JP2012057444A - 浮体連結式フラップゲートの扉体構造 - Google Patents

浮体連結式フラップゲートの扉体構造 Download PDF

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Masanori Inui
真規 乾
Yuichiro Kimura
雄一郎 木村
Kyoichi Nakaho
京一 仲保
Toshiaki Morii
俊明 森井
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Hitachi Zosen Corp
日立造船株式会社
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Abstract

【課題】仮に扉体が損傷して扉体の内部に水が浸入しても扉体を浮上する浮力を十分に確保する。
【解決手段】開口部に設置され、開口部から水が流入する際に前記開口部を遮断すべく、高さ方向に分割した複数の扉体ブロックを、高さ方向の平面内で回転自在に連結して扉体2を構成したフラップゲート1の、前記扉体2の中空部を、同一形状のセル4aの集合体からなるハニカム構造4とする。ハニカム構造4は、扉体2の最大座屈荷重に耐えうる圧縮強度を有する密度を有するものとする。
【効果】車両の通過による輪荷重に耐え得る耐圧縮性・耐衝撃性と浮力を十分に確保することができる。また、仮に扉体が損傷して損傷部から扉体の内部に水が浸入しても、扉体を浮上する浮力を十分に確保することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば防潮壁の開口部に設置され、増水時、増水した水が公共空間に流れ込まないよう、扉体を起立させて前記開口部を遮断する浮体連結式フラップゲートにおける扉体の構造に関するものである。
増水時に、増水した水が公共空間に流れ込まないように、防潮壁の開口部に、開口部を遮断する浮体式フラップゲートが設置される場合がある(例えば特許文献1、2)。
この種の浮体式フラップゲートは、扉体に単数個の大きな浮体を有し、防潮壁の開口部から流れ込む水の水圧と扉体自体の浮力を利用して扉体を起立させ、開口部を遮断するものである。
しかしながら、上記浮体式フラップゲートの扉体は、鋼製の中空構造であるため、この扉体を防潮壁の開口部の道路面に設置した場合、次のような問題が生じる。
扉体が倒伏状態の場合、扉体の上面を車両が通過することになるが、この車両の通過による輪荷重疲労によって扉体が損傷するおそれがある。また、扉体が起立状態の場合、漂流物の衝突によって扉体が損傷するおそれがある。これらの事情によって扉体が損傷すると、扉体の内部に水が浸入して起立できなくなる。
特開2001−214425号公報 特開2003−253912号公報
本発明が解決しようとする問題点は、鋼製の中空構造の扉体の場合、扉体上面の車両通過や漂流物の衝突によって扉体が損傷すると、扉体の内部に水が浸入して起立できなくなるという点である。
本発明の浮体連結式フラップゲートの扉体構造は、
仮に扉体が損傷して扉体の内部に水が浸入しても起立できなくなることを防ぐために、
開口部に設置され、開口部から水が流入する際に前記開口部を遮断すべく、高さ方向に分割した複数の扉体ブロックを、高さ方向の平面内で回転自在に連結して扉体を構成したフラップゲートの、前記扉体の中空部を、同一形状のセルの集合体からなるハニカム構造としたことを最も主要な特徴としている。
上記の本発明では、仮に扉体が損傷して損傷部から扉体の内部に水が浸入しても、浸水するのは損傷したセルのみに止まり、他のセルには浸水しない。従って、扉体を浮上する浮力は十分に確保することができる。
本発明では、扉体の中空部を、同一形状のセルの集合体からなるハニカム構造としたので、車両の通過による輪荷重に耐え得る耐圧縮性・耐衝撃性と浮力を十分に確保することができる。
また、仮に扉体が損傷して損傷部から扉体の内部に水が浸入しても、浸水するのは損傷したセルのみに止まり、他のセルには浸水しないので、扉体を浮上する浮力を十分に確保することができる。
本発明の扉体構造を有する浮体連結式フラップゲートの一例を側面から見た図で、(a)は倒伏状態の図、(b)は基端側の扉体ブロックが起立した状態を示した図、(c)は基端側と中間の扉体ブロックが起立した状態を示した図である。 (a)〜(e)は本発明の扉体構造に採用するハニカムのセルの横断面形状の例を示した図である。 本発明構造の扉体が損傷した場合について説明する図である。 アルミニウム製ハニカムを圧縮した際の荷重の変化を示した図である。 アルミニウム製ハニカムの圧縮強度を示した図である。 ステンレス製ハニカムとスチール製ハニカムの圧縮強度を示した図である。 塩化ビニル製ハニカムの圧縮強度を示した図である。 ガラス繊維強化プラスチック製ハニカムの圧縮強度を示した図である。 炭素繊維強化プラスチック製ハニカムの圧縮強度を示した図である。 本発明構造の扉体とハニカムの間に絶縁材を挿入した場合について説明する図である。
