JP3999220B2 - 落雪防止フェンス、及びこれを備える橋梁 - Google Patents

Description

本発明は、メンテナンス作業を要することなく、橋梁の上弦材からの落雪による事故の発生を回避するための技術に関する。

積雪地においては、これまで橋梁の上弦材に冠雪や着雪が発生し、これが雪氷塊となって落雪することによって、通行車両等に損傷を与える事故が発生している。従来の対策は、雪氷塊にならないうちの密度の低い状態で上弦材から雪を落下させることで、落雪があっても通行車両等に損傷を与えないようにするものであった。そのためのいずれの方法も、除雪などの作業を完全には排除することができず、メンテナンスのためのコストがかかるという問題があった。

これに対して、特に建物やトンネルの開口部において適用することを想定したものではあるが、早期の落雪を図るのではなく、落雪そのものを防止しようとする技術が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。これら特許文献１〜３の技術では、建物やトンネルの開口部における雪庇の形成を格子状の雪庇防止体（網板）により阻止することで、落雪の発生を防止しようとするものである。

実公平１−２６８２２号公報 特開２００２−１４７０６１号公報 特開２００２−１２９７７７号公報

しかしながら、特許文献１〜３の技術は、雪庇防止体（網板）の格子間隔が非常に狭い（例えば、２mm〜８mm：特許文献１、１ページ左２３行参照）ので、雪庇形成端部の外側に積もった雪は早期に落下するが、雪が有する粘弾性の性質から、雪庇形成端部の内側に積もった雪は落下することなく内部に滞留する。すなわち、雪庇形成端部の内側は、雪庇防止体の位置までほぼ隙間なく雪で埋められることとなる。

ここで、雪庇防止体の高さが十分でなければ、長期に亘る大量の降雪で冠雪量が非常に多くなったときには、容易に雪庇防止体の高さを越えて冠雪してしまうこととなる。この場合、雪庇防止体の位置までほぼ隙間なく雪で埋められてしまっているので、雪庇防止体の上端部を越えて雪庇が形成されてしまう虞が大きかった。しかも、非常に大量の降雪時には、圧雪された比較的密度の高い雪庇が形成される虞があった。このため、短期間に大量の降雪があったときなどには、人の手により除雪作業を行わなければ、比較的密度の高い雪の固まりが落下してしまうという問題があった。

また、特許文献１〜３の技術では、雪庇防止体の外側に雪が落下してしまうのを完全に防止しようとするものである。これに対して、雪庇防止体の内側に傾斜があったり、雪庇防止体の内側に積もった雪が風などの外力を受けると、そこに積もった雪全体が雪庇防止体の外側に向けて滑動することがある。特に大量の降雪があった場合などには、滑動した雪が外部に落下するのを完全に防ごうとすれば、雪庇防止体の材質や取り付けに相当な強度が要求されることとなる。十分な強度を得ようとすれば、材質や取り付け方法の選択幅が限られてしまい、一方、十分な強度が得られなければ、雪庇防止体の取り付け場所が限られてしまうという問題があった。

ところで、特許文献１〜３の技術を適用することを想定している建物やトンネル開口部と異なり、橋梁の場合には、その全体が周囲の景観との調和を図るように美観的に設計されている。このため、落雪防止のための装置として余りに大規模な装置を敷設してしまうと、景観を損ねてしまう虞がある。また、橋梁は、ものによってはかなり大規模なものとなり、特許文献１〜３の技術を適用することを想定している建物やトンネル開口部などのように、その上弦材に人が立ち入るのは容易なことではない。このため、ほぼ完全なメンテナンスフリーを実現することが望まれていた。

本発明は、除雪などのメンテナンス作業を要することなく、密度が高く、重量の重い雪氷塊を上弦材から落下させないことで、落雪による事故の発生を回避するための落雪防止フェンス、及びこれを備える橋梁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる落雪防止フェンスは、水平面に対して０°〜４５°の傾斜を有する橋梁の上弦材の上面と交差し、該上面の外側に向けて開放状態となっている面に取り付けられ、少なくとも前記上弦材の上面と４５°〜９０°の角度をなすように３０mm〜１２０mmの間隔で５mm〜２０mm太さの格子が形成されるとともに前記上弦材の上面から上部までの長さが１００mm〜４００mmの範囲に設定された格子部を有するとともに、前記上弦材の上面の該上面と交差する面の側で前記格子部より内側に、上部までの長さが３０mm〜１００mmの範囲で前記上弦材の上面と４５°〜９０°の角度をなすプレートが形成されたことを特徴とする。

上記の落雪防止フェンスが取り付けられている橋梁の上弦材に冠雪したとき、その冠雪は、短時間で大きな力が加わると弾性破壊する。ここで、格子の間隔が少なくとも３０mmあるため、弾性破壊により生じた小さな雪片は、圧縮されて密度が高くなる前に、早期に落雪させることができる。このように密度の低い小さな雪片で落雪させれば、それが橋梁を通過する車両等に衝突しても損傷を与える危険がない。

一方、早期に落雪しないで上弦材の上面に残った冠雪は、雪粒子同士の結合力が増すとともに、重力や風の力などの長期間の小さな力が働いて塑性変形しようとする。このときに、冠雪に働く力が格子により遮られるので、圧雪されて密度の高くなってからの冠雪の落下を阻止することができる。格子の隙間を冠雪が通過しても、３０mm〜１２０mmの範囲と落下する雪の固まりの大きさが小さくなるので、橋梁を通行する車両等に危険を及ぼさない。また、冠雪の最下部に生じ、密度が最も大きくなる氷板の落下を、格子によって防ぐことができるようになる。

このように、上記の落雪防止フェンスでは、危険を生じないような状態で冠雪を落下させると共に、落下により危険を生じるように成長した雪氷塊などの落下阻止とを、除雪などのメンテナンス作業を行うことなく、実現することができる。また、危険を生じない状態でなるべく冠雪を落下させることで、雪氷塊の成長も抑えることができる。

