JP5781137B2

JP5781137B2 - 防波扉

Info

Publication number: JP5781137B2
Application number: JP2013206715A
Authority: JP
Inventors: 敏郎明田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-10-01
Also published as: JP2015071857A

Description

本発明は、防波堤の開口部や構造物の出入口を必要に応じて閉じることで波の浸入を防ぐ防波扉に関する。

２０１１年３月１１日の東日本大震災において、海岸近くの水門などの門扉の閉鎖作業に携わった消防団員が多数犠牲になった。日本国内に門扉は２万５０００基あり、そのほとんどが都道府県や市町村が管理し、閉鎖作業は消防団員に委託されているケースが多い。従って、門扉の閉鎖作業を行う作業者の命を守るため、水門を自動的に閉鎖させることが切望されている。

従来、例えば、特許文献１に記載の防波扉（浮体連結式フラップゲート）は、水が流入する開口部あるいは出入口を遮断すべく、高さ方向に分割した複数の扉体ブロックを、流入する水の方向に高さ方向の平面内で回転可能に連結して扉体を構成したもので、高さ方向の先端側の扉体ブロックが倒伏状態にある場合の扉体先端面と対向する位置に、水の流入方向に導水管を設けている。導水管は、流入する水を取り込み可能な開口を形成した取水部と、この取水部で取り込んだ水を扉体先端面の高さ方向上側の部分に向けて噴出可能なノズル部とを備える。従って、起立動作の遅れによる越流を防止でき、防災設備としての信頼性が向上する。

特開２０１２−１９７６１９号公報

上述したように日本国内に門扉は２万５０００基あり、これら全てを上記浮体連結式フラップゲートに置き換えることは難しい。従って、従前からある門扉に近似する構成にて門を自動的に閉鎖できる防波扉が望まれる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、門を自動的に閉鎖することのできる防波扉を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の防波扉は、鉛直方向に沿って配置された回転軸と、前記回転軸に基端が支持されて前記回転軸の廻りに回転移動することで開状態の門を閉鎖する扉体とを含み、前記門における水の流入方向の上流に前記扉体の先端を向けて配置した開状態で、前記扉体における前記門の反対側に前記扉体と所定間隔を隔てて前記扉体に沿って配置される側壁、および前記側壁に連続して前記扉体の基端側を塞ぐ閉止壁を備えることを特徴とする。

この防波扉によれば、扉体と側壁と閉止壁とで、門における水の流入方向の上流にのみ開口する空間が形成される。この空間は、津波などにより水が浸入した場合に死水域となって静水圧を生じる。一方、門には水が通過するため、水流によって静水圧から速度水頭分減圧することになる。このため、扉体は、水頭差により門側に向けて回転トルクが生じて回転移動し、門を閉鎖する。この結果、門を自動的に閉鎖することができる。

また、本発明の防波扉では、前記扉体を開状態の位置で保持する保持機構を備え、前記保持機構は、浮体により水の流入に伴って浮上して前記扉体の移動を許容することを特徴とする。

この防波扉によれば、保持機構を備えることで、扉体を開状態の位置で保持して扉体と側壁と閉止壁とで囲まれた空間を形成することができる一方、浮体により水の流入に伴って門を閉鎖する扉体の移動を許容することができる。

また、本発明の防波扉では、前記保持機構は、前記浮体の浮上を助勢する別の浮体をさらに有することを特徴とする。

この防波扉によれば、別の浮体により浮体の浮上を助勢するため、扉体の移動を許容する動作を確実に行うことができる。

また、本発明の防波扉では、前記側壁は、前記扉体の先端よりも水の流入方向の上流側に長く形成されていることを特徴とする。

この防波扉によれば、側壁が扉体の先端よりも水の流入方向の上流側に長く形成されていることで、扉体と側壁と閉止壁とで囲まれた空間に対して水の流入を案内することができる。この結果、扉体に水頭差による回転トルクを生じ易くして門を確実に閉鎖することができる。

