JP4548807B2 - 空圧式起伏ゲート - Google Patents

Description

この発明は、水路の底に起伏自在に設置された扉体が、起立して水路の流水を堰上げあるいは倒伏して放流する目的で使用される起伏ゲートの一種であり、鋼製の扉体の下流側の根元部に位置する枕状の空気袋に、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。

空圧式起伏ゲートでは、扉体の下流側根元部に位置して枕状に扉体を支持する空気袋が扉体の幅全体に分布している。このため上流側の面に水圧荷重を受け、下流側の根元部の空気袋によって支持される扉体に作用する縦方向の曲げモーメントは、堰幅方向においてほぼ均等に分布する。

このため堰上高の小さい小形ゲートの場合では扉体は適当な板厚の鋼板を使用すれば、格別の加工をしなくても必要な強度が確保される。
また堰上高の大きいゲートの場合においても、帯状の鋼板を止水板の上流面に直角の姿勢で倒伏時の水流の方向に平行に溶接取付した縦リブによって曲げ剛性を強化した簡単な構造の縦リブ付鋼板によって必要な強度が確保される。すなわち、経済性に優れた起伏ゲートである。

さらに、空圧式起伏ゲートでは、堰幅を等分割した堰幅の小さい単位ゲートを堰幅方向に並べて設置し、境界を中間水密ゴムで連結して堰幅の大きい水路の起伏ゲートを構成することが可能であるから、設計、製作、運搬、据付、管理の全般において非常に優れた経済性が得られる。

このように優れた経済性を有することに加え、鋼板製の扉体が流下する砂礫や岩石に対して空気袋を保護するという安全性、耐久性にも優れた特性を有しているので、最近は空圧式起伏ゲートの利用が多くなっている。
特にありません。

このように優れた特性を有する反面、この形式の空圧式起伏ゲートには、扉体の下流側の根元部に位置して枕状に扉体を支持する空気袋の上部に堆積した砂礫が排出され難いという欠点がある。
特に、扉体の下流側と空気袋が接触する面の上端付近は、接触面から離れて自由に膨張する空気袋の部分より低く谷状となっているため、入った土砂や礫が自然に排出されることはほとんど不可能である。
ところで平常時には起立した扉体を越流する水が流芥を一緒に越流させることはあっても、比重の重い砂礫を越流させることはないのであるが、増水して越流水深が大きくなると、上流側の水路底から砂礫を巻き上げて、多量の砂礫が水と一緒に扉体を越えて流下するようになる。

この時、扉体が倒伏あるいは倒伏に近い姿勢であれば、扉体の上を越える水の勢いは下流方向への成分が十分に大きく、扉体の下流側に礫が入り込む可能性は無い。
しかし、扉体が起立あるいは起立に近い姿勢の場合には、扉体を越える水は、扉体天端を越えた直後から落下を開始するので、水路底に到達する時には鉛直下向きの流れの成分の大きい水流となる。
この時、水路底が緩やかな排水勾配であると、水流は落下点の上流側と下流側に２分されて跳ね上る。すなわち、落下点の下流側では下流方向に分割された水流は下流方向に跳ね上った後に波立ちながら下流方向に流れ去るのであるが、落下点の上流側では上流方向に分割された水流が枕状の空気袋の方向に跳ね上り、一緒に越流してきた砂礫を空気袋の上に堆積させることになるのである。

この時、扉体の下流側に空気を補給する機能が不充分であると、扉体と越流する水による閉じた空間に負圧が発生して扉体の下流側の水面が上昇して空気袋を水没させるから、上流方向に分割され空気袋の方向に跳ね上った水に含まれる砂礫が空気袋の上に堆積する可能性が一層高まることになる。
このようにして扉体の下流側と空気袋の接触面に入り込んだ礫は、扉体の起立、倒伏の運動に伴って空気袋の表面に圧迫痕を生ずることがあり、空気袋の耐久性に悪影響が生ずると考えられて改良が求められていた。

そこでこの発明の空圧式起伏ゲートにおいては、倒伏した扉体の頭部を支持する倒伏時支持台の直下流の水路の底に十分な高低差を有し、下流方向に向う急斜面部を設けて増水時や倒伏操作の初期に深い越流水深となって扉体を越流する水流がこの急斜面部に落下することにより上流方向に跳ね上ることなく下流方向に吸引、誘導されるようにした。
このようにすれば、水流に巻き上げられて扉体頭部を越えた砂礫は水と一緒に下流方向に移動するから、空気袋の上や扉体と空気袋の接触面の上端近くの谷状の部分に堆積することは無い。

