JP6461699B2

JP6461699B2 - 浮体式フラップゲート

Info

Publication number: JP6461699B2
Application number: JP2015091293A
Authority: JP
Inventors: 俊明森井; 京一仲保; 訓兄宮本; 雄一郎木村
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: WO2016174919A1; TW201638433A; JP2016205077A

Description

本発明は、開口の広い建物や地下空間、或いは、陸閘門や滑走路の端部、さらには護岸・堤防のように景観上常時嵩上げのできない、或いは景観上常時嵩上げをしたくない箇所に、増水した水が流れ込まないように、扉体を浮上させて増水した水の流入を阻止する浮体式フラップゲートに関するものである。

例えば、増水時に、増水した水が建物や地下空間に流れ込まないように、流入しようとする水の浮力を利用して扉体を浮上させ、防波堤や防潮壁の開口部を遮断する浮体式フラップゲートがある（例えば特許文献１，２）。

特許文献１，２では、流入初期に扉体の浮上動作が遅れて生活空間や地下空間へ越流することがなく、また、水位低下時にも倒伏がし難くならず、かつ急激に倒伏することもないようにする、扉体の開閉補助機構を備えたものが開示されている。

この特許文献１，２で開示された扉体の開閉補助機構は、ロープの一端を扉体の先端部に、他端は定滑車を介してカウンタウエイト又はばねに取付け、起立又は倒伏途中でカウンタウエイトが最下点又はばねが自然長となるように前記定滑車を設置した構成である。

ところで、特許文献１では、前記扉体の開閉補助機構を、倒伏した扉体の側部に設置された戸当りの内部に設けている。また、特許文献２では、倒伏した扉体の先端面両側のロープ取付け部と相対する位置に設けた収納体の内部に設けている。

特許文献１，２に開示された扉体の開閉補助機構は、扉体の両側部から扉体の開閉を補助するものであるので、扉体の幅（径間）が長くなると扉体の開閉を補助することが困難になることから径間には限界があった。

従って、径間が長くなると扉体の幅方向中間部にも戸当りや収納体等の地上構造物を設ける必要があるが、その中間部に地上構造物を設けることができない、或いはその中間部に地上構造物を設けたくない用途においては、対応することができない。

特開２０１２−２４１４４９号公報特開２０１４−１１８７７４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、浮体式フラップゲートの扉体の開閉補助機構を扉体側部の地上構造物に設ける場合、径間が長くなると扉体の幅方向中間部にも地上構造物を設ける必要があるので、中間部に地上構造物を設けることができない場合は対応することができないという点である。

本発明は、浮体式フラップゲートの扉体の開閉補助機構を、滑走路の端部のように径間が長く、その中間部に地上構造物を設けることができない場合であっても設置できるようにすることを目的としてなされたものである。

本発明は、
増水時に、増水した水の流入を阻止すべく、前記流入する水の方向に高さ方向の平面内で扉体の先端側が基端側の回転軸を支点とする起立揺動が可能なように構成した浮体式フラップゲートであって、
倒伏状態にある扉体の裏面に一端を固定したロープの他端を、倒伏した扉体を格納する格納空間の、前記扉体の先端部側に形成した地下スペースの内部に配置した各２個の定滑車と動滑車を介して案内して前記地下スペースの天井部に固定し、前記ロープを案内する第２の動滑車を取り付けたカウンタウエイトの昇降により、第１の動滑車を取り付けたプッシュアップロッドを昇降させて起立初期の扉体の先端側の押し上げと倒伏終期の急激な倒伏の抑制を行うとともに、前記ロープに作用する張力により、起立終期の衝撃吸収と倒伏初期の水位追従を行う扉体の開閉補助機構を有することを最も主要な特徴としている。

上記の本発明では、扉体の開閉補助機構を、倒伏した扉体を格納する格納空間の、扉体の先端部側に形成した地下スペース内に設置するので、滑走路の端部のように径間が長く、その中間部に地上構造物を設けることができない場合であっても設置することができる。

本発明では、扉体の開閉補助機構により、扉体の起立初期の起立補助、起立終期の衝撃吸収、倒伏初期の水位追従、倒伏終期の倒伏抑制が可能になる。従って、流入初期の越流防止や起立完了時の衝撃を緩和できると共に、倒伏初期には水位ヘの追従性が良くなり、倒伏完了前の急激な倒伏がなくなる。

また、本発明では、扉体の開閉補助機構を、倒伏した扉体を格納する格納空間の、扉体の先端部側に形成した地下スペース内に設置するので、径間が長い扉体の中間部に地上構造物を設けることができない場合であっても設置することができる。

