JP2006219898A - 支持構造を備えたポール - Google Patents

Abstract

【課題】 設置面積を狭くしながら重量を軽減することができる支持構造を備えたポールを提供する。
【解決手段】 本発明の支持構造を備えたポール１０は、地面に立設されたポール１２と、複数段に設けられ、各先端部が上下方向に移動可能となるように各基端部がポール１２の側部に回動可能に接続された複数の束材１３〜１８と、各下端部を各束材１３〜１８の先端部および地面に固定されたアンカーにそれぞれ接続し、各上端部をポール１２の頂部または側部に接続して斜めに張設された複数のポール支持用張弦材１９〜２６と、各束材１３〜１８の先端部と、上下に隣接する他の束材１３〜１８の先端部とをそれぞれ接続し、さらに最下段に設けられた束材１７，１８の先端部とアンカーとの間を接続した束材固定用張弦材２７〜３２とを備えているので、ポールに発生する曲げモーメントが著しく低減され重量を軽減することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナや避雷針等に用いられる支持構造を備えたポールに関する。

従来、ポールを支持するための支持構造として、電柱を支持する支線に見られるように、ポールの先端から支線を斜めに張設し、支線の下端部を地面にアンカーで固定する方法が用いられている。この支線の下端位置は、ポールの高さが高くなるほど外側に広がってポールから離れるため、ポールの設置面積が広くなり、狭い場所に建設できないという問題がある。

ポールの設置面積を小さくするため、特許文献１には、ポールを中心として横方向に水平に延出する束材をポールの外周に固定し、この束材をポールの上下方向に所定間隔をおいて複数設置し、ポールの上端、複数段の束材の自由端部、地面に設けたアンカーとの間に張弦材を、初期導入張力を付与して設置したポールの支持構造が記載されている。

特許文献１では、束材の基部がポールに固定されているので、束材の上下方向の変形が抑制され、ポールの接合部に、風によるポールの変形に抵抗する曲げモーメントを生じさせ、ポールが風を受けたときの変形を抑制する、としている。

特開２００４−１４３９２０号公報 （段落２２）

しかしながら、束材とポールを固定して、その接合部に曲げモーメントを発生させる構造にすると、接合部に発生する曲げモーメントによる破損を防止するために、ポールと束材の接合部に補強材を設けて強度を増加させる必要がある。また、ポールに大きな曲げ応力が発生するので、この曲げ応力による曲がりや挫屈を防ぐために、ポールの強度を増加する必要があり、このため、ポール本体の重量が増加してしまうという問題がある。
そこで本発明が解決しようとする課題は、設置面積を狭くしながら重量を軽減することができる支持構造を備えたポールを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の支持構造を備えたポールは、地面に立設されたポールと、前記ポールの上下方向の複数段に設けられ、各先端部が上下方向に移動可能となるように各基端部が前記ポールの側部に回動可能に接続された複数の束材と、各下端部を各前記束材の先端部および地面に固定されたアンカーにそれぞれ接続し、各上端部を前記ポールの頂部または側部に接続して斜めに張設された複数のポール支持用張弦材と、各前記束材の先端部と、上下に隣接する他の前記束材の先端部とをそれぞれ接続し、さらに最下段に設けられた前記束材の先端部と前記アンカーとの間を接続した束材固定用張弦材とを備えている。

ポールや束材には、例えば、鋼管等の棒状物が用いられるが、材質は問わない。また、ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材には、例えばワイヤロープが好適に用いられる。束材固定用張弦材は、例えば、各束材の先端部同士、および束材の先端部とアンカーとを接続する複数のワイヤロープで構成することができ、また、１本のワイヤロープに各束材の先端部同士を固定し、さらにこのワイヤロープの下端部をアンカーに固定するように構成することも可能である。

各段に設けられた束材は、斜めに張設されたポール支持用張弦材によって横方向に支持されている。ここで、横方向とは、水平方向が基準であるが、鉛直方向以外の斜め方向も含まれる。

ポール支持用張弦材の上端部は、その下端部が接続された束材の基端部より上側位置に固定すれば、どの位置であっても束材を支持できるが、ポール支持用張弦材に加わる張力を小さくし、かつ他の束材との接触を避けるために直上段の束材の基端部に接続することが好ましい。