この落下する水流を下流方向に誘導するための急斜面部の寸法は、ゲートの堰上高の大小によって変動はあるものの、急斜面部の上流端と下流端の高低差が０．２〜０．５ｍ以上で、斜面の傾きは鉛直１に対し水平２〜４で十分な効果が得られることが、経験的に知られている。
また砂礫を巻き上げつつ扉体頭部を越流する水流が倒伏時支持台を越えて下流側の急斜面部に落下するためには、完全起立時の起立角が過大とならぬようにする必要がある。完全起立時の起立角が大きくなると、扉体の頭部が上流側に移動するので扉体頭部を越流する水流が倒伏時支持台を越えて下流側の急斜面部に落下しない場合が発生する。完全起立時の上限の角度を水平に対して４５°〜６０°と小さくすると同時に、扉体の上端に下流方向に向けて折り曲げた曲げ形状を設けて、扉体の頭部から越流する水流が扉体から離れる位置を下流方向に寄せることにより、深い越流水深の場合には、扉体を越流する水流が倒伏時支持台より下流側の急斜面部に落下するようにするとよい。

また小形のゲートで半開放流時の扉体の振動に関する配慮が必要で無い場合には、扉体頭部に設けた横桁の上面あるいは導流板によって越流する水流が扉体頭部を離れて落下を開始する位置を必要な距離だけ下流方向に移動させることも、扉体を越流する水流が倒伏時支持台より下流側の急斜面部に落下するように設定するのに有効である。

加えて、起伏ゲートを越流する水流が扉体の下流面と水路底によって閉じた空間を形成する時、負圧が発生して扉体の直下流側の水面が上昇する現象に対する対策も必要である。扉体の下流側の根元部に設置した枕状の空気袋によって扉体の起立、倒伏の操作を行なう形式のゲートにおいて、この負圧が発生すると、空気袋が負圧によって上昇した水面以下となって水没するので空気袋の上に土砂が堆積することになり、扉体と空気袋の接触に異常が発生する。この問題に対しては、水路の側壁面に給気用の縦の溝状の凹部を設けたり、扉体頭部に所定の幅と高さとを有するスポイラを設けて越流する水流を堰幅方向に連続しないよう分断するなどして、扉体の背面と越流する水流の間に外部から豊富に空気が供給されるようにして負圧の発生するのを防止すれば効果がある。

以上のようにすることにより、扉体頭部を越流する水流が落下点において空気袋の位置する上流方向に跳ね上ることや負圧によって水面が上昇して空気袋が水没することを防止するので、越流する水と一緒に流下する砂礫が空気袋の上や扉体と空気袋の接触面の上端付近に堆積するのを防止することができるから、扉体と空気袋の接触面に入り込んだ礫が空気袋の外層のゴム層に圧痕を刻むことによる空気袋の耐久性の劣化を防止する効果がある。

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ならびに図４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は断面図でともに起立状態を示し、図３は断面図で倒伏状態を示し、図４は側壁面の縦の溝状凹部の断面図である。

図１、図２および図３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、水路を横断して並べたアンカーボルト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５，６ならびにゴム引布製の繋留板７の上流の縁８の３枚を一緒に、水路底のコンクリートの上面１に押し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と繋留板７を水路底に固定する。

この空気袋４の開いた辺の下方のゴム引布の縁５の端部には、樹脂製のロッド９によって補強繊維の折曲げ半径が過小とならないよう保護した縁端の折返し定着部１０があり、水路底のコンクリートの上面１の上流側にある溝状部分の下流側の角１１に掛かって、縁５が作用する張力によって所定位置から引抜かれないようにする。

また繋留板７の上流の縁８の端には、樹脂製のロッド１２によって補強繊維の折曲げ半径が過小とならないよう保護した縁端の折返し定着部１３があり、主押え板３の上流の縁の角１４に掛かって、繋留板７が作用する張力によって所定の位置から引抜かれないようにする。
同時に空気袋４の開いた辺の上方のゴム引布の縁６の端には、樹脂製のロッド１５によって補強繊維の折曲げ半径が過小とならないよう保護した縁端の折返し定着部１６があり、繋留板７の上流の縁８の端にある折返し定着部１３の上流端１７に掛かって、縁６が作用する張力によって所定の位置から引抜かれないようにする。
すなわち、繋留板７の上流の縁８と、空気袋４の上方の縁６は主押え板３とアンカーボルト２によって所定の位置から引抜かれないようになる。

