JP5074366B2 - 起伏式波除堤 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば湾口や港口などの水深の浅い海域において、波除対策として使用される起伏式波除堤に関するものである。

湾口や港口などの水深の浅い海域に設ける波除堤として、例えば特許文献１で開示された消波構造物がある。この特許文献１で開示された消波構造物は、消波構造物に当たる波を遊水部に流入させることにより、消波構造物への波力を低減させるようになっている。
特開平６−２７２２２５号公報

しかしながら、特許文献１で開示された消波構造物は固定式であるため、湾口や港口などの水深の浅い海域に設置した場合は船舶の航行に支障が生じる。

これに対し、湾口や港口などの水深の浅い海域に設置した場合にも、船舶の航行に支障が生じないものとして、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で防止する動揺式の起伏式ゲートがある（例えば特許文献２）。この特許文献２で開示された動揺式の起伏式ゲートは、本来、津波や高潮対策として設置されるものである。
特開２００３−２２７１２５号公報

特許文献２で開示された動揺式の起伏式ゲートを、湾口や港口などの水深の浅い海域に設置した場合、潮位の変動周期が非常に長い潮位変動として扉体に作用する津波や高潮は、扉体で湾口や港口を締切ることで湾内や港内への海水の進入を防ぐことができる。

しかしながら、特許文献２で開示された動揺式の起伏式ゲートは、潮位の変動周期が比較的短い風波（０．１秒〜１０秒程度）やうねり（１０〜３０秒）による動揺を許容してしまうので、波高伝達率（透過率）が高くなる傾向にある。

また、漁港や河口などの水深が急変する場所に設置した場合、発生する津波は段波的であるため、波が到着すると即座に扉体が締切られるので、この扉体の急激な閉動作によっても港内に孤立波を発生させることになる。

さらに、特許文献２で開示された動揺式の起伏式ゲートの場合、地震発生等の後に給気・排水を行うための操作時間が長くなるという問題もある。

本発明が解決しようとする問題点は、動揺式の起伏式ゲートを波除堤として使用する場合、風波やうねりによる動揺を許容するので、波高伝達率が高くなる傾向にある。また、水深が急変する場所に設置した場合、扉体の急激な閉動作によって港内に孤立波を発生させる。さらに、地震発生等の後に給気・排水を行うための操作時間が長くなるという点である。

本発明の起伏式波除堤は、
風波やうねりによる動揺を許容せず、また、水深が急変する場所に設置した場合も港内に孤立波を発生させず、さらに、地震発生後等の操作時間を短くするために、
浮力により倒伏状態から扉体が傾斜状に起立する起伏式波除堤であって、
前記起立状態の扉体を固定支持するストッパ装置と、扉体を固定して倒伏状態を維持すると共に起立時には扉体の固定を解除する固定・解除装置を有し、
前記ストッパ装置は、
基端側と先端側が共に回転が自在なように枢支され、前記扉体の起立時に先端側が前記基端を中心として扉体と共に起立揺動して前記起立した扉体を支持する支持ロッドと、
この支持ロッドの前記起立揺動に伴って先端側が起立する固定ロッドと、
この固定ロッドの先端側の起立完了時における基端側に係合してこの基端側を固定し、前記起立完了位置にある支持ロッドの倒伏を前記固定ロッドとで防止する固定フックと、
前記支持ロッドの倒伏時には、前記固定フックの基端側を支点とする起立揺動により固定ロッドの基端側の係合を解除すべく回動させる固定フックの駆動装置を備えた構成で、
前記扉体は、下部に水底部分の水を通過させる開口が設けられたものであることを最も主要な特徴としている。

本発明の起伏式波除堤は、下部にも水底部分の水を通過させる開口を設けた扉体をストッパ装置で傾斜状に起立した状態に固定するので、扉体の傾斜角度と開口の大きさを適宜設定することで、必要とする波高伝達率の確保と波力の低減を共に図ることができる。

本発明において、前記扉体の固定・解除装置を、
回転が自在なように枢支され、前記扉体に設けたピンに係合する係合部を備えたフックと、
このフックを、前記扉体の倒伏状態を維持する固定位置と、この固定位置から所定角度の回動を自在とすることで、扉体の浮力により前記フックを回動させて前記ピンと係合部との係合を解除するフックの固定及び拘束解除機構を備えたものとした場合は、
事前に給気を完了しておけば、浮上時、レシーバタンクまたはコンプレッサから扉体の空気室に空気を供給するのに必要な時間が不要になる。また、倒伏時も、事前に排気を完了しておけば、扉体の空気室の排気・注水に必要な時間が不要になり、操作時間を短縮できる。

