JP2023097274A - Scour prevention structure and scour prevention method of pier structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピア構造物の洗掘防止構造体及び洗掘防止方法に関し、詳細には洋上風力発電で必須な風車タービン台であるピア構造物の洗掘防止構造及び洗掘防止方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an anti-scouring structure and an anti-scouring method for a pier structure, and more particularly to an anti-scouring structure and an anti-scouring method for a pier structure, which is a windmill turbine platform essential for offshore wind power generation.
河川等の水中構造物周辺に発生する洗掘を防止する洗掘防止技術として、特許文献1に記載の技術が知られている。
該技術は、河川等の水中構造物周辺に発生する洗掘を防止するための工法であって、水中構造物の周囲に、下層になるほど粒径の小さい捨石を敷設し、網体の線材が曲折可能であり、網目が表層捨石よりも小さく、網目の格点において上下左右に回転可能な連結部材により連結された網体を、前記捨石上に被覆することを特徴とする洗掘防止工法である。
A technique described in
This technology is a construction method for preventing scouring that occurs around underwater structures such as rivers. Rubble stones with smaller particle diameters are laid around the underwater structures in the lower layers, and the wires of the mesh are laid. A scouring prevention construction method characterized by covering the riprap with a mesh that is bendable, has a smaller mesh than the surface riprap, and is connected by a connecting member that can rotate vertically and horizontally at grid points of the mesh. be.
また、橋脚基礎構造物の洗掘防止装置として、特許文献2に記載の技術が知られている。
該技術は、橋脚基礎構造物を囲んでおり、複数の孔が形成されている密閉板と、一面が密閉板の一面に連結されており、橋脚基礎構造物から所定距離離れ、複数の第1流れ孔が形成されている第1流れ誘導板と、一面が密閉板の他面に連結されており、橋脚基礎構造物から所定距離離れ、複数の第2流れ孔が形成されている第2流れ誘導板と、第1流れ誘導板と第2流れ誘導板とを連結し、流体の流れを防ぐ遮断板と、を含み、第1流れ誘導板と第2流れ誘導板は、橋脚基礎構造物を基準として互いに対称することを特徴とするものである。
Moreover, the technique of
This technology surrounds a pier foundation structure, and includes a sealing plate with a plurality of holes formed therein, one surface of which is connected to one surface of the sealing plate, a predetermined distance from the pier foundation structure, and a plurality of first A first flow guide plate having flow holes formed thereon, and a second flow guide plate having one surface connected to the other surface of the sealing plate, separated from the pier foundation structure by a predetermined distance, and having a plurality of second flow holes formed therein. a guide plate and a block plate connecting the first flow guide plate and the second flow guide plate to prevent the flow of fluid, wherein the first flow guide plate and the second flow guide plate are connected to the pier foundation structure. It is characterized by being symmetrical with each other as a reference.
特許文献1に記載の技術は、大量な捨石の敷設作業が必要であり、更に、網体で被覆する作業が必要なので、施工に手間がかかる。
特許文献2に記載の技術は、通常の河川や洪水流のような一方向流や潮汐流のような一軸往復流れに代表される特定方向の流れには有効であるが、水平面内における360度の不特定の任意の方向の流れを受ける環境下にある洋上風力発電におけるピア構造物に対して、十分な洗掘防止効果が得られるものではなかった。
The technique described in
The technology described in
したがって、本発明が解決しようとする課題は、施工に手間がかからず、任意の方向の流れを受ける洋上風力発電におけるピア構造物に対しても、十分な洗掘防止効果が得られる手段を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a means that does not take much time to construct and that can obtain a sufficient scouring prevention effect even for pier structures in offshore wind power generation that receive flow in any direction. to provide.
本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである。 Means for solving the problems of the present invention are as follows.
第1に、
(制御板の開孔部の総面積/制御板の総面積)で示される空隙率が、0.60以上0.90以下、望ましくは0.65以上0.85以下、より望ましくは0.70以上0.80以下、さらに望ましく0.73以上0.77以下の制御板が、円柱状のピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、対称に位置することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止構造体。
第2に、
制御板が、2組存在することを特徴とする、前記第1に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
第3に、
2組存在する4枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、円柱状のピア構造物を四等分するように90度であることを特徴とする、前記第2に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
First,
The porosity indicated by (total area of the openings of the control plate/total area of the control plate) is 0.60 or more and 0.90 or less, preferably 0.65 or more and 0.85 or less, more preferably 0.70. 0.80 or more, more preferably 0.73 or more and 0.77 or less control plates are positioned symmetrically along the vertical direction of the outer peripheral surface of the cylindrical pier structure. anti-scouring structure.