このように構成した上でアンカーボルト２にねじ込むナット１８によって主押え板３を、繋留板７と空気袋４の開いた辺の２枚のゴム引布の計３枚のゴム引布に強く押し付ければ、空気袋４の開いた辺が密閉されると同時に、空気袋４と繋留板７が水路底のコンクリートの上面１に固定される。

次に、繋留板７の下流側の縁１９を、鋼板製の扉体の下部の厚鋼板２０の下端の半円形断面部２１に添う位置において、下部の厚鋼板２０の上流面に押え板２２とボルト２３によって固定し、鋼板製の扉体を繋留板７によって水路底のコンクリートの上面１に起伏自在に繋留する。
この場合も繋留板７の下流の縁１９の縁端には、樹脂製のロッド２４によって補強繊維の折曲げ半径が過小にならないよう保護した縁端の折返し定着部２５があり、繋留板７が作用する張力によって所定の位置から引抜かれないようにする。

このように構成すれば、鋼板製の扉体の下部の厚鋼板２０の下端の半円形断面部２１が、主押え板３の下流側の縁に添う位置において、空気袋４の上に載った状態となるので、空気袋４が膨張すれば下部の厚鋼板２０の下流面を押して扉体全体を起立させ、逆に空気袋４が平らに収縮すれば扉体が倒伏することになる。
すなわち、空気袋４は鋼製の扉体の下流側の根元部において枕状に設置されているのである。

図２ならびに図３に示す如く、アンカーボルト２より下流側で空気袋４を支持しつつ倒伏時支持台２６に到るコンクリートの上面２７は緩やかな排水勾配を有しているが、倒伏時支持台２６の直下流部には急斜面部２８が設けられてゲートの下流側の排水性を改善して水と一緒に流下する砂礫や流芥がこの部分に滞留しないようにしている。
急斜面部２８より下流側の水叩面は従来の起伏ゲートにおける下流水叩と同様、水平あるいは緩やかな排水勾配で洗掘防止のためコンクリート仕上げとする。

図２に示す如く、下部の厚鋼板２０、上部の鋼板２９、上端丸棒鋼３０で構成される扉体は、下流側の根元部に設置した空気袋４に支持されて起立状態である。
この時水圧荷重による扉体の曲げモーメントは扉体の下流面と空気袋４の接触面の上端付近で最大となるから下部の厚鋼板２０の厚い板厚が必要であるが、扉体の上方では曲げモーメントが小さくなるので上部の鋼板２９は小さい板厚で十分である。上部の鋼板２９の上端には上端丸棒鋼３０を取り付けて扉体の横方向の剛性を補っている。
板厚の異なる下部の厚鋼板２０と、上部の鋼板２９を接合するために下部の厚鋼板２０の上流面の折曲点３１より上方で削加工して板厚を減少させ、下部の厚鋼板２０の上端の板厚を上部の鋼板２９の板厚と一致した所で削加工した面と上部の鋼板２９の上流面が一致する状況で両者を接合する。

この結果、上流面の折曲点３１を境に扉体の上端に下流方向に向けて折り曲げられた曲げ形状が形成され、扉体の頭部の上端丸棒鋼３０から越流する水流が扉体から離れる位置を下流方向に寄せている。
加えて、下部の厚鋼板２０の水平に対する起立角αを４５°と小さく設定してあるから上端丸棒鋼３０は越流する水流３２が倒伏時支持台２６の直ぐ下流側の急斜面部２８に落下してその一部が上流方向に跳ね上ることなく、下流方向に誘導される。したがって越流水深が深くなって水流が上流の砂礫を巻き上げている状態においても砂礫を空気袋４の上に堆積させることが無い。
さらに、扉体の上端丸棒鋼３０には適当な間隔で所定の幅と高さを有するスポイラ３３を設けて越流する水流が堰幅方向に連続しないよう分断することに加えて、側壁面の扉体の頭部から越流する水流が通過する部分に給気用の縦の溝状凹部３４を設けてあるから、扉体を越流する水流が扉体の背面に負圧を発生させることを防止している。

