JP4370375B2 - 高消波型浮防波堤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長周期波が到来する海域における高消波型浮防波堤に係り、とくに、ポンツーン形式の高消波型浮防波堤で問題と考えられる、高反射波および長周期波に対する波浪制御効果を改善する工法の技術分野の発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来のポンツーン形式の浮防波堤を図１０、図１１によって説明すると、直方体に構成された浮体消波堤（ポンツーン）１は、例えば、幅Ｗが約１０ｍ、高さＨが約３ｍ、長さＬが３０ｍ、壁板厚さＴが約２０ｃｍの大きさであって、このポンツーン１は複数連結されて港湾の入口等に配置される。ポンツーン１には係留用チエーン２の上端が係止されていて、チエーン２の下端はチエーンアンカー３により海底４に係止され、これによりポンツーン１は、港湾の所定の場所に係留され海面に浮かせられている。
【０００３】
ポンツーン（浮防波堤）１は、主に堤体の流体力学的な慣性効果を利用して来襲波を反射させることで透過波を低減している。このため透過波が低減可能な周期条件以下では逆に反射波は大きく、堤体の反射側の海域では設置以前よりも波高はかなり増大することになる。また、このような形式の浮防波堤（ポンツーン）１では、長周期波に対して十分な波浪制御効果が期待できず、専ら比較的短周期の波の制御を目的として利用されている。
【０００４】
その他の従来技術として、例えば、（１）特開平６−１９９２７９号公報（特許文献１）、（２）特開平５−１９５５１９号公報（特許文献２）、（３）特開２００２−１８０４３６号公報（特許文献３）等に開示の技術がある。
【０００５】
（１）に開示の技術は、浮体構造物の幅と吃水の寸法を所定の値に設定することで、箱形浮遊構造物が縦波中で上下揺れの最も少ない構成にするものである。（２）に開示の技術は、箱型カーテン壁堤体を侵入波によって自由度１の回転動揺振動を生じる構造とし、深吃水による付加慣性モーメントの増大と相俟って広い波長周期、特に長周期波の帯域に対して波浪制御効果を示し、外洋波に対しても十分な消波能力を発揮する構成とするものである。（３）に開示の技術は、小型で簡易な付加構造物を、消波堤の浮き本体に設置することにより、消波堤背後（下流側）の静穏度を同程度に確保しつつ、消波堤の構造物寸法を小型化・コンパクト化する技術である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１９５５１９号公報
【特許文献２】
特開平６−１９９２７９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１８０４３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のポンツーン形式の浮防波堤では、主に堤体の流体力学的な慣性効果を利用して来襲波を反射させることで透過波を低減しているため、透過波が低減可能な周期条件以下では逆に反射波は大きく、堤体の反射側の海域では設置以前よりも波高はかなり増大するという問題がある。また、従来の浮防波堤は専ら比較的短周期の波の制御を目的として利用されていて、長周期波に対して十分な波浪制御効果が期待できないという問題があった。
【０００８】
本発明者は、ポンツーン形式の浮防波堤で問題と考えられる高反射波および長周期波に対する波浪制御効果の改善工法の究明を目的として研究を行った。本発明は前記の研究結果に基づく提案に係り、防波施設としての本来の機能である来襲波の遮断および反射波などを低減でき、加えて長周期波に対して十分な波浪制御効果が期待できる高消波型浮防波堤を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【００１０】
第１の発明は、海面に係留される直方体形状のポンツーンの前後方向の端面から間隔をあけて鉛直カーテン壁を設けて、前記鉛直カーテン壁とポンツーンとの間に遊水室を構成し、ポンツーンの下部前端縁及び下部後端縁にはその浮体よりも吃水深が深い浮体側鉛直カーテン壁を設け、前記鉛直カーテン壁の吃水深を、前記浮体側鉛直カーテン壁の吃水深よりも浅く設け、前記遊水室内のピストンモード波動運動に起因する前記鉛直カーテン壁下端部での渦流れの発生により反射波を低減可能に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、ポンツーンの下部に没水平版を配設し、浮体の鉛直動揺や回転動揺に対してのみ付加質量や付加慣性モーメントが増大するように没水平版と浮体側鉛直カーテン壁の間に海水が捕捉されやすい滞留部を設けたことを特徴とする。このとき没水平版と浮体側鉛直カーテン壁の間には開口部を設け、浮体の水平動揺にはなるだけ影響を与えないように工夫してある。
