JP3895337B2 - 塔状構造物 - Google Patents

Description

本願発明は、風力発電用のタワーや橋梁の橋脚等の塔状構造物に関するものである。

従来より、橋梁の橋脚等においては、筒状に形成された複数のプレキャストセグメントを鉛直方向に積み重ねることにより構成されたものが知られている。また、風力発電用のタワー等においても、「特許文献１」や「特許文献２」に記載されているように、筒状に形成された複数のプレキャストセグメントを鉛直方向に積み重ねることにより構成されたものが知られている。

特開２０００−２８３０１９号公報 特開２００２−１２２０６６号公報

このようなプレキャストセグメント構造を採用することにより、施工管理の簡素化および工期短縮を図ることが可能となるが、その際、プレキャストセグメント相互間にプレストレスを導入するための複数のＰＣ（すなわちプレストレストコンクリート）鋼材を、タワー本体の内部空間に外ケーブル構造を構成するようにして配置すれば、ＰＣ鋼材の保守点検を容易かつ確実に行うことができ、解体時の作業性も高めることができる。

しかしながら、このように、プレキャストセグメント構造を有する塔状構造物に対して外ケーブル構造を適用した場合には、大規模地震が発生したとき、塔状構造物に作用する曲げ荷重に対しては外ケーブル構造により抵抗可能であるが、塔状構造物の揺れを早期に収束させることは容易でない、という問題がある。

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プレキャストセグメント構造を有する塔状構造物に外ケーブル構造を適用した場合においても、大規模地震が発生したときの揺れを早期に収束させることができる塔状構造物を提供することを目的とするものである。

本願発明は、外ケーブル構造と共に所定のエネルギ吸収構造を備えた構成とすることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。

すなわち、本願発明に係る塔状構造物は、
筒状に形成された複数のプレキャストセグメントを鉛直方向に積み重ねることにより構成された塔状構造物において、
上記各プレキャストセグメントが、鋼管にコンクリートが巻き立てられてなる鋼管コンクリート複合構造を有しており、
上記各プレキャストセグメントの積み重ねが、該プレキャストセグメントのコンクリートの端面相互間に隙間が形成されるようにした状態で、該プレキャストセグメントの鋼管の端面を互いに当接させることにより行われており、
上記プレキャストセグメント相互間にプレストレスを導入するための複数のＰＣ鋼材が、上記塔状構造物の内部空間に外ケーブル構造を構成するようにして配置されており、
上記プレストレスが導入された複数のプレキャストセグメントのうち所定の２つのプレキャストセグメントが、上記塔状構造物の内部空間において所定のエネルギ吸収部材を介して連結固定されている、ことを特徴とするものである。

上記各「プレキャストセグメント」は、筒状に形成されたものであれば、その断面形状は特に限定されるものではなく、また、これら各「プレキャストセグメント」は、互いに同一の断面形状に設定されていてもよいし、互いに異なる断面形状に設定されていてもよい。

上記「外ケーブル構造」は、複数のＰＣ鋼材が塔状構造物の内部空間に配置されたものであれば、その具体的な構成は特に限定されるものではない。また、この「外ケーブル構造」によるプレストレスの導入の対象となる「複数のプレキャストセグメント」は、互いに隣接する２つのプレキャストセグメントのみであってもよいし、３つ以上のプレキャストセグメントであってもよい。

上記「所定の２つのプレキャストセグメント」は、プレストレスが導入された複数のプレキャストセグメントを構成するものであれば、特定のプレキャストセグメントに限定されるものではない。また、これら「所定の２つのプレキャストセグメント」は、互いに隣接する２つのプレキャストセグメントであってもよいし、互いに離れたプレキャストセグメントであってもよい。

上記「所定のエネルギ吸収部材」は、該エネルギ吸収部材を介して連結固定された２つのプレキャストセグメント相互間に鉛直方向の相対変位を生じさせるエネルギを吸収することができるものであれば、その配置や具体的なエネルギ吸収構造等は特に限定されるものではなく、例えば、塑性変形によりエネルギ吸収を行うように構成された鋼部材や、液体の粘性抵抗を利用してエネルギ吸収を行うように構成された液圧ダンパ等が採用可能である。また、上記「所定のエネルギ吸収部材」の上記「所定の２つのプレキャストセグメント」に対する固定構造についても、その具体的な構成は特に限定されるものではない。

