JP2012176834A - 岸壁クレーン - Google Patents

Abstract

【課題】地震発生時に、走行装置の走行輪の浮き上がりを防止することができる岸壁クレーンを提供する。また、耐震性能を向上した岸壁クレーンを提供する。
【解決手段】走行装置２と脚構造物３を有した岸壁クレーン１において、脚構造物３が、海側脚３２と陸側脚３３を連結する水平材７と、水平材７の下面に沿って摺動可能に設置した複数のスライダ機構８と、複数のスライダ機構８にそれぞれ設置した海側揺脚４及び陸側揺脚５を有し、地震発生時に、スライダ機構８が水平材７に対して摺動自在となる制御を行う構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、港湾や内陸地のコンテナターミナルなどでコンテナの荷役に使用するクレーン等に、地震対策を施した岸壁クレーンに関するものである。

港湾や内陸地等のコンテナターミナルでは、岸壁クレーン、門型クレーン、コンテナトレーラによって、船舶及びトレーラ間のコンテナの荷役を行っている。このコンテナターミナルにおける地震対策として、岸壁クレーンに免震構造を備えたクレーンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９に、免震装置を設置した従来型の岸壁クレーンの１例を示す。岸壁クレーン１Ｘは、陸側走行装置２Ｘに油圧ダンパー等の減衰機構を有する免震装置３４を有している。この免震装置３４は矢印で示す様に垂直方向に伸縮する。

また、岸壁クレーン１Ｘは脚構造物３Ｘを有している。この脚構造物３Ｘは、海側脚３２Ｘ及び陸側脚３３Ｘと、この脚を連結する水平材であるポータルタイビーム７と、海側脚３２Ｘの上方に延伸したマスト３７（Ａフレームとも言う）を有している。更に、脚構造物３Ｘは、上方にブーム３８及びガーダ３９を有している。更に、この脚構造物３Ｘは、岸壁３１に平行な方向（図９の紙面手前から奥の方向）に、海側シルビーム４０、陸側シルビーム４１を有している。上記のブーム３８及びガーダ３９に沿って、荷役装置（トロリ）４２が走行し、コンテナ４３の荷役を行うように構成している。なお、２Ｘは走行装置、２０Ｘは走行装置に設置した走行輪、３０Ｘは岸壁３１に敷設したレール、４４はコンテナ船を示している。また、ｘ軸方向はクレーンの横行方向（海陸方向）ｘ、ｚ軸は鉛直方向ｚを示している。

図１０及び１１に、岸壁クレーン１Ｘの免震構造のモデルを示す。図１０に、コンテナの荷役作業等を行う通常時における岸壁クレーン１Ｘの振動解析用モデルを示す。このモデルは、地表面（岸壁）３１上に、免震装置３４（陸側脚に設置した免震装置）を介して、岸壁クレーン１Ｘの重心である質点ｍを支持している状態を示している。なお、走行装置２Ｘと地表面３１は、走行輪２０Ｘとレール３０Ｘで接触しているため、モデルでは紙面に垂直方向の軸を持つピン支持と見なすことができる。また、免震装置３４は、ダンパー機構３５とバネ機構３６の組合せで示している。

図１１に、岸壁クレーン１Ｘのモデルに地震動として、海側走行装置と陸側走行装置を交互に浮き上がらせる（上下移動させる）ような縦ねじれ振動Ｓ０（ロッキングともいう）を加え、質点ｍが振動している様子を示す。このとき、免震装置３４には、荷重Ｆｘが生じている。この縦ねじれ振動Ｓ０に対して、免震装置３４が垂直方向に振動を減衰しながら伸縮する。この構造により、岸壁クレーン１Ｘは、一定の大きさの縦ねじれ振動Ｓ０を抑制することができる。

しかしながら、平成１８年の港湾法改正以降、想定される地震波が大きくなり、現行の免震装置のままでは、図１１に示すように、縦ねじれ振動Ｓ０により走行輪２０Ｘがレール３０Ｘから浮き上がる現象が発生する。この走行輪２０Ｘの浮き上がりが発生すると脱輪や着地時の衝撃による破損が問題となる。前述の免震装置３４では、この走行装置等の破損に対する修理や、交換等に多大な時間とコストがかかるという問題を有している。また、大規模地震に対応するように、免震装置３４を大型化する等の改造を行うことは、コスト、設置スペース及び重量増加の観点から現実的ではない。

更に、上記のクレーン１Ｘは、地震の発生に伴い岸壁３１が変形し、２つのレール３０Ｘ（海側及び陸側に敷設したレール）間の距離が変化した場合、クレーン１Ｘの脚構造物が塑性変形して復旧修理が困難になるという問題を有している。これは、免震装置３４が横行方向ｘの変形を吸収できないためである。