ポールの一側から風等による押圧力が加わると、ポールは風下側（他側）に傾斜しようとする。このとき、ポールの一側に配置された各ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材には、張力が発生してポールの傾斜や撓みが防止される。

中間部に設けられた束材の先端部は、ポール支持用張弦材によってそれぞれ斜め上方に引張られている。束材固定用張弦材は、束材の先端部を下方に引っ張り、各ポール支持用張弦材の張力を支持している。そして、束材固定用張弦材に加わる張力は、その下端部に接続され地面に埋設されたアンカーによって支持されている。

なお、束材は、ポール支持用張弦材と束材固定用張弦材に発生する張力の合成方向に向けて配置することも可能である。

ポールの強度を設計する場合に重要な条件は風による水平方向の力と、重量とを支えることであるが、本発明においては、前者の条件を中心に考慮すれば後者の条件は満たされる。本発明によれば風によるポールの撓みはポール支持用張弦材で抑えられているのでポールに発生する曲げ応力は小さい。一方、ポールに加わる主たる荷重は、ポール自身とポールの先端部に取り付けるアンテナなどの積載物の重量による垂直荷重と、風などによる水平方向の力に伴ってポール支持用張弦材に発生する張力の垂直分力である。従って、支持構造全体の強度設計を、ポールの挫屈に着目して行うことができ、曲げ応力の影響をあまり考慮する必要がない。

各束材を、各段に３本以上ずつ放射状に均等配置すると、ポールを傾斜させようとする力が水平面内のどの方向から加わっても、この力に対する抗力を発生させることができる。

各ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材に、長さ調整機構をそれぞれ設け、初期張力を付与して張設すると、ポールの一側から押圧力が加わったときに、他側の各ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材の弛みが防止される。長さ調整機構は、例えば、ターンバックル等が用いられる。

各ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材の少なくとも一部に、定張力機構をそれぞれ設けると、ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材の伸縮による張力の変動が抑えられる。また、ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材を取付けるときの取付け長さの誤差が吸収される。定張力機構には、例えば、ばね等の付勢部材を用いることができる。

ポールの下端部を、基礎部に回動可能に接続すると、ポールの基部に曲げモーメントが発生しないので、ポールの強度を小さくすることができる。回動可能に接続する構造としては、例えば、球面軸受等を用いることができる。

ポールを、複数の短尺棒材を回動可能に接続して設けると、ポールの中間部に加わる曲げモーメントが大幅に減少するので、ポールの強度を小さくすることができる。

本発明によれば次の効果を奏する。
（１）本発明の支持構造を備えたポールは、地面に立設されたポールと、複数段に設けられ、ポールの側部に回動可能に接続された複数の束材と、各下端部を各前記束材の先端部および地面に固定されたアンカーにそれぞれ接続し、各上端部を前記ポールの頂部または側部に接続して張設された複数のポール支持用張弦材と、各束材の先端部と、上下に隣接する他の束材の先端部とをそれぞれ接続し、さらに最下段に設けられた束材の先端部と前記アンカーとの間を接続した束材固定用張弦材とを備えているので、ポールに横方向の力が加わってもポールに発生する曲げ応力が格段に軽減され、また、ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材に張力が加わっても、各束材の基端部に曲げモーメントが発生しないので、補強材を設ける必要がなく、重量を軽減することができる。また、束材を用いて、ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材に加わる張力の方向を変えているので、設置面積を狭くすることができる。また、束材を複数段設置して挫屈長さを短くしているので、ポールの強度を大幅に削減して軽量化を図ることが出来る。
（２）各束材を、各段に３本以上ずつ放射状に均等配置すると、ポールを傾斜させようとする力がどの方向から加わっても、この力に対する抗力を発生させることができ、安定性を向上させることができる。
（３）各ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材に、長さ調整機構をそれぞれ設け、初期張力を付与して張設すると、各ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材の弛みが防止される。
（４）各ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材に、定張力機構をそれぞれ設けると、ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材の伸縮による張力の変動が抑えられる。また、ポール支持用張弦材および束材固定用張弦材を取付けるときの取付け長さの誤差が吸収され、初期張力の設定を正確に行うことができる。
（５）ポールの下端部を、基礎部に回動可能に接続すると、ポールの基部に曲げモーメントが発生しないので、ポールの強度を小さくして、ポールを軽量化することができる。
（６）ポールを、複数の短尺棒材を回動可能に接続して設けると、ポールの中間部に曲げモーメントが発生しないので、ポールの強度を小さくして、ポールを軽量化することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の支持構造を備えたポールの説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の支持構造を備えたポール１０は、地面１１に立設されたポール１２と、ポール１２に回動可能に接続された複数の束材１３〜１８と、各束材１３〜１８およびポール１２をそれぞれ連結するポール支持用張弦材の一例であるポール支持ワイヤ１９〜２４と、地面に埋設して固定されたアンカー（図示せず）およびポールを連結するポール支持用張弦材の一例であるポール支持ワイヤ２５，２６と、各束材１３〜１８および地面に埋設されたアンカー（図示せず）を接続する束材固定用張弦材５７，５８とを有している。

