JP5519255B2 - 岸壁クレーン - Google Patents

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Description

本発明は、港湾や内陸地のコンテナターミナルなどでコンテナの荷役に使用するクレーン等に、地震対策を施した岸壁クレーンに関するものである。
港湾や内陸地等のコンテナターミナルでは、岸壁クレーン、門型クレーン、コンテナトレーラによって、船舶及びトレーラ間のコンテナの荷役を行っている。このコンテナターミナルにおける地震対策として、岸壁クレーンに免震構造と揺脚を備えたクレーンが提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
図8に従来型の地震対策を施した岸壁クレーンの1例を示す。岸壁クレーン1Xは脚構造物2の下端に走行装置5を有し、上方にブーム6及びガーダ7を有している。このブーム6及びガーダ7に沿って、トロリ9が走行し、コンテナの荷役作業を行うように構成している。なお、40はコンテナ船を示している。
この岸壁クレーン1Xは、免震装置として、走行装置5と陸側脚11の間に、例えば積層ゴム等で構成したアイソレータからなる免震装置41を設置している。また、海側脚10にピンジョイントを介して、揺脚42を設置している。
図9に、岸壁クレーン1Xの脚部のモデルを示す。このモデルでは、陸側脚11の下端に免震装置41及び陸側シルビーム23を介して、走行装置5を設置している。この免震装置41は、積層ゴムで構成したアイソレータである。この陸側シルビーム23は、岸壁に平行(図9の手前から奥に向かい方向)に設置した水平状の部材である。
また、海側脚10の下方にピンジョイントを介して揺脚42を設置している。この揺脚42の下端には、海側シルビーム22を介して走行装置5を設置している。更に、海側脚10と陸側脚11を、岸壁に垂直となる方向に設置した水平材(ポータルタイビームともいう)12で連結している。コンテナの荷役等を行う通常時は、免震装置41は、せん断ピン等で固定して剛の状態となっている。また、揺脚42は揺動可能な柔の状態となっている。なお、矢印はクレーン1Xの荷重を示している。
図10に、岸壁クレーン1Xのモデルに地震動を加えた状態を示す。地震動により、クレーン1Xに対して海陸方向(図10の左右方向)の力が発生する。この力により、免震装置41のせん断ピンが破断し、免震装置41が作用する。このクレーン1Xは、海陸方向に約±300mmの水平方向変形を吸収することができる。
近年、この岸壁クレーン1Xは、大規模地震に対応するために、海陸方向に約±1000mmの水平方向変形を吸収することが要求されている。また、将来的には例えば海陸方向に約±2000mmなど、吸収すべき水平方向変形の要求が増加する可能性もある。しかしながら、従来の岸壁クレーン1Xの免震構造では免震ストロークが約±300mmしかないため、ストローク限界に達して免震装置が設置されていない状態と同じになる。具体的には特許文献2の図8に示すように、クレーン転倒の危険性がある。陸側方向にも同様に、クレーン転倒の危険性がある。
一方、免震装置を改良しようとしても、要求される弾性係数やストローク量を満足するバネ部品が入手できなかったり、機器が大型化して従来の位置に設置できなかったりする。つまり、従来の免震装置41及び揺脚42の構造では、大規模地震に対応することが困
難である。
特開2001−192197号公報 特開2000−44168号公報
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、大規模地震動に対応した大きな免震ストロークを得ることができる免震構造を有するクレーンを提供することにある。つまり、地震動により海陸方向に約±300mmを超える変位が発生しても、クレーンが転倒せず、免震効果を得ることのできるクレーンを提供することにある。更に、地震発生後に、クレーンを復旧し、迅速に荷役作業を再開することのできるクレーンを提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明にかかる岸壁クレーンは、少なくとも海側脚と陸側脚、及び前記海側脚と前記陸側脚を連結する水平材を有する脚構造物と、ガーダ及びブームを備えた岸壁クレーンにおいて、前記脚構造物を、上部海側脚と上部陸側脚、及び前記上部海側脚と前記上部陸側脚を連結する上部水平材を有する上部構造物と、下部海側脚と下部陸側脚、及び前記下部海側脚と前記下部陸側脚を連結する下部水平材を有する下部構造物に分割し、地震発生時に揺動した前記上部構造物の位置を、前記上部構造物の有する位置エネルギから得られる復元力により戻す岸壁クレーンであって、前記下部構造物から下方に延伸したリンク部材で、前記上部構造物を懸吊するように構成したことを特徴とする。