【００１３】
以下、本発明を図１〜図５を参照して詳しく説明する。
【００１４】
ポンツーン形式の浮防波堤で問題と考えられる高反射波および長周期波に対する波浪制御効果の改善工法について、本発明者が創案した具体的な方策は次の２つである。
【００１５】
（１）の方策は、ポンツーンの前後面に遊水室を持つ二重垂下構造の低反射工（外側垂下版）を設け、遊水室内のピストンモード波動運動に起因する外側垂下版下端部での渦流れ等の発生により反射波を低減し、さらに、ポンツーンにも浮体側垂下版を設け、これの吃水深を本体のそれより深くすることで透過波を低減する方法である。
【００１６】
（２）の方策は、前記の構成に加えてさらに、ポンツーンの下部に間隙を有して没水平版を設け、付加質量の増加などにより動揺特性を変化させ、長周期波に対する透過波の制御効果を一層改善することである。
【００１７】
図を参照して説明する。図１は、本発明と従来例のポンツーンを示す模式図である。同図（ａ）に示す従来構造のポンツーン（浮防波堤）１において、矢印の方向から到来する波（イ）のうち、短周期波（ロ）の一部は、ポンツーン１の前面５にぶつかり一部は反射波（ハ）となると共に、一部はポンツーン１の上部を乗り越えて透過波（ニ）となる。また、長周期波（ホ）はポンツーン１と海底との間隙を通過する。
【００１８】
前記の波浪現象を発生する従来のポンツーン１では、短周期波（ロ）により反射波（ハ）が発生するとき、港外側を通過する船舶や沖側によく設置される海面養殖施設などに悪影響を及ぼすと共に、長周期波が多い港湾における消波作用は必ずしも達成されない。
【００１９】
図１（ｂ）は、本発明の第1例（［００１５］の（１）に対応する構成）に係るポンツーン形式の高消波型浮防波堤であって、堤体前後面に二重垂下版で構成される遊水室の低反射工を設ける。すなわち、ポンツーン１の前面５および後面６から所定の間隔をあけて前部鉛直カーテン壁７と後部鉛直カーテン壁８を設け、各鉛直カーテン壁７、８とポンツーン１との間に遊水室１０を設ける。また、ポンツーン１の下部の前端部１２と後端部１３に前部と後部の浮体側鉛直カーテン壁１４、１５を設け、それぞれの吃水深をポンツーン１の吃水深より深く設ける。さらに、前部と後部の鉛直カーテン壁７、８の吃水深は、前後の浮体側鉛直カーテン壁１４、１５の吃水深よりも浅く設けたものである。第１例において、遊水室１０内での波浪には、矢印（ヘ）で示すピストン運動が生じる。
【００２０】
図１（ｃ）は、本発明の第２例（［００１６］の（２）に対応する構成）に係る高消波型浮防波堤であって、図１（ｂ）における垂下版式低反射工に加えて没水平版をさらに設ける方法である。すなわち、ポンツーン１の下部に没水平版１７を配設し、浮体の鉛直動揺や回転動揺に対してのみ付加質量や付加慣性モーメントが増大するように没水平版１７と浮体側鉛直カーテン壁１４、１５の間に海水が捕捉されやすい滞留部を設けた。ただし、水平方向への動揺量の低減のため、開口部１８を設けて海水が水平方向に流れやすくしてある。
【００２１】
図２によって、本発明の消波作用を説明する。同図において、右側（湾外）２０から来襲する海水の波（イ）の一部は、前部鉛直カーテン壁７にぶつかりその一部は反射波となると共に、他の一部は前部鉛直カーテン壁７の上下を乗り越えてその後部に位置する遊水室１０において、ピストンモード波動運動になる。そして、このピストンモード波動運動に起因する前部鉛直カーテン壁７の下端部での渦流れ等の発生により反射波が低減される（［００１５］の（１）による作用効果）。
【００２２】
また、右側（湾外）２０から来襲する海水の波のうち、遊水室１０の下部を通過して湾内側へ侵入する透過波は、ポンツーン１の下部の吃水深より深く吃水深を設けた浮体側鉛直カーテン壁１４によって低減される（同じく［００１５］の（１）による作用効果）。
【００２３】
前記の構成に加えて、没水平版１７を設けることで、付加質量の増加などにより、海水の動揺特性を変化させ、没水平版１７と浮体側鉛直カーテン壁１４の間および海底４との間の開口部１８を介して伝達される長周期波に対する透過波の制御作用が改善される（［００１６］の（２）による作用効果）。
【００２４】
図２に示す高消波型浮防波堤は、前後が対称形状であるから、浮防波堤を乗り越えた波が図の左側（湾内）２１から押し返すときも、右側（湾外）２０から来襲する海水の波（イ）の場合と同じ消波作用が奏される。
【００２５】
