete inner surface, and wherein the method of determining the freezing water stopping.
[0007]
[Embodiments of the present invention]
Embodiments of the method for determining freeze-stop properties of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0008]
<A> Modeling process.
As shown in FIG. 1, the analysis model is represented by a mesh.
FIG. 2 schematically shows the analysis conditions.
That is, the concrete of the underground tank and its peripheral part are modeled as shown in FIG.
The part A is modeled as a crack in the concrete frame as a crack.
[0009]
<B> Temperature setting step.
The upper and lower surfaces of the model shown in FIG. 2 set temperature boundary conditions. At that time, by setting the temperature continuous condition, it is possible to set that cracks exist continuously at equal intervals.
[0010]
<C> Temperature steady state analysis process.
As a temperature initial condition, a temperature steady state is obtained by analysis in a state where water is not present in part A.
[0011]
<D> Water generation process.
Water at room temperature is instantaneously generated in the crack.
In this case, the movement of the permeated water within the crack is not considered.
The unfrozen water generated instantaneously inside the crack has an initial temperature.
[0012]
<E> Unsteady heat conduction analysis process.
This moment of generation of room temperature water is set as the “analysis start time”.
After the start time, as shown in FIG. 3, the state in which the temperature of the A part changes from the analysis start time is analyzed by unsteady heat conduction analysis.
[0013]
<F> Freezing completion time measurement step.
The osmotic water modeled inside the concrete is judged to have frozen when the temperature becomes below the freezing temperature.
Then, it is determined that the freeze-stopping has been completed when the penetrating water is frozen in the concrete.
That is, the time when the temperature of the water modeled in the cracked portion in the tank frame concrete becomes below the freezing temperature is measured as the “freezing completion time”.
[0014]
<G> Setting of freezing time.
The “analysis start time” is subtracted from the “freezing completion time”. The time thus subtracted is set as “freezing time” Tf.
[0015]
<V> Calculation step of normal temperature passage time.
Separately, an empirical formula is used to calculate the time Tc for room temperature water to pass through the cracks in the concrete frame.
[0016]
<Re> Comparison process.
If the time Tf until the completion of freezing and water stopping obtained from the result of the analysis is shorter than the time Tc through which the water penetrating the crack passes at room temperature, it can be determined that the freezing and water stopping is possible. .
That is, the “freezing time” Tf obtained by the above analysis is compared with the passage time Tc obtained by the calculation formula. When Tf <Tc is established, the water that has entered the cracks of the concrete frame is It can be determined that it will freeze in the crack before it reaches.
[0017]
<Nu> Reflection in design.
If the freeze-stop performance can be determined by the above steps, a design that allows larger residual cracks is possible.
As a result, it is possible to design an underground tank that is more economical than with conventional designs, with clear evidence.
[0018]
[Other embodiments]
[0019]
<Wo> Method of simulating water penetration.
The above method assumed that unfrozen water was instantaneously generated in the crack.
However, as shown below, it is possible to employ a method of modeling that water is generated on the outer surface of the frame concrete and that the water permeates the inner surface side of the frame concrete with a temperature change.
[0020]
<W> Preparation process.
The process until the analysis is started is the same as that in the above embodiment.
That is, the process of modeling the concrete in the underground tank and its surroundings, the process of modeling cracks in the concrete frame, the process of setting temperature boundary conditions on the upper and lower surfaces of the model, and the absence of water in the cracks To prepare for the process of analyzing the steady state temperature.
[0021]
<F> Calculation process of flow rate of osmotic water.
Separately, an empirical formula is used to calculate the speed at which room-temperature water passes through the cracks in the concrete frame.
[0022]
<Y> Generation and penetration of water.
Generate water on the outer surface of the enclosure. The generated water is sequentially moved to the inner surface of the housing in consideration of the flow velocity and temperature change with time. Water is generated sequentially on the outer surface of the enclosure with time.
The moment when water is first generated is set as the “analysis start time”.
[0023]
<T> Freezing completion step.
The time when the temperature of the seepage water in the cracked part of the tank frame concrete falls below the freezing temperature is measured as the “freezing completion time”.
[0024]
<Le> Determination step.
It is determined whether or not the water generated at the analysis start time at the “freezing completion time” has reached the inner surface of the concrete frame.
If it has not reached, it can be determined that freezing and water stopping is possible.
[0025]
<So> Reflection on design.
If the freeze-stop performance can be determined by the above steps, a design that allows larger residual cracks is possible.
As a result, similar to the above-described embodiment, an underground tank that is more economical than the conventional design can be designed with clear evidence.
[0026]
[Effect of the present invention]
Since the method for determining the freeze-stop performance of the present invention is as described above, it is possible to design an underground tank that allows larger residual cracks than in the prior art, and a significant cost reduction can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a mesh of an analysis model of the present invention.
FIG. 2 is a diagram modeling tank concrete and its surroundings.
FIG. 3 is a diagram showing how the temperature changes from the start of analysis.

