JP4791206B2 - 水域の柱状構造物 - Google Patents

Description

本発明は、河川などの水域に立設される橋脚等の水域の柱状構造物に関するものである。

台風や豪雨によって河川に流れ込む表流水や雨水の量が増加すると、河川の水位が上がるとともに平常時ではみられない流木などの大型の流下物が流出するようになる。

また、豪雨によって斜面が崩壊すると斜面に生育していた樹木が倒木となって河川に流出したり、平常時は水の流れのない河岸に生育していた樹木が洪水によってなぎ倒されて流出したりするため、洪水時に河川を流下する流木の量は平常時に比べて非常に多くなる。

そして、河川に立設している橋脚などに流木が引っ掛かると、次々と流下してきた流木が橋脚の周りに集積し、遂には橋桁や橋脚を破壊したり、流木によって閉塞された河川が氾濫して堤防を決壊させたりすることになる。

このような流木による被害を防ぐため、特許文献１に記載されているように、斜面安定工や護岸工などによって流木の発生を抑止したり、透過水制などによって流下してきた流木を捕捉させたりする流木対策が知られている。
特開平６−３３０５１５号公報

しかしながら、従来から知られている流木対策は、大きく分けて流木の発生を防ぐ方法と、発生した流木を捕捉する方法であり、実際に流下している流木が橋脚に引っ掛かることを防ぐものではない。

すなわち、従来の流木対策を実施しても、洪水時の流木の流下を完全になくすことは難しく、発生してしまった流木によって起き得る上記したような災害を効果的に防ぐ対策の開発が求められている。

そこで、本発明は、河川などの水域に立設された橋脚等の柱状構造物の周囲に流木などの流下物が集積するのを低減できる水域の柱状構造物を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は、その本体部の外周の少なくとも一部を周方向に囲繞して前記外周に沿って回転する回転体が形成されている水域の柱状構造物であることを特徴とする。

ここで、前記回転体の表面には水流による力を受けて回転体を一方向に回転させる受力部を設けることが好ましい。また、前記受力部として前記回転体の表面から突起する羽根部を周方向に間隔を置いて複数設けた構成とすることができる。

また、前記回転体を、前記本体部に回転自在に配置されるスプロケット部と、そのスプロケット部と噛み合って回動される無限軌道帯とから構成してもよい。

このように構成された本発明は、柱状構造物の本体部の外周に沿って回転する回転体が設けられている。

そして、回転体が回転していれば流木などの流下物が柱状構造物に引っ掛かる可能性が低くなり、洪水時に流下物を集積させて橋梁が損壊したり、河川が氾濫したりする可能性を低減することができる。

また、その回転体の表面に水流による力を受けて回転体を一方向に回転させる受力部を設けることで、洪水時に河川から得られる水流によって回転体を容易に回転させることができる。

また、受力部として羽根部を設けることで、水流の力を受け易くなって回転体の回転速度を上げることができ、流下物が集積する可能性をさらに低減することができる。

また、回転体をスプロケット部とそれに噛み合って回動される無限軌道帯とから構成することによって、様々な断面の柱状構造物に回転体を形成することができるようになる。

以下、本発明を説明するにあたって参考となる形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は、柱状構造物としての橋脚１の概略構成を説明する図である。

まず、構成から説明すると、このような橋脚１は、水域としての河川４に立設されており、図２に示すように両岸に設けられた橋台１ｃ，１ｃと橋脚１の頭部には橋桁１ｂが架け渡されて橋梁１０を構成している。

また、河川４の水位には、平常時の低水位４ｂと洪水時の高水位４ａがあり、豪雨などによって増水した場合であっても高水位４ａまでは河川４を氾濫させることがないように計画されている。

橋脚１は、図１に示すように、橋梁１０の支持部材としての本体部１ａと、その本体部１ａの外周の少なくとも一部を周方向に囲繞して外周に沿って回転する回転体２と、その回転体２の表面に設けられる水流による力を受ける受力部としての羽根部３とから主に構成される。

この回転体２は、高水位４ａの少し上方から水底付近まで本体部１ａを覆うように配設されている。

また、羽根部３は、上流側から下流側方向（図１のＳ方向）の水流によって力を受け、本体部１ａを軸に回転体２が一方向（時計回り、図１のＴ方向）に回転するように形成されている。

なお、このＳ方向に対する回転方向は反時計回りであってもよいが、ここでは時計回りに回転体２を回転させる場合について説明する。

すなわち、回転体２の表面に断面視扇形の柱状の羽根部３を、回転体２の周方向に間隔をおいて複数設けておくと、図１，３に示すように左岸（上流から下流を見たときの左側の岸）側の羽根部３はＳ方向の流れに対して抵抗の大きい平面部３ａで流れを受けることになり、右岸側の羽根部３はＳ方向の流れに対して抵抗の小さい曲面部３ｂで流れを受けることになる。