上記「所定のエネルギ吸収部材」は、外ケーブル構造によるプレストレスの導入が、塔状構造物の上下方向複数箇所において行われている場合には、これら各箇所毎に設けるようにしてもよいし、一部の箇所にのみ設けるようにしてもよい。一部の箇所にのみ設ける場合には、どの箇所に設けてもよいが、大規模地震発生時に作用する曲げ荷重は塔状構造物の下端部寄りの部分が最も大きくなるので、この下端部寄りの部分に設けることが好ましい。

上記構成に示すように、本願発明に係る塔状構造物は、筒状に形成された複数のプレキャストセグメントを鉛直方向に積み重ねることにより構成されているが、この塔状構造物の内部空間には、プレキャストセグメント相互間にプレストレスを導入するための複数のＰＣ鋼材が、外ケーブル構造を構成するようにして配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、塔状構造物を構築する際、これらＰＣ鋼材の配置および緊張と、次のプレキャストセグメントの設置とを並行して行うことが可能となるので、塔状構造物の構築工程に重大なクリティカルパスを発生させないようにすることができ、これにより工期短縮を図ることができる。また、外ケーブル構造の採用により、ＰＣ鋼材はプレキャストセグメントの部材断面外に配置されることとなるので、ＰＣ鋼材の保守点検を容易かつ確実に行うことができる。その際、ＰＣ鋼材は塔状構造物の内部空間に配置されているので、耐食性を十分に確保することができる。さらに、塔状構造物の解体時にも、ＰＣ鋼材を予め撤去することができるので、その破断や突出等のおそれをなくすことができ、したがって解体作業を安全かつスムーズに行うことができる。

また、本願発明に係る塔状構造物においては、プレストレスが導入された複数のプレキャストセグメントのうち所定の２つのプレキャストセグメントが、所定のエネルギ吸収部材を介して連結固定されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、大規模地震が発生すると、塔状構造物に曲げ荷重が繰り返し作用する。この曲げ荷重により、外ケーブル構造を構成するＰＣ鋼材には引張荷重が作用し、上記所定の２つのプレキャストセグメント相互間の当接面では、上側のプレキャストセグメントが下側のプレキャストセグメントに対して斜めに浮き上がろうとする。このとき、両プレキャストセグメントは、エネルギ吸収部材を介して連結固定されているので、このエネルギ吸収部材によってエネルギ吸収が行われる。また、揺れ戻しによって塔状構造物に作用する反対方向への曲げ荷重により、上記当接面では上側のプレキャストセグメントが左右反対方向へ斜めに浮き上がろうとするが、このときもエネルギ吸収部材によってエネルギ吸収が行われる。そして、このようにして塔状構造物に作用する曲げ荷重の繰り返しに対して、エネルギ吸収部材によるエネルギ吸収が繰り返し行われるので、塔状構造物の揺れが早期に収束することとなる。

このように本願発明によれば、プレキャストセグメント構造を有する塔状構造物に外ケーブル構造を適用した場合においても、大規模地震が発生したときの揺れを早期に収束させることができる。

上記構成において、エネルギ吸収部材の配置個数は１個であってもよいが、このエネルギ吸収部材が塔状構造物の周方向に所定間隔をおいて複数個配置された構成とすれば、大規模地震の発生時におけるエネルギ吸収を効率良く行うことができ、これにより塔状構造物の揺れをより早期に収束させることができる。

上記構成において、各プレキャストセグメントは、鋼管にコンクリートが巻き立てられてなる鋼管コンクリート複合構造を有しているので、エネルギ吸収部材によるプレキャストセグメント相互間の連結を容易に行うことができる。

その際、鋼管として、その外周面にリブが形成された外面リブ付鋼管を用いるようにすれば、コンクリートとの密着性を高めることができる。

また、このような鋼管コンクリート複合構造を採用した場合において、エネルギ吸収部材の両端部を、上記所定の２つのプレキャストセグメントを構成する鋼管の内周面に設けられた１対の突起片に固定するようにすれば、プレキャストセグメント相互間の連結を一層容易に行うことができる。

上記構成において、エネルギ吸収部材の各突起片への固定をボルト締めによって行うようにすれば、この固定を溶接等によって行う場合に比して低コストで固定作業を行うことができ、また、大規模地震の発生後にエネルギ吸収部材の交換が必要となった場合においても、その交換も容易に行うことができる。