この構成により、上部構造物は、下部構造物にぶら下がる状態となるため、地震発生時には、上部構造物は海陸方向に揺動可能となる。そのため、リンク部材の長さを調節することで±300mmを超える揺動距離の長い免震構造とすることができる。また、地震発生時に揺動した上部構造物は、自重により通常時の位置に戻るため、クレーンの迅速な復旧作業を実現することができる。
上記の目的を達成するための本発明にかかる岸壁クレーンは、少なくとも海側脚と陸側脚、及び前記海側脚と前記陸側脚を連結する水平材を有する脚構造物と、ガーダ及びブームを備えた岸壁クレーンにおいて、前記脚構造物を、上部海側脚と上部陸側脚、及び前記上部海側脚と前記上部陸側脚を連結する上部水平材を有する上部構造物と、下部海側脚と下部陸側脚、及び前記下部海側脚と前記下部陸側脚を連結する下部水平材を有する下部構造物に分割し、地震発生時に揺動した前記上部構造物の位置を、前記上部構造物の有する位置エネルギから得られる復元力により戻す岸壁クレーンであって、前記上部水平材の下面を下方に凸となる円弧状に形成し、前記下部水平材の上面を上方に凹となる円弧状に形成し、前記上部水平材と前記下部水平材の間に複数のコロを配置し、前記上部構造物が前記下部構造物に対して揺動可能に構成したことを特徴とする。
この構成により、上部構造物は、下部構造物に対して海陸方向に揺動可能となる。そのため、±300mmを超える揺動距離の長い免震構造とすることができる。また、地震発生時に揺動した上部構造物は、自重により通常時の位置に戻るため、クレーンの迅速な復旧作業を実現することができる。
上記の岸壁クレーンにおいて、前記上部構造物が、前記上部海側脚同士を連結する海側
タイビームと、前記上部陸側脚同士を連結する陸側タイビームを有しており、前記海側タイビーム及び前記陸側タイビームのそれぞれから下方に延伸したリンク部材で、前記ガーダ及び前記ブームを懸吊するように構成したことを特徴とする。
この構成により、脚構造物に対して海陸方向に揺動可能となるガーダ及びブームは、クレーンの制振マス(おもり)として作用するため、クレーンが制振効果を得ることができる。つまり、岸壁クレーンは、免震効果及び制振効果を共に得ることができるため、大規模地震に対する耐震性を向上することができる。また、地震発生時に揺動したガーダ及びブームは、自重により通常時の位置に戻るため、クレーンの迅速な復旧作業を実現することができる。
上記の岸壁クレーンにおいて、前記上部構造物と前記下部構造物を、ダンパー機構で連結したことを特徴とする。この構成により、地震発生時の上部構造物の揺動を減衰することができる。
上記の岸壁クレーンにおいて、前記ダンパー機構が、端部に可変流量ピストンを有する軸と、内部に前記可変流量ピストンを摺動自在に配置し、且つ流体を充填したケーシングを有しており、第1の条件下では、前記可変流量ピストンに形成した貫通孔を閉止し、前記軸を前記ケーシングに対して固定し、前記上部構造物の移動を禁止する制御を行い、第2の条件下では、前記可変流量ピストンに形成した貫通孔を連通し、前記軸を前記ケーシングに対して摺動自在とし、前記上部構造物の移動を自在とする制御を行うことを特徴とする。
この構成により、クレーンの免震装置が作動を開始するタイミングを精密に制御することができる。つまり、予め設定した値を超える大きさの地震動が発生した場合に、免震装置が速やかに作動するように制御することができる。そのため、確実且つ精密な免震効果を得ることができる。なお、第1の条件下とは、クレーンがコンテナの荷役作業等を行う通常時を想定しており、第2の条件下とは、地震発生時を想定している。