Second,
The anti-scouring structure for a pier structure according to the first aspect, characterized in that there are two sets of control plates.
Third,
The pier according to the second aspect, characterized in that the two sets of four control plates make an angle with the adjacent control plate at 90 degrees so as to divide the columnar pier structure into four equal parts. Anti-scouring structures for structures.
第4に、
円柱状のピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、(制御板の開孔部の総面積/制御板の総面積)で示す空隙率が、0.60以上0.90以下、望ましくは0.65以上0.85以下、より望ましくは0.70以上0.80以下、さらに望ましく0.73以上0.77以下の制御板を、対称に取り付けることで水流を制御することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止方法。
第5に、
制御板を、2組取り付けることを特徴とする、前記第4に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
第6に、
2組取り付ける4枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、円柱状のピア構造物を四等分するように90度であることを特徴とする、前記第5に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
Fourth,
Along the vertical direction of the outer peripheral surface of the cylindrical pier structure, the porosity indicated by (total area of the openings of the control plate/total area of the control plate) is 0.60 or more and 0.90 or less, preferably It is characterized by controlling water flow by symmetrically attaching control plates of 0.65 or more and 0.85 or less, more preferably 0.70 or more and 0.80 or less, further preferably 0.73 or more and 0.77 or less. , anti-scouring method for pier structures.
Fifth,
The scouring prevention method for a pier structure according to the fourth aspect, characterized in that two sets of control plates are attached.
Sixth,
The pier structure according to the fifth aspect, wherein the angle between the four control plates mounted in two sets and the adjacent control plates is 90 degrees so as to divide the cylindrical pier structure into four equal parts. Anti-scouring method for objects.
前記第1から第6に示す手段における高空隙率の「制御板」は、ピア構造物の周辺に発生する馬蹄形渦を制御し弱体化することで、渦渡の低下を図り、水底土砂の巻き上げを抑制し、局所洗掘を軽減させるものである。
すなわち、高空隙率の制御板は、馬蹄形渦をぶつ切りにすると共に、横切り流れに対して「阻害→通過」のように作用転換することにより、新たな組織渦の発生を抑制するものである。
高空隙率の制御板としては、薄肉の網状平板を採用することができるが、薄肉平板に多数の開孔群を設けることで形成することもできる。
ここで、「空隙率」とは、制御板に対して貫通している開孔部の存在割合を示したものであり、次式で表されるものである。
空隙率=(制御板の開孔部の総面積/制御板の総面積)
The high-porosity "control plate" in the first to sixth means controls and weakens the horseshoe-shaped vortex generated around the pier structure, thereby reducing vortex crossing and raising water bottom sediment. and reduce local scouring.
That is, the control plate with a high porosity cuts the horseshoe-shaped vortex into pieces, and suppresses the generation of new tissue vortices by changing the action of the crossing flow from "blocking to passing".
A thin mesh flat plate can be used as the high-porosity control plate, but it can also be formed by providing a large number of aperture groups in a thin flat plate.
Here, the "porosity" indicates the proportion of openings penetrating through the control plate, and is expressed by the following equation.
Porosity = (total area of openings in control plate/total area of control plate)
前記第1から第6に示す手段において制御板の位置について対称とは、円柱状のピア構造物を挟んで存在する2枚1組の制御板が、円柱状のピア構造物の中心線を含む縦断面の延長面上にあることをいう。
例えば、円柱状のピア構造物の場合には、複数の制御板を等角度間隔で、ピア構造物の中心から半径外周方向に突き出した形で、円筒状の外周面に接して配置することで制御板の位置を完全対称にすることができる。
In the means shown in the first to sixth, the positional symmetry of the control plate means that a set of two control plates sandwiching the columnar pier structure includes the center line of the columnar pier structure. It means to be on the extended plane of the longitudinal section.
