JP5571411B2

JP5571411B2 - 制振ケーブル

Info

Publication number: JP5571411B2
Application number: JP2010037411A
Authority: JP
Inventors: 知己八木; 博通白土; 一平榊; 弘頃安
Original assignee: Kyoto University; Shinko Wire Co Ltd
Current assignee: Kyoto University; Kobelco Wire Co Ltd
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: JP2011174243A

Description

本発明は、例えば斜張橋等の吊構造物に用いられる制振ケーブルに関する。

従来、斜張橋等の吊構造物に用いられる制振ケーブルとして、風雨によって振動しないように制振対策が施されたものが知られている。制振対策として、制振ケーブルの表面形状に着目したものがある（例えば特許文献１）。

特許文献１では、複数の鋼線を束ねてなる芯材と、芯材を被覆する被覆層とからなる制振ケーブルにヘリカルロープを螺旋状に巻き付けている。これにより、制振ケーブルの表面形状は、平滑な表面形状から、螺旋状の突起が存在する表面形状となる。そのような表面形状を制振ケーブルに付与することで、制振効果を付加している。

特開２００６−１４４３６１号公報

しかしながら、特許文献１は、制振対策を講じることを目的としているものの、制振ケーブルに作用する風荷重に対する対策について開示していない。特に、斜張橋等の吊構造物の長大化に伴って制振ケーブルが長尺化したり大径化したりすると、制振ケーブルに作用する風荷重は増大し、その結果、塔や桁への負荷が増大する。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、振動の抑制に加えて、風荷重を低減することが可能な制振ケーブルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る制振ケーブルは、複数の鋼線を束ねてなる芯材と、前記芯材の外周側に設けられた被覆層とを含むケーブル本体と、前記被覆層の外周面に形成され、前記芯材に螺旋状に延びる螺旋突起とを含み、前記螺旋突起が前記外周面を１周するときに前記芯材の軸方向に進む軸方向距離が、前記ケーブル本体の外径の３倍〜６倍の範囲内に設定されるとともに、前記螺旋突起の前記外周面からの高さが、前記ケーブル本体の外径の１％〜５％の範囲内に設定されて、風荷重の低減が図られ、前記被覆層は、内周面が全周に亘って前記芯材に接触しない程度の内径を有し、前記芯材は、管状に成形された前記被覆層内に挿入されている。

本発明に係る制振ケーブルによれば、螺旋突起がケーブル本体の外周面を１周するときに芯材の軸方向に進む軸方向距離が、ケーブル本体の外径の３倍〜６倍の範囲内に設定されているので、制振ケーブルに作用する風荷重を低減することができる。しかも、被覆層を芯材の外周側に直接施す構成と異なり、ケーブル本体の外径を大きくすることで、芯材と管との間に隙間を設けた構成とすることができる。これにより、例えば架設現地において後工程での芯材挿入をすることが可能となる。この場合においても、螺旋突起の前記軸方向距離を上記のように設定することで、風荷重の低減を実現することができる。
しかも、螺旋突起の被覆層外周面からの高さが、ケーブル本体の外径の１％〜５％の範囲内に設定されているので、前記外周面上に水路が形成されることを抑制できる。これにより、水路形成に起因するレインバイブレーションの発生を抑制することができる。したがって、風荷重の低減およびレインバイブレーション発生の抑制の両方を実現することができる。

本発明の他の好ましい実施形態では、前記螺旋突起の本数は、２本〜１５本に設定されている。

螺旋ピッチを設定したうえで、螺旋突起の本数を２本〜１５本の範囲内で適宜設定することにより、制振ケーブルに作用する風荷重をさらに効果的に低減することができる。

本発明のさらに他の好ましい実施形態では、前記螺旋突起は前記被覆層に一体的に形成されている。

この構成によれば、螺旋突起は被覆層に一体的に形成されているので、螺旋突起を被覆上に形成するための工程を別途必要としない。

本発明に係る制振ケーブルによれば、振動の抑制に加えて、風荷重を低減することが可能である。

制振ケーブルの側面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図であり、制振ケーブルの内部構成を示す。他の構成の制振ケーブルの側面図である。図３のＩＶ―ＩＶ線に沿って切断した断面図である。参考形態に係る制振ケーブルの参考例の抗力係数測定試験の結果を示す図である。参考形態に係る制振ケーブルの参考例の抗力係数測定試験の結果を示す図である。参考形態に係る制振ケーブルの参考例の抗力係数測定試験の結果を示す図である。比較例の抗力係数測定試験の結果を示す図である。制振ケーブルの断面図であり、被覆層の変形例を示す。制振ケーブルの断面図であり、被覆層の変形例を示す。制振ケーブルの断面図であり、被覆層の変形例を示す。