また、橋梁の上弦材の高さでは、一般に地表面よりも風が強く、できる限り冠雪を小さな雪片で早期に落下させることができるので、通常想定される程度の降雪量であれば、この程度の高さのフェンスで十分に対応することができる。橋梁は、周囲の景観と調和させるように外観のデザインがされているものが多いが、落雪防止フェンスの高さがこの程度であれば、橋梁の大きさに比較して十分に小さいものとなるので、橋梁の外観を損ねることがない。仮にフェンスの高さを超える積雪により生じた雪庇が落下しても、密度が小さく、また、橋梁の高さを考えると落下中にある程度の大きさまで崩壊するので、危険は生じない。

上記第１の観点にかかる落雪防止フェンスにおいて、前記垂直方向の格子は、３０〜６０mmの間隔で形成されていることが好ましい。

垂直方向の格子の間隔を、この程度に細かいものとすることで、冠雪から溶け出して生じた水の流路を分散させることができ、氷柱の成長を抑えることができるようになる。

また、上記第１の観点にかかる落雪防止フェンスでは、上記のようなプレートを形成することで、冠雪から溶け出して生じた水が上弦材から垂れないようにすることができるので、氷柱の成長をほぼ完全に抑えることができるようになる。また、このプレートによって、冠雪の最下部に生じる氷板の落下を完全に抑えることができるようになる。

上記第１の観点にかかる落雪防止フェンスにおいて、前記格子部には、前記上弦材の上面と前記上面の外側に向けて開放状態となっている面とが交差する辺と実質的な平行方向に３０mm〜１２０mmの間隔で２０mm以下の太さの格子がさらに形成されていることが好ましい。

上弦材の上に積もった雪は、同時期に降った雪は同一の質を有していることから、層構造をなすものとなる。上弦材の上面と前記上面の外側に向けて開放状態となっている面とが交差する辺と実質的な平行方向に格子を設けることで、異なる層の雪を容易に剥離させて、格子の隙間を通り抜けて落下する雪の固まりの大きさを小さくすることができる。これにより、格子の隙間を通り抜けて落下した雪の固まりが橋梁を通過する車両等に衝突しても、これによって大きな損傷を与えるのを防ぐことができる。

上記第１の観点にかかる落雪防止フェンスは、前記上弦材の上面と交差し、該上面の外側に向けて開放状態となっている面に支柱を固定することにより取り付けられていることが好ましい。

また、本発明の第２の観点にかかる橋梁は、上記第１の観点にかかる落雪防止フェンスを、上弦材の上面と交差し、該上面の外側に向けて開放状態となっている面に取り付けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、橋梁の上弦材への冠雪を、密度の低い雪片として早期に落雪させるとともに、早期に落雪せずに密度が高まったときには落雪させないようにすることができ、落雪による事故の発生を回避できる。この作用効果を得るため、除雪などのメンテナンス作業は必要ない。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる落雪防止フェンスを適用したニールセンローゼ橋の部分斜視図である。図示するように、ニールセンローゼ橋１の上弦材１０のうち上横構１０ｂの長辺方向端部は、主構１０ａなどとの接続がなく開放状態となっており、その開放状態となった長辺方向端部に落雪防止フェンス１１が取り付けられている。例えば、このニールセンローゼ橋１が自動車道として用いられる場合は、上横構１０ｂの下部を車両等が通行することとなるからである。

上横構１０ｂの上面が水平面に対してなす角度は、０°以上４５°以下の範囲となっている（場所により異なる）。上横構１０ｂの上面が水平面に対してなす角度が０°よりも大きくなる場合には、落雪防止フェンス１１の取り付け側は、傾斜の低くなっている方である。

ここではニールセンローゼ橋１の主構１０ａの下部に道路が形成されておらず、車両等の通行がないことを前提としているので、落雪防止フェンス１１は取り付けられていないが、主構１０ａの下部にも車両等の通行がある場合には、ここにも落雪防止フェンス１１が取り付けられる。なお、図では全体構成を示していないが、このニールセンローゼ橋１は、降雪地に設置されたものであって、その長さは２００ｍ程、幅は１６ｍ程、最上部までの高さは ２１ｍ程となっている。

図２は、図１の落雪防止フェンス１１の構成を詳細に示す図である。落雪防止フェンス１１は、金属や木材などによって構成されている。落雪防止フェンス１１の上部には、格子部１１ａが構成されている。格子部１１ａを構成する部材の太さは５mm〜２０mm程である。格子部１１ａは、落雪防止フェンス１１の１つあたりについて、縦横それぞれ１２０mm間隔で、縦に３つ、横に１０個の格子が形成されて、全体としての横幅は１２００mmとなっている（長さは、格子部１１ａを構成する部材の中心を基準に計測されている。以下、同じ）。なお、上横構１０ｂの末端部に取り付けられるフェンスでは、横方向が１２００mmも小さくなる場合がある。

落雪防止フェンス１１は、ボルト１１ｂによって上横構１０ｂの上面と実質的に垂直となるように取り付けられる。上横構１０ｂの長さに足らない場合には、複数の落雪防止フェンス１１がボルト１１ｃで連結されて用いられる。落雪防止フェンス１１は、上横構１０ｂの上面から格子部１１ａの上端部までの高さが３３０mmとなる位置に、また、上横構１０ｂの末端部の隙間が１５０mm以内となる位置に固定される。この取り付け位置において、格子部１１ａの構成面は、上横構１０ｂの上面とほぼ垂直をなす。

上横構１０ｂの端部には、落雪防止フェンス１１のみを取り付けるものとすることもできるが、落雪防止方向フェンス１１の格子部１１ａの内側であって、上横構１０ｂの長辺方向端部に水処理プレートをさらに取り付けるものとすることができる。図３（ａ）及び（ｂ）は、水処理プレートの構成及び取り付け状態を示す図である。図３（ａ）は、落雪防止フェンス１１の取り付け側から見た図を、図３（ｂ）は、図３の前後方向における断面を示す。図３（ａ）において、水処理プレート１２は、網がけにして示している。

図示するように、水処理プレート１２は、厚さが１mm〜３mm程度の金属板によって構成され、上横構１０ｂの長辺方向端部であって格子部１１ａの内側となる位置にボルト１２ｂによって取り付けられる。上弦材１０ｂの上面から水処理プレート１２の上部までの長さは、９０mm程度となっている。水処理プレート１２も、上横構１０ｂの上面と実質的に垂直をなす。