上記の目的を達成するための本発明にかかる岸壁クレーンは、少なくとも海側脚と陸側脚、及び前記海側脚と前記陸側脚を連結する水平材を有する脚構造物と、ガーダ及びブームを備えた岸壁クレーンにおいて、地震発生時に揺動した前記ガーダ及び前記ブームの位置を、前記ガーダ及び前記ブームの有する位置エネルギから得られる復元力により戻す岸壁クレーンであって、前記海側脚同士を連結する海側タイビームと、前記陸側脚同士を連結する陸側タイビームのそれぞれから下方に延伸したリンク部材で、前記ガーダ及び前記ブームを懸吊するように構成したことを特徴とする。
この構成により、地震発生時に揺動したガーダ及びブームは、自重により通常時の位置に戻るため、クレーンの迅速な復旧作業を実現することができる。また、脚構造物に対して海陸方向に揺動可能となるガーダ及びブームは、クレーンの制振マス(おもり)として作用するため、クレーンが制振効果を得ることができる。
本発明に係るクレーンによれば、大規模地震動に対応した大きな免震ストロークを得ることができる。すなわち、従来の免震装置では約±300mmの免震ストロークにしか対応できなかったが、±1000mmを超える免震ストロークにも対応できるクレーンを提供することができる。更に、地震発生後に、クレーンを復旧し、迅速に荷役作業を再開することのできるクレーンを提供することができる。
本発明に係る実施の形態のクレーンの概要を示した図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの概要を示した図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの概要を示した図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンの拡大図を示した図である。 本発明に係る異なる実施の形態のクレーンの概要を示した図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンのガーダ周辺の拡大図を示した図である。 本発明に係る実施の形態のクレーンのロック式ダンパー機構を示した図である。 従来の免震機構を有したクレーンの概要を示した図である。 従来の免震機構を有したクレーンのモデルを示した図である。 従来の免震機構を有したクレーンのモデルを示した図である。
以下、本発明に係る実施の形態のクレーンについて、図面を参照しながら説明する。図1に、クレーン1の有する脚構造物2の正面図を示す。図2に、脚構造物2の側面図を示す。脚構造物2は、上部構造物3と下部構造物4を有している。上部構造物3は、上部海側脚10aと上部陸側脚11a、及び上部海側脚10aと上部陸側脚11aを連結する上部水平材13を有している。同様に、下部構造物4は、下部海側脚10bと下部陸側脚11b、及び下部海側脚10bと下部陸側脚11bを連結する下部水平材14を有している。
更に、下部水平材14から下方に複数のリンク部材15をぶら下げている。このリンク部材15の下端と上部水平部材13を連結している。つまり、上部構造物3を、下部構造物4からリンク部材15で懸吊するように構成している。
加えて、上部構造物3と下部構造物4をダンパー機構30で連結している。また、下部構造物4に、上部構造物3の揺動(移動)を制限するストッパー27を設置している。なお、下部海側脚10b同士を海側シルビーム22で連結し、下部陸側脚11b同士を陸側シルビーム23で連結している。
なお、上部構造物3を、下部構造物3の下部海側脚10b又は下部陸側脚11bからリンク部材15により吊り下げるように構成してもよい。つまり、下部海側脚10b、下部陸側脚11b又は下部水平材14からリンク部材15をぶら下げ、このリンク部材15で、上部構造物3の上部海側脚10a、上部陸側脚11a又は上部水平材13を懸吊するように構成してもよい。
図3に、クレーン1に地震動が加わった状態を示す。上部構造物3は、下部構造物4に対して円弧を描くように振動する。Sは上部構造物3の振動方向を示している。
次に、クレーン1の動作について説明する。クレーン1がコンテナの荷役等を行う通常時(第1の条件下)では、上部構造物3と下部構造物4はせん断ピン等により固定している。地震発生時(第2の条件下)では、このせん断ピンの破断等により、上部構造物3が下部構造物4に対して海陸方向(図3の左右方向)に揺動自在となるように構成している。この時、ダンパー機構30は一方が伸張し、他方が収縮している。