また上記構成において、エネルギ吸収部材の具体的構成が特に限定されないことは上述したとおりであるが、これを鋼部材で構成し、その塑性変形によってエネルギ吸収を行うようにすれば、簡易な構成によりエネルギ吸収を行うことができる。上記「鋼部材」としては、例えば構造用鋼材や低降伏点鋼等が採用可能である。

その際、エネルギ吸収部材として、上記１対の突起片を両側から挟むようにして背中合わせで配置された１対の溝形鋼を用いるようにすれば、エネルギ吸収部材に圧縮荷重が作用したときに、該エネルギ吸収部材が座屈してしまうのを効果的に抑制することができ、これによりエネルギ吸収を確実に行わせることができる。

この場合において、エネルギ吸収部材の水平断面積を、その両端部よりも中間部の方が小さい値となるように設定すれば、エネルギ吸収部材の中間部のみを集中的に塑性変形させることができるので、エネルギ吸収部材のプレキャストセグメントに対する固定状態を確実に維持するようにした上で、その中間部の塑性変形によりエネルギ吸収を行うことができる。

またこの場合において、エネルギ吸収部材の全体を同一の鋼部材で構成してよいことはもちろんであるが、その中間部を低降伏点鋼で構成するとともに、その両端部を構造用鋼材で構成すれば、低降伏点鋼で構成された中間部のみを集中的に塑性変形させることができるので、エネルギ吸収部材のプレキャストセグメントに対する固定状態を確実に維持するようにした上で、その中間部の塑性変形によりエネルギ吸収を行うことができる。

上記構成において、各プレキャストセグメントの鋼管の端部に、該プレキャストセグメントと隣接するプレキャストセグメントの鋼管の端部と係合して、該プレキャストセグメントが水平方向に相対変位するのを規制する変位規制構造が設けられた構成とすれば、大規模地震の発生により、塔状構造物に曲げ荷重とともに剪断荷重が作用したとき、上記変位規制構造により各プレキャストセグメント相互間に水平方向の位置ずれが発生してしまうのを阻止することができる。この場合において、上記「変位規制構造」は、プレキャストセグメント相互間で剪断荷重を伝達し得る構造であれば、その具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば、鋼管の端面を凹凸状に形成することにより、あるいは鋼管の内周面または外周面に鋼管の端面を上下に跨ぐようにして当て板を固定することにより、変位規制構造を構成することが可能である。

以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。

図１は、本願発明の一実施形態に係る塔状構造物２０を備えた風力発電用風車１００を示す正面図である。また、図２は、図１のII部詳細側断面図であり、図３は、図２のIII-III 線断面詳細図であり、図４は、図３のIV-IV 線断面詳細図である。

図１に示すように、この塔状構造物２０は、風力発電用風車１００における支持タワー１０のタワー本体であって、フーチング基礎１２の上方にコンクリート製のタワー基端部材１４を介して構築された構成となっている。そして、この塔状構造物２０の上端部に、翼５２および発電機本体５４からなる風力発電機５０が設置されることにより、風力発電用風車１００が構成されるようになっている。

塔状構造物２０は、筒状に形成された複数のプレキャストセグメント２２を鉛直方向に積み重ねることにより構成されている。これら各プレキャストセグメント２２は、断面サイズ同一の円筒状部材で構成されている。

図２〜４に示すように、塔状構造物２０を構成する各プレキャストセグメント２２は、鋼管２４にコンクリート２６が巻き立てられてなる鋼管コンクリート複合構造を有している。その際、鋼管２４は、その外周面に螺旋状のリブ２４ｂが形成された外面リブ付鋼管として構成されている。

これら各プレキャストセグメント２２は、その鋼管２４の端面を互いに当接させるようにして積み重ねられている。このとき、各プレキャストセグメント２２のコンクリート２６の端面相互間には、その内周部位に大きな隙間が形成されるとともに外周部位に小さな隙間が形成されるようになっており、大きな隙間にはグラウト３４が充填されるとともに小さな隙間にはシール用ゴム３６が介装されている。その際、グラウト３４として無収縮モルタルが用いられている。

塔状構造物２０の内部空間には、プレキャストセグメント２２相互間にプレストレスを導入するための複数のＰＣ鋼材３０が、外ケーブル構造を構成するようにして配置されている。その際、この外ケーブル構造は、いくつかのプレキャストセグメント２２を１つの区間として、塔状構造物２０を複数の区間に分けるようにして複数段にわたって設けられている。