また水路の底の空気袋４より下流側の適当な位置のコンクリートの上面２７に設置したアンカーボルト３５と押え板３６で一端をコンクリートの上面２７に固定した十分な強度を有する引留帯３７の他端を下部の厚鋼板２０の下流側の面の空気袋４の接触するより上の適当な位置にボルト３８と押え板３９で固定することにより扉体が所定の姿勢まで起立した時には、この引留帯３７に作用する張力によって停止するようにする。
この引留帯３７においても、その端部には樹脂製のロッド４０，４１によって補強繊維の折曲げ半径が過小とならないよう保護した補強繊維の折返し定着部４２，４３があって、引留帯３７が作用する張力によって所定の位置から引抜かれないようにする。
図３に示すように、扉体が倒伏姿勢となり、上端丸棒鋼３０が倒伏時支持台２６に支持された時には空気袋４と引留帯３７は扉体の下に保護されており、越流する水流は上部の鋼板２９と上端丸棒鋼３０を過ぎると直ちに急斜面部２８に入って下流方向に誘導されるので、砂礫が扉体の付近に滞留することはない。

このように構成した上で、空気袋４の下部の口金４４に接続した空気管４５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４６、排気用流量調整弁４７、排気放出部４８、給気用開閉弁４９、給気用流量調整弁５０、空気圧縮機５１に図１、図２ならびに図３のように接続する。

その上で、空気圧縮機５１から給気用流量調整弁５０、給気用開閉弁４９、空気管４５、口金４４を経由して空気袋４の内部に空気を圧入した結果、空気袋４が膨張して扉体の下流面を押し起して、扉体が起立した状態の断面図が図２である。
この状態を上流から見たのが図１であり、空気袋４が扉体の下流側根元部において枕状に位置して、扉体をほぼ全幅において支持しており、扉体の上端丸棒鋼３０からは３箇所において所定の幅と高さを有するスポイラ３３が立ち上がって越流する水流を分断している。

他方、空気圧縮機５１を停止し、給気用開閉弁４９を閉じ、排気用開閉弁４６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整弁４７によって制御しつつ、排気放出部４８から大気中へ放出した結果、扉体が倒伏した状態の断面図が図３である。

図４は側壁面の縦の溝状凹部の断面図である。
縦の溝状凹部３４は側壁面５２の扉体の頭部から越流する水流３２が通過する部分に設けた凹部である。
扉体背面が負圧となった時には、この断面を通って空気が外部から供給されるため負圧が進行しないのである。

図５ならびに図６はこの発明の空圧式起伏ゲートの他の実施例を示すものであり、図５は断面図で起立状態を示し、図６は断面図で倒伏状態を示す。
図５および図６において、コンクリートの上面１、アンカーボルト２、主押え板３、空気袋４、ゴム引布製の繋留板７、下部の厚鋼板２０等の構成は前述の第１の実施例と同一である。

図５に示す如く、起立時の扉体の下部の厚鋼板２０の起立角αは４５°と小さく設定してあることに加えて、下部の厚鋼板２０の上流面が扉体の起立高となる点６０より上方でほぼ水平となるよう切削し、加えてこの切削部より下流方へほぼ水平姿勢の導流板６１を突出させて、扉体の頭部から越流する水流が扉体から離れる位置を下流方向に寄せている。

図６に示す如く、倒伏時には、下部の厚鋼板２０の頭部に取付けた導流板６１の先端が倒伏時支持台２６に支持されて空気袋４と引留帯３７を扉体の下に保護する。加えて導流板６１の先端にはスポイラ６２が設けられ、扉体を越流する水流が扉体の背面に負圧を発生させないようにしている。

図７ならびに図８はこの発明の空圧式起伏ゲートの第３の実施例を示すものであり、図７は断面図で起立状態を示し、図８は断面図で倒伏状態を示す。
図７および図８において、コンクリートの上面１、アンカーボルト２、主押え板３、空気袋４、ゴム引布製の繋留板７、下部の厚鋼板２０等の構成は前述の第１の実施例と同一である。