本発明の浮体式フラップゲートの概略構成図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は正面から見た図である。本発明の浮体式フラップゲートを平面から見た概略構成図である。扉体の開閉補助機構を構成する滑車群の第１の動滑車を支持するプッシュアップロッドを説明する図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は正面から見た図である。起立初期における扉体の開閉補助機構について説明する図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は正面から見た図である。起立中期における図４と同様の図である。起立終期における図４と同様の図である。倒伏初期における図４と同様の図である。倒伏中期における図４と同様の図である。倒伏終期における図４と同様の図である。扉体の開閉補助機構を構成する滑車群の第１の動滑車を支持するプッシュロッドの上限ストロークの設定について説明する図である。扉体の開閉補助機構を構成するカウンタウエイトの重量の設定について説明する図である。

本発明は、径間が長い扉体の中間部に地上構造物を設けることができない場合であっても設置することができるようにするという目的を、扉体の開閉補助機構を、倒伏した扉体を格納する格納空間の、扉体の先端部側に形成した地下スペース内に設置することで実現した。

本発明を実施するための形態を、図１〜図１１を用いて詳細に説明する。
図１〜図３は本発明の浮体式フラップゲートの概略構成を示した図である。

図１〜図３において、１は例えば防波堤や防潮壁に設けた開口部の路面rsに設置される本発明の浮体式フラップゲートである。この浮体式フラップゲート１は、海洋（或いは河川）から生活空間や地下空間に水ｗが流入しようとする際、流入する水ｗの水圧を利用して、基端側２ａの回転軸２ｃを支点として扉体２の先端側２ｂを起立揺動させて前記開口部を水密状態に遮断するものである。

本発明の浮体式フラップゲート１は、図１（ａ）に示すように、倒伏状態にある扉体２の裏面２ｄにワイヤロープ４の一端を取付けている。この扉体２の裏面２ｄへのワイヤロープ４の取付け例として、図１及び図２に示した例では、扉体２の裏面２ｄの例えば扉体２の高さ方向中間部の両側にブラケット３を取付け、これらブラケット３にワイヤロープ４の一端を取付けている。このワイヤロープ４の他端は、倒伏した扉体２の先端側２ｂの、前記ブラケット３と相対する位置の扉体２の格納空間５に形成した地下スペース５ａに引き込まれている。

前記地下スペース５ａの内部には、例えばカウンタウエイト６と、カウンタウエイトの上面の両側に設けた圧縮ばね１０と、各２個の定滑車７ａ，７ｂ及び動滑車８ａ，８ｂからなる滑車群が関連配置されている。そして、前記引き込まれたワイヤロープ４の他端を、この滑車群を介してカウンタウエイト６の上方に案内し、当該位置の地下スペース５ａの天井部に固定することで、扉体２の幅より若干狭い幅のカウンタウエイト６を吊り下げている。

前記滑車群のうち第１の定滑車７ａは、地下スペース５ａのワイヤロープ４の引込み部に、第２の定滑車７ｂは、カウンタウエイト６の吊下げ位置上部の地下スペース５ａの天井部に、それぞれ設けている。

一方、第１の動滑車８ａは、前記第１の定滑車７ａと第２の定滑車７ｂの間で昇降移動するプッシュアップロッド９の下端に回転自在に取り付けている。また、第２の動滑車８ｂは、カウンタウエイト６に取り付けている。

なお、前記プッシュアップロッド９の昇降移動時、倒伏状態の扉体２の先端側２ｂ及び基端側２ａの方向への移動は、上部と下部のガイドローラ９ａ，９ｂによって規制されている。また、扉体２の幅方向への移動は、上下のサイドローラ９ｃ、９ｄによって規制されている。また、このプッシュアップロッド９の上下方向の昇降移動は、上限ストッパ９ｅと下限ストッパ９ｆによって規制され、上端には押し上げローラ９ｇを取り付けている。

地下スペース５ａの内部に関連配置された、上記構成の第１、第２の定滑車７ａ，７ｂ、第１、第２の動滑車８ａ，８ｂ、カウンタウエイト６、プッシュアップロッド９からなる扉体２の開閉補助機構を備えた本発明の浮体式フラップゲート１は、扉体２の起立時、及び扉体２の倒伏時は、以下に説明するような作用を奏する。

（扉体２の起立初期：図４）
浸水が所定の水位に達したことにより扉体２に作用する浮力及びカウンタウエイト６により作用しているプッシュアップロッド９の押し上げ力による起立方向の旋回力が扉体２の重量Ｆｍによる倒伏方向の旋回力より大きくなると扉体２は浮上を開始する。