次に、落雪防止フェンス１１の作用について説明する。ニールセンローゼ橋１が設置されている地域に降雪があると、その上弦材１０に着雪及び冠雪（これらをまとめて単に冠雪という）が生じる。降った直後の雪は、９０％以上が空気で占められていて、その密度は、０．０５〜０．１ｇ／cm^３と非常に低い。また、冠雪の個々の雪粒子は、互いの接触点において焼結現象によっても結合し、三次元の網目構造が形成される。もっとも、降った時期により雪質が異なるため、異なる雪質の雪が層構造となって堆積されるものとなる。

次に説明するように雪氷塊に成長する前の冠雪に対して、強風などにより短時間で強い力が加わると、この冠雪に弾性破壊が生じる。弾性破壊により生じた雪片のうちで比較的小さな雪片は、さらに風の力を受けることにより、格子部１１ａの格子の隙間を通り、上横構１０ｂの下部に落下する。この雪片は、依然として密度が低い状態にあり、大きさも小さくて重量が軽いので、上横構１０ｂから落下したとしても、下部を通行する車両に衝突したとしても、その車両に損傷を加える程の衝撃を与えるものとはならない

小さな雪片となって格子の隙間から落下しなかった冠雪に対しては、雪そのものの重量により、或いは比較的弱い風の力により、小さな力が長期間加わることとなる。このような力に対しては、冠雪は塑性変形する。ここで、冠雪に対して働く力の方向、すなわち上横構１０ｂの上面に傾斜がついていれば斜面の下方向、風の力を受けていれば風下の方向に張り出すように、冠雪が変形しようとする。

ここで、落雪防止フェンス１１が取り付けられた方向に冠雪が変形しようとした場合、格子部１１ｂに形成された格子、特に縦方向に形成された格子が、１２０mmという適度な間隔を有しているために、雪粒子に働く力を隣接する雪粒子に分散させて、冠雪が固まりとなって落下するのを防いでいる。もっとも、格子の隙間から少しずつ雪がはみ出していくが、落下する雪の固まりが格子の間隔以上にまとまった大きさとなるのを防いでいる。また、横方向の格子は、質の異なる雪の層を剥離させて、格子の間隔を通り抜けて落下する雪の固まりの大きさを、小さくするように作用している。

最下部にある冠雪は、上横構１０ｂの上面の温度がプラスのときは熱伝導によって溶け出すが、気温が下がったときには再び凍結して、氷板が形成されることとなる。この氷板も、格子部１１ａの縦方向の格子によって上横構１０ｂの下部に落下することが防止されることとなる。さらに、格子の付近から冠雪が溶け出すことにより、溶け出した水の流路は、格子のそれぞれの付近で生じる。これによって、上横構１０ｂの上面の熱伝導によって溶け出した水も、各格子付近の流路に分散されて流れることとなるので、上横構１０ｂと格子部１１ａとの隙間から垂れた水が再び凍結することで形成される氷柱（つらら）の成長を抑えることができる。

さらに、水処理プレート１２を取り付けた場合には、氷板の落下をこれで完全に抑えられる。また、冠雪から溶け出して生じた水が上横構１０ｂと格子部１１ａとの隙間から垂れるのを防ぐことができるので、氷柱の成長もほぼ完全に抑えられる。つまり、水処理プレート１２は、最も密度の高い氷板や氷柱が上横構１０ｂから落下するのを、完全に抑えるものとなる。

また、上横構１０ｂの傾斜や風力が小さく、冠雪に加わる力が弱い場合には、格子の付近の冠雪、特に格子に触れている冠雪が、格子からの熱放射によって容易に溶けたり、昇華蒸発するようになる。こうして冠雪が融解、昇華蒸発することによって、格子と冠雪との間に隙間が生じることとなるので、雪の重みが落雪防止フェンス１１にかかりにくくなる。

なお、短期間に大量の降雪があった場合には、落雪防止フェンス１１の格子部１１ａの上部を越えて冠雪する場合もある。格子部１１ａの上部よりも高い位置の冠雪により、格子部１１ａの上部から雪庇が張り出す場合もある。内部の雪が沈降することにより、この雪庇が落下する場合もある。しかし、この雪庇は、雪自体の重量による圧力をそれほど受けてなく、また、降雪したときから比較的時間を経過していないものであるので、比較的密度が低く、その多くが落下中に飛散するものとなる。また、大きなまま落下したとしても、落下時の衝撃は大きくならない。

以上説明したように、この実施の形態にかかるニールセンローゼ橋１では、上弦材１０の上横構１０ｂの長辺端部に、格子部１１ａを有する落雪防止フェンス１１を取り付けている。上横構１０ｂの上面への冠雪は、短期間に大きな力を受けた場合には弾性破壊するが、小さな雪片は格子の隙間を通り抜けて、下部に落下する。格子の隙間を通り抜けることのできる小さな雪片以外は、上横構１０ｂの上面に残ることとなる。

つまり、上横構１０ｂの上面への冠雪を密度の低い状態で、大きな雪氷塊とせずに格子の隙間から早期に落雪させる。このような状態で落雪させることによって上横構１０ｂの下部を通行する車両等に損傷を与えることがない。ここで、危険のない雪片をなるべく早期に落下させることで、上横構１０ｂの上面に残る冠雪の量を少なくすることができ、なるべく大きな雪氷塊とならないようにすることができる。

早期に落雪せずに上横構１０ｂの上面に残った冠雪は、特に下部の方で圧力を受けて密度が高くなり、融雪と凍結の繰り返しにより雪氷塊に成長する。また、この冠雪は、力の働く方向に塑性変形しようとするが、その力が格子（特に縦方向の格子）によって遮られ、格子の外側に大きな雪氷塊が落下するのを防ぐことができる。特に上横構１０ｂが水平であるか、勾配があっても僅かなものである場合には、格子によって冠雪に働く力をほぼ完全に防ぐことができるので、格子の外側に雪庇がはみ出して落下するのを防ぐことができる。