なお、束材固定用張弦材５７，５８は、上下に隣接する束材１３〜１８の先端部を連結する束材固定ワイヤ２７〜３０と、最下段の束材１７，１８と地面１１とを連結する束材固定ワイヤ３１，３２によって構成されている。また、各束材１３〜１８は、平面視して十字形となるように、各段に放射状に４本ずつ設けられているが、ここでは、左右方向に設けられた束材１３〜１８のみを図示し、前後方向に設けられた束材については、同じ構造であるので図示を省略する。以下、詳しく説明する。

ポール１２は、複数の鋼管を接続して、２０〜１００ｍの高さに形成され、地面１１に構築した基礎上に立設されている。また、束材１３〜１８は、ポール１２より細い鋼管を用いているが、他の形鋼を用いることも可能である。なお、束材固定ワイヤ２７〜３２およびポール支持ワイヤ１９〜２６には、ワイヤロープを用いている。

束材１３〜１８は、ポール１２の上下方向の例えば３段に４本ずつ配置されている。ポール１２の側部には、束材１３〜１８の各基端部３３〜３８が、回動ピン３９を介してそれぞれ回動可能に取り付けられている。束材１３〜１８の各先端部４０〜４５は、回動ピン３９を中心として回動でき、それぞれ上下方向に移動することができる。

最上段の束材１３，１４の先端部４０，４１と、ポール１２の頂部４６とは、ポール支持ワイヤ１９，２０によって接続されている。また、２段目の束材１５，１６の先端部４２，４３と、最上段の束材１３，１４の基端部３３，３４とは、ポール支持ワイヤ２１，２２によって接続されている。また、３段目の束材１７，１８の先端部４４，４５と、２段目の束材１５，１６の基端部３５，３６とは、ポール支持ワイヤ２３，２４によって接続されている。

各束材１３〜１８は、ポール支持ワイヤ１９〜２４によって、それぞれ略水平に配置されている。支持構造を備えたポール１０は、ポール１２、束材１３〜１８、ポール支持ワイヤ１９〜２６および束材固定ワイヤ２７〜３２とともに構成する三角形に働く張力および押圧力の釣り合いによって、撓みを防止している。

支持構造を備えたポール１０に対して、図中の右側から左側に向けて風が吹いたとき、ポール１２は左側に撓もうとするが、右側のポール支持ワイヤ２０，２２，２４，２６の張力が増加することによって右下方に引張られ、さらにポール支持ワイヤ２０，２２，２４，２６は、束材固定ワイヤ２７〜３２によって下方に引張られるので、ポールの撓みは抑制される。以下、詳しく説明する。

図２（Ａ）は、第１の実施の形態の支持構造を備えたポールの上部の部分拡大図、（Ｂ）は同支持構造を備えたポールの中間部の部分拡大図である。図２（Ａ）に示すように、右側から左側に向けて風が吹いたとき、ポール支持ワイヤ２０に張力Ｔ_１が発生してポール１２の左側への移動を防止する。なお、風による力はポールの長さ方向に分布して発生するが、本実施の形態においては、説明の簡便のため、風による力がポールの頂部や束材の基端部に集中して発生するものとして説明する。

