JP4440222B2

JP4440222B2 - 起伏式ゲート

Info

Publication number: JP4440222B2
Application number: JP2006031311A
Authority: JP
Inventors: 秀治白井; 雄一郎木村; 映二山口; 京一仲保
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2026-02-08
Also published as: JP2007211457A

Description

本発明は、たとえば津波や高潮対策として使用される起伏式ゲートに関するものである。

この種の起伏式ゲートとして、たとえば浮力によって扉体の起伏を行い、起立時における扉体の転倒をテンションロッドによって防止する起伏式ゲートが、特許文献１に開示されている。
特開２００３−２２７１２５号公報

この特許文献１に開示された起伏式ゲートの場合、扉体の起立時、扉体に作用する波力（転倒モーメント）をテンションロッドによって支持している。このテンションロッドによる支持の場合、潮位の変動周期が非常に長い津波や高潮では、津波や高潮の進入を効果的に防止することができる。

しかしながら、潮位の変動周期が比較的に短い風波（０．１秒〜１０秒程度）やうねり（１０秒〜３０秒程度）の場合は、この風波やうねりによる動揺を許容してしまうため、波高伝達率（透過率）が高くなる傾向にある。

本発明が解決しようとする問題点は、起伏式ゲートの場合、潮位の変動周期が比較的に短い風波やうねりでは、風波やうねりによる動揺を許容し、波高伝達率（透過率）が高くなるという点である。

本発明の起伏式ゲートは、
潮位の変動が比較的に短周期の風波やうねりの場合も、その進入を効果的に防止できるようにするために、
起立時に外力を受けて揺動する扉体に、前記外力による扉体の転倒を防止するための、中間で二つ以上に折り曲げが自在なテンションロッドを複数本備えさせた起伏式ゲートであって、
前記複数のテンションロッドに、波力によって発生する波圧を受ける平板を設けたことを最も主要な特徴としている。

本発明の起伏式ゲートにおいて、複数のテンションロッドに設ける平板は、波力によって発生する波圧を受けることができるものであれば、その設置位置や設置態様は問わない。たとえば、連結部を除くテンションロッドの長手方向の全域に設けても、長手方向の一部に設けても良い。但し、長手方向の一部に平板を設置する場合は、テンションロッドの下部に設置することが望ましい。なお、この場合の下部とは、扉体が起立状態にある場合における、下部を言う。

前記本発明の起伏式ゲートにおいて、前記テンションロッドの中間での連結部に、前記波圧を受ける平板を、テンションロッドに対して略直交するように設置した場合には、波浪の進入防止をさらに効果的に行えるようになる。

本発明では、複数のテンションロッドに、波力によって発生する波圧を受ける平板を設けるという簡単な構成で、テンションロッドの折り曲げを阻害することなく、波高伝達率を低減することができる。また、平板を設けることにより、起伏式ゲートの津波に対する耐久性も向上する。

そして、テンションロッドの中間での連結部に、前記波圧を受ける平板を、テンションロッドに対して略直交するように設置した場合には、波高伝達率の低減効果がさらに向上する。

以下、本発明を実施するための各種の形態と共に最良の形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図５は本発明の第１の例を説明する概略図、図１０は本発明の第２の例を説明する概略図、図１１は本発明の第３の例を説明する概略図である。

図１〜図５において、１は起伏式ゲートであり、扉体２と、この扉体２の起立時に、扉体２に大きな水圧荷重が作用しても扉体２が転倒しないように、たとえば港湾Ｒの港外側に設けられた複数のテンションロッド３を備えた構成である。

これら図１〜図５に示した例では、前記扉体２は、基端側の回転軸２ａを、たとえば港湾Ｒの底部に設けた基台４ａに、軸受５によって回転自在に枢支することで、前記回転軸２ａを支点として扉体２が起伏するものを示している。

また、前記テンションロッド３は、たとえばその中間の連結部３ａで二つに折れ曲がるように形成され、扉体２の起立時に上端側に位置する一方端部は前記扉体２の頂部に、前記起立時に下端側に位置する他方端部は、扉体２が倒伏する側に前記回転軸２ａから所定の距離だけ離れた位置に、それぞれ回転が自在なように枢支されている。

なお、前記テンションロッド３は、浮力によって水中での重量を軽減して、扉体２の起立初期にテンションロッド３に作用する張力が可及的に０となるようにするため、たとえば中空材が使用される。

また、扉体２のたとえば頂部側には浮力発生部（図示省略）が設けられ、この浮力発生部への給排気装置からの給気又は排気による浮力の増減によって、扉体２が、図１（ｂ）に示した全開の倒伏状態から、図１（ａ）に示した全閉の起立状態となるように構成されている。

６は前記テンションロッド３の他方端部と基台４ｂとの連結部に介在されたウエイトであり、このウエイト６が、前記扉体２の浮上後に、前記基台４ｂとの連結部を支点として回動すべく、このウエイト６と前記基台４ｂ、及び、ウエイト６と前記テンションロッド３を、それぞれ回転が自在なように枢支している。