上横構１０ｂの勾配が大きい場合など冠雪に働く力によっては、格子の隙間から雪の固まりが落下することがあるが、格子を通り抜ける程度の大きさのものしか落下し得ない。特に横方向の格子は、縦方向の格子に比べて冠雪の落下を防ぐという点での効果は少ないが、雪質の異なる層を剥離させて、落下する雪の固まりを小さくすることができる。格子の隙間を抜けて落下した雪の固まりによって、下部を通行する車両等に大きな損傷を与えることがなくなる。また、このように危険のない状態でなるべく冠雪を落下させることで、雪氷塊の成長を防ぐこともできる。

さらに、格子により溶け出した水の流路も多く作るので、大きな氷柱を成長させることがない。落雪防止フェンス１１に加えて水処理プレート１２も設置した場合には、この水処理プレートによって上横構１０ｂから水が垂れるのを防ぐことができるので、最も密度の高い氷板の落下や、氷柱の成長を完全に抑えることができるようになる。このように、上記した落雪防止フェンス１１及び水処理プレート１２によって、密度が高く、下部を通行する車両等に損傷を与える可能性のある大きな雪片や雪氷塊、最下部に生じる氷板、或いは氷柱の落下を防ぐことができる。

さらに、上横構１０ｂの上面から落雪防止フェンス１１の格子部１１ａの上部までの高さは、３３０mm程となっているが、ニールセンローゼン橋１の全体の大きさから比較すれば、非常に僅かなものでしかない。このため、周囲の景観との調和を考慮して外観がデザインされたニールセンローゼン橋１の形状が、落雪防止フェンス１１の存在によって大きく変わるようなこともなく、その外観を損ねることもない。この高さを超える積雪によって生じた雪庇が落下しても、その密度は小さく、落差の大きさから落下中に崩壊するので、下部を通行する車両等に大きな損傷を与えることがなくなる。

本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形態様について説明する。

上記の実施の形態では、落雪防止フェンス１１の格子部１１ａは、縦横それぞれ１２０mm間隔で、格子が形成されるものとしていたが、これに限るものではない。図４（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ他の構成を有する落雪防止フェンス３１〜３６を示す図である。なお、これらの落雪防止フェンス３１〜３６を上横構１０ｂに取り付ける場合も、水処理プレートを併せて取り付けた方が好ましいが、ここでは水処理プレートを省略している。

図４（ａ）に示す落雪防止フェンス３１は、格子部３１ａにおいて縦に２段で格子が形成されている。図４（ｂ）に示す落雪防止フェンス３２は、格子部３２ａにおいて縦に一段で格子が形成されている。格子部３１ａ、３２ａにおける格子の間隔は、上記した落雪防止フェンス１１のものと同じである。従って、上弦材１０の上面から格子部３２ａ、３２ｂの上端部までの高さは、それぞれ２２０mm、１００mm程度となる。なお、落雪防止フェンス３１、３２と併せて取り付けられる水処理プレートの高さは、上記した水処理プレート１２の高さよりも小さくてよい。

降雪量や雪質によっては、上弦材１０の上面への冠雪がそれほど多くならない橋梁もある。想定される上弦材１０の上面への冠雪の量によっては、図４（ｂ）に示す落雪防止フェンス３２のような１００mm程度の高さであっても、これを越える程にまで雪氷塊が成長することがない。想定される冠雪の量がやや多くなるときには、図４（ａ）に示す落雪防止フェンス３１のように２２０mm程度の高さがあれば、これを越える程にまで雪氷塊が成長することがない。

上弦材１０の高さでは、地表面より風が強く、可能な限り小さな雪片での早期落下ができるものとなるので、日本国内の降雪地で想定される冠雪の量であれば、上弦材の上面から４００mm程度の高さのフェンスで、ほとんど対応できることが計算上求められている。密度の高い雪氷塊に成長していない冠雪であれば、想定される冠雪の量が少なくても、落雪防止フェンス３１、３２の高さを越えて雪庇が形成されることもあるが、密度の低い雪の固まりの状態で早期に落下させられるので、下部を通行する車両等に損傷を与えることがない。

図５（ａ）に示す落雪防止フェンス３３は、上記した落雪防止フェンス１１の格子部３３ａの格子の間隔が半分の６０mmとなっている。図５（ｂ）に示す落雪防止フェンス３４は、格子部３４ａの格子の間隔がさらに半分の３０mmとなっている。この程度の格子間隔でも短期間の強い力により弾性破壊した密度の低い雪片を、格子の隙間から落下させることができる。一方、早期に格子の隙間から落下しなかった雪が、その後に働く力により格子の隙間から落下する場合でも、その大きさをさらに小さくすることができる。また、このように格子の間隔をさらに小さくした場合には、冠雪から溶け出した水の流路がさらに多くなるので、大きな氷柱を成長させることがない。

図５（ｄ）に示す落雪防止フェンス３５は、格子部３５ａにおける縦方向（すなわち、上横構１０ｂの長辺方向と実質的な垂直方向）の格子の間隔は、上記した落雪防止フェンス１１の格子の間隔と同じ１２０mmであるが、横方向（すなわち、上横構１０ｂの長辺方向と実質的な平行方向）の格子の間隔は、これの１．５倍の１８０mmとなっている。図５（ｄ）に示す落雪防止フェンス３６は、格子部３６ａにおいて縦方向に１２０mm間隔で格子が形成されているが、格子部３６ａの上部まで横方向の格子は形成されていない。

落雪防止フェンス３５、３６を用いた場合でも、横方向に長い固まりとなった雪が格子の隙間から落下することはない。もっとも、このような構造の落雪防止フェンス３５、３６では、格子部３５ａ、３６ａの格子の隙間から縦方向に長い固まりとなった雪が落下することがあり得なくはない。もっとも、冠雪は、層構造をなして堆積しているため、横方向で自然に断裂して小さくなった雪片が落下する場合が多い。また、縦方向でまとまった大きさの固まりの雪が落下しても、落下時に働く力によって雪の層と雪の層とが剥離しやすく、多くの場合において、地上に落下するまでの間に小さな雪片に崩壊してしまうこととなる。