特開２００７−２８４２３０号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、地震発生時に、走行装置の走行輪の浮き上がりを防止することができる岸壁クレーンを提供することである。また、耐震性を向上した岸壁クレーンを提供することである。

上記の目的を達成するための本発明に係る岸壁クレーンは、走行装置と脚構造物を有した岸壁クレーンにおいて、前記脚構造物が、海側脚と陸側脚を連結する水平材と、前記水平材に沿って摺動可能に設置した複数のスライダ機構と、複数の前記スライダ機構にそれぞれ設置した海側揺脚及び陸側揺脚を有し、地震発生時に、前記スライダ機構が前記水平材に対して摺動自在となる制御を行う構成を有していることを特徴とする。

この構成により、大規模地震が発生した場合であっても、クレーンの走行装置の浮き上がりを防止することができる。これは、クレーンが海側揺脚及び陸側揺脚を含む両揺脚構造を有するためである。また、クレーンの横行方向の耐震性能を向上することができる。これは、クレーンが、両揺脚構造により、クレーンの重心が上下動して、振動エネルギーを位置エネルギーに変換して減衰することができるためである。

上記の岸壁クレーンにおいて、前記岸壁クレーンが、前記海側揺脚及び前記陸側揺脚、又はスライダ機構を、前記水平材に対して固定する固定装置を有しており、地震発生時に、前記固定装置による固定を解除し、前記スライダ機構が前記水平材に対して摺動自在となる制御を行う構成を有していることを特徴とする。この構成により、通常時に荷役作業を行う場合、海側揺脚及び陸側揺脚が固定されて剛の状態となるため、クレーンの荷役作業を従来と同様に行うことができる。

上記の岸壁クレーンにおいて、前記岸壁クレーンが、前記海側揺脚及び前記陸側揺脚、又はスライダ機構と、前記水平材の間に、減衰機構を有していることを特徴とする。この構成により、クレーンの横行方向の耐震性能を更に向上することができる。これは、減衰機構が、海側揺脚及び陸側揺脚と、水平材の間の摺動、又はスライダ機構と水平材の間の摺動を減衰することができるためである。

本発明に係る岸壁クレーンによれば、鉛直方向に伸縮する免震装置を有した岸壁クレーンにおいて、地震発生時に、走行装置の走行輪の浮き上がりを防止することができる岸壁クレーンを提供することができる。更に、地震発生時に、海側及び陸側に敷設したレール３０Ｘ間の距離が変化しても、脚構造物の塑性変形が発生しない岸壁クレーンを提供することができる。

本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンの両揺脚構造を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンの両揺脚構造の部分拡大図である。 本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンのモデルを示した図である。 本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンのモデルを示した図である。 ロック式ダンパー機構の概略を示した図である。 本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンの走行輪を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンの走行輪を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンの走行輪を示した概略図である。 従来の岸壁クレーンを示した概略図である。 従来の岸壁クレーンのモデルを示した図である。 従来の岸壁クレーンのモデルを示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の岸壁クレーンについて、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の岸壁クレーン１の脚構造物の概略を示す。岸壁クレーン（又はクレーンという）１の脚構造物３は、海側脚３２と陸側脚３３を連結する水平材（ポータルタイビームという）７と、水平材７の下面側に沿って摺動可能に設置したスライダ機構８と、スライダ機構８にヒンジ部６を介して設置した海側揺脚４を有している。陸側揺脚５も海側揺脚４と同様の構造を有している。また、クレーン１は、海側揺脚４及び陸側揺脚５の下端部に、走行装置２を有している。この走行装置２は、岸壁３１に敷設したレール３０と接触する走行輪２０を有している。つまり、クレーン１は、海側揺脚４及び陸側揺脚５を有する両揺脚構造となるように構成している。なお、スライダ機構８は、ポータルタイビーム７の側面又は上面に設置してもよい。また、ｍはクレーン１の重心ｍ、Ｈ０は岸壁３１から重心ｍまでの重心高さＨ０を示している。

図２に、スライダ機構８の周辺の拡大図を示す。図１及び２を参照しながら、スライダ機構８について説明する。スライダ機構８は、例えば、台車１１と、台車１１が水平材７に沿って移動するための車輪１２で構成することができる。また、水平材側に複数のローラを設置し、このローラ上を台車が摺動するように構成してもよい。このスライダ機構８は、クレーンの自重を支持し、且つ海側揺脚４又は陸側揺脚５の上端部が水平材７に沿って移動する構造を有していればよい。また、クレーン１に、台車１１の移動を減衰して且つ初期位置（図１に示す位置）に戻すための復元力を発生する減衰機構１３と、台車１１の移動を制限するストッパ１４を設置することが望ましい。減衰機構１３は、ダンパー機構１６とバネ機構１７の組合せで表現している。ここで、通常時のクレーン１は、台車１１を固定装置１５で初期位置に固定している。この固定は、例えば台車１１と水平材７をせん断ピン等で固定する構造、又は減衰機構１３に設置したダンパー等の伸縮を固定するロック機構等の構造により行うことができる。