図７に示す如く、起立時の扉体の下部の厚鋼板２０の起立角αは４５°と小さく設定してあることに加えて、下部の厚鋼板２０は、上流面が所定の起立高となる位置７０において切断され、その下流面には角形鋼管による横桁７１が取付けられて扉体の横方向の剛性を補っている。この横桁７１の上側のウエブ７２は導流板としての効果も有し、扉体の頭部から越流する水流が扉体から離れる位置を下流方向に寄せる効果も有している。
また横桁７１の上側のウエブ７２にはスポイラ７３が設けられ、扉体を越流する水流が、扉体の背面に負圧を発生させないようにしている。

図８に示す如く、倒伏時には、横桁７１を倒伏時支持台２６が支持して空気袋４と引留帯３７等が下部の厚鋼板２０に押し潰されないよう保護している。

この発明の空圧式起伏ゲートでは、扉体を越流する水流と一緒に扉体背面に入り込んだ砂礫が空気袋の上に堆積することを防止できるので、扉体と空気袋の間に入った礫が空気袋の耐久性を劣化することを防止できる。
その結果、空圧式起伏ゲートの信頼性が向上して、空圧式起伏ゲートの応用範囲を大きく広げることが可能となる。

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。 側壁面の縦の溝状凹部の断面図である。 この発明の空圧式起伏ゲートの他の実施例を示し、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。 この発明の空圧式起伏ゲートの第３の実施例を示し、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。

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 縁
６ 縁
７ 繋留板
８ 縁
９ ロッド
１０ 折返し定着部
１１ 角
１２ ロッド
１３ 折返し定着部
１４ 角
１５ ロッド
１６ 折返し定着部
１７ 上流端
１８ ナット
１９ 縁
２０ 下部の厚鋼板
２１ 半円形断面部
２２ 押え板
２３ ボルト
２４ ロッド
２５ 折返し定着部
２６ 倒伏時支持台
２７ コンクリートの上面
２８ 急斜面部
２９ 上部の鋼板
３０ 上端丸棒鋼
３１ 上流面の折曲点
３２ 水流
３３ スポイラ
３４ 縦の溝状凹部
３５ アンカーボルト
３６ 押え板
３７ 引留帯
３８ ボルト
３９ 押え板
４０ ロッド
４１ ロッド
４２ 折返し定着部
４３ 折返し定着部
４４ 口金
４５ 空気管
４６ 排気用開閉弁
４７ 排気用流量調整弁
４８ 排気放出部
４９ 給気用開閉弁
５０ 給気用流量調整弁
５１ 空気圧縮機
５２ 側壁面
６０ 起立高となる点
６１ 導流板
６２ スポイラ
７０ 起立高となる位置
７１ 横桁
７２ ウエブ
７３ スポイラ

Claims (4)

1. 断面が長方形の水路の底に起伏自在に設置した鋼製扉体の下流側の根元部に設置した枕状の空気袋に陸上の空気操作装置から空気管を接続して、空気袋に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おいて、
   扉体を起立させた場合の上限の角度を４５°〜６０°と小さくすると同時に、扉体の上端に下流方向に向けて折り曲げた曲げ形状を設けて、扉体の頭部から越流する水流が扉体から離れる位置を下流方向に寄せることにより、
   深い水深で越流する場合の水流が、倒伏した扉体の頭部を支持する倒伏時支持台より下流側に落下するようにすることに加えて、前記倒伏時支持台の直下流の水路の底に十分な高低差を有し下流方向に向かう急斜面部を設けることにより、増水時や倒伏操作時に扉体を越流する水と砂礫が前記の急斜面部によって下流方向に吸引、誘導され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、扉体頭部に設けた横桁の上面あるいは、扉体頭部から下流方向に突き出した導流板によって、扉体の頭部から越流する水流が扉体から離れる位置をさらに下流方向に寄せたことを特徴とする空圧式起伏ゲート。
3. 請求項１または２の空圧式起伏ゲートにおいて、側壁面の扉体の頭部から越流する水流が通過する部分に給気用の縦の溝状凹部を設け、あるいは扉体の頭部に所定の幅と高さを有するスポイラを設けることにより、扉体を越流する水流が扉体の背面に負圧を発生させることを防止するようにしたことを特徴とする空圧式起伏ゲート。
4. 請求項１、２あるいは３の空圧式起伏ゲートにおいて、堰幅の小さい空圧式起伏ゲートを扉体の回転中心の延長方向に並べて設置することにより、幅の大きい水路の起伏ゲートとしたことを特徴とする空圧式起伏ゲート。

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