本発明の構成によって消波作用が奏される根拠につき、図３に示す二重垂下版を浮体前後面に設けた模型浮体および、これに没水平版を付加した模型浮体を用いて水理実験を行い、透過・反射特性および動揺特性などに及ぼす低反射工や、没水平版の効果を従来構造の模型浮体との比較から明らかにした。この際、低反射工の前後部の鉛直カーテン壁７、８の吃水深や没水平版１７の設置位置についても２種類に変化させ、これらの寸法効果についても減衰理論による算定を行い、実験結果との比較検討を行った。なお、図３には２種の模型浮体をまとめて示し、各部にその長さ寸法の数字を単位ｃｍで記入している。没水平版１７の寸法は、原則的にポンツーン１の幅と同一にした。図４、図５に、前記実験による消波作用の比較をグラフで示している。
【００２６】
前記の水理実験に基づき、次の主要な結論が得られた。
【００２７】
（１）垂下版式低反射工をポンツーン形式の浮防波堤に設置することにより、反射波のみならず比較的短周波の波に対する透過波も低減できるなどの有効な改善方法であることが確認された。
【００２８】
（２）前後部の鉛直カーテン壁７、８等の垂下版式低反射工に加えて、没水平版１７を設けると、反射波は比較的低いままで鉛直および回転動揺の共振点が長周期側に移行するため透過波の制御周期帯が長周期側に拡大できることも確認された。また、没水平版１７の設置位置を深くすると、このような傾向はさらに顕著になるが、逆に短周期の波に対する透過率が増加するなどの副作用も見られるようになることも確認した。
【００２９】
（３）本発明で検討した中では、低反射工として前後部の鉛直カーテン壁７、８の吃水深を浮体側鉛直カーテン壁１４、１５と同吃水深程度とし、没水平版１７を設けた堤体が図４、図５に示すように反射・透過波の制御効果について最も優れていることが確認された。またこのとき、回転動揺変位についてもポンツーン形式の浮防波堤に比較して有意に低減できることも分った。以上のように、垂下版式低反射工や没水平版をポンツーン形式の浮防波堤に付加するときの効果は、図４、図５に代表例を示すように概略的に減衰波理論により推定できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図６〜図９を参照して説明する。
【００３１】
図６は、実施形態１に係る高消波型浮防波堤の斜視図、図７（ａ）、（ｂ）は、図６の端面図と正面図である。
【００３２】
実施形態１において直方体形状のポンツーン１の構成は、図１０、図１１の従来例と同じである。また、ポンツーン１がチエーン２とチエーンアンカー３によって海底部４に係留されている点も従来の構成と同じである。実施形態１が従来と異なる第１の点は、ポンツーン１の下部前端縁と下部後端縁に当該ポンツーン１の長手方向に沿って前部と後部の浮体側鉛直カーテン壁１４、１５が設けられていることである。
【００３３】
さらに実施形態１では、ポンツーン１の前面５及び後面６から所定の間隔をあけ遊水室１０を形成して前部鉛直カーテン壁７と後部鉛直カーテン壁８が設けてある。前後部の鉛直カーテン壁７、８の吃水下端部７ａ、８ａは、前部と後部の浮体側鉛直カーテン壁１４、１５の吃水下端部１４ａ、１５ａよりも浅くなるように設けられている。ポンツーン１の前後面５、６と両鉛直カーテン壁７、８の間に所定の間隔をあけて複数の側部間隔保持板２２が設けてあり、これにより両鉛直カーテン壁７、８はポンツーン１に支持されている。また、複数の側部間隔保持板２２の間が遊水室１０となっている。
【００３４】
実施形態１による作用効果は、図２で説明したのと同じである。すなわち、湾外から来襲する海水の波の一部は、前部鉛直カーテン壁７の上下を乗り越えてその後部に位置する遊水室１０においてピストンモード波動運動となり、これに起因する前部鉛直カーテン壁７の下端部７ａでの渦流れ等の発生により反射波が低減される。また、湾外から来襲する海水のうち、遊水室１０の下部を通過して湾内側へ侵入する透過波は、ポンツーン１の下部の吃水深より深く吃水深を設けた前部浮体側鉛直カーテン壁１４によって低減される。
【００３５】
図８は、実施形態２に係る高消波型浮防波堤の斜視図、図９（ａ）、（ｂ）は、図８の端面図と正面図である。
【００３６】
ポンツーン１に前部と後部の浮体側カーテン壁１４、１５が設けられ、ポンツーン１の前面５及び後面６から所定の間隔をあけて、複数の側部間隔保持板２２により前部と後部の鉛直カーテン壁７、８が設けられ、各カーテン壁７、８とポンツーン１の間に遊水室１０が形成されている構成は実施形態１と同じである。
【００３７】