これら各区間の外ケーブル構造はいずれも同様であるので、塔状構造物２０の下端部近傍の区間の外ケーブル構造を例にとって説明する。

図２に示すように、塔状構造物２０の下から３段目および６段目に位置するプレキャストセグメント２２には、その鋼管２４の内周面に８個の定着用ブラケット２８が周方向に等間隔をおいて形成されている。そして、両プレキャストセグメント２２の各定着用ブラケット２８間には、ＰＣ鋼材３０が各々配置されている。これら各ＰＣ鋼材３０は、図示しない緊張用ジャッキによって緊張された状態で、その両端部が各定着用ブラケット２８に定着具３２を介して定着されている。そして、これら周方向８箇所に配置された外ケーブル構造により、３段目のプレキャストセグメント２２と６段目のプレキャストセグメント２２の間の区間に、所定のプレストレスが導入されるようになっている。

なお、タワー基端部材１４と塔状構造物２０との間にも、外ケーブル構造によるプレストレスが導入されている。

図３および４に示すように、塔状構造物２０を構成する複数のプレキャストセグメント２２は、互いに隣接するプレキャストセグメント２２同士が、鋼部材からなる複数のエネルギ吸収部材４０を介して連結固定されている。これらエネルギ吸収部材４０は、塔状構造物２０の内部空間において、周方向８箇所に配置されたＰＣ鋼材３０と交互に、等間隔をおいて周方向８箇所に２つずつ配置されている。

これら各エネルギ吸収部材４０は、その上下両端部が、互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２を構成する鋼管２４の内周面に設けられた１対の突起片４２に固定されている。これら各突起片４２は、プレート状の構造用鋼材からなり、鋼管２４の中心軸を含む鉛直面内に沿って配置された状態で、その側端面において鋼管２４の内周面に溶接されている。

その際、上側のプレキャストセグメント２２においては、突起片４２は鋼管２４の下端部近傍部位に設けられており、下側のプレキャストセグメント２２においては、突起片４２は鋼管２４の上端部近傍部位に設けられている。そしてこれにより、エネルギ吸収部材４０の有効長さｄが過大にならないようにしている。

各エネルギ吸収部材４０は、その全長にわたって同一の水平断面形状を有する溝形鋼として構成されている。そして、周方向８箇所の各々において、２つのエネルギ吸収部材４０が、上下１対の突起片４２を左右両側から挟むようにして背中合わせで配置されている。これら２つのエネルギ吸収部材４０の各突起片４２への固定は、その上下各端部において６本のボルト４４を各突起片４２に対して２列３段配置で締め付けることによって行われている。

このように本実施形態においては、塔状構造物２０を外ケーブル構造とエネルギ吸収構造とを備えた構成とすることにより、大規模地震が発生したとき、塔状構造物２０に作用する曲げ荷重に対してはＰＣ鋼材３０の張力で抵抗させるとともに、エネルギ吸収部材４０の塑性変形によりエネルギ吸収を行い、揺れを早期に収束させるようになっている。その際、エネルギ吸収部材４０の水平断面積および有効長さｄを調整することにより、揺れの収束度合を調整し得るようになっている。

この点について、図５の荷重−変位特性図に基づいて説明する。

同図（ａ）は、外ケーブル構造のみを備えている場合の特性を示しており、同図（ｂ）は、外ケーブル構造とエネルギ吸収構造とを備えている場合の特性を示している。

同図（ａ）において、点Ａは、プレキャストセグメント２２相互間の当接面に目開きが生じる点であり、点Ｂは、外ケーブル構造のＰＣ鋼材３０が降伏する点であり、点Ｃは、プレキャストセグメント２２のコンクリート２６が圧壊する点である。一方、同図（ｂ）に示す点Ｄは、エネルギ吸収部材４０が降伏する点である。なお、同図（ｂ）に示す点Ａ、Ｂ、Ｃは、同図（ａ）の場合と同様である。

同図（ａ）に示すように、外ケーブル構造のみを備えている場合には、ＰＣ鋼材３０の定着長を調整することによって、ＡＢ間の荷重（すなわち上記当接面に目開きが生じてからＰＣ鋼材３０が降伏するまでの荷重）Ｐａｂを調整することが可能である。