このようなウエイト６を設置した起伏式ゲートでは、図３（ａ）に示したような、潮位差がない状態での釣り合い位置に扉体２が浮上するまでは（図３（ａ）では扉体２の起伏角度は５０°）、ウエイト６は回転せずにテンションロッド３に作用する張力は小さく維持される。

そして、扉体２がさらに浮上した後は、ウエイト６は徐々に回転し始め、テンションロッド３に作用する張力はウエイト６の作用によって徐々に大きくなる。なお、図３（ｂ）は、潮位差のある状態での釣り合い位置（図３（ｂ）では扉体２の起伏角度は７５°）を示している。

つまり、ウエイト６を介在させることによって、扉体２の起立時に衝撃力がテンションロッド３に作用せず、荷重の集中が緩和できるようになる。

本発明は、たとえば前述したような構成の起伏式ゲート１の、前記複数のテンションロッド３の連結部３ａの下側（以下、下部ロッド３ｂという。）に、図１〜図３に示したように、平板７を設置した構成である。

このような構成の本発明の起伏式ゲート１では、次に述べるような作用によって波高伝達率を低減することができる。

（ウエイト６に対して波力が小さい場合）
ウエイト６に対して波力が小さい場合は、扉体２が動揺する際に、テンションロッド３は連結部３ａで二つに折れ曲がること無く、一体となって図４（ａ）と図４（ｂ）に示した状態を繰り返す。

つまり、図４（ａ）に示す押し波時、扉体２の背面に作用する波圧による時計回りのモーメントによって、扉体２は起立しようとするが、平板７に作用する波圧は逆に反時計回りのモーメントを扉体２に作用させるので、扉体２が起立するのを抑制できるのである。

反対に、図４（ｂ）に示す引き波時は、扉体２の背面に作用する波圧による反時計回りのモーメントによって、扉体２は倒伏しようとするが、平板７に作用する波圧は逆に時計回りのモーメントを扉体２に作用させるので、扉体２が倒伏するのを抑制できるのである。なお、図４において、白抜き矢印は水の動きを、破線矢印は扉体２やウエイト６の動きを、細線矢印は平板７に作用する変動圧力により扉体２に作用するモーメントを示す（図５も同じ）。

（ウエイト６に対して波力が大きい場合）
一方、ウエイト６に対して波力が大きい場合は、扉体２の動揺量が大きくなる。従って、扉体２が倒伏運動をする引き波時（最大倒伏角度付近）にテンションロッド３は連結部３ａで二つに折れ曲がり、テンションロッド３に作用する張力が一時的に抜ける。このとき、テンションロッド３は水流と逆方向に運動することになって、変動波圧が下面から平板７に作用し、上部側のテンションロッド３を介して扉体２を突き上げる向きに力を作用させ、扉体２の倒伏を抑制する（図５（ａ）参照）。

そして、次の押し波時に、水位が最低水位から上昇し始めると、扉体２は起立運動に移行し始める（図５（ｂ）参照）。この際、テンションロッド３は、図５（ａ）の状況での運動と逆の向き（テンションロッド３が伸びきる方向）に運動を始める。この時も、テンションロッド３の運動は、水流の向きと逆方向になるので、変動波圧は平板７の上面から作用し、上部側のテンションロッド３（以下、上部ロッド３ｃという。）を介して扉体２を引きおろす方向に力を作用させ、扉体２の起立を抑制する。つまり、図５（ｂ）の状態を経て再度テンションロッド３が伸びきって、扉体２と一体となって起立運動を行う。

このように、ウエイト６に対して波力が大きい場合は、ウエイト６に対して波力が小さい場合に比べてテンションロッド３の水中での運動が大きくなり、前記図４（ａ）（ｂ）に示す動作に加えて、引き波時に、図５（ａ）（ｂ）に示す動作が追加されることになる。

すなわち、ウエイト６に対して波力が大きい場合の運動パターンは、図４（ａ）（ｂ）の次に図５（ａ）（ｂ）が続き、再び図４（ｂ）から図４（ａ）に続くことになる。

ちなみに、図１〜図５に示した構成の本発明の起伏式ゲート１の１／３５の模型を作成し、波形勾配（波高／波長）が０．０４の場合において、平板７を設置したとき（平板の長さは２５０mmと４５０mm）と設置しないときの波高伝達率を調査した結果を図６及び図７に示す。

図６は潮位差がない場合、図７は潮位差が約６cmの場合の結果を示したものであるが、この図６及び図７より明らかなように、平板７を設置することによって、波高伝達率が低減できていることがわかる。

また、１／６０の模型を用いて津波を想定した図８に示す段波を、図１〜図５に示した構成の本発明の起伏式ゲート１に加えた時の、扉体２の頂部加速度を図９（ａ）に、テンションロッド３に作用する軸力を図９（ｂ）に示す。

図９より明らかなように、扉体２の頂部加速度、テンションロッド３に作用する軸力ともに、平板７を取付けた場合のほうがピーク値は小さくなっており、津波が発生した際の起伏式ゲート１の耐久性が高くなることがわかる。

次に、本発明の起伏式ゲート１の第２の形態を、図１０を用いて説明する。
図１０に示した例は、図１〜図５に示した起伏式ゲート１のテンションロッド３の中間での二つ折り部３ａに、テンションロッド３に対して略直交するように平板８をさらに設置したものである。

