JP4087880B2

JP4087880B2 - 落石防止柵による落石防止方法

Info

Publication number: JP4087880B2
Application number: JP2006246008A
Authority: JP
Inventors: 元司田代
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2006322321A

Description

本発明は落石防止柵による落石防止方法に関する。

落石防止対策として、支柱と、それら支柱の間に配された１本以上の中間部材を備え、両端が支柱に連結され中間が中間部材を導通したワイヤロープを備えた落石防止柵が用いられており、山側から落石が落下し、当該フェンスに衝突した場合の衝撃的な荷重のエネルギーをワイヤロープで吸収させるようにしている。

その場合、従来では、安全率を２以上に設計し、各ワイヤロープについて、図１（ａ）のようにロープの弾性域内（丸付き数字の１）で落下エネルギーを吸収するようにしていた。

しかし、このようにロープ弾性域内でエネルギーを吸収する方式では、エネルギー吸収効率の点から、ロープ径が大きくなり、かつ発生張力も増加する。
その結果、施工性が悪くなり、ロープ端部の発生張力の増加に対応すべく定着部としてのアンカーの強度を大きく、大型化しなければならなかった。このため、施工費用が増し、道路や橋梁などの本体に悪影響が生じていた。

本発明は前記問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、ロープのエネルギー吸収性能を最大限利用でき、ロープ径を小さくできるとともに発生張力を小さくできる落石防止柵による落石防止方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の落石防止柵による落石防止方法は、支柱と、それら支柱の間に配された１本以上の中間部材を備え、両端が支柱に連結され中間が中間部材を導通したワイヤロープを多段状に備えた落石防止柵において、前記ワイヤロープが、所定の長さのワイヤロープと、このワイヤロープの長さプラス伸び量以上の長さのワイヤロープを１組としてなり、落石時に、短いロープが伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域内で落下エネルギーを吸収させ、その後長いロープで短いロープが吸収した残りの落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収するように構成したことを特徴としている。

以上説明した本発明の請求項１によるときには、支柱と、それら支柱の間に配された１本以上の中間部材を備え、両端が支柱に連結され中間が中間部材を導通したワイヤロープを多段状に備えた落石防止柵において、前記ワイヤロープが、所定の長さのワイヤロープと、このワイヤロープの長さプラス伸び量以上の長さのワイヤロープを１組としてなり、落石時に、短いロープが伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域内で落下エネルギーを吸収させ、その後長いロープで短いロープが吸収した残りの落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収するように構成にしたので、ロープのエネルギー吸収性能を最大限利用でき、ロープ径を小さくできるとともに発生張力を小さくでき、落石防止柵の転倒や落下防止が高く、施工が容易で安価に実施できるというすぐれた効果が得られる。

長さ大きなワイヤロープが、短いロープの周りを巡るように位置している形態を含む。
これによれば、外観上１本のロープのような形態を呈するので体裁がよく、余長部分の揺れやそれによる騒音、他物との衝突による損傷を防止できるというすぐれた効果が得られる。

以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２と図３は、本発明を道路と山側との境界に設置される落石防止フェンスに適用した例を示している。
６は所定の間隔ごとにアンカーをもって立設した大型Ｈ形鋼などからなる支柱、７は支柱６，６巻に配された中間支柱であり、道路側には、通常の緊張状態としたワイヤロープ８が上下方向で一定間隔をおいて張設されるとともに、金網９が張設されている。中間支柱７は浮いているかまたは下端が軽く基盤に埋め込まれている。

山側には、相対的に異なる長さＬ１，Ｌ２の複数本（図では２本）のワイヤロープ３ａ、３ｂが１組となって、多段状に張設されている。
前記ワイヤロープ３ａ、３ｂは上下また前後に近接して位置し、長手方向両端がそれぞれ調節ロッド１２ａやソケット１２ｂなどを含む索端金具１２で支柱６，６に連結されている。
前記ワイヤロープ３ａ、３ｂの中間は、浮き支柱７に固定されたガイド金具１３に導通されている。

ワイヤロープ３ａ、３ｂは同じ長さではなく、片方のワイヤロープ３ｂは、他方のワイヤロープ３ｂの長さＬ１よりも相対的に大きな長さＬ２を有している。ワイヤロープ３ｂの長さＬ２は、ワイヤロープ３ａの長さＬ１にワイヤロープ３ａの破断までの伸び量を加算した長さが必要であり、それに適度な長さを加えている。
前記ワイヤロープ３ａ、３ｂのうち相対的に短いワイヤロープ３ａは、略直線状に張設されるが、相対的に長いロープ３ｂは浮き支柱７、７間で弓状を呈するようにたるませて張設されている。

図４は第２例を示しており、相対的に長いワイヤロープ３ｂは短いワイヤロープ３ａの外周を取り巻くようにコイル状に導かれている。この態様は、固定金具が片側で足り、また外観上もあたかも１本の索を呈するので、体裁がよくなる。また長いロープの余長部分の揺れやそれによる騒音、他物との衝突による損傷も防止できる。

