JP3987831B2 - 浮消波構造体の連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、桟橋としての機能を兼ね備えた浮消波構造体の連結構造に関する。

港湾等において高波による事故や災害の発生を防止して、船舶の係留等に支障が生じないようにするための消波構造体としては、大きく２つのタイプのものが知られている。１つは、水底地盤に固定させた防波堤であって、他の１つは、水上に浮遊させる浮消波構造体である。
前者の防波堤は、地盤に定着させた大型の建造物であることから設置作業に手間やコストがかかり、しかも設置水域の水流を遮断することから水質汚染等を招くおそれがある一方で、堅固な構造物であることから、その天面部分を平坦にすることで、船舶への乗り降り、貨物の積み降ろし等を行うための桟橋として兼用できるという利点がある。これに対し、後者の浮消波構造体は、水面に浮かぶ材質または構造で構成されて、一般的には、チェーン等で水底に係留されるものである。それゆえ、その構造、製造、設置作業が防波堤に比べて簡易で、コスト面で有利であるものの、一般に、波を受けたときに容易に遥動または回転し、振幅の大きな揺れを生じさせることによって消波作用を発揮するものであることから（特許文献１〜４参照）、その天面部分に人が乗るなどの、いわば浮桟橋としての使用をすることについては考慮されておらず、また、そのような用途に対応した設計も本来的になされていない。

特許文献５には、波の進行方向に沿って配置された３つの底なしタンクからなる消波堤本体を用いて消波作用を発揮させる浮消波堤が記載されている。かかる浮消波堤の両舷の底なしタンクは、その上部において空気ダクトを介して互いに連通しており、消波堤本体に波が当たってタンク内の水面が上下動すると、空気がタンク間を往復流動し、その際の空気抵抗によってエネルギーが消散されて、消波作用が発揮される。しかも、両舷の底なしタンクで発生する透過波と反対称の発散波や、中央のタンクで発生する透過波と対称の発散波も、これらが互いに緩衝し、撹乱されることによって消波作用に寄与する。

しかしながら、この浮消波堤のように、内部に空気を貯留することで浮力を得る構造では、繰り返し波を受けることによって浮消波構造体のコンクリート壁に亀裂を生じた場合に、浮消波構造体が浮力を失って沈没するという深刻な事態を招くおそれがあり、長期にわたって浮力を確保するという点で、信頼性に欠ける。また、空気の散逸を防止すべく、浮消波構造体のコンクリート壁の気密性を高めようとすると、浮消波構造体の製造コストの著しい上昇を招くという問題が生じる。

ところで、特許文献５に記載の浮消波堤は、特許文献１〜４に記載のものとはタイプが異なる浮消波構造体であって、係留用のチェーン等によって水底に繋がれたものではなく、水底に固定され水面上へと延びるドルフィンによって昇降自在に嵌合（係留）されたものである。それゆえ、この浮消波構造堤は、波を受けたときにも比較的安定して水面上に浮かんでいる。しかしながら、特許文献５には、かかる浮消波堤を浮桟橋として使用することについてや、浮消波堤の天面部分を浮桟橋としての使用に適した構造にすることについては、何ら記載されておらず、示唆すらもない。

また、特許文献６には、杭に係留して用いられる浮消波構造体の他の例として、平板状の消波堤本体と、その前後側下面に垂直に設けられた消波板とを備える浮消波堤が記載されている。しかしながら、同文献に記載の浮消波堤は、浮桟橋としての甲板部分となり得る部位（平板状消波堤本体）を、衝波板に衝突する波の力によって変形させ、その変形によって消波作用を発揮させるものであることから、かかる平板状の消波堤本体部分を用いて浮桟橋としての利用に供することはできない。

なお、従来、岸からある程度離れた場所で船舶の係留、船舶への乗り降り、積荷の積み降ろし等を行うための構造物として、水上に浮遊させる浮桟橋が提案されている（特許文献７および８）。しかしながら、従来の浮桟橋では、消波作用を兼ね備えさせることについて何ら考慮されておらず、もっぱら防波堤等によって保護された水域で使用することが前提とされていた。また、従来の浮桟橋では、波を受ける面を丸めるなど、波との接触角が小さくなるように設計することによって、波が当たることによる影響を小さくするための検討がなされている。さらに、波を受けたときにその波に乗ることで、浮桟橋自体の揺れを軽減することの検討もなされているが、この発想は、消波作用を発揮させるという発想とは全く逆のものである。

