JP2013082515A - 走行クレーンの免震支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模な地震の発生時に支持脚が屈曲でき、更に、簡単な構成によって免震周期を長期化できると共に、クレーン本体の加速度応答を低減できるようにする。
【解決手段】クレーン本体１の支持脚３，４に、上下に分割して互いに連結できるようにした上下のフランジ部８，９を設け、上下のフランジ部８，９の対向面に、クレーン走行方向と交叉する左右幅方向に接触幅を有して鉛直方向の荷重を伝達する当接面１０を形成すると共に、当接面１０の両幅端部外側にフランジ部の傾きを許容する隙間１１，１２を形成し、上下のフランジ部８，９を弾性材１３を介して連結具１４により上下に連結する免震構造２００と、上下のフランジ部８，９を上下に連結する弾塑性ブレース３００を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、港湾部等で使用されるコンテナクレーン等のように門型の支持脚を備えてレール上を走行する走行クレーンの免震支持装置に関するものである。

走行クレーンの一例であるコンテナクレーンは、支持脚が門型に形成されたクレーン本体を有し、該クレーン本体は四隅部の支持脚下部に備えた車輪（走行装置）により、岸壁上のレールに沿って走行する。

このような走行式クレーンにおいて地震が発生した場合には、走行クレーンの走行方向と直角方向の加振力が外力としてクレーン本体に作用する。クレーン本体は柔軟性を有しているため、小規模或いは中規模程度の地震が発生して走行方向と直角方向の加振力が作用しても、クレーン本体は柔軟に変形して加振力を吸収することができ、問題を生じることはない。

しかし、大規模な地震が発生した場合には、支持脚に対して、走行クレーンの走行方向と直角方向に大きな負荷が作用する可能性がある。

この問題に対処するために、走行クレーンの支持脚に、上下に分割して互いに連結できるようにした上下のフランジ部を設け、該上下のフランジ部の対向面に、クレーン走行方向と直角の左右方向に所要の接触幅を有して鉛直方向の荷重を伝達する当接面を形成すると共に、該当接面の両幅端部外側に隙間を形成し、フランジ部の前記隙間が形成された左右側部位置を、弾性材を介して連結具により上下に連結した免震構造がある（特許文献１、２参照）。

特許第４５３６８９５号明細書 特開２００２−３０２３７６号公報

特許文献１、２の免震構造では、前記当接面及び隙間と弾性材とによってトリガが形成されており、小、中規模な地震では当接面が接触した状態を維持して支持脚を固定状態に保持し、又、大規模な地震が発生した際には、弾性材の予圧縮力や予引張力に抗して支持脚が上下で折れ曲がることにより支持脚の損壊を防止することができる。更に、前記支持脚の折れ曲がりによって開口した状態のフランジ部は、前記弾性材の復元力によって常に閉じる方向に付勢されているため地震が収まると屈曲した支持脚は通常の固定状態に復元される。

しかし、特許文献１、２に記載の免震構造においては、減衰機能を備えていないため、前記したように大規模な地震によってフランジ部が傾いて開口した状態から、開口を閉じて当接面が接触した状態に復元する際に、当接面が衝撃的に接触し、このためにクレーン本体に大きな加速度応答が発生するという問題を有していた。

尚、走行クレーンにおいて大規模な地震に対応するためには、免震周期を長期化して免震性能を高めることが有効である。特許文献１、２の免震構造において免震周期を長期化するには、免震構造に備えられる弾性材のばね剛性を低下させることが必要となる。しかし、弾性材のばね剛性を低下させてトリガを一定に保つためには、ばね剛性の低い弾性材を用いて非常に大きな初期圧縮力を与えておく必要があり、装置が非常に大型になるという問題がある。