以下、本発明の実施形態に係る制振ケーブルについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本参考形態に係る制振ケーブルの側面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図であり、制振ケーブルの内部構成を示す。制振ケーブル１は、例えば斜張橋等の吊構造物に用いられるものであって、ケーブル本体２と、螺旋突起３とを含む。

ケーブル本体２は、複数の鋼線４を束ねてなる芯材５と、芯材５の外周側に設けられた被覆層６とを有する。また、ケーブル本体２は、断面が円形であり、所定の外径Ｄを有する。

鋼線４は、例えばＰＣ鋼線、亜鉛めっき鋼線、ＰＣ鋼より線、亜鉛めっきＰＣ鋼より線であり、互いに平行に束ねられることで芯材５を構成している。なお、芯材５は、鋼線４にわずかな撚りを加えて束ねることで構成してもよい。

被覆層６は、例えば樹脂製であり、芯材５の外周部に直接密着した状態で施されている。被覆層６は、例えば、溶融した樹脂で芯材５の外周部を覆うことにより形成される。被覆層６をこのように形成することで、ケーブル本体２の外径Ｄを抑えることができる。

螺旋突起３は、被覆層６の外周面７に形成され、芯材５の軸方向に螺旋状に延びるものである。螺旋突起３の本数は、１本〜１５本に設定されている。図１に示す形態では、１２本の螺旋突起３が被覆層６の外周面７に互いに等間隔で形成されている。図２に示す断面形状で見ると、１２個の凸部（螺旋突起３）がケーブル本体２の周方向に互いに等間隔（この場合、３０°間隔）で並んでいる。

１本の螺旋突起３が被覆層６の外周面７を１周するときに芯材５の軸方向に進む軸方向距離Ｐ、言い換えれば、１本の螺旋突起３におけるある位置と、その位置から螺旋突起３が被覆層６の外周面７を１周して到達する位置との間の距離Ｐは、ケーブル本体２の外径Ｄの２倍〜１０倍の範囲（つまり、２Ｄ〜１０Ｄの範囲）のうちのいずれかの値に設定されている。

また、各螺旋突起３の被覆層外周面７からの高さＨは、ケーブル本体２の外径Ｄの１％〜５％の範囲のうちのいずれかの値に設定されている。さらに、ケーブル本体２の周方向における各螺旋突起３の周方向幅Ｗは、高さＨの１倍〜３倍に設定されている。

図３は、螺旋突起３の本数を変えた形態の制振ケーブルの側面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線にそって切断した断面図である。図３に示す形態では、２本の螺旋突起３が被覆層６の外周面７に互いに等間隔で形成されている。図４に示す断面形状で見ると、２個の凸部（螺旋突起３）がケーブル本体２の周方向に互いに１８０°離間している。図３および図４に示す形態の制振ケーブル１においても、軸方向距離Ｐは、ケーブル本体２の外径Ｄの２倍〜１０倍の範囲内に設定され、螺旋突起３の高さＨは、外径Ｄの１％〜５％の範囲内に設定され、周方向幅Ｗは、高さＨの１倍〜３倍に設定されている。

図１、図２に示す形態の制振ケーブル１および図３、図４に示す形態の制振ケーブル１において、螺旋突起３は、好ましくは被覆層６に一体的に形成されている。螺旋突起３と被覆層６とを一体的に形成することで、螺旋突起３を被覆層６に取り付けるための工程を省くことができる。

本参考形態に係る上記構成の制振ケーブル１によれば、各螺旋突起３の軸方向距離Ｐは、ケーブル本体２の外径の２倍〜１０倍の範囲内に設定されているので、制振ケーブル１に作用する風荷重を低減することができる。これにより、制振ケーブル１が斜張橋等の吊構造物に用いられた場合、塔や桁への負荷が低減される。各螺旋突起３の軸方向距離Ｐは、好ましくは、ケーブル本体２の外径Ｄの３倍〜６倍の範囲内に設定される。