また、本発明の防波扉では、前記扉体が片開きに構成され、前記門を閉鎖した状態の前記扉体の先端側となる前記門の開口縁に、前記側壁と向き合う対向側壁を備えることを特徴とする。

この防波扉によれば、扉体が片開きに構成され、対向側壁を備えることで、扉体を開方向（門から遠ざかる方向）に回転させるように扉体に衝突する水を遮ることができる。

また、本発明の防波扉では、前記扉体は、両開きに構成されており、前記門における水の流入方向の上流に両扉体の先端を向けて配置した開状態で、各前記扉体における前記門の反対側に各前記扉体と所定間隔を隔てて各前記扉体に沿って配置される側壁、および前記側壁に連続して各前記扉体の基端側を塞ぐ閉止壁を備えることを特徴とする。

この防波扉によれば、扉体が両開きに構成されていても、両扉体と側壁と閉止壁とで、門における水の流入方向の上流にのみ開口する空間が形成される。この空間は、津波などにより水が浸入した場合に死水域となって静水圧を生じる。一方、門には水が通過するため、水流によって静水圧から速度水頭分減圧することになる。このため、両扉体は、水頭差により門側に向けて回転トルクが生じて回転移動し、門を閉鎖する。この結果、門を自動的に閉鎖することができる。

本発明によれば、門を自動的に閉鎖することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る防波扉の斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る防波扉の斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る防波扉の平面図である。図４は、本発明の実施形態に係る防波扉における扉体の下端部拡大図である。図５は、本発明の実施形態に係る防波扉の作用を示す平面図である。図６は、本発明の実施形態に係る防波扉の作用を示す平面図である。図７は、本発明の実施形態に係る防波扉の作用を示す平面図である。図８は、本発明の実施形態に係る防波扉の保持機構を示す正面図である。図９は、本発明の実施形態に係る防波扉の保持機構を示す側面図である。図１０は、本発明の実施形態に係る防波扉の保持機構の作用を示す側面図である。図１１は、本発明の実施形態に係る防波扉の保持機構を示す側面図である。図１２は、本発明の実施形態に係る防波扉の他の形態を示す平面図である。図１３は、本発明の実施形態に係る防波扉による作用の解析結果を示す図である。図１４は、本発明の実施形態に係る防波扉による作用の解析結果を示す図である。図１５は、本発明の実施形態に係る防波扉による作用の解析結果を示す図である。図１６は、本発明の実施形態に係る防波扉の他の形態を示す平面図である。図１７は、本発明の実施形態に係る防波扉の他の形態を示す平面図である。図１８は、本発明の実施形態に係る防波扉の他の形態を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１および図２は、本実施形態に係る防波扉の斜視図であり、図３は、本実施形態に係る防波扉の平面図であり、図４は、本実施形態に係る防波扉における扉体の下端部拡大図であり、図５〜図７は、本実施形態に係る防波扉の作用を示す平面図である。

本実施形態に係る防波扉１は、図１および図２に示すように、陸地に設置された防波堤５０の門５１を開閉するものである。門５１は、防波堤５０において出入口となるもので、防波堤５０の高さによって、図１に示すように上部が塞がれた形態や、図２に示すように上部が開放された形態がある。なお、図には明示しないが、防波堤５０に限らず、門は建物の出入口となる開口部や、水路の出入口となる水門であってもよい。

防波扉１は、回転軸２と、当該回転軸２に回転可能に支持された扉体３とを含む。回転軸２は、門５１の開口側縁に設けられ、鉛直方向に沿って配置されている。本実施形態において回転軸２は、扉体３の上下位置に設けられている形態を図示しているが、扉体３の上下に連続する形態であってもよい。扉体３は、回転軸２に基端が支持されて回転軸２の廻りに回転移動可能に設けられている。また、扉体３は、図３に示すように、門５１を閉鎖する板材３ａと、当該板材３ａを補強する枠材３ｂおよび梁材３ｃとで堅牢に構成されている。そして、防波扉１は、図１〜図３に示すように、門５１における水の流入方向の上流に扉体３の先端を向けて配置することで門５１を開状態とする。一方、防波扉１は、開状態から回転軸２の廻りに扉体３が回転移動することで、図３に一点鎖線で示すように門５１を閉鎖する。また、扉体３は、図４に示すように、その下端にシール材３ｄが垂下して設けられている。シール材３ｄは、扉体３にて門５１を閉鎖する際、門５１の開口端に傾斜して迫り上がった段部５１ａに接触することで門５１の下端部を閉じる。このように、扉体３は、片開きに構成されている。