For example, in the case of a cylindrical pier structure, a plurality of control plates can be arranged at equal angular intervals so as to protrude radially outward from the center of the pier structure, in contact with the cylindrical outer peripheral surface. The position of the control plate can be completely symmetrical.
本発明によれば以下の効果を奏することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there can exist the following effects.
本発明は、高空隙率の制御板を対称に設置するだけなので、施工に手間がかからず、任意の方向の流れを受ける洋上風力発電におけるピア構造物に対しても、十分な洗掘防止効果が得られる。 Since the present invention only requires symmetrical installation of control plates with a high porosity, it does not require much work, and it is sufficient to prevent scouring even for pier structures in offshore wind power generation that receive flow in any direction. effect is obtained.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated concretely, referring drawings.
Here, in the accompanying drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
In addition, since the description here is one embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the embodiment.
図1に示すとおり、本実施例1のピア構造物の洗掘防止構造体は、洋上風力発電で必須な風車タービン台であるピア構造物1に、空隙率が0.75の網状平板である制御板2を、90度の間隔で4枚取り付けたものである(図1中の(A)参照)。
該実施例1のピア構造物1の洗掘防止構造体は、2組の制御板2が、対称位置に取り付けられている。。
制御板4は、高さがピア構造物1の半径と略等しく、長さがピア構造物1の直径と略等しいものである(図1中の(B)参照)。
なお、図1(B)中、符号3は、ピア構造物1が設置されている海底面を表している。
As shown in FIG. 1, the scouring prevention structure of the pier structure of the
The anti-scouring structure of the
The control plate 4 has a height substantially equal to the radius of the
In FIG. 1(B),
図2に示すとおり、本実施例2のピア構造物の洗掘防止構造体は、洋上風力発電で必須な風車タービン台であるピア構造物1に、空隙率が0.75の網状平板である制御板2を、60度の間隔で6枚取り付けたものである。
該実施例2のピア構造物の洗掘防止構造体は、3組の制御板2が、対称位置に取り付けられている。。
該実施例2の制御板2も、実施例1と同様に、高さがピア構造物の半径と略等しく、長さがピア構造物1の直径と略等しいものである(図1中の(B)参照)。
As shown in FIG. 2, the scouring prevention structure of the pier structure of the second embodiment is a mesh flat plate with a porosity of 0.75 in the
In the anti-scouring structure of the pier structure of Example 2, three sets of
Similarly to Example 1, the
図3に示すとおり、本実施例3のピア構造物の洗掘防止構造体は、洋上風力発電で必須な風車タービン台であるピア構造物1に、空隙率が0.75の網状平板である制御板2を、45度の間隔で8枚取り付けたものである。
該実施例3のピア構造物の洗掘防止構造体は、4組の制御板2が、対称位置に取り付けられている。。
該実施例3の制御板2も、実施例1と同様に、高さがピア構造物の半径と略等しく、長さがピア構造物1の直径と略等しいものである(図1中の(B)参照)。
As shown in FIG. 3, the scouring prevention structure of the pier structure of the third embodiment is a mesh flat plate with a porosity of 0.75 in the
In the scouring prevention structure of the pier structure of Example 3, four sets of
Similarly to Example 1, the
次に、前記実施例1-3に示すピア構造物の洗掘防止構造体によるピア構造物の洗掘防止方法について説明する。 Next, a scouring prevention method for a pier structure using the scouring prevention structure for a pier structure shown in Example 1-3 will be described.
円柱状のピア構造物1の外周面の鉛直方向に沿って、空隙率が0.75である制御板2を、対称に取り付ける。
対称位置に制御板2を取り付けることで、ピア構造物1の周辺に発生する馬蹄形渦を制御し弱体化を図ることができるので、水底土砂の巻き上げを抑制し、局所洗掘を軽減させることが可能となる。
すなわち、高空隙率の制御板2は、馬蹄形渦をぶつ切りにすると共に、横切り流れに対して「阻害→通過」のように作用転換することにより、新たな組織渦の発生を抑制することで水流を制御し、ピア構造物の洗掘防止を図ることができる。
A
By attaching the
That is, the high-
次に、試験例について説明する。
始めに、共通の試験条件について説明する。
Next, test examples will be described.
First, common test conditions will be described.