また、本参考形態では、各螺旋突起３の軸方向距離Ｐを上記のように設定したうえで、螺旋突起３の本数を２本〜１５本の範囲内に設定しているので、制振ケーブル１に作用する風荷重をさらに低減することができる。

さらに、本参考形態では、螺旋突起３の高さＨは、ケーブル本体２の外径Ｄの１％〜５％の範囲内に設定されているので、被覆層６の外周面７上に水路が形成されることを抑制できる。これにより、水路形成に起因するレインバイブレーションの発生を抑制することができる。また、螺旋突起３の高さＨがケーブル本体２の外径Ｄの５％を超えていると、螺旋突起３の存在により制振ケーブル１に作用する風荷重が増大するおそれがあるが、本参考形態では、螺旋突起３の高さＨはケーブル本体２の外径Ｄの５％以内に設定されているので、螺旋突起３は、上記した風荷重の低減の妨げになるものではない。つまり、螺旋突起３の高さＨは、レインバイブレーションの発生を抑制することができると共に、風荷重の低減を実現できる数値範囲に設定されている。このように、制振ケーブル１は、風荷重の低減およびレインバイブレーション発生の抑制の両方を実現するものである。

次に、本参考形態に係る制振ケーブル１を用いて行った抗力係数測定試験について説明する。抗力係数測定試験では、風洞を用いて制振ケーブル１の抗力を測定し、その測定値から抗力係数を算出した。試験対象として、参考例１〜３および比較例１が用いられた。参考例１〜３および比較例１において設定された、螺旋突起３の軸方向距離Ｐ、Ｐ／Ｄ比（軸方向距離Ｐのケーブル本体２の外径Ｄに対する比）、螺旋突起３の本数、螺旋突起３の高さＨ、Ｈ／Ｄ比（高さＨの外径Ｄに対する比）、および螺旋突起３の周方向幅Ｗを表１に示す。なお、ケーブル本体２の外径Ｄは、参考例１〜３および比較例１において１５６ｍｍに設定された。また、風洞内では４ｍ／ｓｅｃ〜２５ｍ／ｓｅｃ程度の風速で抗力の測定を行った。

参考例１の結果を図５に、参考例２の結果を図６に、参考例３の結果を図７に、比較例１の結果を図８に示す。なお、図５〜図８では、縦軸が抗力係数を示し、横軸が風速を示す。

図５に示すように、参考例１では、抗力係数は風速の計測域全体にわたって０．８よりも小さな値であった。また、図６に示すように、参考例２では、抗力係数は風速が大きくなるにつれて低下した。抗力係数は計測域の大部分にわたって１．０よりも小さな値であった。また、図７に示すように、参考例３では、抗力係数は風速が大きくなるにつれて低下する傾向を示した。抗力係数は計測域全体にわたって１．０よりも小さな値であった。

一方、図８に示すように、比較例１では、抗力係数は計測域（４〜２３ｍ／ｓｅｃ）全体にわたって低下せず、計測域全体にわたって約１．２という高い値を示した。

このように、螺旋突起３の軸方向距離Ｐをケーブル本体２の外径Ｄの２倍〜１０倍の範囲内に設定することで、つまり、軸方向距離Ｐを２Ｄ〜１０Ｄの範囲内、特に３Ｄ〜６Ｄの範囲内に設定することで、制振ケーブル１に作用する風荷重の低減を実現できることが確認された。

次に、参考例１〜参考例３間の比較を、図５〜図７に加え、以下の表２を参照しながら行う。表２は、参考例１〜３および比較例１における風速約２２ｍ／ｓｅｃ時の抗力係数を示す。

参考例１および参考例３は、軸方向距離ＰおよびＰ／Ｄ比を除き、他のパラメータは同一であったが、参考例１の抗力係数は、計測域全体にわたって参考例３の抗力係数よりも小さい値であった。特に、制振ケーブル１に大きな風荷重が作用する高風速領域である風速約２２ｍ／ｓｅｃ時では、参考例１の抗力係数は、参考例３の抗力係数よりも約０．２小さかった。この結果から、螺旋突起３の軸方向距離Ｐを小さくすることで、つまりＰ／Ｄ比を小さくすることで、風荷重の低減を一層図れることが確認された。