又、免震周期を長期化するために、特許文献１、２の免震構造に油圧ダンパ等を設置して減衰機能を付加することも考えられる。しかし、油圧ダンパ等は構造が複雑且つ高価であるため、減衰機能を付加するためだけに前記油圧ダンパ等を設置することは、費用対効果のメリットが低減する問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなしたもので、大規模な地震の発生時に支持脚が屈曲でき、更に、簡単な構成によって免震周期を長期化できると共に、クレーン本体の加速度応答を低減できるようにした走行クレーンの免震支持装置を提供しようとするものである。

本発明は、クレーン本体の支持脚に、上下に分割して互いに連結できるようにした上下のフランジ部を設け、該上下のフランジ部の対向面に、クレーン走行方向と交叉する左右幅方向に接触幅を有して鉛直方向の荷重を伝達する当接面を形成すると共に、該当接面の両幅端部外側にフランジ部の傾きを許容する隙間を形成し、前記上下のフランジ部を弾性材を介して連結具により上下に連結する免震構造と、前記上下のフランジ部を上下に連結する弾塑性ブレースを備えたことを特徴とする走行クレーンの免震支持装置、に係るものである。

上記走行クレーンの免震支持装置において、前記弾塑性ブレースが、前記上下のフランジ部の左右幅方向中心位置又は左右幅方向中心に対して左右の対応した位置に配置されたことは好ましい。

又、上記走行クレーンの免震支持装置において、前記免震構造が、前記上下のフランジ部の左右幅方向中心位置又は左右幅方向中心に対して左右の対応した位置に配置されたことは好ましい。

又、上記走行クレーンの免震支持装置において、前記当接面の両幅端部に、鉛直方向の荷重を支持し、且つ、上下のフランジ部の傾きの支点となる支点ピンを備えたことは好ましい。

本発明の走行クレーンの免震支持装置によれば、簡単な構成にて、通常運転時における支持脚を高い支持剛性を有して保持でき、更に、免震周期を長期化して免震効果を高めることができると共に、支持脚が屈曲から復元する際に当接面が衝撃的に接触する問題を抑制して加速度応答を低減できるという優れた効果を奏し得る。

走行クレーンのクレーン本体の支持脚に適用した本発明の一実施例を示す概略正面図である。 （ａ）は図１における免震支持装置の詳細例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）をＩＩＢ−ＩＩＢ方向から見た平面図である。 （ａ）は弾塑性ブレースの側面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ方向矢視図である。 図２（ａ）の支持脚が折れ曲がった状態を示す正面図である。 本発明の他の実施例を示す平面図である。 （ａ）は本発明の更に他の実施例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す平面図である。 （ａ）は免震構造における弾性材の荷重と変位の関係を示す線図、（ｂ）は弾塑性ブレースの荷重と変位の関係を示す線図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は走行クレーンを構成するクレーン本体１を示しており、クレーン本体１は水平材２により一体に固定された海側支持脚３と陸側支持脚４により門型の脚構造を形成しており、前記海側支持脚３と陸側支持脚４の夫々の下端に設けた車輪５は岸壁の海側レール６と陸側レール７に沿って走行するようになっている。

前記海側支持脚３と陸側支持脚４の夫々の上部位置には、本発明の一実施例を示す免震支持装置１００が設けてあり、該免震支持装置１００は、免震構造２００と弾塑性ブレース３００とにより構成されている。

前記免震構造２００は、海側支持脚３と陸側支持脚４の夫々を上下に分割し、夫々の分割した上部材３ａ，４ａと下部材３ｂ，４ｂの対向する端部に、相互に連結できる上下のフランジ部８，９を設けている。

上下のフランジ部８，９の対向面には、図２（ａ）に示すように、クレーン走行方向（紙面に鉛直な方向）と直角の左右方向に所要の接触幅Ｌを有する水平な当接面１０を形成しており、この当接面１０によって鉛直方向（紙面の上下方向）の荷重を伝達できるようにしている。更に、当接面１０の両幅端部の外側における上下のフランジ部８，９間には、フランジ部８，９の傾きを許容する隙間１１，１２を形成している。従って、当接面１０の両幅端部は、前記フランジ部８，９が傾く際の支点となっている。

