JP4055876B2

JP4055876B2 - 衝撃吸収式防護柵

Info

Publication number: JP4055876B2
Application number: JP33213098A
Authority: JP
Inventors: 光雄増田; 正美島田; 弘樹斎藤
Original assignee: Unipres Corp
Current assignee: Unipres Corp
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2018-11-24
Also published as: JP2000154510A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は崖下等に設置する防護柵であって、落石などによりワイヤに加わる衝撃の吸収機能を備えた衝撃吸収式防護柵に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
崖下等の落石の危険個所に設置される防護柵は支柱間に調節される鋼鉄製ワイヤにネットを係留することにより構成される。これにより落石をネットにより捕捉するようにしている。ワイヤの剛性や強度は、想定しうる最大の落石を受け止めることができるよう設計される。安全上はなるべく大きな落石を想定することが当然推奨されるが、あまり大きな安全値をとることはコストが嵩む結果となる。そこで、設計値としてある程度妥協せざるを得ない。従って、設計値を超える大きな落石によっては、ワイヤに加わる荷重がその破断値や降伏値を超え、ワイヤが破断したり又はワイヤに永久的な変形が加わる恐れがある。
【０００３】
ワイヤの破断限界や弾性限界を超えうる大きな衝撃に対する防護柵の保護のためワイヤに緩衝部を設けたものが各種提案されている。例えば、特開平６−１７３２２１号公報ではワイヤにループ部を設け、ループ部においてはねじ式把持具によって加わる締結力下でワイヤ同士が接触されるようにされ、ワイヤに加わる荷重が設計値を超えないときはループ部は収縮することなくそのループ形状を維持する。そして、ワイヤに設計値を超える荷重が加わると、ねじ締結力に抗してワイヤは接触部において相互摺動し、ループは収縮し、これによりワイヤに加わる衝撃の吸収が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−１７３２２１号公報ではループ部においてワイヤ同士をねじ式把持具によって摩擦接触させ、ワイヤに衝撃力が加わったときワイヤの接触部間の摩擦抵抗力に抗してワイヤを接触部におい相対移動させることによって衝撃吸収を行っている。そのため、ワイヤに衝撃か加わるたびにワイヤ表面は摩擦によって損傷を受けやすい欠点があった。この場合損傷の程度にもよるが安全対策上はワイヤの交換が必要となる。
【０００５】
また、上記公報の技術は衝撃吸収をねじ式締結具によって締め付けたときのワイヤ同士の摩擦抵抗力によって行うものであるため、同一のねじ締付力下でも油の有無等のワイヤの表面状態の変化で摩擦抵抗が変化し、ループが収縮するときの張力値が状況によって変化するおそれがある。
【０００６】
更に、従来技術では衝撃を受けるたびにループが小さくなってゆくため、ワイヤの再使用の場合これをまっすぐに伸ばすことが困難であり、ワイヤが再使用不能になることが多い。
【０００７】
このワイヤ同士が直接接触する上記方式の欠点を解消するため、ループ状に加工したパイプにワイヤを通し、パイプを介してねじ締結力をワイヤに加えることが考えられる。この方式はワイヤの相互接触は起こらないが、摩擦力に頼っていることにおいて相違はないため、上記のような問題点を内在している上、衝撃によって変形（輪が小さくなった）したパイプよりワイヤを取り外すことが困難であるという別の問題点もある。
【０００８】