防波扉１は、図１〜図３に示すように、扉体３の開状態で、すなわち門５１における水の流入方向の上流に扉体３の先端を向けて配置した状態で、扉体３における門５１の反対側に、扉体３と所定間隔を隔てて扉体３に沿って配置される側壁４ａ、および側壁４ａに連続して扉体３の基端側を塞ぐ閉止壁４ｂを備える。図１〜図３において側壁４ａおよび閉止壁４ｂは、開状態の扉体３に沿って防波堤５０に一体に形成された壁体４により構成されている。すなわち、本実施形態の防波扉１は、扉体３と側壁４ａと閉止壁４ｂとで、門５１における水の流入方向の上流にのみ開口する空間５が形成されている。

このような防波扉１は、図５に示すように、津波などにより門５１に水が浸入した場合（矢印Ｗ）、上記空間５にも水が浸入することになる。空間５に浸入した水は、さらに浸入しようとする水の圧力により塞がれて水の流れがない（流れがあったとしても空間５内で渦状である）死水域となるために静水圧を生じる。一方、門５１には水が通過するため、水流によって静水圧から速度水頭分減圧することになる。このため、扉体３は、図６に示すように、水頭差により門５１側に向けて回転トルクが生じて回転移動し、図７に示すように門５１を閉鎖する。

すなわち、本実施形態の防波扉１において、扉体３と側壁４ａとの所定間隔は、扉体３と側壁４ａと閉止壁４ｂとで囲まれた空間５に水が浸入した場合に、死水域となるように設定される。例えば、図３に示すように、扉体３と側壁４ａとの間隔Ｗは、扉体３の厚さ以上であることが好ましく、さらに扉体３の基端から先端までの寸法Ｌに対し０．２Ｌ以上１．０Ｌ以下の範囲とすることが空間５から外に出る流れを抑制でき、死水域を得るために好ましい。

このように、本実施形態の防波扉１は、鉛直方向に沿って配置された回転軸２と、回転軸２に基端が支持されて回転軸２の廻りに回転移動することで開状態の門５１を閉鎖する扉体３とを含み、門５１における水の流入方向の上流に扉体３の先端を向けて配置した開状態で、扉体３における門５１の反対側に扉体３と所定間隔を隔てて扉体３に沿って配置される側壁４ａ、および側壁４ａに連続して扉体３の基端側を塞ぐ閉止壁４ｂを備える。

この防波扉１によれば、扉体３と側壁４ａと閉止壁４ｂとで、門５１における水の流入方向の上流にのみ開口する空間５が形成される。この空間５は、津波などにより水が浸入した場合に死水域となって静水圧を生じる。一方、門５１には水が通過するため、水流によって静水圧から速度水頭分減圧することになる。このため、扉体３は、水頭差により門５１側に向けて回転トルクが生じて回転移動し、門５１を閉鎖する。この結果、門５１を自動的に閉鎖することができる。しかも、本実施形態の防波扉１は、水頭差により扉体３を回転移動させるため、扉体３を移動させる機械的動力を必要としない。しかも、扉体３は、鉛直方向に沿って配置された回転軸２の廻りに回転移動するような既存の門扉と同等の構成であり、当該既存の門扉に対して本実施形態の防波扉１の構成を容易に適用することが可能である。