本発明は、扉体上面の車両通過や漂流物の衝突によって扉体が損傷して、扉体の内部に水が浸入しても、扉体を浮上する浮力を十分に確保するという目的を、扉体の中空部を、同一形状のセルの集合体からなるハニカム構造とすることで実現した。
以下、本発明を実施するための形態を、図1〜図8を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の扉体構造を有する浮体連結式フラップゲートの説明図、図2〜図8は本発明の扉体構造について説明する図である。
1は例えば防潮壁の開口部(図1の紙面左方向)の路面sに埋設状に設置される本発明の扉体構造を有する浮体連結式フラップゲートである。この浮体連結式フラップゲート1は、海洋(河川)から公共空間(道路面)へ水wが流入しようとする際、流入する水wの水圧と扉体2の浮力を利用して、基端側を支点として扉体2を起立させて開口部を遮断するものである。
この浮体連結式フラップゲート1は、例えば道路面より低い位置に構築される開口部の路面sに凹面s1(埋設ピット)を形成し、この凹面s1にフラップゲート1(倒伏状態)を収容するものである。この路面埋設型では、凹面s1から海洋側(河川側)へ水を排出する排水路が設けられている。
この浮体連結式フラップゲート1を構成する扉体2は、高さ方向に、例えば鋼製の中空構造である3個の扉体ブロック2a〜2cに分割した構成となされている。以下、これら3個の扉体ブロック2a〜2cを、起立状態にある場合の上方から、先端側の扉体ブロック2a、中間の扉体ブロック2b、基端側の扉体ブロック2cと言う。
そして、これら扉体ブロック2a〜2c間、及び、基端側の扉体ブロック2cと路面sを、高さ方向の平面内で、海洋(河川)から流れ込もうとする水wの方向に向けて、例えば所定角度の回転が自在な回転部3a〜3cで連結している。
本発明の扉体構造は、上記浮体連結式フラップゲート1を構成する扉体2の中空部を、同一形状のセル4aの集合体からなるハニカム構造4としたものである。
前記ハニカム構造4を形成するセル4aの横断面形状は、図2(a)に示す六角形状に限らず、(b)に示す矩形状、(c)に示すフレックス状、(d)に示すバイセクト状、(e)に示すフェザー状等どのような形状でも良い。
ハニカム構造4は、体積全体の95〜99%が空気であるため非常に軽量である。また、六角柱等の同一形状のセル4aの集合体の表裏面を接着した構造体であるため力学的に理想の応力分布が得られ、重量当たりの剛性、比強度は他の構造材に比べて非常に高い。さらに、全体に均一な接着構造となっているため、リベット、溶接、ビス止め等の構造と異なり応力集中が少なく、耐疲労性に優れている。またさらに、セルを構成する壁が折り畳まれ、一定の荷重を支えながら潰れていくので、衝撃荷重に強い。
上記構成の本発明では、扉体2の中空部を、同一形状のセル4aの集合体からなるハニカム構造4としたので、車両の通過による輪荷重に耐え得る耐圧縮性・耐衝撃性と浮力を十分に確保しながら、軽量化することができる。
また、図3に示すように、仮に扉体2が損傷して損傷部から扉体2の内部に水が浸入しても、隣接するセル4a同士は水密となっているので、浸水するのは損傷したセル4aのみに止まり、他のセル4aには浸水しない。従って、扉体2を浮上する浮力を十分に確保することができる。
ところで、本発明の扉体構造を有する前記浮体連結式フラップゲート1においては、扉体2が倒伏状態の場合、扉体2の上面を通過する車両の輪荷重によってハニカム構造4が弾性変形領域を超えて潰れないことが必要である。
このため、ハニカム構造4は弾性変形までは可とするが、弾性変形以上は潰れないことが重要で、そのためにはハニカムの密度を適度なものとする必要がある。
図4は厚さ50mmのアルミニウムで製作した横断面形状が六角形のセル(サイズ:1/4インチ=6.35mm)のハニカムを圧縮した際の荷重の変化を示した図で、最大荷重の約50%の荷重を支えながら潰れていく様子がわかる。
このことから、本発明の扉体構造を有する前記浮体連結式フラップゲート1では、最大座屈荷重に耐え得る圧縮強度を有する密度のハニカム構造4とすれば、「弾性変形までは可とするが、弾性変形以上は潰れない」ことを満足することになる。
例えば、「ハニカム構造材料の応用技術(上巻)、先端材料技術協会監修」によると、セルサイズは相違するが、アルミニウム製ハニカムの圧縮強度が示されている。そのデータをまとめたものが図5のプロットであり、図5中の線図はこのプロットから得た直線で近似したものである。
この図5に示したアルミニウム製ハニカムの場合、1MPaの最大座屈荷重に耐え得るハニカムの密度は0.04ton/m3となる。なお、図5の結果を得たアルミニウム製ハニカムのセルの横断面形状は六角形状、矩形状、フレックス形状、バイセクト形状、フェザー形状で、厚さは10〜1000mm、セルサイズは1/16インチ(=1.5875mm)以上である。