以上の問題点に鑑み、この発明の目的はワイヤの摩擦力に依拠することなく衝撃吸収を行うことができる防護柵を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、支柱に対してワイヤを衝撃的な荷重に対して相対的に移動可能に連結する衝撃吸収式連結装置を有した衝撃吸収式防護柵において、前記衝撃吸収式連結装置はワイヤに取り付けられる加圧部材と、ワイヤがその中を通され、加圧部材と支柱との間に配置される筒状の受圧部材とより成り、ワイヤに加わる衝撃に対して加圧部材は長手方向に徐々に伝わる塑性変形を受圧部材に惹起させることにより衝撃を吸収するようにしたことを特徴とする衝撃吸収式防護柵が提供される。
【００１０】
この発明においてはワイヤの衝撃吸収は受圧部材に対してその長手方向に徐々に伝わる塑性変形によって行われる。そのため、受圧部材は塑性変形が末端まで伝わったときは交換の必要があるが、ワイヤについてはその摩擦によって衝撃吸収を行うものでないことから、従来技術と異なり摩擦による損傷のおそれはなく、再使用可能であり経済的に有利である。
【００１１】
衝撃吸収を受圧部材の塑性変形によっており、塑性変形自体は材料およびその肉厚によって決まり、摩擦の影響は直接的にはないため、衝撃吸収機能を惹起させるときのワイヤの張力をいつも一定の値とすることができる。
【００１２】
また、受圧部材の交換の必要がある場合でもその交換は楽であり、作業性が損なわれることはない。
【００１３】
この発明において、衝撃吸収のための受圧部材の塑性変形として拡管を利用することができる。即ち、加圧部材は受圧部材に対してこれを拡管可能に係合する拡管部を有した圧子として構成することができる。圧子が受圧部材の拡管を惹起しながら、受圧部材内を長手方向に徐々に進むことにより、ワイヤに加わる衝撃の吸収が行われる。
【００１４】
前記拡管部として圧子の一端をテーパ面とすることにより、単純な形状により受圧部材の拡管を惹起させることができる。
【００１５】
前記拡管部は圧子の外周における断面円弧状環状突起とすることができる。この構造は圧子と受圧部材との接触面積が小さいため、拡管作用における圧子と受圧部材との間の摩擦の影響を最小とすることができる効果がある。
【００１６】
前記拡管部は弾性材にて形成することができる。この場合、拡管部はワイヤに加わる受圧部材を拡管させる張力より幾分大きな張力下で、半径内方に弾性変形するようにされる。圧子と受圧部材との間の接触部における、異物のかみ込み、かじり、焼き付き等は拡管抵抗を増大させ、これがワイヤに過大な張力を発生せしめる原因となりうるが、拡管部を弾性素材により形成することにより、拡管抵抗が大きくなった場合は拡管部が半径内方に弾性変形し、圧子を縮径し、拡管抵抗を小さくするため、ワイヤへの過大な張力の発生を未然に防止することができる。
【００１７】
この発明において、衝撃吸収のための受圧部材の塑性変形の別態様として座屈を利用することもできる。即ち、加圧部材は受圧部材の端面と当接する板状をなし、衝撃時に加圧部材は長手方向に徐々に進む蛇腹状の座屈を受圧部材に惹起させ、これによりワイヤに加わる衝撃を吸収することができる。
【００１８】
筒状の受圧部材の端面に板状の加圧部材を単に当接せしめるという極めて単純な構成であるが、受圧部材の材質及びその肉圧を適切に設計することにより、受圧部材に長さ方向に進行する蛇腹状座屈を安定モード下で惹起させ、確実な衝撃吸収効果を得つつコストの低減を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１において、この発明の防護柵はその全体を番号１０によって表しており、防護柵１０は崖下などの落石発生個所に配置される。この実施形態では防護柵１０は、支柱１２（図１には１本の見えるが所定間隔毎に複数設置される）と、支柱１２間に張設されるワイヤ（例えば、鋼線を撚り合わせて構成される）１４と、ワイヤ１４に公知の適宜の手段によって係留される鋼線ネット１６とから構成される。ネット１６はこの実施形態では鋼線（単線または撚線）１８をその交叉部において締結具２０によって相互に締結し、締結具２２によって鋼線１８をワイヤ１４に締結して構成される。
【００２０】