Claims

地下タンクの躯体コンクリートとその周辺部のモデル化を行う工程と、
コンクリート躯体にひび割れをモデル化する工程とモデルの上下面に温度境界条件を設定する工程と、
ひび割れに水が存在しない状態で温度定常状態を解析する工程と、
ひび割れに常温の水を瞬間的に発生させる工程と、
この時間を解析開始時刻として設定する工程と、
ひび割れ周辺の温度変化を非定常熱伝導解析によって解析する工程と、
タンク躯体コンクリート内のひび割れ部の水の温度が凍結温度以下になった時点を凍結完了時刻として設定する工程と、
凍結完了時刻から解析開始時刻を差し引く工程と、差し引いた時間を凍結所要時間として設定する工程と、
別途、経験式によって常温の水が躯体コンクリートひび割れ中を通過する時間を算定する工程と、
前記の凍結所要時間と、前記経験式によって得た通過時間とを比較する工程とによって構成する、
凍結止水性の判定方法。A process of modeling the concrete in the underground tank and its surroundings;
A process of modeling cracks in the concrete frame, a process of setting temperature boundary conditions on the upper and lower surfaces of the model,
Analyzing the steady state temperature in the absence of water in the crack;
A process of instantaneously generating normal temperature water in the crack;
A step of setting this time as an analysis start time;
A process of analyzing the temperature change around the crack by unsteady heat conduction analysis,
A step of setting the time when the temperature of the water in the cracked part in the tank frame concrete is below the freezing temperature as the freezing completion time;
A step of subtracting the analysis start time from the freezing completion time, a step of setting the subtracted time as a freezing time,
Separately, the process of calculating the time for normal temperature water to pass through the concrete cracks by empirical formula,
Comprising the time required for freezing and the step of comparing the transit time obtained by the empirical formula ,
Method for determining freeze-stop properties.

地下タンクの躯体コンクリートとその周辺部のモデル化を行う工程と、
コンクリート躯体にひび割れをモデル化する工程と、
モデルの上下面に温度境界条件を設定する工程と、
ひび割れに水が存在しない状態で温度定常状態を解析する工程と、
躯体コンクリートの外面に未凍結の水を発生させる工程と、
その時間を解析開始時刻として設定する工程と、
別途、経験式によって常温の水が躯体コンクリートひび割れ中を浸透する速度を算定する工程と、躯体外面に未凍結の水を発生させながら、以前に発生させた水を、温度変化を伴いながら躯体コンクリートの内面側に前記浸透速度で浸透させて行く工程と、
タンク躯体コンクリート内のひび割れ部の水の温度が凍結温度以下になった時点を凍結完了時刻として測定する工程と、
前記の凍結完了時刻において、解析開始時刻に発生させた水が躯体コンクリート内面に到達しているか否かを判定する工程によって構成する、
凍結止水性の判定方法。A process of modeling the concrete in the underground tank and its surroundings;
A process of modeling cracks in the concrete frame;
Setting temperature boundary conditions on the upper and lower surfaces of the model;
Analyzing the steady state temperature in the absence of water in the crack;
Generating unfrozen water on the outer surface of the concrete frame;
Setting the time as the analysis start time;
Separately, an empirical formula is used to calculate the rate at which normal-temperature water penetrates through the cracks in the concrete frame. A process of infiltrating the inner surface side at the penetration rate,
Measuring the time when the temperature of the water in the cracked part in the tank frame concrete is below the freezing temperature as the freezing completion time;
In the freezing completion time, constituted by a step of determining whether the water generated at the analysis start time has reached the inner surface of the concrete frame,
Method for determining freeze-stop properties.