上記の実施の形態では、水処理防止プレート１２は、落雪防止フェンス１１とは別部材で構成されて橋梁１の上弦材１０ｂに取り付けられ、落雪防止フェンス１１と一体となって落雪防止のために作用するものとしていた。言い換えれば、本発明としての効果を最も奏する落雪防止フェンスが、本体（落雪防止フェンス１１）と本体とは別の水処理プレート１２という２つの部品によって構成されるものとなっていた。これに対して、上弦材１０ｂの開放端部に隙間を生じさせないように水処理プレートを取り付けられるのであれば、格子部と水処理プレートとが一体に形成された落雪防止フェンスを適用することもできる。

上記の実施の形態では、格子部１１ａの格子面が上横構１０ｂの上面に対してほぼ垂直をなすように、落雪防止フェンス１１を取り付けるものとなっていたが、上横構１０ｂの上面に対して傾斜をなすように取り付けるものとしてもよい。特に上横構１０ｂに水勾配がある場合には格子面が水平面に対して垂直となるように、すなわち水勾配の大きさに応じて上横構１０ｂの上面に対して４５°〜９０°の傾斜をなすように落雪防止フェンス１１を取り付けることができる。

以上のような変形例を含めて、本発明においては、落雪防止フェンスとして次のような格子部を有するものを適用することができる。格子は、少なくとも縦方向に設けるものとし、その間隔は、３０mm以上１２０mm以下の範囲とする。格子の隙間を通り抜けて落下する雪の大きさを一定範囲に抑えるため、格子の間隔は、３０mm以上６０mm以下の範囲とすることが好ましい。３０mm以上６０mm以下に格子の間隔を設定した場合には、水処理プレートを取り付けていない場合であっても、冠雪から溶け出して生じた水の流路を分散させることができ、氷柱の成長を抑えることができるようになる。

もっとも、格子の間隔に関わらず、水処理プレートを取り付けた場合には、冠雪から溶け出して生じた水による氷柱の形成をほぼ完全に抑えることができ、また、冠雪の最下部に生じる氷板の落下を完全に防ぐことができるので、格子の間隔に関わらず、水処理プレートを取り付けるものとすることが好ましい。水処理プレートは、氷柱の成長を抑えると共に氷板の落下を抑えるため、さらには一定の強度を持たせるため、上端までの長さが３０mm以上１００mm以下となるものとすることができる。なお、水処理プレートは、格子部とは別個の部材として橋梁に取り付けられるものとしても、格子部と一体に取り付けられたものであってもよい。

横方向の格子は、必ずしもなくてもよいが、層構造となって積もった異なる質の雪を剥離させ、格子の隙間を通り抜けて落下する雪の大きさを一定範囲以内に抑えるためには、これが形成されたものとすることが好ましい。その間隔は、異なる質の雪を剥離させるのを妨げないようにするため、ある程度の間隔を有しているものとすることが好ましく、縦方向の格子の間隔として適用されるのと同じ、３０mm以上１２０mm以下の範囲とすることが好ましい。

橋梁の上弦材の上面から格子部の上端までの長さは、想定される降雪量や雪質に従って、さらには周辺の景観と橋梁の外観も考慮して、１００mm以上４００mm以内の範囲とすることができる。水処理プレートの上端までの長さは、上記したように３０mm以上１００mm以下の範囲とするが、この長さは、格子部の上端までの長さに合わせて決めることができる。

落雪防止フェンスの取り付け方向は、縦方向の格子が上弦材の上面と４５°以上９０°以下の角度をなすようにすることができる。また、水処理プレートの取り付け方向も、上弦材の上面と上弦材の上面と４５°以上９０°以下の角度をなすようにすることができる。もっとも、取り付けの容易さや取り付け強度の観点から、縦方向の格子や水処理プレートは、上弦材の上面と実質的に垂直方向に取り付けるものとすることができる。

上記の実施の形態では、上横構１０ｂの長辺方向端部にのみ落雪防止フェンス１１を取り付けるのではなく、これと垂直方向に所定間隔で格子を設けて、箱形に落雪防止フェンスを設置するものとしてもよい（水処理プレート１２は、長辺方向端部のみに設定すればよく、箱形とする必要はない）。この場合、垂直方向の格子によって冠雪が区切られることとなるため、冠雪がその箱の大きさよりも大きな雪氷塊に成長することがない。このため、上横構１０ｂから雪氷塊が滑り落ちようとしたときであっても、それが巨大な雪氷塊であることがないため、滑り落ちようとする雪氷塊の重量に落雪防止フェンス１１が強度的に耐えられなくなることがなくなる。

上記の実施の形態では、ニールセンローゼ橋に落雪防止フェンスを取り付けた場合を例として説明したが、これ以外のタイプのアーチ橋やトラス橋の上弦材、さらには吊り橋の橋脚上部に上記の構成を有する落雪防止フェンスを取り付けるものとすることもできる。橋梁としては、道路橋だけではなく、鉄道橋や人道橋などの上弦材の下部を車両や人が通行するものであれば、任意のものに適用することができる。

また、橋梁が完成した後に、上弦材とは別に構成した落雪防止フェンスを取り付けるのではなく、落雪防止フェンスが上弦材と一体となったものであってもよい。この場合、格子状の落雪防止フェンスを一体として周囲の景観に合わせて橋梁をデザインすることが可能となる。もっとも、橋梁の上弦材に落雪防止フェンスを別に取り付ける場合でも、最初から落雪防止フェンスが取り付けられた状態を考慮して橋梁をデザインすることもできる。

さらには、斜張橋のケーブルに落雪防止フェンスを取り付けるものとすることもできる。斜張橋のケーブルへの冠雪及び着雪は、従来より専用のスクレーパーを用いて除雪されてきた。もっとも、主塔への取り付け端部において、ケーブルの太さが太くなっているため、この部分については、スクレーパーで除雪をすることが困難であった。そこで、斜張橋においては、スクレーパーによる除雪が困難なケーブル端部に落雪防止フェンスを取り付けることによって、とりわけ効果を得ることができる。

図６は、本発明の実施の形態にかかる落雪防止フェンスを適用した斜張橋の部分斜視図である。図示するように、斜張橋２は、主塔２０に複数のケーブル２１が取り付けられ、これらのケーブル２１の他端を桁部に取り付けて、桁部を支える構造となっている。ケーブル２１の主塔２０から１〜２ｍ程度の位置にある取付端部２１ａは、その太さが他の部分よりも太くなっている。取付端部２１ａの太さは、２００mm程度である。