支柱１２はこの実施形態ではコンクリート製であり、隣接する支柱１２間にワイヤ１４が張設される。ワイヤ１４の端部を支柱１２に対して連結する衝撃吸収式連結装置は、この実施形態では、金属管を拡管させる際の塑性変形を利用することにより衝撃の吸収を行う。即ち、図２に示すように、この連結装置は、受圧部材としての金属パイプ２６と、加圧部材としての圧子２８と、ねじ付ロッド３０とから構成される。圧子２８はパイプ２６の内径より大きい外径部よりパイプ２６に向けて窄まったテーパ面２８Aを備えている。パイプ２６は支柱１２側においてフランジ部２９を有している。フランジ部２９は溶接などの手段によってパイプ２６に連結されている。また、図ではフランジ部２９は支柱１２に単に当接しているように図示されているが、必要あれば、フランジ部２９はアンカボルト等の手段によって支柱１２に固定するようにしてもよい。
【００２１】
ねじ付ロッド３０は一端のねじ部が支柱１２の孔１２Ａ及びパイプ２６を介して圧子２８に挿通され、圧子２８から突出されるねじ部にナット３２が螺合される。ねじ付ロッド３０は他端において耳部３４を有し、この耳部３４に枢着されるピン３６がターンバックル本体３８から延びるねじ金具４０の一端のリング部４０Ａに挿通される。ターンバックル本体３８の他端から延びるねじ金具４２の一端のリング部４２Ａにワイヤ１４の一端の結び目４４が挿通される。
【００２２】
防護柵１０の設置は以下のように行われる。まず、コンクリート製の支柱１２が所定間隔に設置され、ワイヤ１４が隣接する支柱１２間に張設される。即ち、ワイヤ１４の端部にターンバックル本体３８、ねじ金具40, 42及びねじ付ロッド３０を図２に示すように装着した状態で、ねじ付ロッド３０は本体１２の孔１２Ａ、パイプ２６及び圧子２８に挿入され、圧子２８から突出するロッド３０の先端にナット３２が螺合される。ターンバックル本体３８を回してゆくことによりワイヤ１４に所定の張力をかける。後述の通り、この所定張力値はワイヤ１４の降伏張力値より適当に小さい、例えば、降伏張力値の半分程度とする。
【００２３】
ワイヤ１４の設置状態では、ワイヤの緊張圧力下で圧子２８はそのテーパ面２８Ａがパイプ２６の端部に係合するが、通常状態（ワイヤに落石などによる衝撃が加わらない状態）ではパイプ２６が拡管されることはない。そして、支柱１２間でワイヤ１４を緊張させた後、ネット１６の係留を行う。即ち、鋼線１８をワイヤ１４に掛け、締結具２２によって締結し、鋼線１８の交叉部を締結具２０によって相互に締結する。
【００２４】
防護柵１０の使用中、落石などはネット１６により受け止められる。このとき、ワイヤ１４に加わる力は圧子２８をそのテーパ面２８Ａをしてパイプ２６の端部に食い込ませようとし、この力が所定値より大きいときはテーパ面２８Ａはパイプ２６の端部に食い込み、パイプ２６は半径方向への塑性変形を行い、即ちパイプ２８は拡管を受ける。このようにして、落石などによってワイヤ１４に加わる衝撃は吸収される。
【００２５】
衝撃が収まった段階で圧子２８はパイプ２６内における図３に示す如き状態に留まり、この状態は新たな衝撃が加わらない限りはそのままに留まる。
【００２６】
別の落石などの原因で新たな衝撃がワイヤ１４に加わると、圧子２８はパイプ２６を拡管しながらパイプ内を更に進み、衝撃が収まった状態でその位置に留まる。
【００２７】
圧子２８の食い込みがパイプ２６の端まで達すると、パイプ２６による衝撃吸収機能は失われることから、ナット３２を緩め、使用済みのパイプ２６を取り出し、新たなパイプに交換することにより衝撃吸収機能を回復することができる。
【００２８】
図４はワイヤ１４に加わる張力と、圧子２８のパイプ軸線方向における変位（図２に示す圧子２８の初期位置からの衝撃時のによる圧子のパイプ軸線方向に沿った圧子２８の変位）との関係を模式的に示すグラフである。圧子２８の変位が増大すると共に圧子２８に加わる張力は増大する。圧子２８に加わる張力が図４に示す所定値Ｔ（＝拡管抵抗）まで増大するとテーパ面２８Ａはパイプ２６に食い込み、図３に示すように圧子２８が完全にパイプ２６中に完全に没入した状態となる。以降は圧子２８に加わる張力が所定値Ｔに達しない限りは圧子２８はパイプ２６内のその位置に留まり、圧子２８に加わる張力が所定値Ｔに達するとパイプ２６の拡管は長さ方向に進行する。即ち、ワイヤ１４の張力はパイプ２６の拡管を起こさせる所定値Ｔを超えることはなく、これは圧子２８がパイプ２６の端に達するまで維持される。張力の所定値Тの大きさはワイヤ１４の降伏応力値に対した十分な余裕を持つ適当な値に設定されるが、降伏応力値の半分程度が適当である。一方、パイプ２６は設定荷重Тによって拡管（＝塑性変形）を起こすようにその材質に応じた肉厚が定められる。