そして、前記フランジ部８，９における隙間１１，１２が形成された左右側部位置は、弾性材１３を介して連結具１４により上下に連結している。

図２に示す前記弾性材１３は、複数の皿ばね等のばね要素１３'を連結具１４で締結した場合を示している。この弾性材１３の反発強度と連結具１４による締め付け強度は、想定される地震の大きさによって所定の予圧縮力が得られるように決定する。大型のクレーン本体１の支持脚３，４は、一般に図２（ｂ）に示す如く断面箱型を有しているので、支持脚３，４の左右の側板１５の夫々を挟むように外側の弾性材１３Ａと内側の弾性材１３Ｂを各々列状に配置している。図２（ｂ）に示す弾性材１３Ａ，１３Ｂは、前記上下のフランジ部８，９の左右幅方向中心に対して、左右幅方向で対応する（対称となる）位置に配置している。

前記フランジ部８，９の当接面１０は、左右の側板１５，１５間の中央に位置するように形成してあり、また、当接面１０の両幅端部の外側に形成する隙間１１，１２は、図１、図２（ａ）では下部のフランジ部９の上面に傾斜面１６を設けることによって形成している。この傾斜面１６の傾斜角αは、想定される地震の大きさと支持脚３，４の下部材３ｂ，４ｂの長さから決定する。尚、前記隙間１１，１２は、上部のフランジ部８の下面に傾斜面を設けることによって形成してもよく、また上部のフランジ部８の下面と、下部のフランジ部９の上面の両方に傾斜面を設けることによって形成してもよい。更に、隙間１１，１２は、傾斜面とする以外に、上下のフランジ部８，９の間に形成した平行な隙間としてもよい。

前記当接面１０の両幅端部の位置には、該両幅端部に沿って前後（クレーン走行方向）に延びる支点ピン１７，１８を設けている。この支点ピン１７，１８は、上部材３ａ，４ａの荷重を下部材３ｂ，４ｂに伝え、且つ、上下のフランジ部８，９が傾斜して開口するときの支点となるものである。このとき、上下のフランジ部８，９に前記支点ピン１７，１８と係合する凹溝を備えることにより、上下のフランジ部８，９が左右幅方向へずれる問題を防止できる。尚、前記支点ピン１７，１８は設けることなく、上部材３ａ，４ａの荷重を前記当接面１０によって下部材３ｂ，４ｂに伝え、且つ、当接面１０の両幅端部を支点として前記フランジ部８，９が傾くようにしてもよい。

前記フランジ部８，９に備えた当接面１０及び隙間１１，１２と、前記弾性材１３及び連結具１４と、前記支点ピン１７，１８とによって免震構造２００が形成されている。

又、前記弾性材１３は、予圧縮した皿ばね等のばね要素１３'によって構成する場合について説明したが、弾性材には予圧縮した圧縮ばね或いは予圧縮した弾性ゴムを用いることもできる。

一方、図１、図２に示すように、前記上下のフランジ部８，９の左右幅方向中心位置には、フランジ部８，９を上下に連結するようにした弾塑性ブレース３００を設けている。

前記弾塑性ブレース３００は、その一例を図３に示すように、図１のクレーン本体１を構成する鋼材に対して降伏点が低く設定された弾塑性履歴鋼材からなる鋼板１９が十字形に組み立てられており、該十字形に組み立てた鋼板１９の長さ方向中間部を、内部に座屈防止用のモルタル２０等を充填した座屈拘束材２１によって包囲した構成を有している。２４'は固定用のボルト穴である。

そして、図３の弾塑性ブレース３００は、図２（ａ）の上下のフランジ部８，９に形成した開口２２に通して配置し、前記弾塑性ブレース３００の上端を上側のフランジ部８の上面に設けた固定部材２３ａにボルト２４で固定し、前記弾塑性ブレース３００の下端を下側のフランジ部９の下面に設けた固定部材２３ｂにボルト２４で固定している。