前述の構成により、以下のような作用効果を得ることができる。第1に、上部構造物3は、下部構造物4に対して海陸方向に揺動(移動)可能となるため、揺動距離の長い免震構造とすることができる。つまり、クレーン1が地震動を受け、海陸方向に±300mmを超える変位が発生した場合であっても、上部構造物3は余裕を持って振動することがで
きる。なお、上部構造物3は、その重心が下部海側脚10b及び下部陸側脚11bの外側に出ない範囲において、揺動することができる。
第2に、地震がおさまった後には、上部構造物3が自重(上部構造物3が有する位置エネルギ)により通常時の位置に戻るため、クレーンの迅速な復旧を実現することができる。つまり、地震後の復旧作業は、上部構造物3と下部構造物4を、せん断ピン等で固定する作業により完了する。
第3に、上部構造物3の揺動(移動)の幅(免震ストローク)は、リンク部材15の長さの変更により、容易に調整することができる。つまり、予め想定する地震動が増加した場合は、リンク部材15の長さを長く設計して、上部構造物3の免震ストロークを大きくすることが容易にできる。
第4に、ダンパー機構30の設置により、上部構造物3の振動を減衰することができる。つまり、制振効果を得ることができる。
第5に、ストッパー27の設置により、上部構造物3の重心が、下部海側脚10b及び下部陸側脚11bの外側に出て、クレーン1が転倒する事故を防止することができる。なお、岸壁8に沿った方向(図3の手前から奥の方向)の地震動は、走行装置5の移動により吸収することができる。
図4に、上部構造物3と下部構造物4の連結部分の拡大図を示す。上部構造物3は、リンク部材15を介して下部構造物4に懸吊した状態である。ダンパー機構30は、例えば、上部構造物3の上部海側脚10a(又は上部陸側脚11a)と、下部構造物4の下部水平材14を連結するように設置する。なお、ダンパー機構30は、下部構造物4に対する上部構造物3の移動を減衰できる場所であれば、他の場所に設置してもよい。
図5に、本発明の異なる実施の形態のクレーン1Aの有する脚構造物2Aの正面図を示す。脚構造物2Aは、上部構造物3Aと下部構造物4Aを有している。上部構造物3Aの有する上部水平材13の下面を、下方に凸となる円弧状に形成している。同様に、下部構造物4Aの有する下部水平材14の上面を、上方に凹となる円弧状に形成している。なお、これらの円弧の中心は、上部構造物3Aよりも高い位置に設定されているものとする。
この上部水平材13と下部水平材14の間に複数のコロ28を設置している。このコロ28は、球状又は円柱状であることが望ましい。このコロ28により、上部構造物3Aが、下部構造物4Aに対して海陸方向(図5の左右方向)に揺動(移動)できるように構成している。また、上部構造物3Aと下部構造物4Aをダンパー機構30で連結している。
次に、クレーン1Aの動作について説明する。クレーン1Aがコンテナの荷役等を行う通常時には、上部構造物3Aと下部構造物4Aはせん断ピン等により固定している。地震発生時には、このせん断ピンの破断等により、上部構造物3Aが下部構造物4Aに対して海陸方向に揺動自在となる。
上記の構成により、以下のような作用効果を得ることができる。第1に、上部構造物3Aは、下部構造物4Aに対して海陸方向に揺動可能となるため、揺動距離の長い免震構造とすることができる。つまり、クレーン1Aが、海陸方向に±300mmを超える地震動を受けた場合であっても、上部構造物3Aは余裕をもって振動することができる。
第2に、上部水平財13及び下部水平材14を下方に凸となる円弧状に形成し、かつその円弧の中心が上部構造物3Aの重心より高い位置にあるため、地震がおさまった後は、
上部構造物3Aが自重により通常時の位置に戻る。そのため、クレーンの迅速な復旧を実現することができる。つまり、地震後の復旧作業は、上部構造物3Aと下部構造物4Aを、せん断ピン等で固定する作業により完了する。なお、図示していないが、図1に記載のクレーン1と同様に、ストッパー27を設置してもよい。