図示するものはあくまでも数例であり、これに限定されるものではない。
１）ワイヤロープ３ａ、３ｂの構成は任意である。ロープ太さは通常同一とするが、相違していてもよい。
２）ワイヤロープ３ａ、３ｂの数は、外観上では１本の状態を呈していてもよいが、実質的には少なくとも２本は必要である。しかし、吸収すべきエネルギーの大きさなどに応じて増加してもよい。すなわち、２本目のロープ張力が所定の安全率（通常２倍以上）を満足しない場合には、２本目のロープを破断域まで利用し、２本目のロープの長さ＋伸び以上の長さを持った３本目のロープを併設するのである。以下４本以上の場合も同じである。

本発明は、強固に植えたてられた支柱６，６と、それら支柱の間に配された１本以上の中間部材７，７を備え、両端が支柱に連結され中間が中間部材を導通したワイヤロープ３ａ、３ｂを備え、前記ワイヤロープが、少なくとも、所定の長さのワイヤロープ３ａと、このワイヤロープ３ａの長さ＋伸び量以上の長さのロープ３ｂを１組として、多段状に配されている。
前記ワイヤロープにより落下エネルギー吸収がなされる過程のロープの荷重・伸び曲線を描くと図５のごとくであり、弾性域内は比例直線的に伸びが増加し，降伏点を過ぎるとカーブは寝てくる。従来では、直線部の途中までの部分をエネルギー吸収範囲として捉えていたが、本発明は、長いワイヤロープ３ｂが短いワイヤロープ３ａの伸び以上の長さを有しているので、短いワイヤロープ３ａが１次吸収作用を発揮し、伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域（丸付き数字２）内で落下エネルギーを吸収する。短いロープ３ａは補助ロープとして機能し、長いロープ３ｂは最終的に落下を防止するメインロープとして機能するということができる。

長いワイヤロープ３ｂは設置状態で短いワイヤロープ３ａの伸び以上の長さを有しているため、前記短いワイヤロープ３ａの破断まで伸びた直後あるいは破断直前から張力が発生し、短いワイヤロープ３ａが吸収した残りのエネルギーを自らの破断までのあいだ吸収する。すなわち、対象物（ここでは中間部材）の残落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収するのである。言い換えると、落下エネルギー＝弾性域内でのエネルギー吸収＋塑性域内でのエネルギー吸収の関係とするのであり、図５における丸付き数字１，２及び３によって、エネルギーを吸収するのである。
このようにロープの塑性域をエネルギー吸収に利用することから各ロープの可能吸収エネルギーを最大限利用することができ、エネルギー吸収量は弾性域の３〜４倍となる。したがって、従来と同等の荷重吸収エネルギーを得る場合には、細い径のロープで足りることになる。

詳述すると、本発明は、最後のロープ（ｎ＋１）は弾性域で落下重量を支持できることが必須条件であり、次式を満足するロープ長さとエネルギー吸収を実現するものである。
式（１）Ｗ・Ｓ＜Ｅｓ１＋Ｅｓ２＋．．．＋Ｅｓｎ＋Ｅｓ（ｎ＋１）
式（２）Ｅｓｎ＝１／２・σ・Ｐ・△Ｌｎ＋α・Ｐ・ＬＲｎ・γ
式（３） △Ｌｎ＝（１＋ε０）・ＬＲｎ・σ・Ｐ／（Ｅ・Ａ）
式（４）Ｅｓ（ｎ＋１）＝１／２・Ｐ／△Ｌ（ｎ＋１）／ＳＦ
式（５） △Ｌ（ｎ＋１）＝（１＋ε０）・ＬＲ（ｎ＋１）・Ｐ／ＳＦ／（Ｅ・Ａ）

ここで、Ｗは落下重量（Ｎ）、Ｓは落下高さ（ｍｍ）で、ｓ１は１本目のロープでの落下高さ、ｓ２は２本目のロープでの落下高さ、ｓｎは最終の１本前のロープでの落下高さ、ｓ（ｎ＋１）は最終ロープでの落下高さ、Ｅはロープの弾性係数（Ｎ／ｍｍ^２）、σは弾性限での係数であり、通常、０．３≦α≦１．０である。Ｐはロープ規格破断荷重（Ｎ）、αは塑性域での効率つまりロープ破断までの塑性変形安全率であり、通常、０．３≦α≦１．０である。△Ｌはロープの弾性伸び（ｍｍ）、ＬＲはロープ長（ｍｍ）、γは塑性域でのロープの伸び率（％）、ε０はロープの初期歪（％）、ＳＦはロープの安全率、Ａはロープの断面積である。

いま、長短の２本のロープを使用して落下エネルギーを吸収したとする。すなわち短（補助）ロープを破断させて落下エネルギーを吸収させ、その後、長（メイン）ロープで柱の残落下エネルギーを吸収させるとする。