一方、同図（ｂ）に示すように、外ケーブル構造とエネルギ吸収構造とを備えている場合には、エネルギ吸収部材４０の水平断面積を調整することによって、ＡＤ間の荷重（すなわち上記当接面に目開きが生じてからエネルギ吸収部材４０が降伏するまでの荷重）Ｐａｄを調整することが可能であり、また、エネルギ吸収部材４０の有効長さｄを調整することによって、ＡＤ間の変位量（すなわち上記当接面に目開きが生じてからエネルギ吸収部材４０が降伏するまでの変位量）δａｄを調整することが可能である。

したがって、エネルギ吸収部材４０の水平断面積および有効長さｄを調整して、点Ｄの位置をＡＢ間において適当な位置に設定することにより、エネルギ吸収部材４０の塑性変形によるエネルギ吸収量を調整することが可能であり、これにより揺れの収束度合を調整することが可能である。

以上詳述したように、本実施形態に係る塔状構造物２０は、筒状に形成された複数のプレキャストセグメント２２を鉛直方向に積み重ねることにより構成されているが、塔状構造物２０の内部空間には、プレキャストセグメント２２相互間にプレストレスを導入するための複数のＰＣ鋼材３０が、外ケーブル構造を構成するようにして配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、塔状構造物２０を構築する際、これらＰＣ鋼材３０の配置および緊張と、次のプレキャストセグメント２２の設置とを並行して行うことが可能となるので、塔状構造物２０の構築工程に重大なクリティカルパスを発生させないようにすることができ、これにより工期短縮を図ることができる。また、外ケーブル構造の採用により、ＰＣ鋼材３０はプレキャストセグメント２２の部材断面外に配置されることとなるので、ＰＣ鋼材３０の保守点検を容易かつ確実に行うことができる。その際、ＰＣ鋼材３０は塔状構造物２０の内部空間に配置されているので、耐食性を十分に確保することができる。さらに、塔状構造物２０の解体時にも、ＰＣ鋼材３０を予め撤去することができるので、その破断や突出等のおそれをなくすことができ、したがって解体作業を安全かつスムーズに行うことができる。

また、本実施形態に係る塔状構造物２０においては、その塔状構造物２０を構成する複数のプレキャストセグメント２２が、互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２毎に、鋼部材からなる複数のエネルギ吸収部材４０を介して連結固定されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、大規模地震が発生すると、塔状構造物２０に曲げ荷重が繰り返し作用する。この曲げ荷重により、外ケーブル構造を構成するＰＣ鋼材３０には引張荷重が作用し、プレキャストセグメント２２相互間の当接面では、上側のプレキャストセグメント２２が下側のプレキャストセグメント２２に対して斜めに浮き上がろうとする。このとき、両プレキャストセグメント２２を連結固定するエネルギ吸収部材４０にも引張荷重が作用するが、このエネルギ吸収部材４０は鋼部材で構成されているので、この引張荷重に対して早期に降伏して塑性変形し、この塑性変形によってエネルギ吸収が行われる。

また、揺れ戻しによって塔状構造物２０に作用する反対方向への曲げ荷重により、上記当接面では上側のプレキャストセグメント２２が左右反対方向へ斜めに浮き上がろうとする。このときエネルギ吸収部材４０は、すでに伸びを生じた状態にあるので、今度は圧縮荷重がエネルギ吸収部材４０に作用するが、この圧縮荷重に対しても早期に降伏して塑性変形し、この塑性変形によってエネルギ吸収が行われる。

そして、塔状構造物２０に作用する曲げ荷重の繰り返しに対して、エネルギ吸収部材４０の塑性変形によるエネルギ吸収が繰り返し行われるので、塔状構造物２０の揺れが早期に収束することとなる。

このように本実施形態によれば、プレキャストセグメント構造を有する塔状構造物２０に外ケーブル構造を適用した場合においても、大規模地震が発生したときの揺れを早期に収束させることができる。

特に本実施形態においては、エネルギ吸収部材４０が塔状構造物２０の周方向に所定間隔をおいて複数個配置されているので、大規模地震の発生時におけるエネルギ吸収を効率良く行うことができ、これにより塔状構造物２０の揺れをより早期に収束させることができる。

また本実施形態においては、エネルギ吸収部材４０が鋼部材で構成されており、その塑性変形によってエネルギ吸収を行うようになっているので、簡易な構成によりエネルギ吸収を行うことができる。