実施形態２では、前記の構成に加えて、ポンツーン１の下部に没水平版１７を設けている。没水平版１７をポンツーン１の下部に安定に取付けるため、両部材間に所定の間隔をあけて下部間隔保持板２３を設けてあり、それにより没水平版１７はポンツーン１に確実に保持されている。下部間隔保持板２３は没水平版１７を支持させるのが役目であるので、必要な強度を確保できる範囲でより大きな開口部２４を形成して、波浪にはできるだけ影響が及ばないように設けてある。
【００３８】
実施形態２の作用効果は、図２で説明したのと同じである。すなわち、鉛直カーテン壁１４と遊水室１０により、ポンツーン１からの反射波と透過波が低減されることに加えて、没水平版１７を設けることで付加質量の増加などにより、海水の動揺特性を変化させ、これにより長周期波に対する透過波の制御作用が改善される。
【００３９】
以上各種の実施形態について説明したが、前記の構成を適宜設計変更して実施することは構わない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によると、ポンツーンの前後面に遊水室を持つ二重垂下構造の低反射工（外側垂下版）を設けたことにより、遊水室内でピストンモード波動運動の現象を生じさせ、これに起因する外側垂下版下端部での渦流れ等の発生により反射波を低減でき、さらに、ポンツーンにも浮体側垂下版を設け、これの吃水深を本体のそれより深くすることで透過波を低減することができた。
【００４１】
前記の構成に加えてさらに、ポンツーンの下部に間隙を有して没水平版を設け、付加質量の増加などにより動揺特性を変化させ、長周期波に対する透過波の制御効果を一層改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、従来の浮防波堤（ポンツーン）を説明するための模式図、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の基本思想１、２を説明するための模式図である。
【図２】本発明の高消波型浮防波堤（ポンツーン）をより具体的に説明するための斜視説明図である。
【図３】本発明の水理実験に用いる模型浮体の説明図である。
【図４】図３に示す新堤体（模型浮体）とポンツーンの反射率Ｃｒｖｓ波長・堤体幅比Ｌ／Ｂの比較図である。
【図５】図３に示す新堤体（模型浮体）とポンツーンの透過率Ｃｔｖｓ波長・堤体幅比Ｌ／Ｂの比較図である。
【図６】実施形態１に係るポンツーン形式の高消波型浮防波堤の斜視図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、図６の高消波型浮防波堤の端面図と正面図である。
【図８】実施形態２に係るポンツーン形式の高消波型浮防波堤の斜視図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、図８の高消波型浮防波堤の端面図と正面図である。
【図１０】従来例に係るポンツーン形式の浮防波堤の斜視図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、図１０の浮防波堤の端面図と正面図である。
【符号の説明】
１ ポンツーン（浮防波堤）
２ 係留用チエーン
３ チエーンアンカー
４ 海底
５ 前面
６ 後面
７ 前部鉛直カーテン壁
８ 後部鉛直カーテン壁
１０ 遊水室
１２ 前端部
１３ 後端部
１４ 前部浮体側鉛直カーテン
１５ 後部浮体側鉛直カーテン壁
１７ 没水平版
１８ 開口部
１９ 開口部
２０ 右側（湾外）
２１ 左側（湾内）
２２ 側部間隔保持版
２３ 下部間隔保持版
２４ 開口部
（イ）波
（ロ）短周期波
（ハ）反射波
（ニ）透過波
（ホ）長周期波
（ヘ）ピストン運動

Claims (2)

1. 海面に係留される直方体形状のポンツーンの前後方向の端面から所定の間隔をあけて鉛直カーテン壁を設けて、該鉛直カーテン壁とポンツーンとの間に遊水室を構成し、ポンツーンの下部前端縁及び下部後端縁にはその浮体よりも吃水深が深い浮体側鉛直カーテン壁を設け、前記鉛直カーテン壁の吃水深を、前記浮体側鉛直カーテン壁の吃水深よりも浅く設け、前記遊水室内のピストンモード波動運動に起因する前記鉛直カーテン壁下端部での渦流れの発生により反射波を低減可能に構成されていることを特徴とする高消波型浮防波堤。
2. 請求項１記載の構成において、ポンツーンの下部に没水平版を配設し、浮体の鉛直動揺や回転動揺に対してのみ付加質量や付加慣性モーメントが増大するように、没水平版と浮体側鉛直カーテン壁の間に海水が捕捉されやすい滞留部を設けたことを特徴とする高消波型浮防波堤。

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