落下エネルギーとロープの吸収エネルギー（塑性域を含む）が等価であるとすると、落下エネルギーは、Ｅｓ１＝Ｗ・Ｓ１，Ｅｓ２＝Ｗ・ｓ２、ΣＥｓ＝Ｅｓ１＋Ｅｓ２となる。
短ロープの吸収エネルギーは塑性域なので、次式で求められる。
Ｅｒ１＝１／２・σ・Ｐ・△Ｌ１＋α・Ｐ・ＬＲ１・ｒ
△Ｌ１＝（１＋ε_０）・ＬＲ１・σ・Ｐ／（Ｅ・Ａ）
長ロープの吸収エネルギーは、弾性域内なので、次式で求められる。
Ｅｒ２＝１／２・Ｐ・△Ｌ２／ＳＦ
△Ｌ２＝（１＋ε_０）・ＬＲ２・Ｐ／ＳＦ／（Ｅ・Ａ）、
ＬＲ１は短ロープのロープ長（ｍｍ）、ＬＲ２は長ロープのロープ長（ｍｍ）である。

いま、落下重量Ｗを２３００Ｎ、落下高さｓ１（一次落下距離）を２９８５ｍｍ、落下高さｓ２（二次落下距離）を６２６ｍｍとし、構成が６×１９、ロープ径：１６ｍｍ、規格破断荷重：１１７０００Ｎ、有効断面積：８９ｍｍ^２ _、短ロープとしてロープ長（ＬＲ１）が２５００ｍｍのもの、長ロープとしてロープ長（ＬＲ２）が３０００ｍｍのものを使用し、塑性域でのロープの伸び率ｒを１．５％、弾性限での係数σを０．７とし、塑性域での効率αを０．９とし、ロープの初期歪ε_０を０．５％、安全率ＳＦを２とすると、落下エネルギーは、Ｅｓ１＝Ｗ・Ｓ１＝６８６．６ｋＮ・ｃｍとなり、Ｅｓ２＝Ｗ・Ｓ２＝１４４ｋＮ・ｃｍとなり、ΣＥｓ＝Ｅｓ１＋Ｅｓ２＝８３０．５ｋＮ・ｃｍとなる。

ロープの吸収エネルギーは、短ロープにおいて、△Ｌ１＝６８ｍｍであり、Ｅｒ１＝６７３．３ｋＮ・ｃｍとなる。長ロープにおいて、△Ｌ２＝５８．３ｍｍとなり、Ｅｒ２＝１７０．５ｋＮ・ｃｍとなる。したがって、総合吸収エネルギーΣＥｒは８４３．９ｋＮ・ｃｍとなる。これは、落下エネルギーΣＥｓの８３０．５ｋＮ・ｃｍよりも大きいので、安全に落下防止を図ることができることがわかる。

これに対して、汎用の方式では、ロープの吸収エネルギーは、落下エネルギーとロープの吸収エネルギー（塑性域を含む）が等価であるとすると、下記の基本式（１）（２）が成り立つ。
式（１）Ｗ・Ｓ＝１／２・Ｐ・△Ｌ・ＳＦ
式（２）（１＋ε_０）・ＬＲ・Ｐ／（Ｅ・Ａ）

前記本発明と同じ仕様で、長さがそれぞれ２５００ｍｍの２本のワイヤロープ３ａ、３ａを用いた場合（比較例）、吸収エネルギーは次のごとくである。
落下エネルギーＷ・Ｓは６８６．６ｋＮ・ｃｍとなり、ロープの吸収エネルギーＥｒは、△Ｌ＝９７．１ｍｍであるから、２８４ｋＮ・ｃｍとなる。
これは落下エネルギーＷ・Ｓ：６８６．６ｋＮ・ｃｍよりも著しく低いため、不適格であり、太さを増して強度を高めなければ対応できない。

従来のロープによるエネルギー吸収メカニズムを示す荷重―伸び曲線図である。本発明を適用した落石防止設備の一例を示す正面図である。（ａ）は図２の一部拡大平面図、（ｂ）は一部拡大背面図、（ｃ）は斜視図である。落石防止設備の他例を示す斜視図である。本発明のエネルギー吸収原理を示す荷重―伸び曲線図である。

符号の説明

３ａ短ロープ
３ｂ長ロープ
６支柱
７中間部材

Claims

支柱と、それら支柱の間に配された１本以上の中間部材を備え、両端が支柱に連結され中間が中間部材を導通したワイヤロープを多段状に備えた落石防止柵において、前記ワイヤロープが、所定の長さのワイヤロープと、このワイヤロープの長さプラス伸び量以上の長さのワイヤロープを１組としてなり、落石時に、短いロープが伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域内で落下エネルギーを吸収させ、その後長いロープで短いロープが吸収した残りの落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収するように構成したことを特徴とする落石防止柵による落石防止方法。
長さ大きなワイヤロープが、短いロープの周りを巡るように位置している形態を含む請求項１に記載の落石防止柵による落石防止方法。