各試験は、試験用の直線水路(水平設置)において試験を行った。
該直線水路は、長さ6(m)、幅40(cm)、高さ25(cm)である。
試験条件は、土砂粒径d≒0.1(mm)、水深h=(3.3cm)、流速u=14.8(cm/s)である。
各図において、白抜矢印は流れ方向を示している。
レイノルズ数は、Re=4.8×103である。
Each test was conducted in a straight test channel (horizontal installation).
The straight channel is 6 (m) long, 40 (cm) wide and 25 (cm) high.
The test conditions are sand particle size d≈0.1 (mm), water depth h=(3.3 cm), and flow velocity u=14.8 (cm/s).
In each figure, the white arrow indicates the direction of flow.
The Reynolds number is Re=4.8×10 3 .
各試験におけるピア構造物は、直径d=5.0(cm)である。
各試験における制御板は、長さL=5.0(cm)、高さH=1.0(cm)、空隙率Φ=0.75である。
The pier structure in each test has a diameter d=5.0 (cm).
The control plate in each test has a length L=5.0 (cm), a height H=1.0 (cm), and a porosity Φ=0.75.
図4に示すとおり、実施例1の4枚タイプのピア構造物の洗掘防止構造体は、図4中の(1)に示すように、1枚の制御板が流れ方向と合致するように取り付けられている。
図4中の(2)は、1枚の制御板が流れ方向対して45度の角度を有するように取り付けられている。
図4中の(3)は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のA,B,C,Dは、各試験例に共通するデータの測定地点を示している。
As shown in FIG. 4, the anti-scouring structure of the four-plate pier structure of Example 1 is arranged such that one control plate matches the flow direction, as shown in (1) in FIG. installed.
(2) in FIG. 4 is mounted so that one control plate has an angle of 45 degrees with respect to the flow direction.
(3) in FIG. 4 shows the case where no control plate is attached, and A, B, C, and D in the figure show measurement points of data common to each test example.
図5に示すとおり、実施例2の6枚タイプのピア構造物の洗掘防止構造体は、図5中の(1)に示すように、1枚の制御板が流れ方向と合致するように取り付けられている。
図5中の(2)は、1枚の制御板が流れ方向対して30度の角度を有するように取り付けられている。
図5中の(3)は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のA,B,C,Dは、各試験例に共通するデータの測定地点を示している。
As shown in FIG. 5, the anti-scouring structure of the six-plate pier structure of Example 2 is arranged such that one control plate matches the flow direction, as shown in (1) in FIG. installed.
(2) in FIG. 5 is mounted so that one control plate has an angle of 30 degrees with respect to the flow direction.
(3) in FIG. 5 shows the case where no control plate is attached, and A, B, C, and D in the figure show measurement points of data common to each test example.
図6に示すとおり、実施例3の8枚タイプのピア構造物の洗掘防止構造体は、図6中の(1)に示すように、1枚の制御板が流れ方向と合致するように取り付けられている。
図6中の(3)は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のA,B,C,Dは、各試験例に共通するデータの測定地点(以下、「測点」と略することがある。)を示している。
As shown in FIG. 6, the scouring prevention structure of the eight-piece pier structure of Example 3 is arranged such that one control plate matches the flow direction, as shown in (1) in FIG. installed.
(3) in FIG. 6 shows the case where the control plate is not attached at all, and A, B, C, and D in the figure are measurement points of data common to each test example (hereinafter abbreviated as "measurement point" ) is shown.
各試験時間は5分間とし、5分後に測点A,B,C,Dについて、洗掘深さを測定し、cm単位で表記した。
また、前面側の測点A、側面側の測点B,Dにおける洗掘深さの低減率(単位は%)について求めた。
なお、測点Cについては「堆積」なので、評価の対象外とした。
Each test time was 5 minutes, and the scouring depth was measured at measuring points A, B, C, and D after 5 minutes and expressed in cm.
In addition, the reduction rate (unit: %) of scour depth at measuring point A on the front side and measuring points B and D on the lateral side was determined.
Note that measurement point C was excluded from the evaluation because it was "accumulation".