（扉体２の起立中期：図５）
プッシュアップロッド９が上昇限に到達した後は、扉体２の裏面２ｄの没水部に作用する水圧Ｆｗによる起立方向の旋回力が、扉体２の重量Ｆｍとカウンタウエイト６によってワイヤロープ４に発生する張力Ｆｔによる倒伏方向の旋回力に勝って、扉体２は起立方向に旋回して起立する。

（扉体２の起立終期：図６）
扉体２が起立限の近くまで起立した時には、カウンタウエイト６は上昇限位置近傍まで移動しており、圧縮ばね１０が圧縮される。従って、カウンタウエイト６の重量Ｗと圧縮ばね１０の圧縮力によってワイヤロープ４に発生する張力Ｆｔが、扉体２の起立方向の旋回の制動力として倒伏方向に作用する。

（扉体２の倒伏初期：図７）
水位の低下により、扉体２の裏面２ｄの没水部に作用する水圧Ｆｗによる起立方向の旋回力が減少すると、扉体２の重量Ｆｍとカウンタウエイト６によってワイヤロープ４に発生する張力Ｆｔによる倒伏方向の旋回力と釣り合う位置まで倒伏方向に旋回する。なお、起立上限付近では、ワイヤロープ４に発生する張力Ｆｔには圧縮ばね力も加わる。

（扉体２の倒伏中期：図８）
扉体２の重量Ｆｍとカウンタウエイト６によってワイヤロープ４に発生する張力Ｆｔによる倒伏方向の旋回力と、扉体２の裏面２ｄの没水部に作用する水圧Ｆｗによる起立方向の旋回力がバランスしながら倒伏方向に旋回する。扉体２の倒伏により、扉体２の重量Ｆｍによる倒伏方向の旋回力が増大するが、扉体２の裏面２ｄにプッシュアップロッド９が当接した後は、プッシュアップロッド９の押し上げ力による起立方向の旋回力により倒伏動作は減速する。

（扉体２の倒伏終期：図９）
水位の低下により扉体２の裏面２ｄの没水部に作用する水圧Ｆｗによる浮上力がなくなると、扉体２の重量Ｆｍによる倒伏方向の旋回力により扉体２は格納空間５に着床する。この時、カウンタウエイト６によるプッシュアップロッド９の押し上げ力は、扉体２の重量Ｆｍによる倒伏方向の旋回力に勝るほどの起立方向の旋回力はないものの、プッシュアップロッド９の押し上げ力により着床時の衝撃は緩和される。

（プッシュアップロッド９の昇降移動の上限ストロークＳｔの設定：図１０）
起立初期、倒伏終期に上記作用を奏するため、プッシュアップロッド９の昇降移動の上限ストロークＳｔ、すなわち当該上限ストロークＳｔとなる扉体２の起立角度θは、以下のように設定する。

図１０に示すように、扉体２の高さ方向の長さをＬ、扉体２の厚さをＤ、プッシュアップロッド９による上昇力の作用位置（扉体２の回転軸２ｃからの距離）をＬｐとすると、プッシュアップロッド９の昇降移動の上限ストロークＳｔは、下記(1)式で求めることができる。
Ｓｔ＝（Ｌｐ−Ｄ・sinθ）tanθ＋Ｄ（１−cosθ）…(1)

プッシュアップロッド９の上限ストロークＳｔにおける扉体２の先端標高Ｈ（＝Ｌ・sinθ＋Ｄ）の４／５の水深ｈの時に、下記(2)式のように、扉体２の裏面２ｄに作用する水圧Ｆｗにより発生する起立方向の旋回力（＝Ｆｗ×Ｌｗ）が、扉体２の重量Ｆｍ及びワイヤロープ４の張力Ｆｔにより発生する倒伏方向の旋回力（＝Ｆｍ×Ｌｍ＋Ｆｔ×Ｌｔ）に勝るようにする。

Ｆｗ×Ｌｗ（＝Ｐｈ₁×Ｌ×Ｂ×Ｌ/２＋１/２・（Ｐｈ₂−Ｐｈ₁）×Ｌ×Ｂ×Ｌ/３）
≧Ｆｍ×Ｌｍ＋Ｆｔ×Ｌｔ…(2)
但し、Ｆｗ：扉体２の裏面２ｄに作用する水圧
Ｌｗ：扉体２の裏面２ｄに作用する水圧力の重心距離
（扉体２の回転軸２ｃからの距離）
Ｐｈ₁：扉体２の裏面２ｄの先端の水深ｈ₁（＝Ｄ・cosθ−Ｈ/５）の作用水圧
Ｐｈ₂：扉体２の裏面２ｄの基端の水深ｈ₂（＝ｈ１＋Ｌ・sinθ）の作用水圧
Ｆｍ：扉体２の空中重量
Ｌｍ：扉体２の回転軸２ｃの中心から重心までの水平距離（≒１/２・cosθ）
Ｆｔ：ワイヤロープ４の張力（＝Ｗ/２×α、α：滑車などの機械効率）
Ｌｔ：ワイヤロープ４の引張り位置までの距離
（扉体２の回転軸２ｃの中心から引張方向への垂直距離）
Ｂ：扉体２の幅