図6に、ガーダ7近傍の拡大図を示す。ガーダ7を、海側タイビーム20、陸側タイビーム21及びマスト支持斜材25からリンク部材15を介して懸吊している。なお、マスト支持部材25は、陸側タイビーム21に結合するように構成してもよい。
次に、ガーダ7の動作について説明する。通常時には、ガーダ7と海側タイビーム20、陸側タイビーム21の双方あるいはいずれか一方とはせん断ピン等により固定している。地震発生時には、このせん断ピンの破断等により、ガーダ7が、海側タイビーム20及び陸側タイビーム21に対して、海陸方向(図6の左右方向)に揺動自在となるように構成している。
上記の構成により、以下のような作用効果を得ることができる。第1に、ガーダ7及びガーダ7に連結したブーム6は、海側タイビーム20等に対して海陸方向に揺動可能となるため、揺動距離の長い制振構造とすることができる。つまり、クレーン1に対して比較的高い位置に設置しているブーム6及びガーダ7は、リンク部材15により、クレーン1における制振マス(おもり)として作用する。
具体的には、クレーン1が地震動により振動した場合、ブーム6及びガーダ7には、元の位置(通常時の位置)を維持しようとする慣性力が働く。クレーン1は、このブーム6及びガーダ7により元の位置(通常時の位置)に引き戻される力が働くため、クレーン1の振動を減衰する制振効果を得ることができる。
第2に、地震がおさまった後は、ガーダ7が自重(ガーダ7が有する位置エネルギ)により、通常時の位置に戻るため、クレーン1の迅速な復旧を実現することができる。つまり、地震後の復旧作業は、ガーダ7と海側タイビーム20、陸側タイビーム21の双方あるいはいずれか一方と、せん断ピン等で固定する作業により完了する。
なお、上記のガーダ7の設置構造のみを採用した制振効果を有するクレーンとしても利用することができるが、図1乃至5に示す脚構造物2、2Aの構造と組み合わせて、免震及び制振効果の高いクレーンとすることが望ましい。また、ガーダ7と海側タイビーム20等の間に、ダンパー機構30等を設置し、ガーダ7の揺動を減衰するように構成してもよい。この構成により、更に高い制振効果を得ることができる。
図7に、ダンパー機構30の1例であるロック式ダンパー機構31の部分断面図を示す。このロック式ダンパー機構31は、前述のダンパー機構30の代わりに設置するものである。ロック式ダンパー機構31は、端部に可変流量ピストン33を有する二重管状の軸32と、内部に油等の流体を満たしたケーシング34を有している。この可変流量ピストン33は、貫通孔35を有しており、この貫通孔35の開口面積を制御することができるように構成している。
具体的には、それぞれ貫通孔35を形成した円板状部材を重ねて、可変流量ピストン33を構成する。この円板状部材の1つを回転し、この回転により円板状部材の互いの貫通孔35を連通又は閉止できるように構成している。
なお、可変流量ピストン33の回転は、モータ等の動力を設置して制御してもよい。また、バネ等の弾性体と電磁石等の固定部材を組み合わせて設置してもよい。つまり、通常
時には、可変流量ピストン33は、弾性体の復元力に逆らって貫通孔35を閉止した状態にあり、このピストン33を固定部材により固定する。そして、地震発生時には、固定部材による固定を解除し、ピストン33が弾性体により貫通孔35を連通するように回転するように構成してもよい。
次に、ロック式ダンパー機構31の動作に関して説明する。通常時は、可変流量ピストン33の貫通孔35を閉止し、ケーシング34内で、充填した流体が移動しないように制御する。この制御により、軸32はケーシング34に対して固定した状態となる。そのため、上部構造物3は、下部構造物4に対して固定した状態となり、剛の状態となる。
地震発生時には、円板状部材を回転し、可変流量ピストン33の貫通孔35を連通する。そして、ケーシング34内で、充填した流体が貫通孔35を経由して自由に移動するように制御する。この制御により、軸32はケーシング34に対して摺動自在となるため、上部構造物3は、下部構造物4に対して揺動可能となり、その効果を発揮する。
