JP4410660B2 - 空圧式起伏ゲート - Google Patents

Description

この発明は、水路の底部に設けた回転中心によって扉体が自在に起立または倒伏を行なうことにより、水路の流水を堰上げまたは放流する目的で使用される起伏ゲートの一種で、鋼板製の扉体の下流側の根元部に位置する、平らな長方形に製作した３辺が閉じ１辺が開いたゴム引布製の空気袋に、陸上の空気操作装置から空気管を接続して圧縮空気を送入すれば、空気袋が膨張して扉体を起立させ、逆に空気袋から圧力を有する空気を排出すれば、空気袋が平らに収縮して扉体が倒伏するようにした空圧式起伏ゲートに関するものである。

空圧式起伏ゲートにおいて、空気袋は３辺が閉じ１辺が開いた長方形のゴム引布製であり、開いた辺の長さが起伏ゲートの堰幅にほぼ等しく少し短いように製作する。
したがって、空気袋が水路の幅全体に分布して存在しており、鋼板製の扉体を下流側の根元部から支持するに際して荷重が分散し、集中しないから、扉体は折り曲げた鋼板、あるいは上流面に溶接取付けしたリブによって補強した鋼板等による簡単な構造によって必要な強度が満足される。
したがって、経済性に非常に優れている。

一方、空気袋を膨張させて扉体を起立させる時は、空気袋が円筒形になるまで膨張するから、何か途中で扉体を停止させる手段が必要である。
従来の空圧式起伏ゲートにおいては、これを特許第３５４６３８３号公報（特許文献１参照）に示すように、扉体を基礎コンクリートに繋ぐ引留帯によって具体化してきた。
すなわち、基礎コンクリートの上面に一端を強固にボルトで固定したゴム引布製の帯の他端を鋼板製の扉体の下流面にもボルトで固定して、扉体が水平に対して６０°程度起立した時に、この帯に発生する張力により停止させるのである。

この場合には、引留帯と空気袋はゴム引布製の部品であるから、流下する水、砂礫、転石、木材等に直接打たれると損傷する危険があるので、上方に位置する鋼板製扉体で保護する必要がある。
特許第３５４６３８３号公報

ところで、鋼板製扉体に作用する水圧荷重や死荷重を支持して起伏ゲートとして機能するための空気袋は、寸法が大きいほうが必要な空気圧が低くて安価となり、またアンカーボルトと押え板で固定される部分からの漏気も発生しにくい特性がある。
しかし、空気袋を大きくすると、その下流側に位置して基礎コンクリートの上面と鋼板製扉体の下流面とを繋いで、起立角を制限する引留帯の長さが大きくなって、倒伏時に折れ曲がった引留帯の先端が、倒伏した鋼板製扉体の先端より外に出てしまう不具合が発生することがある。
このように、空圧式起伏ゲートの断面の設計においては、空気袋の断面を大きくするという要請と、空気袋と引留帯がともに鋼板製扉体によって常時保護されるという要請が相反しており、設計者にとって困難な作業である。
したがって、適正な大きさの空気袋を使用し、かつ起立高も適正に制限する設計方法が求められていた。

そこで、この発明の空圧式起伏ゲートにおいては、引留帯による起立高制限の手段を放棄し、扉体が所定の姿勢まで起立した時には、両岸の側面戸当に設けた突起が扉体の側端部を支持してそれ以上の起立運動が不可能であるようにすると同時に、扉体の当該突起に支持される位置を結ぶ線の平行線の上に中心を有するよう、充分な強度を有する鋼製横桁を配置して、空気袋による起立モーメントに対抗させるようにした。
このようにすれば、鋼製横桁は起立倒伏運動に際して空気袋が必要とする空間と扉体天端との中間に配置することになり、引留帯が起立倒伏運動に際して必要とする空間と比較して非常に小さい空間に縮小するので、ゲートの設計に好都合である。