しかも本実施形態においては、エネルギ吸収部材４０が互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２毎に配置されているので、塔状構造物２０の全長にわたってエネルギ吸収を行うことができ、これにより一部のエネルギ吸収部材４０に過大な負荷をかけてしまうことなく、塔状構造物２０の揺れを早期に収束させることができる。

また本実施形態においては、各プレキャストセグメント２２が鋼管２４にコンクリート２６が巻き立てられてなる鋼管コンクリート複合構造を有しているので、エネルギ吸収部材４０によるプレキャストセグメント２２相互間の連結を容易に行うことができる。その際、本実施形態においては、鋼管２４として、その外周面にリブ２４ｂが形成された外面リブ付鋼管が用いられているので、コンクリート２６との密着性を高めることができる。

さらに本実施形態においては、エネルギ吸収部材４０の両端部が、互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２を構成する鋼管２４の内周面に設けられた１対の突起片４２に固定されているので、プレキャストセグメント２２相互間の連結を一層容易に行うことができる。

その際、エネルギ吸収部材４０として、１対の突起片４２を両側から挟むようにして背中合わせで配置された１対の溝形鋼が用いられているので、エネルギ吸収部材４０に圧縮荷重が作用したときに、該エネルギ吸収部材４０が座屈してしまうのを効果的に抑制することができ、これによりエネルギ吸収部材４０の塑性変形によるエネルギ吸収を確実に行わせることができる。

しかも本実施形態においては、エネルギ吸収部材４０の各突起片４２への固定がボルト締めによって行われているので、この固定を溶接等によって行う場合に比して低コストで固定作業を行うことができ、また、大規模地震の発生後にエネルギ吸収部材４０の交換が必要となった場合においても、その交換も容易に行うことができる。

ところで、上記実施形態においては、ＰＣ鋼材３０およびエネルギ吸収部材４０が塔状構造物２０の周方向８箇所に配置されているものとして説明したが、塔状構造物２０の全高や設置環境等に応じて、これらの配置箇所を７箇所以下あるいは９箇所以上に設定することも可能である。

また、上記実施形態においては、エネルギ吸収部材４０が互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２毎に配置されているものとして説明したが、適当に間引きして配置することも可能である。その際、大規模地震発生時に大きな曲げ荷重が作用する塔状構造物２０の下端部寄りの部分にのみエネルギ吸収部材４０を配置することも可能である。一方、エネルギ吸収部材４０を塔状構造物２０の複数箇所に配置するようにした場合には、その配置される高さ位置によって該エネルギ吸収部材４０の水平断面積および有効長さｄを互いに異なった値に設定して、そのエネルギ吸収量をエネルギ吸収部材４０の配置高さに応じた適正な値に設定することも可能である。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態においては、エネルギ吸収部材４０として、１対の突起片４２を両側から挟むようにして背中合わせで配置された１対の溝形鋼が用いられているものとして説明したが、図６に示すようなエネルギ吸収部材１４０、２４０、３４０を採用することも可能である。

同図（ａ）に示すエネルギ吸収部材１４０は、溝形鋼の代わりにＴ形鋼を用いたものである。このようなエネルギ吸収部材１４０を採用した場合においても、該エネルギ吸収部材１４０が座屈してしまうのを効果的に抑制することができる。また、これら溝形鋼やＴ形鋼の代わりに、山形鋼等を用いることも可能である。

同図（ｂ）に示すエネルギ吸収部材２４０は、溝形鋼の代わりに平鋼を用いたものである。このようなエネルギ吸収部材２４０を採用した場合においても、平鋼の板厚をやや厚めに設定しておけば、該エネルギ吸収部材２４０が座屈してしまうのを効果的に抑制することができる。

同図（ｃ）に示すエネルギ吸収部材３４０は、１対の溝形鋼の代わりに単一の平鋼を用いたものである。このようなエネルギ吸収部材３４０を採用した場合においても、平鋼の板厚を厚めに設定しておけば、該エネルギ吸収部材３４０が座屈してしまうのを効果的に抑制することができる。

また上記実施形態においては、エネルギ吸収部材４０がその全長にわたって同一の水平断面形状を有しているものとして説明したが、図７に示すようなエネルギ吸収部材４４０、５４０を採用することも可能である。