なお、扉体３と側壁４ａとは、図３に示すように平行であってもそうでなくてもよい。また、扉体３と側壁４ａとは、門５１における水の流入方向に対して平行であってもそうでなくてもよい。また、側壁４ａは、防波堤５０から突出する壁体４により形成されている形態を示しているが、壁体４を有さず、防波堤５０において門５１を構成する開口部内の壁により形成されていてもよい。また、門５１が、水路の途中の出入口となる水門である場合、側壁４ａは水路の側壁の一部として構成される。

また、本実施形態の防波扉１は、図３に示すように、扉体を開状態の位置で保持する保持機構６を備える。図８は、本実施形態に係る防波扉の保持機構を示す正面図であり、図９は、本実施形態に係る防波扉の保持機構を示す側面図であり、図１０は、本実施形態に係る防波扉の保持機構の作用を示す側面図であり、図１１は、本実施形態に係る防波扉の保持機構を示す側面図である。

図８に示すように、保持機構６は、地盤などの不動部に固定される固定部６Ａと、扉体３に取り付けられる移動部６Ｂと、扉体３の開状態において、固定部６Ａと移動部６Ｂとを連結する連結部６Ｃとを有する。固定部６Ａおよび移動部６Ｂは、上下方向に開通する係止穴６Ａａおよび６Ｂａが形成されている。これら係止穴６Ａａ，６Ｂａは、扉体３の開状態において、上下に連通する。連結部６Ｃは、固定部６Ａに形成された係止穴６Ａａ、および移動部６Ｂに形成された係止穴６Ｂａに挿入される挿入部６Ｃａを有している。挿入部６Ｃａは、楔状に形成されており、各係止穴６Ａａ，６Ｂａは、挿入部６Ｃａの楔状に対応した径に形成されている。また、連結部６Ｃは、挿入部６Ｃａの上端側に浮体６Ｃｂを有している。挿入部６Ｃａは各係止穴６Ａａ，６Ｂａからは容易に抜けないように錘（例えば、２０ｋｇ程度）として構成されているが、浮体６Ｃｂは、水に浸かった場合に挿入部６Ｃａを浮上させる浮力を有し、挿入部６Ｃａを固定部６Ａの係止穴６Ｂａから抜けるように浮上させる。

また、保持機構６は、図９および図１０に示すように、固定部６Ａに対して連結部６Ｃを抜き挿し操作する操作部６Ｄを有する。操作部６Ｄは、移動部６Ｂに取り付けられたアーム６Ｄａに対し、棒状の操作レバー６Ｄｂの中間部が軸６Ｄｃを介して回転可能に支持されている。この操作レバー６Ｄｂの一端に連結部６Ｃが軸６Ｄｄを介して取り付けられている。そして、操作レバー６Ｄｂの他端を上下に操作することで、挿入部６Ｃａが錘として構成されていても、図９に示すように固定部６Ａに対して連結部６Ｃを挿したり、図１０に示すように固定部６Ａから連結部６Ｃを抜いたりすることを容易に行うことができる。

また、保持機構６は、図１１に示すように、補助解除機構６Ｅを備えていてもよい。補助解除機構６Ｅは、扉体３に、滑車６Ｅａと、別の浮体６Ｅｂを支持しつつ上方へ別の浮体６Ｅｂの移動を許容する浮体支持部６Ｅｃと、滑車６Ｅａを介して別の浮体６Ｅｂおよび上述した操作レバー６Ｄｂの他端を繋ぐワイヤ６Ｅｄと、を有する。つまり、補助解除機構６Ｅは、別の浮体６Ｅｂが水の流入に伴って浮上することで、ワイヤ６Ｅｄを引き、このワイヤ６Ｅｄが操作レバー６Ｄｂの他端を下方に引くことから、図１０に示すように固定部６Ａから連結部６Ｃを抜くことを補助することができる。

このように、本実施形態の防波扉１は、扉体３を開状態の位置で保持する保持機構６を備え、保持機構６は、浮体６Ｃｂにより水の流入に伴って浮上して扉体３の移動を許容する。

この防波扉１によれば、保持機構６を備えることで、扉体３を開状態の位置で保持して扉体３と側壁４ａと閉止壁４ｂとで囲まれた空間５を形成することができる一方、浮体６Ｃｂ，６Ｅｂにより水の流入に伴って門５１を閉鎖する扉体３の移動を許容することができる。