この発明は、河川や水路の流水を堰上げまたは放流する空圧式起伏ゲートにおいて、堰幅が１５m〜２０m程度以下の比較的小さい場合、鋼製横桁が過大な断面とならずに良好な設計結果を得ることができる。
特に堰幅が有効高の１．５倍以下の場合には空気袋の鋼板製の扉体を支持する面の効率が悪く、大きい空気袋が必要となるので、引留帯の廃止は優れた効果がある。

また引留帯とこれに関連する押え板やボルトが省略できるため経済性にも優れたものとなった。
言い換えると、引留帯とこれに関連する部品類の価格は鋼製横桁や側面戸当の突起より著しく高価である。
さらに引留帯の廃止は空圧式起伏ゲートの背面側の景観を著しく単純にしてその景観を改善することができた。

以下、この発明に係る空圧式起伏ゲートの実施の形態を、図面に基いて詳細に説明する。
図１、図２、図３、図４、図５ならびに図６はこの発明の空圧式起伏ゲートの１実施例を示すものであり、図１は空圧式起伏ゲートの正面図、図２は空圧式起伏ゲートの背面図、図３は空圧式起伏ゲートの断面図で、ともに起立状態を示し、図４は空圧式起伏ゲートの断面図で倒伏状態を示し、図５は扉体の説明図であり、図６は空気袋の説明図である。

図１、図２、図３および図４において、断面が長方形の水路の底のコンクリートの上面１に、水路を横断して１列に設置した鉛直のアンカーボルト２が、主押え板３によって３辺が閉じ１辺が開いた平らな長方形に製作したゴム引布製の空気袋４の開いた辺の縁５を、水路の底のコンクリートの上面１に押え付けることによって、空気袋４の開いた辺を密閉すると同時に、空気袋４を水路の底のコンクリートの上面１に固定する。

次に、主押え板３の上面に十分な強度を有するゴム引布製の繋留版６の１辺をボルト７と押え板８によって強固に固定し、他の辺を鋼板製の扉体９の下部の上流面に、ボルト１０と押え板１１とにより強固に固定することによって、鋼板製の扉体９を主押え板３に起伏自在に繋留すると同時に、両者間の漏水を防止する。
その結果、主押え板３の下流側のふちに沿う位置に鋼板製の扉体９の下端部の起伏運動時に回転中心となる丸棒鋼１２が位置し、同時に空気袋4は鋼板製の扉体９の下流側の根元部分に位置して枕状に鋼板製の扉体９を支持することになる。

さらに、両岸の側面戸当１３に設けた突起１４は鋼板製の扉体９が、所定の起立姿勢まで起立操作されるとこれに接触して、それ以上の起立運動を制止する。
この時、鋼板製の扉体９の鋼製横桁１５は、その中心を側面戸当１３の突起１４が鋼板製の扉体９を支持する時の接触点を結ぶ線に平行な線の上に位置させており、加えて充分な強度を有するので、空気袋４が内部の空気圧によって鋼板製の扉体９に加える起立モーメントに対抗することができる。
いま、空気袋４の内部の空気圧＝Ｐ
空気袋４と鋼板製の扉体９との接触面の一次モーメント＝Ｊ
とすれば、空気袋４が鋼板製の扉体９に加える起立モーメント＝Ｍは
Ｍ＝Ｐ×Ｊ
である。この時、
鋼板製の扉体９の下端から突起１４の中心までの距離＝Ｌ
とすれば、突起１４の一箇所の反力＝Ｒは
Ｒ＝Ｍ÷Ｌ÷２
である。したがって、起立モーメント＝Ｍが、ゲートの径間＝Ｂに均等に分布するとして概略計算すれば、
鋼製横桁１５に曲げを発生させる分布荷重＝qは
q=（２×Ｒ）÷Ｂ
となる。
鋼製横桁１５の断面係数＝Ｚ、断面二次モーメント＝Ｉ、鋼のヤング率＝Ｅとして、鋼製横桁１５の支間中央の曲げ応力度＝σと撓み＝δは
σ＝（ｑ×Ｂ²÷８）÷Ｚ
δ＝（５×ｑ×Ｂ⁴）÷（３８４×Ｅ×Ｉ）
と求めることができるから、鋼製横桁１５の強度設計が可能となる。