そこで、本出願人は、上記の課題を解決し得る浮体からなる消波構造体であって、優れた消波作用を発揮するだけでなく、桟橋としての機能をも兼ね備えたものについて、本願と同時に特許出願している。
実開平５−１４２１４号公報 特開２００２−３３９３３２号公報 特開平６−４１９３１号公報 特開平５−１９５５１９号公報 特開平６−１０８４３１号公報 特開平５−１５６６１９号公報 特開２００３−２７８１１１号公報 特開２００２−６９９２６号公報

本発明の目的は、優れた消波作用を発揮するだけでなく、桟橋としての機能をも兼ね備えたことを特徴とする、前述の浮体からなる消波構造体について、これを実際に港湾等において配置するのに適した連結構造を提供することである。

本出願人が本願と同時にした特許出願に係る発明は、水底に固定された杭に係留して用いられる新規な浮消波構造体に係るものである。かかる浮消波構造体は、（ｉ）剛体である甲板部、当該甲板部に連設しかつ波を受ける側に配置される消波板、および上記甲板部に連設しかつ消波板に対向して配置される背面板を備える外枠体と、（ii）上記甲板部と消波板と背面板とによって区画される外枠体の空間内に充填されてなる発泡体と、を有することを特徴としており、外枠体の空間内に充填された発泡体によって浮力がかかっていることから、一定の部分を浮上させた状態で水面上に浮遊させることができる。さらに、かかる浮消波構造体は、断面略コ字状（略逆Ｕ字状）である外枠体のうち、少なくとも甲板部が剛体からなり、波を受けても変形しないものであって、しかも、浮消波構造体をあらかじめ杭に係留させておくことによって、波を受けたときに遥動や回転が生じるのを防止することができるものであることから、消波作用を発揮させつつ、その甲板部を用いて浮桟橋としての使用をすることができる。

ところで、港湾等の広い領域で十分な消波作用を得るには、浮消波構造体を１つ配置するだけでは足りない場合が多く、複数の浮消波構造体を並べて設置することがある。このような場合には、隣接する浮消波構造体同士が接触することによって破損や変形を生じるおそれがあるが、このような問題が生じるのを防止する方策として、例えば、隣接する浮消波構造体の間に緩衝材を配置することが考えられる。しかしながら、緩衝材は一般に、ゴムやエラストマー等を用いた弾性部材であって、圧縮変形を受けた場合に弾力的に復元するものである。それゆえ、緩衝材によって浮消波構造体同士の接触を防止することができたとしても、浮消波構造体の揺れ自体を低減させることはできず、むしろ浮消波構造体の揺れを増幅させてしまうおそれがある。

一方、上述の新規な浮消波構造体は、水底に固定された杭に係留されるものであることから、波を受けたときの遥動や回転は本来的に抑制されている。しかしながら、かかる浮消波構造体を波の進行方向と交差する方向に連結した場合には、その連結部分に振幅の小さい振動が生じて、浮桟橋として使用する際の居心地、あるいは浮消波体（浮桟橋）上での乗り心地を低下させるという問題がある。

そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、上述の新規な浮消波構造体を波の進行方向と交差する方向に連結して配置する場合には、その連結部分に緩衝材ではなく減衰材を配置することによって、浮消波構造体の揺れを効果的に低減させることができる、という全く新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る浮消波構造体の連結構造は、
水底に固定された杭に係留して用いられ、（ｉ）剛体である甲板部と、前記甲板部に連設しかつ波を受ける側に配置される消波板と、前記甲板部に連設しかつ前記消波板に対向して配置される背面板と、前記甲板部、前記消波板および前記背面板に対し、波の進行方向と交差する連結方向の一方側端部および他方側端部にそれぞれ連設し、互いに対向して配置される一対の側面と、を備える外枠体と、（ｉｉ）前記甲板部と、前記消波板と、前記背面板と、各前記側面とによって区画される外枠体の空間内に充填されてなる発泡体と、（ｉｉｉ）各前記側面に備えられる、前記連結方向に伸びる連結部を備える連結金具と、を有する浮消波構造体が、前記連結方向に連結して配置され、
隣接して配置される２つの前記浮消波構造体の相対する側面間で、一方の側面に備えられている連結金具の第１の連結部と、他方の側面に備えられている連結金具の第２の連結部とは、前記連結方向と直交する方向において互いに間隔を隔てて対向配置され、かつこれら２つの連結部間に、減衰材が挟持されており、
前記減衰材の損失係数（ｔａｎδ）が、０〜４０℃の範囲で０．３以上である
ことを特徴とする。
また、上記浮消波構造体の連結構造は、前記減衰材と、前記第１の連結部と、前記第２の連結部とが、それぞれ前記減衰材の挟持方向に貫通する空洞を備えており、各前記空洞内に配置されたシャフトにより、前記減衰材が、前記第１の連結部と、前記第２の連結部との間に保持されていることが好ましい。

減衰材は、緩衝材のように圧縮変形を受けた後に弾力的に復元しようとする部材とは異なり、材料自体の粘弾性挙動、特にそのヒステリシス損失を利用して、外部から受けた振動を低減させるものである。従って、従来、波を受けることで大きな揺れが生じ得る浮消波構造体や浮桟橋の連結部分において使用することは、何ら想定されていなかった。しかしながら、上述の新規な浮消波構造体の連結部分に使用することで、当該連結部分で発生する微細な振動を吸収し、減衰することができ、その結果、浮消波構造体を浮桟橋として使用する場合の、いわば居心地、浮消波体（浮桟橋）上での乗り心地を良好なものとすることができる。

また、減衰材によって連結部分にかかる振動を制御し、低減させるには、当該減衰材の損失係数（ｔａｎδ）が０．３以上であるのが好ましい。また、この損失係数の値は、本来、減衰材の使用環境において想定される温度範囲の全てにおいて満たしていることが求められるところ、浮消波構造体を配置する海、湖、池等の水については、その温度が０℃を下回ることや、４０℃を超えることが一般的に想定しにくいことから、上記損失係数の好適範囲は０〜４０℃の範囲で達成されていればよいことになる。０〜４０℃の範囲での減衰材の損失係数（ｔａｎδ）は、上記範囲の中でも特に０．５以上であるのが好ましく、０．５５〜０．６５であるのがより好ましい。
本発明に係る浮消波構造体の連結構造は、上述の新規な浮消波構造体を実際に港湾等において配置する際の連結構造として好適である。
本発明に係る浮消波構造体の連結構造において、浮消波構造体の連結部分に配置される減衰材は、０℃での損失係数（ｔａｎδ_ｔ＝０）と４０℃での損失係数（ｔａｎδ_ｔ＝40）との比ｔａｎδ_ｔ＝０／ｔａｎδ_ｔ＝40が０．５〜１．５であるのが好ましい。

減衰材の損失係数の温度依存性が高く、その測定温度によってｔａｎδの値が大きく変動する場合には、最適な減衰材の断面積、形状を求めることが出来ず、設計が複雑化するばかりか、ある一定範囲の温度領域でしか減衰効果を発揮することができないといった問題を生じるおそれがある。そこで、０℃での損失係数と４０℃での損失係数との比ｔａｎδ_ｔ＝０／ｔａｎδ_ｔ＝40は、上述の範囲に設定されているのが好ましい。比ｔａｎδ_ｔ＝０／ｔａｎδ_ｔ＝40は、上記範囲の中でも特に１．０〜１．２であるのが好ましく、１．０〜１．１であるのがより好ましい。

