【特定設備】直管の最小厚さについて【強度計算】

質問

高圧ガス保安協会の定める、特定設備検査規則の計算式について。
業務上困っているわけではなく、納得できずもやもやしているところに回答が欲しいと思っています。
当方、力学の知識が不足しているため、おかしな発言があるかもしれませんがご容赦願います。

円筒胴の銅板(内圧(P)≦0.385σaη)の最小厚さ(t)を計算する場合、
t = PD0 ÷ 2σaη + 0.8P
ですが、その円筒胴の最薄箇所がねじ部の場合、
t = PD0 ÷ 2σaη + 0.8P + ねじ山の高さ
になるのはどうしてでしょうか。

※各記号は下記を表す
P：設計圧力
D0：外径
σa：許容引張応力
η：溶接継手の効率

例えば、下記条件で添付画像2つの直管を計算した場合(小数点3桁で四捨五入)
P = 25
σa = 129
η = 1

画像上のM10おねじを切った直管は、計算最小厚さ = 1.710
画像下のM10谷径と同じ径の直管は、計算最小厚さ = 0.753
となります。そうするとM10おねじが切られた直管は板厚が足りず、M10谷径と同じ径の直管は最小厚さを満足しているという結果になります。

同じ厚みを有していてもねじ部については特別な応力が発生するため安全率を多めに取る、というような理屈があってこのような計算になっているのでしょうか。

御存じの方いらっしゃいましたら御教示頂きたく存じます。

回答No.4

ohkawa3 · ベストアンサー

回答(2)再出です。
＞「M10ねじ部からねじを全て削り取ればφ8.376直管と同じ条件なのではないか？」

そのような考え方も成り立つと思います。
その一方、パイプの外径を基準として必要とする厚さを計算する方法を採用して、ねじ部については、ねじ山の高さを考慮する方式も安全性を確保する方法として成り立ちます。小径のパイプでは安全率が高くなる方向なので、回答(3)さんがご指摘のように、基準の簡素化という説明で納得することが納めどころと思います。

とはいうものの、貴殿が高圧ガスの特定設備検査規則に関する利害関係者であって、計算基準を変更した方が、製造業者及び利用者の利害を総合して評価した場合、貴殿の提案する計算式で判断する方法が経済合理性があるとお考えであれば、規定の修正を規格制定団体に提案なさることをお勧めします。

お礼

再度の御回答誠にありがとうございます。
明確な答えはなく、納めどころとしてそのような考え方をするのが良いとわかりました。
高圧ガス保安協会の方と話す機会があるのでそこで話す際にここでのやり取りを参考にさせていただきます。

回答No.3

mpascal

「ねじ部の場合にねじ谷径と同じ直管でも計算上ねじ部の方が最小肉厚が大きくなる理由が知りたかったのです。」

計算の簡易化のためだと思います。

お礼

再度の御回答誠にありがとうございます。
簡素化のためとは思ったのですが、式の時点で「D0 - ねじ山の高さ」とするのは直観的でわかりやすく複雑ではないと思ったので、なにか理由があるのかと思った次第です。
お二方より回答をいただき、特別な理由は無さそうだということがわかりました。
お付き合いいただきありがとうございました。

回答No.2

ohkawa3

ご指摘の通り、
φ10のパイプにM10おねじを切ったパイプの、計算最小厚さ = 1.710・・・つまりねじ部の最小厚さ＝0.898
M10谷径と同じφ8.376のパイプは、計算最小厚さ = 0.753
というような結果となり、ねじを切ったパイプの方が20％程度大きな最小厚さを要求されます。

式の形を見て頂けば分かりますが、分子にパイプの外径が含まれますので、外径の大きなパイプほど必要とする最小厚さの値が大きくなります。
φ10のような小径のパイプでは、径に比べてねじ山の高さが比較的大きいので、ねじを切ったパイプが必要とする最小厚さが大きいことが顕著に表れるものと思います。もっと径の大きい（例えばφ50）で計算すれば、必要とする最小厚さの差は小さくなるでしょう。

「ねじ部については特別な応力が発生するため安全率を多めにとっている」のではなく、ねじ部の谷径において最小厚さを満足することを要求する素直な規定と思います。

「特定設備の技術基準の解釈」には、次のように書いてあります。
（管の最小厚さ）
第７条特定設備に係る管（次項に規定するものを除く。）は、次の各号に掲げる管の区分に応じ、当該各号に定める最小厚さ以上の厚さを有するものでなければならない。
(1) 内面に圧力を受けるもの 次の及びに掲げる場合に応じ、当該及びに掲げる算式により得られる最小厚さ（ねじ切りをする部分にあっては、当該最小厚さにねじ山の高さの値を加えた厚さ。以下(1)及び(2)において同じ。）
(i) Ｐ≦0.385ηの場合
　t ＝ＰDo／（2σaη＋0.8Ｐ）
(ii) Ｐ>0.385ηの場合
(2) 外面に圧力を受けるもの 次の図により得られる最小厚さ・・・後略

参考URL：

http://www.meti.go.jp/policy/safety_security/industrial_safety/oshirase/2003/files/150331-betsu1.pdf

補足

丁寧なご回答をいただきまして誠にありがとうございます。

私の質問が悪く申し訳ないのですが簡単に言うと、
「M10ねじ部からねじを全て削り取ればφ8.376直管と同じ条件なのではないか？」
つまり、計算式として、
t =(ＰDo - ねじ山の高さ)／（2σaη＋0.8Ｐ）
とすれば良いのではないかと考えている次第です。

お忙しい所恐縮ですがこちらもコメントいただけますと幸甚でございます。

回答No.1

mpascal

Ｍ10のときの最小肉厚は、２．５ｍｍとするのでは？

お礼

回答ありがとうございます。
例に出した内容が悪かったようで・・・
M10でなくても良いのですが、ねじ部の場合にねじ谷径と同じ直管でも計算上ねじ部の方が最小肉厚が大きくなる理由が知りたかったのです。