上記のロック式ダンパー機構31を利用する構成により、上部構造物3と下部構造物4を固定するせん断ピン等が不要となり、クレーン1の免震構造を適切に作動することができる。従来は、せん断ピンの破断により上部構造物3の揺動を開始していたが、このせん断ピンの破断する力の制御が困難であった。このせん断ピンに対して、ロック式ダンパー機構31は、上部構造物3が揺動を開始するタイミングを制御できるため、確実且つ精密な免震効果を得ることができる。
ここで、可変流量ピストン33の制御をアクティブに行うように構成しても良い。つまり、上部構造物3の移動量をもとに、貫通孔35の開口面積をリアルタイムで制御する。この構成により、ロック式ダンパー機構31における可変流量ピストン33の摺動抵抗を制御できるため、上部構造物3の減衰特性の制御を行うことができる。
なお、ロック式ダンパー機構31を、上部構造物3と下部構造物4を連結及び固定するものとして説明したが、前述したダンパー機構30の代わりであれば、どの場所でも使用することができる。つまり、ガーダ7と海側タイビーム20等の間に設置し、同様の作用効果を得ることができる。
以上より、クレーン1の免震効果を向上することができるため、大規模地震に対する耐震性を向上することができる。
1 クレーン(岸壁クレーン)
2、2A 脚構造物
3、3A 上部構造物
4、4A 下部構造物
5 走行装置
6 ブーム
7 ガーダ
10 海側脚
10a 上部海側脚
10b 下部海側脚
11 陸側脚
11a 上部陸側脚
11b 下部陸側脚
12 水平材(ポータルタイビーム)
13 上部水平材
14 下部水平材
15 リンク部材
20 海側タイビーム
21 陸側タイビーム
28 コロ

Claims (5)

  1. 少なくとも海側脚と陸側脚、及び前記海側脚と前記陸側脚を連結する水平材を有する脚構造物と、ガーダ及びブームを備えた岸壁クレーンにおいて、
    前記脚構造物を、上部海側脚と上部陸側脚、及び前記上部海側脚と前記上部陸側脚を連結する上部水平材を有する上部構造物と、下部海側脚と下部陸側脚、及び前記下部海側脚と前記下部陸側脚を連結する下部水平材を有する下部構造物に分割し、地震発生時に揺動した前記上部構造物の位置を、前記上部構造物の有する位置エネルギから得られる復元力により戻す岸壁クレーンであって、
    前記上部水平材の下面を下方に凸となる円弧状に形成し、前記下部水平材の上面を上方に凹となる円弧状に形成し、この2つの円弧の中心を前記上部構造物の重心より高い位置に設定し、前記上部水平材と前記下部水平材の間に複数のコロを配置し、
    通常時には前記上部構造物と前記下部構造物が固定手段により固定されており、地震発生時には前記固定手段による固定が解除されて前記下部構造物に対して前記上部構造物が揺動自在となる構成を有することを特徴とする岸壁クレーン。
  2. 前記上部構造物が、前記上部海側脚同士を連結する海側タイビームと、前記上部陸側脚同士を連結する陸側タイビームを有しており、前記海側タイビーム及び前記陸側タイビームのそれぞれから下方に延伸したリンク部材で、前記ガーダ及び前記ブームを懸吊したことを特徴とする請求項1に記載の岸壁クレーン。
  3. 前記上部構造物と前記下部構造物を、ダンパー機構で連結したことを特徴とする請求項1又は2に記載の岸壁クレーン。
  4. 前記ダンパー機構が、端部に可変流量ピストンを有する軸と、内部に前記可変流量ピストンを摺動自在に配置し、且つ流体を充填したケーシングを有しており、
    第1の条件下では、前記可変流量ピストンに形成した貫通孔を閉止し、前記軸を前記ケーシングに対して固定し、前記上部構造物の移動を禁止する制御を行い、
    第2の条件下では、前記可変流量ピストンに形成した貫通孔を連通し、前記軸を前記ケーシングに対して摺動自在とし、前記上部構造物の移動を自在とする制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の岸壁クレーン。
  5. 前記下部構造物が、前記上部構造物の揺動を制限するストッパーを有しており、
    このストッパーが、前記上部構造物の重心が前記下部海側脚及び下部陸側脚の外側に出ることを防止する構成を有していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の岸壁クレーン。
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