前記弾塑性ブレース３００は、図２（ｂ）では、実線で示す如く、前記フランジ部８，９の接触幅Ｌを規定している支点ピン１７，１８よりも内側の左右幅方向中心位置で、且つ、クレーン走行方向中心位置（図２（ｂ）の上下中心位置）の１箇所に備えている。尚、前記弾塑性ブレース３００は、破線で示すように前記フランジ部８，９の左右幅方向中心位置に複数個備えるようにしてもよく、更には、支点ピン１７，１８よりも内側に複数列に備えてもよい。上記した如く、図１、図２の実施例では、支点ピン１７，１８よりも内側に弾塑性ブレース３００を配置し、支点ピン１７，１８よりも外側に前記弾性材１３を配置している。

図２中、２５は、上下のフランジ部８，９の左右方向の位置ずれを防止し且つ上部材３ａ，４ａと下部材３ｂ，４ｂが大きく折れ曲がって傾くのを防止するストッパ、２６は上下のフランジ部８，９の前後方向の位置ずれを防止するストッパである。

図５は本発明の他の実施例を示す平面図であり、図５では、前記弾性材１３と前記弾塑性ブレース３００を、前記支点ピン１７，１８よりも外側に配置した場合を示している。図５では、支持脚３，４の側板１５の外側に弾塑性ブレース３００と弾性材１３を混在させて配置した場合を示しているが、前記側板１５の内側に弾塑性ブレース３００と弾性材１３を混在させて配置してもよく、或いは、前記側板１５の内側と外側の一方に弾塑性ブレース３００を配置し、他方に前記弾性材１３を配置してもよい。

図６は本発明の更に他の実施例を示す平面図であり、図６では、前記弾性材１３と前記弾塑性ブレース３００を、前記支点ピン１７，１８よりも内側に配置した場合を示している。図６（ａ）では支点ピン１７，１８よりも内側の中心位置に弾性材１３を配置し、該弾性材１３の左右両側に弾塑性ブレース３００を配置した場合を示しており、図６（ｂ）に示す変形例では、前記支点ピン１７，１８よりも内側の中心位置に弾塑性ブレース３００を配置し、該弾塑性ブレース３００の左右両側に弾性材１３を配置した場合を示している。尚、前記弾性材１３と前記弾塑性ブレース３００の設置数、設置位置は任意に選定することができる。

上記した弾性材１３と弾塑性ブレース３００は、上下のフランジ部８，９が左右のいずれに傾いたときも同等の免震性能を発揮できるように、上下のフランジ部８，９の左右幅方向中心位置、或いは、左右幅方向で対称となるように対応した位置に配置することが好ましい。

以下に、上記実施例の作用を説明する。

図１、図２において、走行クレーンによる通常のクレーン作業時は、免震構造２００の予圧縮された弾性材１３の復元力によって、上下のフランジ部８，９における当接面１０は密に接触しており、クレーン本体１の鉛直方向の荷重は当接面１０を介して確実に下部に伝達され、支持脚３，４は剛構造を呈して揺れることがないため、走行クレーンの良好な運転が行える。

一方、大規模な地震が発生してクレーン本体１の支持脚３，４に、走行クレーンの走行方向と直角方向の大きな加振力Ａが作用した場合には、図４のように支持脚３，４の上部材３ａ，４ａと下部材３ｂ，４ｂとが折れ曲がり、例えば上側のフランジ部８が左側の弾性材１３の予圧縮された予荷重に抗して右側の支点ピン１８を中心に右側へ傾くようになる。そして、その後は弾性材１３による復元モーメントによってフランジ部８は図２（ａ）の状態に戻る。また、支持脚３，４の上部材３ａ，４ａと下部材３ｂ，４ｂとが上記と反対側に折れ曲がるときには、例えば上側のフランジ部８が右側の弾性材１３の予荷重に抗して左側の支点ピン１７を中心に左側へ傾くようになる。そして、その後は再び弾性材１３による復元モーメントによってフランジ部８，９は図２（ａ）の状態に戻る。