【００２９】
図５及び図６はそれぞれ圧子の別形態を示している。図５の形態では圧子２８は筒状であり、外周面に断面が略半円形の環状突起４６を形成しており、この環状突起４６がパイプ２６と係合するように設けられている。ワイヤに加わる衝撃によって環状突起４６により弾性限界を超える半径方向力がパイプ２６に加わり、塑性変形による拡管が行われ、衝撃の吸収が行われる。この実施形態は環状突起４６のみでパイプ２６との係合を行わせることにより圧子２８の外周とパイプ２６の内周との間の摩擦による摺動抵抗を可及的に小さくすることができる。そのため、拡管による衝撃吸収特性に対する摺動摩擦の影響を少なくすることができる。
【００３０】
必要あれば、パイプ２６の内周と接触する環状突起４６の外周部を焼き入れなどにより硬化する処理を施すことができる。
【００３１】
図６は圧子５０を弾性素材により形成される筒状体として構成し、圧子５０の背後にその支持体としてのスリーブ５２を設けたものである。圧子５０の半径方向の弾性は、ワイヤに衝撃が加わったときパイプ２６を拡管するべく半径方向に加わる抵抗力によっては変形しないが、この拡管抵抗力より僅かばかり大きい力によって変形するように選定されている。
【００３２】
図６の実施形態は、圧子５０とパイプ２６との間の接触部における、異物のかみ込み、かじり、焼き付き等により拡管抵抗が増大しても、これがワイヤの過大な張力の原因とならないため、ワイヤの保護がより完全となる効果がある。即ち、異物のかみ込み、かじり、焼き付き等により衝撃時のパイプ２６の拡管抵抗が常態より大きくなった場合圧子５０は半径内方に弾性変形することにより縮径され、拡管を受けたパイプ２６の外径はその分小さくなる。このような拡管径の縮小に伴う拡管抵抗の低下によってワイヤに掛かる張力は低下し、異物のかみ込み等の影響にかかわらず、弾性限界を超えるおそれを解消することができる。尚、圧子５０の弾性力は、その板厚、材質などにより適宜設定することが可能である。
【００３３】
以下説明される第２の実施形態では金属パイプ等の円形断面部材に軸方向の負荷を加えた場合に一定間隔の蛇腹状変形を伴いながら圧潰（座屈）する現象を利用することによってワイヤに加わる衝撃を吸収するものである。即ち、ひずみ硬化しない完全塑性体材料の場合、断面円形又は断面矩形材料の座屈変形は軸対称モード下で発生し、負荷による局部的な周方向への膨れが、限界値に達した時点で蛇腹状に折り返して起こるとされている。この現象については、例えば、「自動車研究」第２０巻第１１号２７〜３２頁の記載を参照されたい。ところで、限界値以上の負荷を継続的に加えると蛇腹状の座屈はパイプの末端まで即座に伝達されるが、防護柵においては落石による衝撃は瞬間的であり、１回または数回の蛇腹状の変形の後にワイヤに加わる衝撃は収まり、散発的に起こる落石に対しては比較的長期間において１つのパイプによって蛇腹状座屈によるワイヤの衝撃吸収機能を確保することができる。
【００３４】
図７は円形パイプの蛇腹状座屈の現象を利用した第２の実施形態においてワイヤ１４を支柱１２に連結するための衝撃吸収式連結装置を示しており、金属パイプ１２６と、加圧部材としての押板１２８と、支柱１２の孔１２Ａ及び金属パイプ１２６を介して押板１２８に挿入されるねじ付ロッド１３０と、押板１２８から突出されるねじ付ロッド１３０に螺合されるナット１３２とから構成される。
【００３５】