斜張橋２において、ケーブル２１への冠雪は、従来よりケーブル２１上を自走するスクレーパーによって除去されている。もっとも、太くなっている取付端部２１ａまでは、スクレーパーが届かず、冠雪を除去することができない。このスクレーパーで冠雪を除去することができない取付端部２１ａに、上記した落雪防止フェンス１１と同様の作用を奏する落雪防止フェンス２２が取り付けられている。

図７は、図６の落雪防止フェンス２２の取り付け状態及び構成を詳細に示す図である。図７（ａ）に示すように、ケーブル２１の取付端部２１ａには、落雪防止フェンス２２を取り付けるためのＵボルト２３が止め金具２４を用いて固定される。Ｕボルト２３の上部に対向して一対の落雪防止フェンス２２が、ボルト２２ｂ（図７（ｂ）参照）を用いて固定される。つまり、取付端部２１ａの上部を挟むように、一対の落雪防止フェンス２２が取り付けられるものとなる。さらに、対向する落雪防止フェンス２２の垂直方向に（少なくとも取付端部２１ａの末端に）、７０mmの間隔で太さが１０mmの格子が形成されたフェンス２５を取り付けている。

図７（ｂ）に示すように、落雪防止フェンス２２は、金属によって構成され、その上部には格子部２２ａが設けられている。格子部２２ａにおいて、縦に２つ、横に１０個の格子が形成されている。縦方向の格子の間隔は、８２mmとなっており、横方向の格子の間隔は、両端以外では１００mm、両端では７０mmとなっており、落雪防止フェンス２２の１枚当たりの横幅が９４０mmとなっている。落雪防止フェンス２２は、少なくともケーブル２１が太くなる取付端部２１ａの４３mmの位置までは取り付けられる。１枚の落雪防止フェンス２２の横幅が取付端部２１ａの長さに足らなければ、図に示すように、複数の落雪防止フェンス２２が連結される。

斜張橋２が設置されている地域に降雪があると、取付端部２１ａを含めてケーブル２１にも着雪及び冠雪（これらをまとめて単に冠雪という）が生じる。ケーブル２１の冠雪は、スクレーパーによって除去されるが、スクレーパーの届かない取付端部２１ａには、その冠雪が除去されずに残ることとなる。スクレーパーで除去できない取付端部２１ａの冠雪は、上記した上横構１０ｂの上部の冠雪と同様に、格子部２２ａの格子の隙間から密度の低い小さな雪片の状態で早期に落雪させることが可能になるとともに、早期に落雪させることができなかった冠雪を格子によって阻止して下部に落下させないようにすることができる。さらに対向する落雪防止フェンス２２の垂直方向に取り付けられたフェンス２５により、ケーブル２１の取付端部２１ａからの雪氷塊の落下を完全に防ぐことができるようになる。

なお、ケーブル２１の取付端部２１ａに取り付ける落雪防止フェンスの格子部も、少なくとも縦方向（ケーブル２１の伸延する方向と実質的な垂直方向）の格子が形成されたものであればよく、その間隔は５０mm〜１５０mmの範囲に設定することができる。また、横方向（ケーブル２１の伸延する方向と実質的な平行方向）の格子の間隔は、５０mm以上の任意の長さに設定することができ、縦方向の格子の間隔は、これ以下であることが好ましい。

また、一対の落雪防止フェンス２２の垂直方向にフェンス２５を取り付けているが、このフェンス２５は、必ずしもなくてもよい。ケーブル２１の取付端部２１ａに一対の落雪防止フェンス２２を取り付けた場合において、取付端部２１ａに残った冠雪から成長した雪氷塊は、雪の粘弾性の性質により格子部２２ａである程度まで抑えることができ、ほぼ落下することがないからである。

（第１実験）
上記の実施の形態で示した落雪防止フェンスの有効性を検証するため、ニールセンローゼ橋、及びローゼ橋またはトラス橋において上弦材の傾斜が（あまり）ない場合を想定した実験装置を用いて実験を行った。図８は、落雪防止フェンスの有効性を検証するための第１実験における実験装置を示す図である。ここで適用した落雪防止フェンス４１ａ、４１ｂは木製であり、格子の太さを２０mm、格子の間隔を縦横それぞれ１２０mmに設定している。また、格子は縦方向に３段設けられており、上記の実施の形態で示した落雪防止フェンス１１とほぼ同様の作用をするものとなっている。

図８において、（ａ）は、落雪防止フェンス４１ａを取り付け、トラス橋を想定した水勾配のない実験装置４ａを、（ｂ）は、落雪防止フェンス４１ｂを取り付け、ニールセンローゼ橋を想定した３°の水勾配を設けた実験装置４ｂを示す。（ｃ）は、比較として落雪防止フェンスを取り付けていないトラス橋を想定した水勾配のない実験装置４ｃを、（ｄ）は、比較として落雪防止フェンスを取り付けていないニールセンローゼ橋を想定した３°の水勾配を設けた実験装置４ｄを示す。

また、これらの実験装置４ａ〜４ｄは、橋梁の上弦部に近い条件を得るため、屋外に設置して自然の状態の降雪と外気温を得るものとするとともに、地上からある程度の高さの位置に設置して自然の風が当たるものとした。ここで降雪と融雪とを繰り返していくことにより、それぞれの実験装置の平板４２ａ〜４２ｄの上において、冠雪４３ａ〜４３ｄの量が増していくものとなる。そして、この冠雪４３ａ〜４３ｄの挙動を連続的に観測した。この間に人の手による除雪作業などは一切行っていない。この冠雪４３ａ〜４３ｄの時間の経過に伴う挙動を、図９により説明する。

図９（ａ）に示すように、実験装置４ａでは、風の影響により冠雪４３ａに力が加わっても、落雪防止フェンス４１ａの格子によってその力が遮られており、平板４２ａの外側に格子の間から雪庇の張り出しが生じないことが観測された。また、強風など短期間の強い力で冠雪４３ａに弾性破壊が生じて形成された小さな雪片４４ａは、格子の隙間を通り抜けて早期に落雪することも観測された。