なお、本発明において、減衰材の損失係数（ｔａｎδ）は、入力周波数２Ｈｚ、入力変位±５ｍｍの条件で測定した値である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
〔浮消波構造体〕
本発明に係る浮消波構造体の連結構造において、浮消波構造体としては、例えば下記の第１および第２の作製例に示すものが挙げられる。
第１の作製例に係る浮消波構造体１０（図１〜図５参照）において、外枠体１１は、剛体である甲板部１２と、甲板部１２に連設してなる消波板１３と、甲板部１２に連設して消波板１３に対向して配置される背面板１４と、甲板部１２、消波板１３および背面板１４のいずれにも連設する一対の側面１５ａ，１５ｂと、を備える断面略コ字状（略逆Ｕ字状）の底なし箱体である。外枠体１１の内部、すなわち甲板部１２、消波板１３、背面板１４および側面１５ａ，１５ｂによって区画される空間内には補強板１６ａ，１６ｂが設けられている。発泡体１８は、外枠体１１の内部であって、甲板部１２、消波板１３、背面板１４、側面１５ａ，１５ｂおよび補強板１６ａ，１６ｂによって区画される領域内に充填されている。

第２の作製例に係る浮消波構造体３０（図６〜図８参照）において、外枠体３１は、剛体である甲板部３２と、甲板部３２に連設してなる消波板３３と、甲板部３２に連設して消波板３３に対向して配置される背面板３４と、消波板３３と背面板３４との間を繋ぐ一対の補強板３５ａ，３５ｂと、を備える断面略コ字状（略逆Ｕ字状）の部材である。外枠体３１の内部、すなわち甲板部３２、消波板３３、背面板３４および補強板３５ａ，３５ｂによって区画される空間内には補強板３６ａ，３６ｂが設けられている。発泡体３８は、外枠体３１の内部であって、甲板部３２、消波板３３、背面板３４および補強板３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂによって区画される領域内に充填されている。

なお、上記第１および第２の作製例に係る浮消波構造体１０，３０は、その底部側に、消波板１３，３３側から背面板１４，３４側へ向けて上方に変位する段差１９を備えている（図４および図８参照）。この段差１９によって、例えば図５に示すように、浮消波構造体１０の底部側を透過しようとする波Ｗが渦を形成することから、上記の浮消波構造体によれば、消波板１３によって消波効果を得るだけでなく、底部での渦の形成に伴うエネルギーの消費によって透過波を減衰させることができる。

なお、上記例示の浮消波構造体１０，３０は、水底に立設された杭２２に、外枠体の背面板１４，３４に設けられたパイルガイド２０を嵌合させることによって、所定の水域に設置される。
浮消波構造体の具体的形態について第１および第２の作製例を例示したが、本発明の連結構造に用いられる浮消波構造体は上記作製例に限定されるものではなく、本発明の範囲において種々の設計変更を施すことが可能である。

〔浮消波構造体の連結構造〕
本発明に係る浮消波構造体の連結構造についての一実施形態を図９に示す。この実施形態においては、浮消波構造体として、図１〜５に示す第１の作製例に係る浮消波構造体１０を用いている。
この実施形態において、浮消波構造体１０同士の連結部分をなす連結具４０は、外枠体１１の側面１５ａ，１５ｂに取り付けられている。図１０は、連結具４０の平面図であって、減衰材の一部を断面で表している。この連結具４０は、図１２に示す一方の連結金具４１と、図１３に示す他方の連結金具４２とを組み合わせて、連結金具４１，４２の各連結部４１ａ，４２ａ間に、図１１に示す減衰材４４を挟持したものである。なお、一方の連結金具４１と他方の連結金具４２とは、それぞれ隣接する浮消波構造体１０の、相対する側面１５ａ，１５ｂにボルト４３によって取り付けられている。

減衰材４４は、減衰ゴム４５を一対の固定金具４７で挟持させたものであって、減衰ゴム４５と固定金具４７とを貫く空洞４６を備えている。一方、連結金具の各連結部４１ａ，４２ａにも、空洞４６が設けられている。減衰ゴム４５は、空洞４６部分に配置したシャフト４８によって連結金具４１，４２間にて保持されている。なお、図１１に示す減衰材４４においては、フランジ部分をなす固定金具４７や、連結金具の連結部４１ａ，４２ａにおける空洞４６の径に比べて、減衰ゴム４５に設けられた空洞４６の径が大きくなっている。それゆえ、多少のせん断変形によっては、減衰ゴム４５が、固定金具４７やシャフト４８と接触することがなく、かかる接触によって減衰ゴム４５劣化するのを防止することもできる。