同図（ａ）に示すエネルギ吸収部材４４０は、図６（ｂ）に示すエネルギ吸収部材２４０と同様の平鋼が用いられているが、該エネルギ吸収部材４４０の水平断面積は、その両端部４４０Ｂよりも中間部４４０Ａの方が小さい値となるように設定されている。このようなエネルギ吸収部材４４０を採用した場合には、その中間部４４０Ａのみを集中的に塑性変形させることができるので、その両端部４４０Ｂのプレキャストセグメント２２に対する固定状態を確実に維持するようにした上で、その中間部４４０Ａの塑性変形によりエネルギ吸収を行うことができる。

同図（ｂ）に示すエネルギ吸収部材５４０も、図６（ｂ）に示すエネルギ吸収部材２４０と同様の平鋼が用いられているが、該エネルギ吸収部材５４０は、その中間部５４０Ａが低降伏点鋼で構成されるとともに、その両端部５４０Ｂが構造用鋼材で構成されている。このようなエネルギ吸収部材５４０を採用した場合には、エネルギ吸収部材５４０の中間部５４０Ａのみを集中的に塑性変形させることができるので、その両端部５４０Ｂのプレキャストセグメント２２に対する固定状態を確実に維持するようにした上で、その中間部５４０Ａの塑性変形によりエネルギ吸収を行うことができる。

さらに上記実施形態においては、塔状構造物２０を構成する各プレキャストセグメント２２が、その鋼管２４の端面を互いに当接させるようにして積み重ねられているものとして説明したが、その際、図８に示す塔状構造物１２０、２２０のように、所定の変位規制構造を備えた構成とすることも可能である。

同図（ａ）に示す塔状構造物１２０においては、互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２のうち、上側のプレキャストセグメント２２の鋼管２４の下端面には環状テーパ凸部２４ａ１が形成されており、下側のプレキャストセグメント２２の鋼管２４の上端面には環状テーパ凹部２４ａ２が形成されている。そして、両プレキャストセグメント２２の鋼管２４は、その端面において環状テーパ凸部２４ａ１と環状テーパ凹部２４ａ２とを係合させるようにして当接している。

このように、互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２の鋼管２４の端面を凹凸状に形成してなる変位規制構造を備えた構成とすることにより、両プレキャストセグメント２２が水平方向に相対変位するのを規制することができる。したがって、大規模地震の発生により、塔状構造物１２０に対して曲げ荷重とともに剪断荷重が作用したとき、上記変位規制構造により各プレキャストセグメント２２相互間に水平方向の位置ずれが発生してしまうのを阻止することができる。

同図（ｂ）に示す塔状構造物２２０においては、互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２のうち、下側のプレキャストセグメント２２の鋼管２４の外周面上端部に、該鋼管２４の上端面よりも上方まで延びる環状の当て板３８が溶接によって固定されている。そして、この当て板３８を上側のプレキャストセグメント２２の鋼管２４と係合させるようになっている。その際、上側のプレキャストセグメント２２のコンクリート２６の下端面は、その内周部位が上方へ大きく抉られており、これによりコンクリート２６が当て板３８と干渉するのを回避するようになっている。

このように、互いに隣接する２つのプレキャストセグメント２２の鋼管２４が当て板３８を介して係合する変位規制構造を備えた構成とすることにより、両プレキャストセグメント２２が水平方向に相対変位するのを規制することができる。したがって、大規模地震の発生により、塔状構造物２２０に対して曲げ荷重とともに剪断荷重が作用したとき、上記変位規制構造により各プレキャストセグメント２２相互間に水平方向の位置ずれが発生してしまうのを阻止することができる。

上記実施形態においては、塔状構造物２０を構成する各プレキャストセグメント２２が、円筒状部材で構成されているものとして説明したが、これ以外の断面形状を有する筒状部材で構成することももちろん可能である。例えば、図９に示す塔状構造物３２０のように、各プレキャストセグメント３２２を矩形筒状部材で構成することも可能である。この場合、鋼管３２４およびコンクリート３２６も矩形筒状に形成されることとなるが、同図に示すように、外ケーブル構造およびエネルギ吸収構造についても、その内部空間の形状に応じて適当に配置するようにすればよい。

なお、上記実施形態および各変形例においては、塔状構造物２０が風力発電用風車１００における支持タワーのタワー本体である場合について説明したが、例えば橋梁の橋脚等のような他の塔状構造物である場合においても、上記実施形態および各変形例と同様の構成を採用することにより、これらと同様の作用効果を得ることができる。