このように平面視非対称の形状の複数の羽根部３，・・・を回転体２の表面に取り付けておけば、ロビンソン風速計と同じ原理によって回転体２が一方向（Ｔ方向）に回転することになる。

この回転体２を洪水のときにだけ回転させる場合は、図２に示すように低水位４ｂより上方で高水位４ａ以下の位置にだけ羽根部３，・・・を設けておけばよい。

また、羽根部３の長さを変えることによって羽根部３が水流から受ける力の大きさが変わるので、所望する流速で回転体２を回転させるために羽根部３の長さ及び形状を適切なものに調整する。

このような回転体２の構成としては、例えば図３に示すようなベアリング構造を採用することができる。

この回転体２は、図３（ａ）の断面図に示すように円柱状の本体部１ａの外周を周方向に囲繞する円筒状の基部２ａと、その基部２ａと径方向に間隔を開けて基部２ａを覆うように配設される円筒状の移動部２ｂと、基部２ａと移動部２ｂの間の溝部２ｄに配置される複数のボール部２ｃ，・・・とから主に構成される。

この基部２ａはアンカーボルト２ｅなどで本体部１ａに固定されるとともに外周面側には周方向に延伸される溝部が形成され、その溝部に対向する移動部２ｂの内周面側に形成された溝部とともにボール部２ｃ，・・・を収容する溝部２ｄが形成されている。

この溝部２ｄは、図３（ｂ）（図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図）に示ように、上下方向に間隔を置いて複数形成されており、それぞれの溝部２ｄ，・・・には複数のボール部２ｃ，・・・が配設されている。

そして、水流Ｓが羽根部３の平面部３ａにあたって移動部２ｂに時計回り方向Ｔの力が作用すると、ボール部３ｃ，・・・を介してほとんどＴ方向の移動に対する拘束を受けない状態で基部２ａに支持された移動部２ｂが基部２ａの周囲を移動して回転することになる。

次に、この橋脚１の作用について説明する。

このように構成された橋脚１は、本体部１ａの外周に沿って回転する回転体２が備えられ、その回転体２の表面に形成された受力部としての羽根部３が水流から受ける力によって回転体２が一方向に回転する。

そして、回転体２が回転していれば流木５などの流下物が橋脚１に引っ掛かる可能性が低くなり、洪水時に流下物を集積させて橋桁１ｂや橋脚１が損壊したり、河川が氾濫したりする可能性を低減することができる。

また、受力部として羽根部３を設けることで、水流の力を受け易くなって回転体２の回転速度を上げることができ、高速度で回転している回転体２は流下物が引っ掛かりにくいので、流下物が集積する可能性をさらに低減することができる。

さらに、回転体２を基部２ａとボール部２ｃ，・・・と移動部２ｂとによって構成されるベアリング構造とすれば、回転時の抵抗を非常に小さくすることができ、水流によって回転体２を確実に回転させることができる。

また、このようなベアリング構造は、基部２ａを本体部１ａの外周にアンカーボルト２ｅなどで固定し、ボール部２ｃ，・・・及び移動部２ｂをその基部２ａに取り付けるだけで設置できるので、既に構築されて共用されている橋梁１０であっても容易に回転体２を取り付けて流木の捕捉抑制対策をおこなうことができる。

実施例１では、上述した橋脚１の作用効果を確認するためにおこなった実験結果について説明する。

この実験は、図４に示す実験装置によっておこなった。ここで、図４（ａ）は実験水路２４の平面図、図４（ｂ）は実験水路２４の側面図を示す。

この実験は、長さ560cm、幅50cm、深さ57cmの実験水路２４に、ポンプから堰に向けた一方向の水流を形成しておこなった。

この実験水路２４には、柱状構造物として模型化した橋脚２１が水路の中央付近に立設され、その上には厚さ1cmの橋桁部２１ｂが設置されている。

この橋脚２１は、直径5cm、高さ12cmの円柱状の本体部２１ａの略全長に回転体２２としての円筒管によって被覆されており、本体部２１ａを軸部材として回転体２２が回転するように構成されている。

また、この回転体２２の表面には、半径1cmの円柱を四等分して形成される扇形柱状の羽根部２３が５個、回転体２２の全長にわたって取り付けられている。

さらに、実験に使用される流木模型には、直径8mmの円柱木材を使用し、長さは３種類（Ｌ＝13.5,18.0,27.0mm）とした。この流木の投下は、橋脚２１の上流側50cm（側壁から25cm）の位置に流れに直交する向きに静かに浮かべるという方法でおこなった。