図５及び図６の実施例の場合においても、図４の場合と同様に、弾性材１３の予圧縮力よりも大きい荷重が支持脚３，４に作用すると上下のフランジ部８，９は開口するように傾き、その後弾性材１３による復元モーメントによってフランジ部８，９は図２（ａ）の閉じた状態に戻る。

図７（ａ）は前記免震構造２００を構成する前記弾性材１３の荷重と変位の関係の履歴を示したものであり、前記支持脚３，４に大きな加振力が作用して前記弾性材１３に与えられた予圧縮力を超えた力（荷重）が作用すると、弾性材１３は荷重に応じて変位がａ１のように増加し（フランジ部８，９が開口するように傾く）、又、荷重が減少すると変位はａ２のように減少する（フランジ部８，９の開口が閉じる）。このとき、図４に示すようにフランジ部８，９が開口した状態から図２（ａ）のように閉じて当接面１０が接触する際に当接面１０が衝撃的に接触し、クレーン本体１に大きな加速度応答が発生する問題がある。

これに対し、図１〜図５に示した如く、上下のフランジ部８，９を上下に連結する弾塑性ブレース３００を備えたので、前記弾性材１３による免震構造２００のみを備えた場合においてフランジ部８，９の開口が閉じる際にクレーン本体１に大きな加速度応答が発生するという問題を防止することができる。

図７（ｂ）は前記弾性材１３（破線）と共に、弾塑性ブレース３００の荷重と変位の関係の履歴を実線で示したものであり、フランジ部８，９の傾きによって弾塑性ブレース３００に引っ張り荷重が作用すると一般の鋼材と同様にｂ１の線形な荷重−変位特性を示すが、低い荷重（降伏点）で降伏し、その後はｂ２のよう荷重−変位特性の傾きが極めて小さくなって変位する。又、負荷していた荷重が減少すると、前記弾性材１３の復元力によって弾塑性ブレース３００に圧縮力が作用するため一般の鋼材と同様にｂ３の線形な荷重−変位特性を示すが、再び低い荷重（降伏点）で降伏し、ｂ４のよう荷重−変位特性の傾きが極めて小さくなって変位する。このように、弾塑性ブレース３００は上下のフランジ部８，９が開いて閉じるまでの間に面積をもった履歴を描くため、クレーンが振動するエネルギは消費されて応答を抑制することができる。また、フランジ部８，９が閉じる変位が０となる点において、前記弾性材１３のみの場合には、予圧縮分の復元力が発生することになるが、弾塑性ブレース３００を加えたことにより、弾塑性ブレース３００が平行四辺形の履歴を描くため、変位が０に戻るときの荷重、即ち、フランジ部８，９が閉じて接触する際の荷重を低減する（即ち、弾塑性ブレース３００の圧縮変位が抵抗として働く）ことができ、よって、クレーン本体１に大きな加速度応答が発生する問題を解消できる。

更に、前記弾塑性ブレース３００は、単なる減衰装置としての作用のみではなく、ばね要素の機能も発揮する。従来の免震構造２００では、対象とする震動が大きくなると、免震構造２００が動作開始（フランジ部８，９が傾きを開始）する水平力を高めるために支持点間隔を広くする必要があった。即ち、図２（ａ）における支点ピン１７，１８の間隔を大きく設定する必要があった。

これに対し、弾塑性ブレース３００は、ばね定数が一般的な鋼材に近い鋼板１９を使用しているため、鋼板１９の弾性が免震構造２００の水平剛性にプラスされることになるので、支点ピン１７，１８の間隔を狭めることができ、よって免震支持装置１００は小型化できる。更に、弾塑性ブレース３００を設置することにより、免震構造２００の水平剛性を高めることができるので、従来の免震構造２００のみを備えた場合に比して、弾性材１３の設置数は大幅に減少することができる。