図３に、地震発生時の岸壁クレーンの様子をモデルで示す。図３に示すクレーン１ａは、海側揺脚４及び陸側揺脚５と、水平材７と、海側脚３２及び陸側脚３３を含む脚構造物３を有している。なお、Ｆは、岸壁３１を陸側に揺らす地震動Ｆを示し、Ｓ１は、地震動Ｆによりクレーン１ａに発生した振動（モーメント）Ｓ１を示している。

次に、岸壁クレーン１ａの動作について説明する。地震が発生して、クレーン１ａに振動Ｓ１が生じた場合、まず、せん断ピンの破断等により、水平材７に固定していたスライダ機構８の固定が解除される。海側揺脚４側のスライダ機構８の台車１１は、振動Ｓ１により、陸側方向に摺動する。この摺動によりクレーン１ａ全体が海側に傾く。この傾きにより、減衰機構１３を構成するダンパー機構１６及びバネ機構１７が働き、クレーン１ａの重心ｍにかかる力を吸収するため、陸側の走行装置２がレールから浮き上がる事故を防
止することができる。

つまり、従来は、クレーンが、海側の走行装置とレールの接触点を回転中心として、この接触点から重心ｍまでを回転半径として、海側に回転しようとするため、陸側の走行装置に浮き上がりが発生していた。これに対して、本発明のクレーン１ａは、スライダ機構８の摺動により、回転半径を短くすることができ、陸側の走行装置の浮き上がりを防止することができる。ここで、Ｈ１は岸壁３１に対する重心ｍの重心高さを示している。この重心高さＨ１は、図１に示す重心高さＨ０よりも低い位置となる。

図４に、図３に示したクレーンとは、逆側に振動Ｓ２が発生した場合の岸壁クレーンの様子をモデルで示す。図３と同様に、陸側揺脚５側のスライダ機構８の台車１１が、振動Ｓ２により、海側方向に摺動する。この摺動により、クレーン１ｂ全体が陸側に傾くと共に、海側揺脚４には初期位置（図１参照）に戻ろうとする力が働く。この傾きにより、クレーン１ｂの重心ｍにかかる力を吸収するため、海側の走行装置２がレールから浮き上がる事故を防止することができる。ここで、重心高さＨ２は、図１に示す重心高さＨ０よりも低い位置となる。

なお、クレーン１は、地震発生時に図３及び４の状態を繰り返しながら、振動Ｓ１、Ｓ２を減衰する。このとき、クレーン１の重心ｍは、低い重心高さＨ１又はＨ２から初期位置の重心高さＨ０の範囲で上下動することになる。

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、クレーンの走行装置の浮き上がりを防止することができる。これは、振動Ｓ１、Ｓ２によりクレーンに発生する回転モーメントの回転半径が、スライダ機構の台車の摺動により変化する（短くなる）ためである。ここで、回転半径とは、海側又は陸側走行装置とレールとの接点である回転中心から、重心ｍまでの距離を示す。なお、従来のクレーンは、この回転半径が不変又は微小変化であったため、回転中心とは反対側の走行装置に浮き上がりが発生していた。

第２に、クレーンの横行方向の振動を減衰する耐震性能を向上することができる。これは、スライダ機構が有する減衰機構による振動減衰効果に加え、クレーンの重心が、上下動するためである。つまり、クレーンの重心の高さは、例えばＨ１からＨ０の状態（図２から図１の状態）へ変化する際、振動エネルギーを位置エネルギーに変換するため、振動を減衰することができる。

図５に、スライダ機構８に設置する固定装置１５（図２参照）の１例として、ロック式ダンパー機構２１の部分断面図を示す。このロック式ダンパー機構２１は、例えば、水平材７と台車１１を連結して固定するように設置することができる。また、減衰機構１３のダンパー機構１６として設置してもよい。このロック式ダンパー機構２１は、端部に可変流量ピストン２２を有する二重管状の軸２３と、内部に油等の流体を充填したケーシング２４を有している。この可変流量ピストン２２は、貫通孔２５を有しており、この貫通孔２５の開口面積を制御することができるように構成している。