以下の表１に実験条件を示す。

ここで、流速Ｕは断面平均流速、角速度ωは流木を流していない流水中で測定された回転体２２の回転速度を示す値である。

また、流木が捕捉されたかどうかの判定は、流木が橋脚２１に衝突した後に１０秒以上に亘って橋脚２１に接触していたものを捕捉されたとみなした。

そして、流木が捕捉された場合には、それを除去してから時間をおいて次の流木を流し、同一条件について５０回の投下実験を繰り返した。なお、比較のために回転体のない円柱に対しても同様の実験をおこなった。

図５（ａ）は、回転体２２が回転することにより流木の流下が促進されたことを示した図である。

ここで、評価値Ｒは（回転体に流木が捕捉された回数）を（回転体のない円柱に流木が捕捉された回数）で割った値を示したものであり、この評価値Ｒの値が０に近いほど回転体２２の流木の捕捉抑制効果が大きく、１に近いほど効果が小さいといえる。

この図５（ａ）では、流木の長さが13.5cmと27cmの両方の場合において、流速Ｕが大きくなるに伴って評価値Ｒの値が０に近づいており、平均流速Ｕが25cm/sec以上においては評価値Ｒがほぼ0.2以下と非常に小さくなっていることがわかる。

この結果から、洪水時のように流速が速い状態のときには、回転体２２の回転によって流木の流下が促進されるので、橋脚２１が流木を捕捉することを効果的に抑制することができるといえる。

また、図５（ｂ）には、回転体２２の流木捕捉抑制効果に及ぼす流木長Ｌと流速Ｕの影響を検討した結果を示した。この図５（ｂ）では、横軸を円柱直径で無次元化した流木長（Ｌ／Ｄ）とし、縦軸を評価値Ｒとした。

この図５（ｂ）から流速Ｕが速いとき（=42cm/sec）は流木長Ｌに関わらずすべての流木を流下させることができるといえるが、流速Ｕが遅くなると（=25,34cm/sec）と流木長Ｌの長さによって流下促進効果が低減することがわかる。

しかしこのような場合であっても、流木長（Ｌ／Ｄ）が3.5程度を超えるとそれ以上に流下促進効果が低減することはないので、回転体２２を設けることによる流木の捕捉抑制効果は充分にあるものといえる。

以下、上述した回転体２の構成を変更した参考例としての実施例２について説明する。

実施例２の柱状構造物としての橋脚３１は、図６に示すように本体部３１ａが断面視長円形状をした例えば鉄筋コンクリートなどによって構築される橋脚３１である。

この図６では、図の左半分に橋脚３１の断面図を、右半分に橋脚３１の平面図を示した。

この実施例２の回転体３２は、本体部３１ａに回転自在に配置されるスプロケット部３２ａと、そのスプロケット部３２ａと噛み合って回動される無限軌道帯３２ｂと、補助ローラ３２ｃとから主に構成されている。

このスプロケット部３２ａは、本体部３１ａの曲面部３１ａ１と略同じ曲率の円盤状の歯車であって、その歯部３２ａ１が本体部３１ａの曲面部３１ａ１において外側に突出するように配置されている。

また、無限軌道帯３２ｂは、スプロケット部３２ａの歯部３２ａ１，・・・と噛み合う位置の内側面に突起部３２ｂ１，・・・を備えたクローラであって、本体部３１ａの上流側と下流側の曲面に設けられたスプロケット部３２ａ，３２ａ間に架け渡される。

さらに、スプロケット部３２ａ，３２ａ間の本体部３１ａの平面部３１ａ２の外周には、補助ローラ３２ｃ，・・・が配置され、無限軌道帯３２ｂの回転を促進させるように構成されている。

この無限軌道帯３２ｂの外周側の表面には、受力部としての羽根部３３，・・・が無限軌道帯３２ｂの連続する軌道方向に間隔を置いて複数設けられている。

この羽根部３３は、断面視扇形の柱状の非対称部材であって、Ｓ方向の流れを受けるとＴ方向の回転が起きるように形成されている。

このように構成された実施例２の橋脚３１は、回転体３２をスプロケット部３２ａとそれに噛み合って回動される無限軌道帯３２ｂとから構成している。

このため、断面視長円や楕円形など様々な断面の柱状構造物に回転体３２を配置することができる。

なお、他の構成及び作用効果については、上述した参考形態と略同様であるので説明を省略する。

以下、実施例３について説明する。

この実施例３では、実施例２の無限軌道とは別の形態の無限軌道によって構成した回転体４２について説明する。

実施例３の柱状構造物としての橋脚４１は、図７に示すように本体部４１ａが断面視長円形状をしており、その外周に回転体４２が設けられている。

この回転体４２は、本体部４１ａに回転自在に配置されるスプロケット部４２ａと、そのスプロケット部４２ａと噛み合って回動される無限軌道帯４２ｂと、補助ローラ４２ｃとから主に構成されている。