本発明は、下部にも水底部分の水を通過させる開口を設けた扉体を傾斜状に起立した状態に固定するので、扉体の傾斜角度と開口の大きさを適宜設定することで、必要とする波高伝達率の確保と波力の低減を共に図ることができる。また、扉体を直立に起立させる場合に比べて、ストッパ装置の長さを短くできる一方、扉体については遮断面積を縮小でき、製作コストを低減できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の起伏式波除堤の起立状態と倒伏状態を説明する概略図、図２はストッパ装置の動作の詳細を示す図、図３は扉体の固定・解除装置の構成を説明する概略図である。

図１〜図３において、１は下部に水を通過する開口２ｂを設けた扉体２を有する本発明の起伏式波除堤である。この起伏式波除堤１は、さらに前記扉体２の起立時に扉体２を固定支持する複数のストッパ装置３と、扉体２を固定して倒伏状態を維持すると共に起立時には扉体２の固定を解除する固定・解除装置４を有している。

これら図１〜図３に示した例では、前記扉体２は幅方向に複数組の扉体ブロックＢを並設したものである。前記扉体２は、基端側の回転軸２ｃを、例えば湾口Ｒの底部に設けた収納部５の基台５ａに、軸受６によって回転自在に枢支することで、前記回転軸２ｃを支点として扉体２が起伏するものを示している。

また、前記扉体２の例えば頂部側には空気室２ｄが設けられ、図示省略した給気装置であるレシーバタンクとコンプレッサにより、前記空気室２ｄに給気することによって、扉体２の浮上に必要な浮力を得るように構成されている。なお、７は前記給気装置から送られてくる空気の給気管を示す。

一方、前記ストッパ装置３は、起立時に、前記扉体２が、図１（ａ）に示すような傾斜状態を維持できるように、扉体２を固定支持するもので、以下のような構成となっている。

すなわち、ストッパ装置３は、基端３ａａが前記収納部５に、先端３ａｂは前記扉体２にそれぞれ回転が自在なように枢支され、先端３ａｂは前記基端３ａａを中心として、扉体２の起立によって起立揺動するようになされた支持ロッド３ａを有している。

この支持ロッド３ａは、先端３ａｂと基端３ａａの間の先端寄りの位置に連結部３ａｃを有し、この連結部３ａｃと基端３ａａを両端に持つ基端側連結ロッド３ａｄと、連結部３ａｃと先端３ａｂを両端に持つ先端側連結ロッド３ａｅが、連結部３ａｃによって折れ曲がるように形成されている。

そして、この支持ロッド３ａが起立する際は、起立するのに従って、支持ロッド３ａの中間に固定ロッド３ｂの先端３ｂａが枢支された固定ロッド３ｂの基端３ｂｂが、ガイドレール３ｄ（図２参照）に案内されて支持ロッド３ａの基端３ａａ側に移動してくる。なお、図１、図２では、支持ロッド３ａに固定ロッド３ｂの先端３ｂａが枢支されているが、固定ロッド３ｂの先端３ｂａが支持ロッド３ａに摺動が自在なように取り付けられていても良い。

支持ロッド３ａの起立が完了すると、固定ロッド３ｂの基端３ｂｂは、支持ロッド３ａの起立と共に、起立状態から倒伏してくる固定フック３ｃの先端係合部３ｃａに係合して、支持ロッド３ａの倒伏を防止する。この固定フック３ｃは、支持ロッド３ａの倒伏時には、その基端３ｃｂ側を支点として起立し、固定ロッド３ｂの基端３ｂｂとの係合を解除するようになっている。

この固定フック３ｃの起立動作と倒伏動作は、例えば以下のように行う。
固定フック３ｃの基端３ｃｂに回転ロッド８を通し、この回転ロッド８の一端或いは両端部に、この回転ロッド８を所定の角度だけ正逆回転させるべく押し引きする往復運動機構を設け、この往復運動機構による押し引きを、支持ロッド３ａの起伏動作に追従して行う。

また、前記扉体２の固定・解除装置４は、例えば図３に示すような構成となっている。
４ａは回転が自在なように収納部５の基台５ａに枢支されたフックであり、扉体２の倒伏時、扉体２の裏面２ｅに設けたピン２ｆに係合する係合部４ａａを備えている。

４ｂは前記フック４ａの回転の固定と、この固定を解除してフック４ａが所定の角度だけ回転できるようにする固定及び拘束解除機構で、例えば基端４ｂａを支点に先端側４ｂｂが所定の角度回動するように構成されたものである。

このような構成からなる固定・解除装置４の場合、扉体２の倒伏状態を維持するときは、固定及び拘束解除機構４ｂによって実線で示す位置にフック４ａを位置させる。この位置では、扉体２の裏面２ｅに設けたピン２ｆは係合部４ａａによって押さえ込まれるので、扉体２が浮力によって起立することを阻止する。