（カウンタウエイト６の重量Ｗの設定：図１１）
図１１に示すように、扉体２が浮上を開始する水深をｈとした場合、水深がｈの時に扉体に作用する浮力Ｆｗは、下記(3)式で求めることができる。

Ｆｗ＝Ｐｈ×Ｌ×Ｂ…(3)

起立時、倒伏時に上記作用を奏するため、前記水深ｈが倒伏状態にある扉体２の厚さＤの２/３〜４/５の時に扉体２の起立が開始するよう、下記(4)式で求めることができるプッシュアップロッド９の押し上げ力Ｆｐを設定する。すなわちカウンタウエイト６の重量Ｗを設定する。

Ｆｐ＝Ｗ×α−ｗ₂…(4)
但し、ｗ₂：プッシュアップロッド９の重量

そして、前記水深ｈが倒伏状態にある扉体２の厚さＤの２/３〜４/５の時の扉体２の裏面２ｄに作用する水圧Ｆｗにより発生する起立方向の旋回力及びプッシュアップロッド９の押し上げ力Ｆｐによる起立方向の旋回力（＝Ｆｗ×Ｌｗ＋Ｆｐ×Ｌｐ）と、扉体２の重量Ｆｍにより発生する倒伏方向の旋回力（＝Ｆｍ×Ｌｍ）が等しくなるように、カウンタウエイト６の重量Ｗを決定する。

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、本発明の浮体式フラップゲート１の扉体２は径間の長いものに限らず、径間の短いものであってもよい。

また、第１、第２の定滑車７ａ，７ｂや第１、第２の動滑車８ａ，８ｂの設置位置やカウンタウエイト６の形状やレイアウトは、カウンタウエイト６の昇降に伴ってプッシュアップロッド９を昇降できるものであれば、実施例の設置位置やレイアウトに限らない。

また、圧縮ばね１０は扉体２の起立限でクッションの役割を果たすものであれば、設置する個数やレイアウトは実施例で説明したものに限らない。また、同様の作用を奏するものであれば、圧縮ばね１０に限らない。また、圧縮ばね１０は設置しなくてもよい。

また、実施例のように、扉体２の起立時の荷重をワイヤロープ４でのみ支持せず、起立時の荷重を支持する部材を別途設ける場合は、ワイヤロープ４の必要強度を下げることができる。

１浮体式フラップゲート
２扉体
２ａ基端側
２ｂ先端側
２ｃ回転軸
２ｄ裏面
４ワイヤロープ
５格納空間
５ａ地下スペース
６カウンタウエイト
７ａ第１の定滑車
７ｂ第２の定滑車
８ａ第１の動滑車
８ｂ第２の動滑車
９プッシュアップロッド
１０圧縮ばね

Claims

増水時に、増水した水の流入を阻止すべく、前記流入する水の方向に高さ方向の平面内で扉体の先端側が基端側の回転軸を支点とする起立揺動が可能なように構成した浮体式フラップゲートであって、
倒伏状態にある扉体の裏面に一端を固定したロープの他端を、倒伏した扉体を格納する格納空間の、前記扉体の先端部側に形成した地下スペースの内部に配置した各２個の定滑車と動滑車を介して案内して前記地下スペースの天井部に固定し、前記ロープを案内する第２の動滑車を取り付けたカウンタウエイトの昇降により、第１の動滑車を取り付けたプッシュアップロッドを昇降させて起立初期の扉体の先端側の押し上げと倒伏終期の急激な倒伏の抑制を行うとともに、前記ロープに作用する張力により、起立終期の衝撃吸収と倒伏初期の水位追従を行う扉体の開閉補助機構を有することを特徴とする浮体式フラップゲート。
前記２個の定滑車のうち、第１の定滑車は、前記地下スペースへの前記ロープの引込み部に設ける一方、第２の定滑車は、前記カウンタウエイトの吊下げ位置に設けることを特徴とする請求項１に記載の浮体式フラップゲート。
前記カウンタウエイトの上面に圧縮ばねを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の浮体式フラップゲート。