浮消波構造体の連結構造について上記の実施形態を例示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の設計変更を施すことが可能である。
（減衰材）
本発明に係る浮消波構造体の連結構造において、連結部分に用いられる減衰材、とりわけ当該減衰材を形成する減衰ゴムについては特に限定されるものではなく、従来公知の種々の減衰ゴム（高減衰ゴム材料）を用いることができる。

かかる減衰ゴム（高減衰ゴム材料）としては、例えば、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）を５０重量％以上の割合で含有する基材ゴムに、カーボンブラックとゴム軟化剤とをそれぞれ所定の割合で配合してなるもの；天然ゴムやイソプレンゴムを主体とする基材ゴムに、シリカ（補強剤）とアルコキシシラン（カップリング剤）を配合してなるもの等が挙げられる。

本発明は、以上の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲において、種々の設計変更を施すことが可能である。

浮消波構造体の第１の作製例を示す斜視図である。 （ａ）は図１に示す浮消波構造体１０の平面図、（ｂ）は正面図である。 図１に示す浮消波構造体１０の底面図である。 図１に示す浮消波構造体１０の左側面図である。 浮消波構造体１０の底部に設けられた段差１９による消波作用を示す説明図である。 浮消波構造体の第２の作製例を示す斜視図である。 （ａ）は図６に示す浮消波構造体３０の平面図、（ｂ）は正面図である。 図６に示す浮消波構造体３０の左側面図である。 浮消波構造体１０を並べて設置した状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図９に示す連結部分に用いられる連結具の一例を示す平面図である。 図１０に示す連結具４０における減衰材４４を示す図であって、（ａ）は部分欠截正面図、（ｂ）は部分欠截右側面図、（ｃ）は部分欠截正面図である。 図１０に示す連結具４０における一方の連結金具４１を示す図であって、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図である。 図１０に示す連結具４０における他方の連結金具４２を示す図であって、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

１０，３０ 浮消波構造体
１１，３１ 外枠体
１２，３２ 甲板部
１３，３３ 消波板
１４，３４ 背面板
１８，３８ 発泡体
２２ 杭
４０ 連結具
４４ 減衰材

Claims (3)

1. 水底に固定された杭に係留して用いられ、（ｉ）剛体である甲板部と、前記甲板部に連設しかつ波を受ける側に配置される消波板と、前記甲板部に連設しかつ前記消波板に対向して配置される背面板と、前記甲板部、前記消波板および前記背面板に対し、波の進行方向と交差する連結方向の一方側端部および他方側端部にそれぞれ連設し、互いに対向して配置される一対の側面と、を備える外枠体と、（ｉｉ）前記甲板部と、前記消波板と、前記背面板と、各前記側面とによって区画される外枠体の空間内に充填されてなる発泡体と、（ｉｉｉ）各前記側面に備えられる、前記連結方向に伸びる連結部を備える連結金具と、を有する複数の浮消波構造体が、前記連結方向に連結して配置され、
   隣接して配置される２つの前記浮消波構造体の相対する側面間で、一方の側面に備えられている連結金具の第１の連結部と、他方の側面に備えられている連結金具の第２の連結部とは、前記連結方向と直交する方向において互いに間隔を隔てて対向配置され、かつこれら２つの連結部間に、減衰材が挟持されており、
   前記減衰材の損失係数（ｔａｎδ）が、０〜４０℃の範囲で０．３以上であることを特徴とする、浮消波構造体の連結構造。
2. 前記減衰材と、前記第１の連結部と、前記第２の連結部とが、それぞれ前記減衰材の挟持方向に貫通する空洞を備えており、各前記空洞内に配置されたシャフトにより、前記減衰材が、前記第１の連結部と、前記第２の連結部との間に保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の浮消波構造体の連結構造。
3. 前記減衰材の０℃での損失係数（ｔａｎδ_ｔ＝０）と、４０℃での損失係数（ｔａｎδ_ｔ＝40）との比ｔａｎδ_ｔ＝０／ｔａｎδ_ｔ＝40が、０．５〜１．５であることを特徴とする、請求項１または２に記載の浮消波構造体の連結構造。

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