特に、この防波扉１は、補助解除機構６Ｅの別の浮体６Ｅｂにより浮体６Ｃｂの浮上を助勢するため、扉体３の移動を許容する動作を確実に行うことができる。

なお、防波扉１が水路の水門に適用される場合、浮体６Ｃｂ，６Ｅｂの高さ位置が水路の水面よりも上方であって、かつ高潮時の水面よりも上方に設ける。

また、本実施形態の防波扉１は、図３に示すように、側壁４ａは、扉体３の先端よりも水の流入方向の上流側に長く形成されていることが好ましい。

この防波扉１によれば、側壁４ａが扉体３の先端よりも水の流入方向の上流側に長く形成されていることで、扉体３と側壁４ａと閉止壁４ｂとで囲まれた空間５に対して水の流入を案内することができる。この結果、扉体３に水頭差による回転トルクを生じ易くして門５１を確実に閉鎖することができる。

図１２は、本実施形態に係る防波扉の他の形態を示す平面図である。上述したように防波扉１は、扉体３が片開きに構成されている。そして、図１２に示すように、防波扉１は、門５１を閉鎖した状態の扉体３の先端側となる門５１の開口側縁近傍に、側壁４ａと向き合う対向側壁７ａを備える。

対向側壁７ａは、図１２に示すように、側壁４ａをなす壁体４と門５１を間において対向配置された対向壁７により構成されている。この対向側壁７ａは、側壁４ａに対して図１２に示すように平行あってもそうでなくてもよい。また、対向側壁７ａは、門５１における水の流入方向に対して平行であってもそうでなくてもよい。

この防波扉１によれば、扉体３が片開きに構成され、対向側壁７ａを備えることで、扉体３を開方向（門５１から遠ざかる方向）に回転させるように扉体３に衝突する水を遮ることができる。

なお、対向側壁７ａをなす対向壁７は、水の流入方向の上流側に延在しているが、壁体４よりも長くなると、壁体４側から流入する水を反射させて扉体３に衝突させるおそれがあることから、壁体４と同等の長さで水の流入方向の上流側に延在して設けられていることが好ましい。

図１３〜図１５は、本実施形態に係る防波扉による作用の解析結果を示す図である。図１３〜図１５において、横軸は、水が門５１に向かって流入する時間を示す。また、図１３〜図１５において、縦軸は、扉体３に係る回転モーメント（荷重）を示し、実線は扉体３を閉方向（門５１に近づく方向）に回転させる回転モーメントを示し、破線は扉体３を開方向（門５１から遠ざかる方向）に回転させる回転モーメントを示す。また、本解析においては、図１２において、門５１の開口を縦４ｍ×横４ｍの矩形状とし、この門５１を閉鎖する扉体３の重さを７ｔｏｎとしている。

図１３は、図１２において扉体３が開状態（閉状態から９０度開いた状態）の場合に扉体３と平行な矢印Ａ方向から水が流入した場合の解析結果である。図１３に示すように、扉体３と平行に水が流入した場合は、門５１への水の流入と、扉体３と側壁４ａと閉止壁４ｂとで囲まれた空間５への水の流入とが同時に行われることから、常に実線の扉体３を閉方向（門５１に近づく方向）に回転させる回転モーメントが大きくなる。このため、扉体３が閉方向に回転移動することになる。

図１４は、図１２において扉体３が開状態から２０度閉方向に回転移動した状態での解析結果である。図１４に示すように、扉体３が開状態から２０度閉方向に回転移動した状態では、実線の扉体３を閉方向（門５１に近づく方向）に回転させる回転モーメントがさらに大きくなる。このため、扉体３が閉方向にさらに回転移動することになる。