まず、束材１４に加わる力の釣合について説明する。束材１４の先端部４１には、ポール支持ワイヤ２０と束材固定ワイヤ２８とが接続されている。風等の影響により、ポール１２の頂部４６にＴ_１ｘの左方向の力が加わると、ポール支持ワイヤ２０に張力Ｔ_１が発生する。このとき、束材１４の先端部４１に加わる張力Ｔ_１の鉛直方向成分はＴ_１ｙとなるので、束材１４を水平に支持する束材固定ワイヤ２８の張力は、Ｔ_１ｙとなる。また、束材１４の先端部４１には、ポール支持ワイヤ２０の張力Ｔ_１の水平方向成分Ｔ_１ｘが圧縮力として加わる。

次にポール１２の上部に加わる力の釣合について説明する。まず、ポール１２の頂部４６では、風の影響による左方向の力Ｔ_１ｘと、張力Ｔ_１の水平方向成分である右方向の力Ｔ_１ｘとが釣り合っている。また、ポール１２の頂部４６には、張力Ｔ_１の鉛直方向成分Ｔ_１ｙが圧縮力として加わる。また、束材１４の基部３４の取付け位置４７では、束材１４から押圧力Ｔ_１ｘを左方向に受ける。

次に、支持構造を備えたポール１０の中間部の力の釣合について説明する。図２（Ｂ）に示すように、束材１４から受ける押圧力Ｔ_１ｘとポール１２の中間部に当たる風により、ポール支持ワイヤ２２には張力Ｔ_２が発生する。束材１６は、張力Ｔ_２の鉛直方向成分Ｔ_２ｙと、束材固定ワイヤ２８の張力Ｔ_１ｙによって上向きの力を受けるため、束材固定ワイヤ３０には、Ｔ_１ｙ＋Ｔ_２ｙの張力が発生する。また、束材１６の先端部４３には、ポール支持ワイヤ２２の張力Ｔ_２の水平方向成分Ｔ_２ｘが圧縮力として加わる。

ポール１２の中間部では、ポール支持ワイヤ２２の取付け位置４８に圧縮力Ｔ_２ｙが下方に加わり、また、取付け位置４８に右方向の力Ｔ_２ｘ、束材１６の基端部３６の取付け位置４９に左方向の力Ｔ_２ｙが加わる。

図１に示すように、ポール１２が左向きの力を受けたときには、ポール支持ワイヤ２４，２６にもポール支持ワイヤ２０，２２と同様に張力が発生する。この張力の大きさをそれぞれＴ_３、Ｔ_４とすると、束材固定ワイヤ３２には、Ｔ_１ｙ＋Ｔ_２ｙ＋Ｔ_３ｙの張力が発生し、束材固定ワイヤ３２を地面１１に固定するアンカーには、Ｔ_１ｙ＋Ｔ_２ｙ＋Ｔ_３ｙ＋Ｔ_４ｙの張力が発生する。一方、ポール１２の下端部を支持する基礎部には、Ｔ_１ｙ＋Ｔ_２ｙ＋Ｔ_３ｙ＋Ｔ_４ｙの圧縮力が発生する。これらの張力Ｔ_１〜Ｔ_４によるワイヤの伸び、圧縮力によるポール１２の縮みは小さいのでポール１２の変形は極めて小さい。

各束材固定ワイヤ２７〜３２および各ポール支持ワイヤ１９〜２６の中間部には、長さ調整機構の一例であるターンバックル（図示せず）と、定張力機構の一例であるコイルばね（図示せず）がそれぞれ設けられており、各ターンバックルで長さを調整することにより初期張力が付与されて張設されている。初期張力は、ポールが揺動したときでも、ワイヤロープが弛まず、かつ一定の張力を有する大きさに設定する。コイルばねを用いることにより、伸びに対する張力の変化が小さくなり、張力の調整が容易になる。

次いで、本発明の第２の実施の形態の支持構造を備えたポール５０について説明する。図３は、第２の実施の形態の支持構造を備えたポールの説明図である。支持構造を備えたポール５０は、第１の実施の形態の支持構造を備えたポール１０のポール１２の替わりにポール５１を用いているが、その他の部分の構成は同じなので、同一部材には同一番号を付して説明は省略する。