一方、扉体２を起立させる場合は、固定及び拘束解除機構４ｂの基端４ｂａを支点に先端側４ｂｂを所定角度回動させ、フック４ａが回動できるようにする。フック４ａの回動が自在になると、扉体２は浮力により前記フック４ａを回動させる。この回動により、図３の破線から想像線で示すように前記フック４ａが回動し、前記ピン２ｆと係合部４ａａとの係合が解除し、扉体２が起立する。

上記構成を有する本発明の起伏式波除堤１は、波高低減を目的として、図１（ａ）に示すように扉体２を起立させた状態から、例えば船舶の航行時に扉体２を倒伏させるときは以下のように操作する。

扉体２の上端部に設けた排気弁を開放して、空気室２ｄ内の空気を排気しつつ、空気室２ｄ内に海水を入れた後、往復運動機構を作動させて固定フック３ｃを回動し、固定ロッド３ｂの基端３ｂｂとの係合を解除して扉体２を倒伏させる。

倒伏完了後は、固定及び拘束解除機構４ｂを駆動してフック４ａを固定位置に位置させ、その後、空気室２ｄ内の海水を排水してから排気弁を閉める。作業完了後は、扉体２の浮上に必要な浮力を得るまで、空気室２ｄの開口部の直下に給気口がくるように配置された給気管７ｃを介して空気室２ｄ内に圧縮空気を供給する。

船舶が通過し、扉体２を浮上操作する時は、固定及び拘束解除機構４ｂを駆動してフック４ａを回動自在にする。これにより、予め供給されている圧縮空気による空気室２ｄで発生する浮力により、図１（ａ）に示す位置まで扉体２が浮上する。

以上の本発明の起伏式波除堤１では、下部に開口２ｂを設けた扉体２をストッパ装置３で傾斜状に起立した状態に固定するので、扉体２の傾斜角度と前記開口２ｂの大きさを適宜設定することで、必要とする波高伝達率の確保と波力の低減を共に図ることができる。

また、浮上時は事前に給気を完了しておくことで、レシーバタンクまたはコンプレッサから扉体２の空気室２ｄに空気を供給するのに必要な時間が不要になる。一方、倒伏時は事前に排気を完了しておくことで、扉体２の空気室２ｄの排気・注水に必要な時間が不要になり、操作時間を短縮できる。

発明者らは、本発明の効果を確認するために、波高低減を目的として、透過率特性を把握するために、2次元造波水槽を使用し、規則波を用いて透過率を計測する透過率実験を行った。

透過率実験は、扉体の起立時における傾斜角度αを６０度、７５度、９０度の３種類に、扉体の下部に設けた開口の扉体に対する開口率を２０％、２６％、３３％、５０％の４種類にそれぞれ変化させて行った。

透過率実験での規則波の周期は、設置が予想される海域を想定して４秒〜８秒に変化させた。有義波周期は、周知の通り、ある地点で連続する波を観測したとき、波高の高いほうから順に全体の１／３の個数の波（例えば２０分の間で１００個の波が観測された場合、大きい方の３３個の波）を選び、これらの波高および周期を平均したものである。

図４は扉体の下部に設けた開口の開口率が２０％、２６％、３３％、５０％のそれぞれの場合の計測結果であり、横軸は規則波周期、縦軸は透過率を示し、グラフ中には扉体の傾斜角度αをパラメータ（６０度、７５度、９０度の３種類）として示した。

図４より、扉体の下部に設けた開口の開口率が小さいほど、扉体の傾斜角度αの規則波周期に対する透過率が小さくなる傾向にあることが分かる。

その理由は、波は、水中の水粒子が楕円軌道を描きながら運動エネルギを伝達させることで進行し、その際の水粒子の楕円軌道は、水底に接近するほど楕円の長軸および短軸が短くなるような軌道を描くからである。

つまり、水底近傍では短軸はゼロとなって、水粒子は回転運動ではなく往復運動となる。従って、図５のように、水面を切るように設置された遮蔽板１１がある場合、その下方の開口部分１２から水粒子の運動エネルギは伝播される。

しかしながら、開口率が小さい場合、運動エネルギの小さい水底付近の水粒子によるエネルギしか伝達することができないので、開口率が小さいほど、伝達されるエネルギも小さくなって、波高の伝達率も低くなるのである。

図６は扉体の傾斜角度αが６０度、７５度、９０度のそれぞれの場合の計測結果であり、横軸は規則波周期、縦軸は透過率を示し、グラフ中には扉体の下部に設けた開口の開口率をパラメータ（２０％、２６％、３３％、５０％の４種類）として示した。

図６より、扉体の傾斜角度αが小さくなると、扉体の下部に設けた開口の開口率の波周期に対する透過率が小さくなる傾向にあることが分かる。

その理由は、水面を切る遮蔽板１１が傾斜して水面の変動が制限される領域Ａ（図７（ｂ）参照）が広い場合、水面付近の、楕円軌道を描きながらエネルギを伝播させる水粒子が描く軌道が抑制される分、その下方の水粒子の描く軌道も同時に抑制されるからである。