図4に示す試験例の結果は、次のとおりである。
(1)のケースの洗掘深さは、測点Aが0.61,測点Bが1.23,測点Cが-0.30,測点Dが1.08であった(単位はcm)。
(2)のケースの洗掘深さは、測点Aが0.69,測点Bが1.05,測点Cが-0.50,測点Dが1.19(単位はcm)。
(3)のケースの洗掘深さは、測点Aが1.38,測点Bが1.79,測点Cが-0.15,測点Dが1.31であった(単位はcm)。
(1)のケースの低減率は、測点Aが56、測点B,Dの平均が25であった(単位は%)。
(2)のケースの低減率は、測点Aが50、測点B,Dの平均が28であった(単位は%)。
The results of the test example shown in FIG. 4 are as follows.
The scouring depth in case (1) was 0.61 at survey point A, 1.23 at survey point B, -0.30 at survey point C, and 1.08 at survey point D (unit: cm).
The scouring depth in case (2) is 0.69 at measuring point A, 1.05 at measuring point B, -0.50 at measuring point C, and 1.19 at measuring point D (unit: cm).
The scouring depth in case (3) was 1.38 at survey point A, 1.79 at survey point B, -0.15 at survey point C, and 1.31 at survey point D (unit: cm).
In the case of (1), the reduction rate was 56 at the measuring point A and 25 at the average of the measuring points B and D (unit: %).
In the case of (2), the reduction rate was 50 at the measuring point A and 28 at the average of the measuring points B and D (unit: %).
図5に示す試験例の結果は、次のとおりである。
(1)のケースの洗掘深さは、測点Aが0.75,測点Bが1.23,測点Cが-0.04,測点Dが1.57であった(単位はcm)。
(2)のケースの洗掘深さは、測点Aが1.20,測点Bが1.38,測点Cが-0.49,測点Dが1.50(単位はcm)。
(3)のケースの洗掘深さは、測点Aが1.38,測点Bが1.79,測点Cが-0.15,測点Dが1.31であった(単位はcm)。
(1)のケースの低減率は、測点Aが46、測点B,Dの平均が10であった(単位は%)。
(2)のケースの低減率は、測点Aが13、測点B,Dの平均が7であった(単位は%)。
The results of the test example shown in FIG. 5 are as follows.
The scouring depth in case (1) was 0.75 at survey point A, 1.23 at survey point B, -0.04 at survey point C, and 1.57 at survey point D (unit: cm).
The scouring depth in case (2) is 1.20 at survey point A, 1.38 at survey point B, -0.49 at survey point C, and 1.50 at survey point D (unit: cm).
The scouring depth in case (3) was 1.38 at survey point A, 1.79 at survey point B, -0.15 at survey point C, and 1.31 at survey point D (unit: cm).
In the case of (1), the reduction rate was 46 at the measuring point A and 10 at the average of the measuring points B and D (unit: %).
In the case of (2), the reduction rate was 13 at the measuring point A and 7 at the average of the measuring points B and D (unit: %).
図6に示す試験例の結果は、次のとおりである。
(1)のケースの洗掘深さは、測点Aが0.72,測点Bが0.96,測点Cが-0.53,測点Dが1.28であった(単位はcm)。
(3)のケースの洗掘深さは、測点Aが1.38,測点Bが1.79,測点Cが-0.15,測点Dが1.31(単位はcm)。
(1)のケースの低減率は、測点Aが48、測点B,Dの平均が28であった(単位は%)。
The results of the test example shown in FIG. 6 are as follows.
The scouring depth in case (1) was 0.72 at survey point A, 0.96 at survey point B, -0.53 at survey point C, and 1.28 at survey point D (unit: cm).
The scouring depth in case (3) is 1.38 at measuring point A, 1.79 at measuring point B, -0.15 at measuring point C, and 1.31 at measuring point D (unit: cm).
In the case of (1), the reduction rate was 48 at the measurement point A and 28 at the average of the measurement points B and D (unit: %).
前記試験結果によると、ピア構造物の前面(測点A)の洗堀は、制御板を取り付けた各試験例についてほぼ50%以上の軽減が確認された。
また、ピア構造物の側面(測点B,D)の洗堀も、制御板を取り付けた各試験例について25%以上の軽減が確認された。
According to the test results, it was confirmed that the scouring of the front surface of the pier structure (measurement point A) was reduced by approximately 50% or more for each test example in which the control plate was installed.
It was also confirmed that the scouring of the side surfaces of the pier structure (measurement points B and D) was reduced by 25% or more for each test example in which the control plate was attached.
1 ピア構造物
2 制御板
3 海底面
1
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