ポール５１は、４本の短尺部材５２〜５５を基礎部５６上に回動可能に接続して設けられている。各短尺部材５２〜５５および基礎部５６の接合部は、球面座および球面受座により接続されている。ポール支持ワイヤ１９，２０の上端部、ポール支持ワイヤ２１，２２の上端部、ポール支持ワイヤ２３，２４の上端部およびポール支持ワイヤ２５，２６の上端部は、短尺部材５２〜５５の頂部にそれぞれ接続されている。

ポール５１に横方向の力が加わったときは、各短尺部材５２〜５５が回動可能に接続されているので、各短尺部材５２〜５５間で曲げモーメントは伝達されず、ポール５１の基礎部５６には曲げモーメントが加わらない。このため、ポール５１は、上部に設けられる通信設備等の構築物の重量を支持できるだけの強度があればよく、軽量に形成することができる。

また、ポール５１を設置するときは、各短尺部材５２〜５５を分解した状態で現場に運ぶことができるので、現場で溶接したりする必要がなくなり、施工が容易になる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、束材１３〜１８は、必ずしも水平に配置されていなくてもよい。また、ポール支持ワイヤ１９〜２４の上端部の取付け位置は、各ポール支持ワイヤ１９〜２４が取り付けられている束材１３〜１８の、各基端部３３〜３８より上側位置であればよい。また、各束材は、各段に３本以上ずつ放射状に均等配置されていればよい。また、定張力機構は、束材固定ワイヤ２７〜３２のみ、またはポール支持ワイヤ１９〜２６のみに設けることも可能である。

本発明は、アンテナや避雷針等に利用でき、また、照明、航空障害灯、非常時放送設備、送電線用等にも利用できる。

本発明の第１の実施の形態の支持構造を備えたポールの説明図 （Ａ）は、同支持構造を備えたポールの上部の部分拡大図、（Ｂ）は同支持構造を備えたポールの中間部の部分拡大図 第２の実施の形態の支持構造を備えたポールの説明図

符号の説明

１０ 支持構造を備えたポール
１１ 地面
１２ ポール
１３〜１８ 束材
１９〜２６ ポール支持ワイヤ（ポール支持用張弦材）
２７〜３２ 束材固定ワイヤ
３３〜３８ 基端部
３９ 回動ピン
４０〜４５ 先端部
４６ 頂部
４７ 取付け位置
４８ 取付け位置
４９ 取付け位置
５０ 支持構造を備えたポール
５１ ポール
５２〜５５ 短尺棒材
５６ 基礎部
５７，５８ 束材固定用張弦材

Claims (6)

1. 地面に立設されたポールと、
   前記ポールの上下方向の複数段に設けられ、各先端部が上下方向に移動可能となるように各基端部が前記ポールの側部に回動可能に接続された複数の束材と、
   各下端部を各前記束材の先端部および地面に固定されたアンカーにそれぞれ接続し、各上端部を前記ポールの頂部または側部に接続して斜めに張設された複数のポール支持用張弦材と、
   各前記束材の先端部と、上下に隣接する他の前記束材の先端部とをそれぞれ接続し、さらに最下段に設けられた前記束材の先端部と前記アンカーとの間を接続した束材固定用張弦材とを備えていることを特徴とする支持構造を備えたポール。
2. 各前記束材は、各段に３本以上ずつ放射状に均等配置されていることを特徴とする請求項１に記載の支持構造を備えたポール。
3. 各前記ポール支持用張弦材および前記束材固定用張弦材には、長さ調整機構がそれぞれ設けられ、初期張力を付与されて張設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の支持構造を備えたポール。
4. 各前記ポール支持用張弦材および前記束材固定用張弦材の少なくとも一部には、定張力機構が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の支持構造を備えたポール。
5. 前記ポールの下端部は、基礎部に回動可能に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の支持構造を備えたポール。
6. 前記ポールは、複数の短尺棒材を回動可能に接続して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の支持構造を備えたポール。
   

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