これに対して、図９（ｃ）に示すように、落雪防止フェンスのない実験装置４ｃでは、風の影響により冠雪４３ｃに力が働くと、その力の方向に冠雪４３ｃが滑動することとなる。この滑動により、冠雪４３ｃが平板４２ｃの外側にオーバーハングして、比較的密度の高い雪庇４４ｃが形成されることが観測された。さらなる滑動によりオーバーハング量が大きくなると、大きな塊として雪庇４４ｃが落下することも観測された。また、冠雪４３ｃから溶け出した水が最凍結して、平板４２ｃの端部に比較的大きな氷柱４５ｃが形成されることも観測された。

また、図９（ｂ）に示すように、実験装置４ｂでは、風の影響の他に平板４２ｂに設けられた勾配により、冠雪４３ｂに対してやや大きな力が働くこととなる。もっとも、勾配の影響により冠雪４３ｂにやや大きな力が働いても、なおも落雪防止フェンス４１ｂの格子によりその力が遮られ、平板４２ｂの外側に格子の間から雪庇の張り出しが生じないことが観測できた。また、実験装置４ａの場合と同様に、強風など短期間の強い力で冠雪４３ｂに弾性破壊が生じて形成された小さな雪片４４ｂが、格子の隙間を通り抜けて早期に落雪することも観測された。

これに対して、図９（ｄ）に示すように、落雪防止フェンスのない実験装置４ｄでは、冠雪４３ｄが一定量以上となると、平板４２ｄに設けられた勾配により働く力によって、次々と冠雪４３ｄがオーバーハングして雪庇４４ｄが形成され、雪片４５ｄとなって平板４２ｄから滑落することが観測された。平板４２ｄから滑落する雪片４５ｄの中には、比較的密度の高いものも含まれていること、或いは比較的大きく、全体としてかなりの重量があるものも含まれていることが観測された。

また、実験装置４ａ、４ｂにおいては、平板４２ａ、４２ｂの上に残った冠雪が成長した雪氷塊の下に、厚さが１０mmほどの氷板が形成されているのを観測することができた。しかし、この氷板は、落雪防止フェンス４１ａ、４２ａにより直接的に滑動が阻止され、またその上の冠雪の滑動も阻止されていることによっても滑動が阻止されて、平板４２ａ、４２ｂから落下することがないことが観測できた。

さらに、実験装置４ｄにおいては、冠雪の落雪量が大きいので氷柱の形成は観測されなかったが、上述したように、実験装置４ｃにおいては、平板４２ｃの端部に比較的大きな氷柱４５ｃが形成されることが観測された。これに対して、実験装置４ａ、４ｂにおいては、落雪防止フェンス４１ａ、４１ｂの格子の近辺に比較的小さな氷柱が形成されるのが観測されただけとなった。

以上の第１実験の実験結果から、橋梁の上弦材に水平または僅かな勾配がある場合には、格子を形成した落雪防止フェンスを橋梁の上弦材に設置した場合には、上弦材の上部への冠雪を、密度の低い小さな雪片で早期に落下させることができるものと推定することができる。また、上弦材から早期に落下せずに密度が高くなり、さらには雪氷塊に成長した冠雪の落下を落雪防止フェンスによって阻止することができるものと推定することができる。さらに、落雪防止フェンスによって巨大な氷柱が形成されるのを阻止することができるものとも推定することができる。

（第２実験）
また、ニールセンローゼ橋、及びローゼ橋またはトラス橋において上弦材に大きな傾斜がある場合を想定した実験装置を用いて実験を行った。図１０は、落雪防止フェンスの有効性を検証するための第２実験における実験装置を示す図である。ここで適用した実験装置では、上弦材を想定した平板５０に水平面に対して３０°の傾斜を付けている。また、異なるタイプのフェンスを取り付けた部分毎に仕切り板５０ａ〜５０ｅで仕切っている。

仕切り板５０ａ〜５０ｅでそれぞれ仕切られた部分が実験装置５１〜５４となる。実験装置５１に取り付けられた落雪防止フェンス６１の縦方向の格子の間隔は２４０mm、実験装置５２、５３に取り付けられた落雪防止フェンス６２の縦方向の格子の間隔は１２０mm、実験装置５４に取り付けられた落雪防止フェンス６４の縦方向の格子の間隔は６０mmである。落雪防止フェンス６１には、最上部と最下部以外に横方向の格子はないが、落雪防止フェンス６２、６４には、縦方向の格子と同じ間隔で横方向の格子が設けられている。

また、実験装置５３には、落雪防止フェンス６２に加えて、高さが９０mmの金属製の水処理プレート６３が取り付けられている。実験装置５１〜５４に取り付けられた落雪防止フェンス６１、６２、６４の格子は、いずれも金属製で、太さが６mmである。また、落雪防止フェンス６１、６２、６４、及び水処理プレート６３は、いずれも平板５０と垂直をなすように取り付けられている。

図１０に示す実験装置も、橋梁の上弦部に近い条件を得るため、屋外に設置して自然の状態の降雪と外気温を得るものとするとともに、地上からある程度の高さの位置に設置して自然の風が当たるものとした。この実験装置では、平板５０に３０°という大きな傾斜がついているため、平板５０の上の冠雪には、落雪防止フェンス６１、６２、６４の方向に向けて動く力が働くものとなる。そして、平板５０の上の冠雪の挙動を連続的に観測した。この間に人の手による除雪作業などは一切行っていない。

図１１は、この第２実験における実験結果を一覧にして示すテーブルである。格子間隔が２４０mmの落雪防止フェンス６１を取り付けた実験装置５１では、平板５０の上に積もった雪が格子の隙間を抜けて落下し、しかも落下するまでの時間が短いことが観測できた。落下する雪塊の大きさは、縦横方向の長さが格子の間隔以内となるが、前後方向にも比較的長く、かなりの大きさがあることが観測できた。また、その雪塊には、最下部に生じた密度の高い氷板を含んでいることが観測できた。さらに、大きなつららが形成されるのが観測できた。