本発明の扉体構造に採用するハニカム構造4は、前記のアルミニウムセルに限らないことは言うまでもない。例えば前記アルミニウムセルと異なる厚さ、異なる横断面形状のアルミニウムセルを用いたものでも良い。また、他の金属或いは非金属を用いたものでも良い。但し、これらの場合、望ましいハニカムの密度は前記のアルミニウムセルを用いたハニカムの場合と相違することは言うまでもない。
ステンレス製ハニカムとスチール製ハニカム、塩化ビニル製ハニカム、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)製ハニカム、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)製ハニカムの圧縮強度を示した図を図6〜図9に示す。これら図6〜図9に示した結果も、前記「ハニカム構造材料の応用技術(上巻)、先端材料技術協会監修」に記載された内容を検討した結果に基づくものである。
これら図6〜図9より、1MPaの最大座屈荷重に耐え得るハニカムの密度は、ステンレス製ハニカムとスチール製ハニカムの場合は0.08ton/m3、塩化ビニル製ハニカムの場合は0.06ton/m3、GFRP製ハニカムの場合は0.04ton/m3、CFRP製ハニカムの場合は0.03ton/m3となる。なお、図6〜図9の結果を得たステンレス製ハニカム、スチール製ハニカム、塩化ビニル製ハニカム、GFRP製ハニカム、CFRP製ハニカムのセルの横断面形状は六角形状、矩形状、フレックス形状、バイセクト形状、フェザー形状で、厚さは10〜1000mm、セルサイズは1/16インチ(=1.5875mm)以上である。
上記構成の発明例では、図1(a)に示す倒伏した収容状態において、車両が通過しても、車両の輪荷重に耐え得る耐圧縮性・耐衝撃性と浮力を十分に確保することができる。仮に車両の輪荷重により扉体2が損傷して損傷部から扉体2の内部に水が浸入しても、浸水するのは損傷したセル4aのみに止まり、他のセル4aには浸水しない。従って、扉体2の浮上に必要な浮力を十分に確保することができる。
本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
例えば、ハニカム構造4は、図3に示すような一層に限らず、多層としても良い。多層とする場合、扉体2の幅方向の両端のみ一層としても良い。
また、ハニカム構造4は上記で説明したものに限らない。例えばプラスチック製ハニカムの場合、塩化ビニルに限らず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド製のハニカムも採用できる。また、アラミド繊維強化プラスチック(AFRP)製ハニカムを採用しても良い。なお、AFRP製ハニカムの場合、1MPaの最大座屈荷重に耐え得るハニカムの密度は0.03ton/m3であった。
ところで、中空の扉体2の材質とハニカム構造4の材質が異なる場合、異種金属の接触点で電解腐食が発生し、扉体2やハニカム構造4に穿孔が生じて水密を損ない、扉体2の損傷時に扉体2の浮上に必要な浮力を確保できなくなる。
このことから、図10に示すように、中空の扉体2とハニカム構造4の接触点にシート状の樹脂やセラミック製の絶縁材5を挿入して扉体2とハニカム構造4を電気的に絶縁することで、局部電池の形成を防止し、電解腐食の発生を防ぐことができる。
1 浮体連結式フラップゲート
2 扉体
2a〜2c 扉体ブロック
3a〜3c 回転部
4 ハニカム構造
4a セル
5 絶縁材

Claims (3)

  1. 開口部に設置され、開口部から水が流入する際に前記開口部を遮断すべく、高さ方向に分割した複数の扉体ブロックを、高さ方向の平面内で回転自在に連結して扉体を構成したフラップゲートの、前記扉体の中空部を、同一形状のセルの集合体からなるハニカム構造としたことを特徴とする浮体連結式フラップゲートの扉体構造。
  2. 前記ハニカム構造は、前記扉体の最大座屈荷重に耐えうる圧縮強度を有する密度を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の浮体連結式フラップゲートの扉体構造。
  3. 前記ハニカム構造と扉体の接触部分に、絶縁材として、樹脂製シートまたはセラミック製シートを挿入し、電解腐食を防止する構造としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の浮体連結式フラップゲートの扉体構造。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014070414A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Hitachi Zosen Corp 浮体式フラップゲートの扉体構造
JP6118958B1 (ja) * 2016-06-06 2017-04-26 英外 ▲濱▼田 改良型可動式津波緩衝設備

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