図４に示すように、倒伏時には、鋼板製の扉体９の鋼製横桁１５は、倒伏時支持台１６に支持されるので、鋼板製の扉体９は安定しており、コンクリートの上面１との間に、空気袋４を格納する空間が確保される。

図３及び図４で理解できるように、鋼製横桁１５が必要とする空間は小さいので、引留帯によって起立制限をする場合と比較して、空気袋４の寸法を大きく設計することが可能となり、空気袋４の内部の空気圧や空気袋４に作用する張力を小さく押えることができる。
図５に示すように、鋼板製の扉体９は、堰幅より少し小さい横方向の寸法と、起立時に必要な起立高を確保するために必要な長さを有するものであって、起立時に、側面戸当１３に設けた突起１４と接触する点を結ぶ線に平行な線の上にその中心線を置く鋼製横桁１５が溶接されている。

鋼製横桁１５の上方では、適度に曲げ加工された扉体９の頭部１７があって、所用の起立高を確保すると同時に、起立時に越流する水や流木等が、鋼製横桁１５や空気袋４を直接打たないよう保護する。
また鋼板製の扉体９の下端には、主押え板３の厚さとほぼ等しい直径の丸棒鋼１２を溶接取付して、起伏運動する時にこの部分が空気袋４の上面１８を滑りやすくする。
加えて、鋼板製の扉体９の下端の丸棒鋼１２に沿う部分には繋留板６を固定するボルト１０をねじ込む雌ねじ１９が１列に並んでいる。

図６に示すように、空気を排出したときには、平らな長方形となるよう製造された空気袋４の幅寸法は、ゲート幅より少し小さく、これと直角の方向の寸法は、膨張したときに扉体９を押し起すのに十分な寸法を有している。
そして主押え板３で押えるべき、開いて製作された辺以外の３辺では、ゴム引布が連続して折れ曲り閉じている。また、開いた辺の長さは、起伏ゲートの堰幅より少し小さい寸法を有し、この開いて製作された辺の縁５に平行してアンカーボルト２が貫通するための孔２０が２枚のゴム引布を貫いている。また空気袋４の基礎コンクリートの上面１に接する部分の中央付近には、空気配管に接続するための口金２１が取付けられる。

このように構成した上で、空気袋４の下部の口金２１に接続した空気管２２を水路のコンクリートに埋設するなどして陸上に導き、空気操作装置の排気用開閉弁２３、排気用流量調節弁２４、排気放出部２５、給気用開閉弁２６、給気用流量調節弁２７、空気圧縮機２８に、図１、図２、図３および図４のように接続する。

その上で空気圧縮機２８から給気用流量調節弁２７、給気用開閉弁２６、空気管２２を経由して口金２１から空気袋４の内部に空気を圧入した結果、空気袋４が膨張し鋼板製の扉体９が起立した状態の断面図が図３である。
側面戸当１３の突起１４が、鋼板製の扉体９の上流面の天端に近い位置において、これに接触して、それ以上の起立運動を制止しており、その下流側には鋼製横桁１５が溶接取付されて空気袋４による起立モーメントに対抗している。鋼製横桁１５の上方では、鋼板が若干折り曲げられて扉体頭部１７となり、必要な起立高を確保すると同時に、越流する水や流木が鋼製横桁１５や空気袋４を直接打たないよう保護している。
この状態の空圧式起伏ゲートを上流から見たのが図１の正面図であり、下流から見たのが図２の背面図である。
図１においては、両岸に設けた側面戸当１３の突起１４が鋼板製の扉体９の上流面の両側端を支持している状態が確認される。
図２においては、鋼板製の扉体９の上方に溶接取付した鋼製横桁１５と下流側の根元部に枕状に存在する空気袋４が確認される。