格子間隔が１２０mmの落雪防止フェンス６２のみを取り付けた実験装置５２では、平板５０の上に積もった雪が格子の隙間を抜けて落下し、しかも落下するまでの時間が比較的短いことが観測できた。落下する雪塊の大きさは、縦方向の長さが格子の間隔以内となるが、前後方向の長さは実験装置５１の場合に比べて短くなり、全体として十分に小さいものとなることが観測できた。もっとも、一番下の格子の隙間を抜けて落下する雪塊には、密度の高い氷板が含まれる場合があることが観測できた。さらに、比較的大きなつららが形成されるのが観測できた。

格子間隔が１２０mmの落雪防止フェンス６２と水処理プレート６３とを取り付けた実験装置５３では、平板５０の上に積もった雪のうち水処理プレート６３の高さを超える部分が格子の隙間を抜けて落下することが観測できた。落下するまでの時間は、実験装置５２に比べても十分に長いものとなることが観測できた。落下する雪塊の大きさは、実験装置５２の場合とあまり変わらないが、上層の部分であって密度としては低いものであることが観測できた。最下部の氷板は、全く落下しない。さらに、つららも全く形成されていないことが観測できた。

格子間隔が６０mmの落雪防止フェンス６４を取り付けた実験装置５４では、平板５０の上に積もった雪が格子の隙間を抜けて落下することはあったが、落下するまでの時間は、実験装置５３と同程度であった。落下する雪塊の大きさは、格子の間隔が小さいことからかなり小さくなり、また、最下部に形成される氷板の落下を阻止できることが観測できた。また、縦方向の格子が多いことから冠雪から溶け出した水に対して多くの流路ができ、つららができても、それほど大きくは成長しないことが観測できた。

なお、縦横の格子間隔が３０mmの落雪防止フェンスを取り付けた実験装置を用いて同様の実験を行ったが、格子間隔が６０mmの落雪防止フェンス６４を取り付けた実験装置５４とほぼ同様の実験結果が得られた。また、格子間隔が６０mmの落雪防止フェンス６４に加えて水処理プレート６３も取り付けた実験装置を用いて同様の実験を行ったが、格子間隔が１２０mmの落雪防止フェンス６２と水処理プレート６３とを取り付けた実験装置５３とほぼ同様の実験結果が得られた。

また、いずれの実験装置においても、平板５０の面から落雪防止フェンス６１、６２、６４の上部までの高さ（平板５０の面に対して垂直となる方向の長さ）を３３０mmとしたが、この高さを超える冠雪が観測された場合があり、フェンスの上部を越えて形成された雪庇が落下する場合があった。もっとも、落下した雪庇は、比較的まとまった大きさで落下することもあったが、密度が非常に小さく、落下中に崩壊することも観測できたので、橋梁の上弦材から落下したとしても、その下を通行する車両等に大きな損害を与えるものとならないと考えられる。

落雪防止フェンスの格子の間隔が１２０mmまでであれば、橋梁の上弦材から落下する雪塊の大きさを十分に小さくすることができることが分かる。もっとも、格子の間隔を小さくし過ぎると小さな雪片すら落下させることができなくなり、滞留した雪によりかなりの重量がフェンスにかかってしまうこととなるが、格子の間隔が３０mmあれば、小さな雪片として落下させることができることが分かる。

格子の間隔が３０mm乃至６０mmであれば、水処理プレートがなくても、氷板の落下を防ぎ、大きなつららが成長するのを抑えることができることが分かる。落雪防止フェンスに加えて、水処理プレートを取り付けることで、氷板の落下を完全に防ぎ、つららの形成も完全に抑制することができることが分かる。以上の実験結果から、格子の間隔が１２０mm（３０mmまでであれば、これより小さくてもよい）の落雪防止フェンスと共に水処理プレートを橋梁の上弦材に取り付けることで、橋梁の下を通行する車両等に損失を与えるような雪氷塊の落下を防ぐことができるものと推定できる。

本発明の実施の形態にかかる落雪防止フェンスを適用したニールセンローゼ橋の部分斜視図である。 図１のニールセンローゼ橋の上弦材に取り付けられている落雪防止フェンスの例を示す図である。 図２の落雪防止フェンスと共に上弦材に取り付けられる水処理プレートの例を示す図である。 落雪防止フェンスの変形例を示す図である。 落雪防止フェンスの変形例を示す図である。 本発明の他の実施の形態にかかる落雪防止フェンスを適用した斜張橋の部分斜視図である。 図６の斜張橋のケーブル端部に取り付けられている落雪防止フェンスを示す図である。 落雪防止フェンスの有効性を検証するための第１実験における実験装置を示す図である。 落雪防止フェンスの有効性を検証するための第１実験における実験結果を説明する図である。 落雪防止フェンスの有効性を検証するための第２実験における実験装置を示す図である。 落雪防止フェンスの有効性を検証するための第２実験における実験結果を示すテーブルである。

符号の説明

１０ 上弦材
１１ 落雪防止フェンス
１２ 水処理プレート
２１ ケーブル
２２ 落雪防止フェンス
３１〜３６ 落雪防止フェンス

Claims (5)

1. 水平面に対して０°〜４５°の傾斜を有する橋梁の上弦材の上面と交差し、該上面の外側に向けて開放状態となっている面に取り付けられ、少なくとも前記上弦材の上面と４５°〜９０°の角度をなすように３０mm〜１２０mmの間隔で５mm〜２０mm太さの格子が形成されるとともに前記上弦材の上面から上部までの長さが１００mm〜４００mmの範囲に設定された格子部を有するとともに、前記上弦材の上面の該上面と交差する面の側で前記格子部より内側に、上部までの長さが３０mm〜１００mmの範囲で前記上弦材の上面と４５°〜９０°の角度をなすプレートが形成されたことを特徴とする落雪防止フェンス。
2. 前記垂直方向の格子は、３０〜６０mmの間隔で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の落雪防止フェンス。
3. 前記格子部には、前記上弦材の上面と前記上面の外側に向けて開放状態となっている面とが交差する辺と実質的な平行方向に３０mm〜１２０mmの間隔で２０mm以下の太さの格子がさらに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の落雪防止フェンス。
4. 前記上弦材の上面と交差し、該上面の外側に向けて開放状態となっている面に支柱を固定することにより取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の落雪防止フェンス。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の落雪防止フェンスを、上弦材の上面と交差し、該上面の外側に向けて開放状態となっている面に取り付けたことを特徴とする橋梁。

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