又、図６の実施例においては、弾性材１３を支点ピン１７，１８よりも内側に配置しているので、フランジ部８，９が開口した際の弾性材１３の変形は小さくなり、弾性材１３に必要とされる変形量が小さくなるため、弾性材１３を小型にすることができる。又、弾性材１３を支点ピン１７，１８よりも外側に配置した場合には、フランジ部８，９が開口する側の弾性材１３しか変形せず、反対側の弾性材１３は作用しないが、前記したように支点ピン１７，１８よりも内側に弾性材１３を配置したことにより、フランジ部８，９の左右どちら側が開口しても弾性材１３は変形することができ、よって、弾性材１３の設置数を少なくして装置のコンパクト化及び軽量化を図ることができる。

又、図２、図６に示した如く、前記弾塑性ブレース３００を支点ピン１７，１８よりも内側に配置した場合には、フランジ部８，９が開口した際の弾塑性ブレース３００の変形が小さくなるので、弾塑性ブレース３００を小型のものとすることができる。

上記したように、弾性材１３を有する免震構造２００と弾塑性ブレース３００とを備えた免震支持装置１００によれば、弾性材１３の設置数を減少し、更に、支点ピン１７，１８の間隔を小さくした小型の構成において、通常運転時における支持脚３，４を高い支持剛性を有して保持することができる。又、地震発生時には、予圧縮された弾性材１３による弾性に弾塑性ブレース３００の鋼板１９の弾性がプラスされることになるため、免震周期が長期化されることになり、免震効果が効果的に高められる。更に、支持脚３，４が屈曲した状態から復元する際に当接面１０が衝撃的に接触する問題が抑制されるため、クレーン本体１における加速度応答を低減することができる。

上記実施例では、弾性材１３を有する免震構造２００と弾塑性ブレース３００とを備えた免震支持装置１００について例示したが、更に、流体圧ダンパを組み合わせて備えることにより、免震機能を更に高めることもできる。

尚、本発明の走行クレーンの免震支持装置は、種々の走行クレーンの支持脚に適用できること、弾塑性ブレースには図示例以外の種々の形状、構造のものを用い得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ クレーン本体
３ 海側支持脚（支持脚）
４ 陸側支持脚（支持脚）
８，９ フランジ部
１０ 当接面
１１，１２ 隙間
１３ 弾性材
１３Ａ 弾性材
１３Ｂ 弾性材
１４ 連結具
１００ 免震支持装置
２００ 免震構造
３００ 弾塑性ブレース

Claims (4)

1. クレーン本体の支持脚に、上下に分割して互いに連結できるようにした上下のフランジ部を設け、該上下のフランジ部の対向面に、クレーン走行方向と交叉する左右幅方向に接触幅を有して鉛直方向の荷重を伝達する当接面を形成すると共に、該当接面の両幅端部外側にフランジ部の傾きを許容する隙間を形成し、前記上下のフランジ部を弾性材を介して連結具により上下に連結する免震構造と、前記上下のフランジ部を上下に連結する弾塑性ブレースを備えたことを特徴とする走行クレーンの免震支持装置。
2. 前記弾塑性ブレースは、前記上下のフランジ部の左右幅方向中心位置又は左右幅方向中心に対して左右の対応した位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の走行クレーンの免震支持装置。
3. 前記免震構造は、前記上下のフランジ部の左右幅方向中心位置又は左右幅方向中心に対して左右の対応した位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の走行クレーンの免震支持装置。
4. 前記当接面の両幅端部に、鉛直方向の荷重を支持し、且つ、上下のフランジ部の傾きの支点となる支点ピンを備えたことを特徴とする請求項１記載の走行クレーンの免震支持装置。

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