図１５は、図１２において扉体３が開状態（閉状態から９０度開いた状態）の場合に矢印Ａ方向に対して対向側壁７ａ側から４５度傾いた矢印Ｂ方向、すなわち扉体３を開方向に回転させる方向に水が流入した場合の解析結果である。図１５に示すように、扉体３を開方向に回転させる方向に水が流入した場合は、当初は、扉体３を開方向（門５１から遠ざかる方向）に回転させるように扉体３に水が衝突することになり、破線の扉体３を開方向（門５１から遠ざかる方向）に回転させる回転モーメントが大きいが、その後、扉体３と側壁４ａと閉止壁４ｂとで囲まれた空間５への水の流入により、実線の扉体３を閉方向（門５１に近づく方向）に回転させる回転モーメントが大きくなる。このため、扉体３が閉方向に回転移動することになる。この場合、対向側壁７ａが設けてあることから、扉体３を開方向（門５１から遠ざかる方向）に回転させるように扉体３に水が衝突する事態を抑制する。

なお、上記解析は、扉体３全体が水面下になる場合としている。これに限らず、扉体３を閉鎖させる回転モーメントは、扉体３全体が水面下にならなくても生じる。

図１６は、本実施形態に係る防波扉の他の形態を示す平面図であり、図１７は、本実施形態に係る防波扉の他の形態を示す平面図であり、図１８は、本実施形態に係る防波扉の他の形態を示す斜視図である。

図１６〜図１８に示す防波扉１は、扉体３が両開きに構成されている。つまり、片開きの上述した扉体３が門５１を間に対向して設けられ、それぞれ門５１の反対側に側壁４ａおよび閉止壁４ｂを備えている。このように、扉体３を両開きとしても、門５１を自動的に閉鎖することができる。

なお、図１７および図１８に示す防波扉１では、門５１は、上方が開放して構成された形態であり、扉体３の上端側を支える構成がない。このような場合、図１６に示すように、両開きの各扉体３が閉状態で直線上に配置されると、水圧により扉体３が押されて破損するおそれがある。このため、図１７および図１８に示す防波扉１では、扉体３は、水の流入方向となる外面が側壁４ａに向けて傾斜するように互いの先端を突き合わせた状態で門５１を閉鎖するように構成されている。また、図１７および図１８に示す防波扉１は、扉体３の下端部に、各扉体３の互いの先端を突き合わせた閉状態を保持する突き当て（図示せず）が設けられている。このような防波扉１によれば、扉体３の上端側に支える構成がない場合に、水圧により扉体３が押されても、各扉体３が相互の突き合わせにより水圧を支えるように作用するため、破損を防ぐことができる。

１防波扉
２回転軸
３扉体
４ａ側壁
４ｂ閉止壁
５空間
６保持機構
６Ｃｂ浮体
６Ｅｂ別の浮体
７ａ対向側壁
５１門

Claims

鉛直方向に沿って配置された回転軸と、前記回転軸に基端が支持されて前記回転軸の廻りに回転移動することで開状態の門を閉鎖する扉体とを含み、前記門における水の流入方向の上流に前記扉体の先端を向けて配置した開状態で、前記扉体における前記門の反対側に前記扉体と所定間隔を隔てて前記扉体に沿って配置される側壁、および前記側壁に連続して前記扉体の基端側を塞ぐ閉止壁を備えており、
前記扉体を開状態の位置で保持する保持機構を備え、前記保持機構は、浮体により水の流入に伴って浮上して前記扉体の移動を許容することを特徴とする防波扉。
前記保持機構は、前記浮体の浮上を助勢する別の浮体をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の防波扉。
前記側壁は、前記扉体の先端よりも水の流入方向の上流側に長く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の防波扉。
前記扉体が片開きに構成され、前記門を閉鎖した状態の前記扉体の先端側となる前記門の開口縁に、前記側壁と向き合う対向側壁を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の防波扉。
前記扉体は、両開きに構成されており、前記門における水の流入方向の上流に両扉体の先端を向けて配置した開状態で、各前記扉体における前記門の反対側に各前記扉体と所定間隔を隔てて各前記扉体に沿って配置される側壁、および前記側壁に連続して各前記扉体の基端側を塞ぐ閉止壁を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の防波扉。