具体的には、それぞれ貫通孔２５を形成した円板状部材を重ねて、可変流量ピストン２２を構成する。この円板状部材の１つを回転し、この回転により円板状部材の互いの貫通孔２５を連通又は閉止できるように構成している。

次に、ロック式ダンパー機構２１の動作に関して説明する。通常時は、可変流量ピストン２２の貫通孔２５を閉止し、ケーシング２４内で、充填した流体が移動しないように制御する。この制御により、軸２３はケーシング２４に対して固定した状態となるためスライダ機構８は、固定状態となる。

地震発生時には、円板状部材を回転し、可変流量ピストン２２の貫通孔２５を連通する。そして、ケーシング２４内で、充填した流体が貫通孔２５を経由して自由に移動するように制御する。この制御により、軸２３はケーシング２４に対して摺動自在となるため、スライダ機構８は摺動可能状態となる。

上記のロック式ダンパー機構２１を利用する構成により、クレーン１のスライダ機構８を適切に作動することができる。固定装置１５をせん断ピン等で構成する場合に比べ、ロック式ダンパー機構２１は、スライダ機構８が作動を開始するタイミングを容易に制御できるため、確実且つ精密な走行装置の浮き上がり防止効果及び耐震性能を得ることができる。

ここで、可変流量ピストン２２の制御をアクティブに行うように構成しても良い。つまり、スライダ機構８の変位量をもとに、貫通孔２５の開口面積をリアルタイムで制御する。この構成により、ロック式ダンパー機構２１における可変流量ピストン２２の摺動抵抗を制御できるため、スライダ機構８の減衰特性の制御を行うことができる。

図６Ａに、走行装置２の走行輪２０ａとレール３０ａの拡大図を示す。この走行輪２０ａは、レール３０ａと接触する踏面部２７ａと、踏面部２７ａの両側に配置されたフランジ２８ａを有している。なお、図６Ａの左方は陸側揺脚の走行輪、右方は海側揺脚の走行輪を示している。

図６Ａに示したフランジ２８ａは、踏面部２７ａから拡開するテーパを有している。この構成により、走行輪２０ａが、回転中心としてレール３０ａ上で横行方向ｘへ揺動（図６Ａに示す矢印参照）することが容易となる。つまり、海側揺脚４及び陸側揺脚５が、レール３０に対して容易に揺動できるため、両揺脚構造を有するクレーンの走行装置の浮き上がり防止性能及び耐震性能を、更に向上することができる。また、図６Ｂに示す様に、海側及び陸側の走行輪２０ｂの内側にフランジ２８ｂを形成しない構成としてもよい。

図７Ａに、異なる実施の形態の走行輪２０ｃとレール３０ｃの拡大図を示す。走行輪２０ｃは、円弧状に形成した踏面部２７ｃを有している。この構成により、上記と同等又はそれ以上の作用効果を得ることができる。つまり、走行輪２０ｃとレール３０ｃの接点を、海側揺脚４及び陸側揺脚５の回転中心とするピン支持の効果を向上することができる。また、図７Ｂに示す様に、レール３０ｄの接触面を円弧状に形成してもよい。

更に、図８に示す様に、海側及び陸側の走行輪２０ｅを、内側から外側（図７の左右方向）に向けて拡開するテーパを有するように構成してもよい。以上の構成により、海側揺脚４及び陸側揺脚５を含む両揺脚構造を有するクレーン１において、走行装置２の浮き上がり事故防止性能を向上し、耐震性能を向上することができる。

１ 岸壁クレーン、クレーン
２ 走行装置
３ 脚構造物
４ 海側揺脚
５ 陸側揺脚
７ 水平材
８ スライダ機構
１３ 減衰機構
１５ 固定装置
３２ 海側脚
３３ 陸側脚

Claims (3)

1. 走行装置と脚構造物を有した岸壁クレーンにおいて、
   前記脚構造物が、海側脚と陸側脚を連結する水平材と、前記水平材に沿って摺動可能に設置した複数のスライダ機構と、複数の前記スライダ機構にそれぞれ設置した海側揺脚及び陸側揺脚を有し、
   地震発生時に、前記スライダ機構が前記水平材に対して摺動自在となる制御を行う構成を有していることを特徴とする岸壁クレーン。
2. 前記岸壁クレーンが、前記海側揺脚及び前記陸側揺脚、又はスライダ機構を、前記水平材に対して固定する固定装置を有しており、
   地震発生時に、前記固定装置による固定を解除し、前記スライダ機構が前記水平材に対して摺動自在となる制御を行う構成を有していることを特徴とする請求項１に記載の岸壁クレーン。
3. 前記岸壁クレーンが、前記海側揺脚及び前記陸側揺脚、又はスライダ機構と、前記水平材の間に、減衰機構を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の岸壁クレーン。

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