第２の実施形態における衝撃吸収動作を説明すると、落石などによってワイヤ１４に加わる衝撃の発生があると、押板１２８によってパイプ１２６は軸方向に加圧され、蛇腹状の座屈を受ける。落石による衝撃は長くは続かないため数回の蛇腹状の座屈を行った後はパイプ１２６に加わる軸荷重は座屈限界に達せず、座屈は停止する。この状態を図８に示す。別の落石によってワイヤ１４に再び衝撃が加わると蛇腹状の座屈はパイプ１２６の軸方向に更に１回又は数回進む。このようにして、蛇腹状の座屈がパイプ１２６の端まで進行したときは、パイプ１２６を取り外し新しいものに交換する。
【００３６】
図９は第２の実施形態においてワイヤ１４に加わる張力と、押板１２８のパイプ軸線方向における変位との関係を模式的に示すグラフである。この実施形態では、蛇腹状の座屈の周期に合致して張力が上下する。パイプ１２６が座屈を起こすときの荷重は第１の実施形態と同様にワイヤ１４の降伏応力値に対した十分な余裕を持つ適当な値に設定されるが、降伏応力値の半分程度が適当である。逆に、パイプ２６はこの張力値によって蛇腹状の座屈を起こすようにその材質に応じた肉厚が定められる。
【００３７】
発明者の実験によればパイプ１２６に対称荷重加わる限り安定した蛇腹状座屈を起こすことができ、その長さの影響は小さいことが分かった。しかしながら、パイプ１２６が長すぎると、撓み等によって対称荷重が失われ、安定な蛇腹状座屈を得られないおそれがあるので、あまり長くすることは適当ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施形態の衝撃吸収装置を備えたこの発明の衝撃吸収柵の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は第１の実施形態の拡管式の衝撃吸収式連結装置の断面図である。
【図３】図３は図２の衝撃吸収式連結装置において拡管が部分的に進行した状態を示す図である。
【図４】図４は第１の実施形態の衝撃吸収式連結装置において圧子の変位と張力との関係を模式的に示すグラフである。
【図５】図５は拡管式の衝撃吸収式連結装置において圧子の別の形態を示す図である。
【図６】図６は拡管式の衝撃吸収式連結装置において圧子の更に別の形態を示す図である。
【図７】図７は衝撃吸収機構としての第２の実施形態である蛇腹状座屈による衝撃吸収を行う連結装置の断面図である。
【図８】図８は図７の衝撃吸収式連結装置において管の蛇腹状座屈が部分的に進行した状態を示す図である。
【図９】図９は第２の実施形態の衝撃吸収式連結装置において押板の変位と張力との関係を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
１０…防護柵
１２…支柱
１４…ワイヤ
１６…鋼線ネット
２６…金属パイプ
２８…圧子
２８Ａ…テーパ面
３０…ねじ付ロッド
３２…ナット
３８…ターンバックル本体
４６…環状突起
５０…圧子
１２６…金属パイプ
１２８…押板
１３０…ねじ付ロッド
１３２…ナット

Claims

支柱に対してワイヤを衝撃的な荷重に対して相対的に移動可能に連結する衝撃吸収式連結装置を有した衝撃吸収式防護柵において、前記衝撃吸収式連結装置はワイヤに取り付けられる加圧部材と、ワイヤがその中を通され、加圧部材と支柱との間に配置される筒状の受圧部材とより成り、ワイヤに加わる衝撃に対して加圧部材は長手方向に徐々に伝わる塑性変形を受圧部材に惹起させることにより衝撃を吸収するようにしたことを特徴とする衝撃吸収式防護柵。
請求項１に記載の発明において、加圧部材は受圧部材に対してこれを拡管可能に係合する拡管部を有した圧子として構成されることを特徴とする衝撃吸収式防護柵。
請求項２に記載の発明において、前記拡管部は圧子の一端のテーパ面であることを特徴とする衝撃吸収式防護柵。
請求項２に記載の発明において、前記拡管部は圧子の外周における断面円弧状環状突起であることを特徴とする衝撃吸収式防護柵。
請求項２に記載の発明において、前記拡管部は弾性材にて形成され、ワイヤに加わる受圧部材を拡管させる張力より幾分大きな張力下で、半径内方に弾性変形することを特徴とする衝撃吸収式防護柵。
請求項１に記載の発明において、加圧部材は受圧部材の端面と当接する板状をなし、衝撃時に加圧部材は長手方向に徐々に進む座屈を受圧部材に惹起させることによりワイヤに加わる衝撃を吸収することを特徴とする衝撃吸収式防護柵。