他方、空気圧縮機２８を停止し、給気用開閉弁２６を閉じ、排気用開閉弁２３を開いて、空気袋４の内部の圧力を有する空気を、排気用流量調節弁２４によって制御しつつ、口金２１、空気管２２、排気用開閉弁２３、排気用流量調節弁２４、排気放出部２５の経路にて大気中へ放出した結果、扉体９が完全に倒伏した状態の断面図が図４である。
鋼製横桁１５が倒伏時支持台１６によって支持され、同時に下端の丸棒鋼１２が空気袋４の上面１８によって支持されて鋼板製の扉体９は安定しており、その下方に、空気袋４を格納する空間を確保している。

この発明の空気袋式起伏ゲートは、河床に起伏自在に据付けた鋼製扉体を、下からゴム引布製のまくら状空気袋で支えて、起立・倒伏させる起伏堰であり、従来の鋼製起伏ゲートとゴム引布製起伏堰の長所を生かしながら、一般河川、水路、ダム、貯水池などの、水位、流量制御を行うことができる。
特に堰幅の小さい起伏ゲートにおいては、引留帯を使用しないことにより空気袋を大きく設計することが可能となり、必要な空気圧が低くなり空気袋が安価となる。
加えて起伏ゲートの背面景観が単純化されて好評である。

この発明の空圧式起伏ゲートの一実施例を示し、空圧式起伏ゲートが起立した状態の正面図である。 空圧式起伏ゲートが起立した状態の背面図である。 空圧式起伏ゲートが起立した状態の断面図である。 空圧式起伏ゲートが倒伏した状態の断面図である。 空圧式起伏ゲートの扉体の説明図である。 この発明の空気袋の説明図である。

符号の説明

１ コンクリートの上面
２ アンカーボルト
３ 主押え板
４ 空気袋
５ 開いた辺の縁
６ 繋留版
７ ボルト
８ 押え板
９ 扉体
１０ ボルト
１１ 押え板
１２ 丸棒鋼
１３ 側面戸当
１４ 突起
１５ 鋼製横桁
１６ 倒伏時支持台
１７ 扉体頭部
１８ 上面
１９ 雌ねじ
２０ 孔
２１ 口金
２２ 空気管
２３ 排気用開閉弁
２４ 排気用流量調節弁
２５ 排気放出部
２６ 給気用開閉弁
２７ 給気用流量調節弁
２８ 空気圧縮機

Claims (2)

1. 断面が長方形の水路の底を横断して並べて設置したアンカーボルトと押え板とが、３辺が閉じ１辺が開いた平らな長方形に製作したゴム引布製の空気袋の開いた辺を水路の底に押し付けることによって、開いた辺を密閉しつつ、水路の底に空気袋を固定し、この空気袋の上の押え板の下流側のふちに沿う位置に鋼板製扉体の下端部の起伏運動時の回転中心を置くことによって、空気袋が鋼板製扉体の下流側の根元部分に位置し、枕状に鋼板製扉体を支持するようにするとともに、
   この空気袋に陸上の空気操作装置から空気管を接続して圧縮空気を送入すれば、空気袋が膨張して鋼板製扉体を起立させ、逆に空気袋から圧力を有する空気を排出すれば、空気袋が平らに収縮して鋼板製扉体が倒伏するようにした空圧式起伏ゲートにおいて、
   扉体が所定の姿勢まで起立した時には、両岸の側面戸当に設けた突起が扉体の側端部を支持して、それ以上の起立運動を制止すると同時に、扉体のこの突起に支持される位置を結ぶ線の平行線の上に中心を有する充分な強度の鋼製横桁を配置して空気袋による起立モーメントに対抗させるようにしたことを特徴とする空圧式起伏ゲート。
2. 請求項１の空圧式起伏ゲートにおいて、水路の底を横断して並べて設置したアンカーボルトの代わりの、水路の底を横断して設置したアンカー金物に並べて設けた雌ねじにねじ込むボルトと押え板とが、３辺が閉じ１辺が開いた平らな長方形に製作したゴム引布製の空気袋の開いた辺をアンカー金物に押し付けることによって、開いた辺を密閉しつつ、アンカー金物に空気袋を固定したことを特徴とする空圧式起伏ゲート。
   

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