この平板８による動揺低減のメカニズムを以下に説明する。
平板８が波高伝達率の低減に効果を示すのは、先に説明したウエイト６に対して波力が小さい場合の運動状態で、テンションロッド３が連結部３ａで折れ曲がることなく一体となって運動する場合である。

このとき、テンションロッド３は、扉体２の動揺に合わせてテンションロッド３の軸方向に往復運動をする。従って、連結部３ａに取付けた平板８は、テンションロッド３の運動方向に対して直交しており、テンションロッド３の運動によって変動圧力を受ける。

つまり、図１０（ａ）に示す押し波時、扉体２の背面に作用する波圧による時計回りのモーメントによって、扉体２は起立しようとするが、平板８に作用する変動圧力は逆に反時計回りのモーメントを扉体２に作用させ、扉体２が起立するのを抑制する。

反対に、図１０（ｂ）に示す引き波時は、扉体２の背面に作用する波圧による反時計回りのモーメントによって、扉体２は倒伏しようとするが、平板８に作用する変動圧力は逆に時計回りのモーメントを扉体２に作用させ、扉体２が倒伏するのを抑制する。なお、図１０において、白抜き矢印は水の動きを、破線矢印は扉体２やウエイト６の動きを、細線矢印はテンションロッド３の動きと、平板８に作用する変動圧力により扉体２に作用するモーメントを示す。

また、図示省略したが、上部ロッド３ｃに下部ロッド３ｂと同様の平板を取付けても良い。この場合の動揺低減のメカニズムは、先に説明した下部ロッド３ｂに取付けた平板７による動揺低減のメカニズムと同様で、平板７の受圧面積が増えることによって、若干、波高伝達率が減少する。

本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範囲内において、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

たとえば、下部ロッド３ｂに取付ける平板７は、図１〜図５などに示したように、隣り合う平板７の間に間隔を設けていないものに限らず、図１１のように、隣り合う平板７の間に間隔を設けて取付けたものでも良い。このようにした場合、水流の乱れの生成を促進して、エネルギーの消散が強くなる。

また、テンションロッド３は中空材では無く、平板状部材を使用したものでも良く、連結部３ａを省略することもできる。
さらに、テンションロッド３は、図１〜図５などに示したような二つ折りのものに限らない。

またさらに、起立時に波浪、潮位変動、風波やうねりといった外力を受けて揺動するものであれば、図１〜図５などに示した浮力の増減によって起伏する扉体に限らない。本出願人が、特願２００５−３６５２８で提案したような、通常時は浮上抑制機構で浮力を有する扉体の浮上を抑制し、起立時には浮上抑制機構による浮上の抑制を解除するものでも良い。また、カウンターウエイトによって起立し、倒伏時には、カウンターウエイトが扉体に作用しないように、扉体の頂部側とカウンターウエイトを連結するロープを巻き回したドラムをロックするものでも良い。

本発明は、津波や高潮対策として港湾に設置するだけでなく、河川に設置することも可能である。また、船舶が航行する河川や港では、水深が浅くなるのを防止するためにピットを設け、このピットに基台を配置することも可能である。

本発明の第１の例を説明する概略図であり、（ａ）は扉体全閉時を側面から見た図、（ｂ）は扉体全開時を側面から見た図である。本発明の第１の例を説明する概略図であり、扉体全開時を背面から見た図である。図１に示す起伏式ゲートの設計水深での扉体の姿勢を示す図で、（ａ）は潮位差の無い状態での釣り合い姿勢を示す図、（ｂ）は潮位差のある状態での釣り合い姿勢を示す図である。ウエイトに対して波力が小さい場合の扉体の動作と変動圧力、水流の作用状況を示した図で、（ａ）は押し波時、（ｂ）は引き波時を示す図である。ウエイトに対して波力が大きい場合の図４と同様の図である。試験時の潮位差がない場合における波高伝達率の低減効果を示した図である。試験時の潮位差が約６cmの場合における波高伝達率の低減効果を示した図である。実験時、図１に示す起伏式ゲートに作用させた津波を想定した段波の波形を示した図である。（ａ）は図８の段波を作用させた場合の扉体の頂部加速度を示した図、（ｂ）は同じくテンションロッドに作用する軸力を示した図である。本発明の第２の例を説明する概略図における図３と同様の図である。本発明の第３の例を説明する概略図であり、扉体全開時を背面から見た図である。

符号の説明

１起伏式ゲート
２扉体
２ａ回転軸
３テンションロッド
３ａ連結部
７、８平板

Claims

起立時に外力を受けて揺動する扉体に、前記外力による扉体の転倒を防止するための、中間で二つ以上に折り曲げが自在なテンションロッドを複数本備えさせた起伏式ゲートであって、
前記複数のテンションロッドに、波力によって発生する波圧を受ける平板を設けたことを特徴とする起伏式ゲート。
前記テンションロッドの中間での連結部に、前記波圧を受ける平板を、テンションロッドに対して略直交するように設置したことを特徴とする請求項１に記載の起伏式ゲート。