本願発明の一実施形態に係る塔状構造物を備えた風力発電用風車を示す正面図 図１のII部詳細側断面図 図２のIII-III 線断面詳細図 図３のIV-IV 線断面詳細図 上記実施形態の作用を説明するための荷重−変位特性図であって、同図（ａ）は外ケーブル構造のみを備えている場合の特性を示す図、同図（ｂ）は外ケーブル構造とエネルギ吸収構造とを備えている場合の特性を示す図 上記塔状構造物におけるエネルギ吸収部材の３つの変形例を示す要部平面図 上記エネルギ吸収部材の他の２つの変形例を示す、図４と同様の図 上記塔状構造物の２つの変形例を示す、図４と同様の図 上記塔状構造物の他の変形例を示す、図３と同様の図

符号の説明

１０ 支持タワー
１２ フーチング基礎
１４ タワー基端部材
２０、１２０、２２０、３２０ 塔状構造物
２２、３２２ プレキャストセグメント
２４、３２４ 鋼管
２４ａ１ 環状テーパ凸部
２４ａ２ 環状テーパ凹部
２４ｂ リブ
２６、３２６ コンクリート
２８ 定着用ブラケット
３０ ＰＣ鋼材
３２ 定着具
３４ グラウト
３６ シール用ゴム
３８ 当て板
４０、１４０、２４０、３４０、４４０、５４０ エネルギ吸収部材
４２ 突起片
４４ ボルト
５０ 風力発電機
５２ 翼
５４ 発電機本体
５６ ブラケット
１００ 風力発電用風車
４４０Ａ、５４０Ａ 中間部
４４０Ｂ、５４０Ｂ 両端部

Claims (10)

1. 筒状に形成された複数のプレキャストセグメントを鉛直方向に積み重ねることにより構成された塔状構造物において、
   上記各プレキャストセグメントが、鋼管にコンクリートが巻き立てられてなる鋼管コンクリート複合構造を有しており、
   上記各プレキャストセグメントの積み重ねが、該プレキャストセグメントのコンクリートの端面相互間に隙間が形成されるようにした状態で、該プレキャストセグメントの鋼管の端面を互いに当接させることにより行われており、
   上記プレキャストセグメント相互間にプレストレスを導入するための複数のＰＣ鋼材が、上記塔状構造物の内部空間に外ケーブル構造を構成するようにして配置されており、
   上記プレストレスが導入された複数のプレキャストセグメントのうち所定の２つのプレキャストセグメントが、上記塔状構造物の内部空間において所定のエネルギ吸収部材を介して連結固定されている、ことを特徴とする塔状構造物。
2. 上記エネルギ吸収部材が、塔状構造物の周方向に所定間隔をおいて複数個配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の塔状構造物。
3. 上記鋼管が、該鋼管の外周面にリブが形成された外面リブ付鋼管からなる、ことを特徴とする請求項１または２記載の塔状構造物。
4. 上記エネルギ吸収部材の両端部が、上記所定の２つのプレキャストセグメントを構成する鋼管の内周面に設けられた１対の突起片に固定されている、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の塔状構造物。
5. 上記エネルギ吸収部材の上記各突起片への固定が、ボルト締めによって行われている、ことを特徴とする請求項４記載の塔状構造物。
6. 上記エネルギ吸収部材が、鋼部材からなる、ことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の塔状構造物。
7. 上記エネルギ吸収部材として、上記１対の突起片を両側から挟むようにして背中合わせで配置された１対の溝形鋼が用いられている、ことを特徴とする請求項６記載の塔状構造物。
8. 上記エネルギ吸収部材の水平断面積が、該エネルギ吸収部材の両端部よりも中間部の方が小さい値に設定されている、ことを特徴とする請求項６または７記載の塔状構造物。
9. 上記エネルギ吸収部材の中間部が低降伏点鋼で構成されるとともに、該エネルギ吸収部材の両端部が構造用鋼材で構成されている、ことを特徴とする請求項６〜８いずれか記載の塔状構造物。
10. 上記各プレキャストセグメントの鋼管の端部に、該プレキャストセグメントと隣接するプレキャストセグメントの鋼管の端部と係合して、該プレキャストセグメントが水平方向に相対変位するのを規制する変位規制構造が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の塔状構造物。

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