このスプロケット部４２ａは、本体部４１ａの例えば曲面部４１ａ１に複数配置される小型の円盤状歯車であって、その歯部４２ａ１が本体部４１ａの外側に突出するように配置されている。

このスプロケット部４２ａは、例えば既設の本体部４１ａの側面を半円盤状に切削してスプロケット部４２ａの半分程度を収容できる切欠部を設けることで設置することができる。また、新たに本体部４１ａを構築する場合は、予めスプロケット部４２ａを収容できる切欠部を形成しておけばよい。

また、無限軌道帯４２ｂは、スプロケット部４２ａの歯部４２ａ１，・・・と噛み合う位置の内側面に突起部４２ｂ１，・・・を備えたクローラであって、本体部４１ａの表面に突出されたスプロケット部４２ａ・・・の歯部４２ａ１，・・・と本体部４１ａの外周を覆うように架け渡される。

さらに、スプロケット部４２ａ，・・・間の本体部４１ａの平面部４１ａ２の外周には、補助ローラ４２ｃ，・・・が配置され、無限軌道帯４２ｂの回転を促進させるように構成されている。

また、この無限軌道帯４２ｂの外周側の表面には、受力部としての羽根部４３，・・・が無限軌道帯４２ｂの連続する軌道方向に間隔を置いて複数設けられている。

この羽根部４３は、断面視扇形の柱状の非対称部材であって、Ｓ方向の流れを受けるとＴ方向の回転が起きるように形成されている。

このように構成された実施例３の橋脚４１は、回転体４２を小型の複数のスプロケット部４２ａ，・・・とそれに噛み合って回動される無限軌道帯４２ｂとから構成している。

このため、断面視長円や楕円形など様々な断面の柱状構造物に回転体４２を配置することができるとともに、既設の本体部４１ａにも容易にスプロケット部４２ａ，・・・を取り付けて回転体４２を形成することで流木捕捉抑制対策をおこなうことができる。

なお、他の構成及び作用効果については、上述した参考形態又は実施例と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では受力部を設けた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、受力部を設けない回転体だけの構成であってもよい。この場合は、駆動モータなどの動力源によって回転体を回転させればよい。

また、受力部を設ける場合であっても羽根部に限定されるものではなく、水流による力を受けて回転体を一方向に回転させることができるものであればよく、例えば周方向に非対称な形状となる凹部や凸部を回転体の表面に設けたものであってもよい。

さらに、受力部を設けた場合であっても、水流だけで回転体を所望する回転速度にできない場合は、補助的に駆動モータを使用して回転体を回転させる構成であってもよい。

また、羽根部の形状も断面視扇形の柱状物に限られるものではなく、例えば平面部３ａ側が窪んだ断面視円弧状の羽根部や、軸支された平板状の羽根部であって一方の側から水流を受けたときにだけストッパが働いて抵抗面を形成するように構成されたものであってもよい。

参考形態の橋脚を説明する斜視図である。 参考形態の橋脚の概略構成を説明する側面図である。 回転体の構成を説明する図であって、（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は実施例１の実験装置の構成を説明する平面図、（ｂ）はその側面図である。 実施例１の実験結果を示すグラフであって、（ａ）は流下促進効果を示す評価値と流速の関係を示した図で、（ｂ）は流木長と評価値の関係を示した図である。 参考例としての実施例２の回転体の構成を説明する説明図である。 本発明の実施例３の回転体の構成を説明する説明図である。

符号の説明

１ 橋脚（柱状構造物）
１ａ 本体部
２ 回転体
２ａ 基部
２ｂ 移動部
２ｃ ボール部
３ 羽根部（受力部）
４ 河川（水域）
２１，３１，４１ 橋脚（柱状構造物）
２１ａ，３１ａ，４１ａ 本体部
２２，３２，４２ 回転体
３２ａ，４２ａ スプロケット部
３２ｂ，４２ｂ 無限軌道帯
２３，３３，４３ 羽根部（受力部）

Claims (3)

1. 水域に立設される断面視長円形又は断面視楕円形をした柱状構造物であって、その本体部の外周の少なくとも一部を周方向に囲繞して前記外周に沿って回転する回転体が形成されており、
   前記回転体は、前記本体部に回転自在に配置されるスプロケット部と、そのスプロケット部と噛み合って回動される無限軌道帯とから構成され、
   前記スプロケット部は、前記本体部の曲面部に複数配置される小型の円盤状歯車であるとともに、前記円盤状歯車は、前記本体部の側面を半円盤状に切削した切欠部に設置されることを特徴とする水域の柱状構造物。
2. 前記回転体の表面には水流による力を受けて回転体を一方向に回転させる受力部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水域の柱状構造物。
3. 前記受力部として前記回転体の表面から突起する羽根部を周方向に間隔を置いて複数設けたことを特徴とする請求項２に記載の水域の柱状構造物。

Images