よって、図７の（ｃ）から（ｄ）、（ｄ）から（ｅ）と、遮蔽板１１の傾斜角度αが小さくなるほど、水面の変動が制限される領域Ａが広くなるので、その領域を通過する水底付近の水粒子の運動エネルギも減衰させられて、波高の伝達率も低くなるのである。

従って、設置が予想される海域で出現される波周期を６秒、波高の最大値を１．５m、荷役作業限界波高を０．５mとすると、必要とする波除堤の性能は、６秒の波周期での波高伝達率は０．３（≒０．５m／１．５m）以下となる。

この６秒の波周期での波高伝達率が０．３となる性能の波除堤を、図４及び図５から探した場合、扉体の下部に設けた開口の開口率が２６％で、扉体の傾斜角度が７５度の場合に当てはまる。

従って、この性能を必要とする海域に設置する波除堤は、扉体の下部に設けた開口の開口率が２６％で、扉体の傾斜角度が７５度となるような波除堤を設置すればよいことになる。

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疇であれば、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。

例えば、固定フック３の駆動装置として、往復運動機構を示したが、固定フック３ｃを所定の角度だけ正逆回転できるものであれば、往復運動機構に限らず、どのようなものでも良い。

本発明は、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、係船所の近傍に設置することも可能である。

（ａ）は本発明の起伏式波除堤の起立した状態を説明する概略図、（ｂ）は同じく格納時の状態を説明する概略図である。 ストッパ装置の動作の詳細を示す図で、（ａ）は支持ロッドの起立揺動時、（ｂ）は支持ロッドの固定時、（ｃ）は支持ロッドの倒伏時を、それぞれ側面から見た図で、（ｄ）は平面から見た図である。 扉体の固定・解除装置の構成を説明する概略図である。 （ａ）〜（ｄ）は、扉体の下部に設けた開口の開口率が２０％、２６％、３３％、５０％のそれぞれの場合の規則波周期と透過率の関係を計測した結果を示した図である。 扉体の下部に設けた開口の開口率が小さいほど、扉体の傾斜角度の規則波周期に対する透過率が小さくなる傾向にあることを説明する図で、（ａ）は開口率が大きい場合、（ｂ）は開口率が小さい場合を示す。 （ａ）〜（ｃ）は、扉体の傾斜角度αが６０度、７５度、９０度のそれぞれの場合の規則波周期と透過率の関係を、扉体の下部に設けた開口の開口率をパラメータとして示した図である。 （ａ）〜（ｄ）は扉体の傾斜角度αが小さくなると、扉体の下部に設けた開口の開口率の波周期に対する透過率が小さくなる傾向にあることを説明する図である。

符号の説明

１ 起伏式波除堤
２ 扉体
２ａ，２ｂ 開口
２ｃ 回転軸
２ｄ 空気室
２ｆ ピン
３ ストッパ装置
３ａ 支持ロッド
３ｂ 固定ロッド
３ｃ 固定フック
４ 固定・解除装置
４ａ フック
４ａａ 係合部
４ｂ 固定及び解除機構
５ 収納部
６ 軸受
７ 給気装置
８ 回転ロッド

Claims (2)

1. 浮力により倒伏状態から扉体が傾斜状に起立する起伏式波除堤であって、
   前記起立状態の扉体を固定支持するストッパ装置と、扉体を固定して倒伏状態を維持すると共に起立時には扉体の固定を解除する固定・解除装置を有し、
   前記ストッパ装置は、
   基端側と先端側が共に回転が自在なように枢支され、前記扉体の起立時に先端側が前記基端を中心として扉体と共に起立揺動して前記起立した扉体を支持する支持ロッドと、
   この支持ロッドの前記起立揺動に伴って先端側が起立する固定ロッドと、
   この固定ロッドの先端側の起立完了時における基端側に係合してこの基端側を固定し、前記起立完了位置にある支持ロッドの倒伏を前記固定ロッドとで防止する固定フックと、
   前記支持ロッドの倒伏時には、前記固定フックの基端側を支点とする起立揺動により固定ロッドの基端側の係合を解除すべく回動させる固定フックの駆動装置を備えた構成で、
   前記扉体は、下部に水底部分の水を通過させる開口が設けられたものであることを特徴とする起伏式波除堤。
2. 前記扉体の固定・解除装置は、
   回転が自在なように枢支され、前記扉体に設けたピンに係合する係合部を備えたフックと、
   このフックを、前記扉体の倒伏状態を維持する固定位置と、この固定位置から所定角度の回動を自在とすることで、扉体の浮力により前記フックを回動させて前記ピンと係合部との係合を解除するフックの固定及び拘束解除機構を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の起伏式波除堤。

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