また、参考例１および参考例２は、軸方向距離ＰおよびＰ／Ｄ比が同一に設定されていたが、参考例１の抗力係数は、計測域全体にわたって参考例２の抗力係数よりも小さい値であった。特に、制振ケーブル１に大きな風荷重が作用する高風速領域である風速約２２ｍ／ｓｅｃ時では、参考例１の抗力係数は、参考例２の抗力係数よりも約０．２小さかった。この結果から、螺旋突起３の本数を多くすることで、風荷重の低減を一層図れることが確認された。

また、抗力係数測定試験と併せて水路形成状況確認試験が行われた。水路形成状況確認試験では、上記の参考例１〜３を用い、参考例１〜３の各制振ケーブル１を傾斜させて設置した状態において、各制振ケーブル１に風と雨が作用する状況を模擬し、各制振ケーブル１の表面（つまり被覆層６の外周面７）に水路が形成されたか否かについて目視で観察した。

観察の結果、参考例１〜３のいずれにもおいても水路の形成が抑制されていることが確認された。特に、高さＨが５．０ｍｍに設定された参考例１および３のほうが、高さが２．０ｍｍに設定された参考例２よりも水路の形成が抑制されていた。この結果から、Ｈ／Ｄ比を１％〜５％の範囲内で設定することが、水路形成の抑制、ひいてはレインバイブレーションの抑制に有効であることが確認された。

以上の抗力係数測定試験および水路形成状況確認試験から明らかなように、本参考形態に係る制振ケーブル１は、風荷重の低減およびレインバイブレーションの抑制の両方に有効であることが確認された。

以上説明した本参考形態に係る制振ケーブル１は、被覆層６が一重構造のものにつき説明したが、被覆層６は、図９に示すように２重構造としてもよい。具体的には、被覆層６を、芯材５の外周部に直接密着した状態で施された内側層８と、内側層８の外周面７に直接施された外側層９とから構成してもよい。この構成によれば、外側層９が損傷しても、内側層８によって鋼線４の防食を図ることができる。

本発明の実施形態では、被覆層６を芯材５の外周部に直接施す構成に代えて、図１０に示すように、被覆層として、管状に成形された外套管１１が用いられる。この場合、螺旋突起３は外套管１１の外周面に一体的に形成されると共に、芯材５は、施工現場等で外套管１１内に挿入することも可能となる。外套管１１は、樹脂製であっても、金属性であってもよい。外套管１１を用いた場合、ケーブル本体２の外径Ｄを大きくすることで、施工現場で後から芯材５を外套管１１内に挿入することも出来る。このように、被覆層として、外套管１１を用いた場合であっても、上記のように、Ｐ／Ｄ比、螺旋突起３の本数、Ｈ／Ｄ比を適宜設定することで、風荷重の低減およびレインバイブレーションの抑制の両方を実現できる。

さらに、外套管１１を、図１１に示すように２重構造としてもよい。具体的には、外套管１１を、芯材５が挿入された状態で芯材５の外周部を囲む内側管体１２と、内側管体１２の外周面７に取り付けられた外側管体１３とから構成してもよい。この構成によれば、外側管体１３が損傷しても、内側管体１２によって鋼線４の防食を図ることができる。

１制振ケーブル
２ケーブル本体
３螺旋突起
４鋼線
５芯材
６被覆層
７外周面
Ｄケーブル本体の外径
Ｈ螺旋突起の高さ
Ｗ螺旋突起の周方向幅

Claims

複数の鋼線を束ねてなる芯材と、前記芯材の外周側に設けられた被覆層とを含むケーブル本体と、
前記被覆層の外周面に形成され、前記芯材に螺旋状に延びる螺旋突起と、
を備え、
前記螺旋突起が前記外周面を１周するときに前記芯材の軸方向に進む軸方向距離が、前記ケーブル本体の外径の３倍〜６倍の範囲内に設定されるとともに、前記螺旋突起の前記外周面からの高さが、前記ケーブル本体の外径の１％〜５％の範囲内に設定されて、風荷重の低減が図られ、
前記被覆層は、内周面が全周に亘って前記芯材に接触しない程度の内径を有し、前記芯材は、管状に成形された前記被覆層内に挿入されている制振ケーブル。
請求項１に記載の制振ケーブルにおいて、前記螺旋突起の本数は、２本〜１５本に設定されている制振ケーブル。
請求項１又は２に記載の制振ケーブルにおいて、前記螺旋突起は前記被覆層に一体的に形成されている制振ケーブル。