JP7128675B2 - 津波バリア - Google Patents

Description

本発明は、津波や高潮の発生時に漂流物等を捕捉する津波バリアに関する。

津波や洪水等に伴い流出する流木や瓦礫等の漂流物を捕捉することで、例えば、送電鉄塔等の防護対象を漂流物の襲来から守る漂流物捕捉柵（津波バリア）が知られている。津波バリアは、間隔をあけて、例えば、津波バリアの四隅に立設される端部支柱と、当該端部支柱の間に設置される中間支柱と、支柱間に複数段に亘り架設されたＰＣ鋼より線により形成されたワイヤロープとを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
端部支柱および中間支柱は、変形等により津波や高潮などによる漂流物の衝突エネルギーを吸収し、ワイヤロープは、伸びることにより衝撃エネルギーを吸収する。津波バリアの設置位置は、防護対象と支柱およびワイヤロープとの間隔、支柱の変形や、ワイヤロープの伸びを考慮して決定される。

特開２０１６－１２５２１１号公報

ところで、津波バリアは、設置場所の条件によっては防護対象との間に十分なスペースを確保することが困難な場所に設置されることがある。津波バリアと防護対象とが近接しているような場合には、漂流物を捕捉したワイヤロープが防護対象に向かって伸びて、ワイヤロープが漂流物を捕捉したにもかかわらず漂流物はワイヤロープごと防護対象に衝突するおそれがあり、ワイヤロープの伸び量（変位量）を小さくしたいという要望がある。
例えば、ワイヤロープの変位量を小さくするために、中間支柱の本数を増やして、支柱間の間隔を狭めたり、ワイヤロープの直径を大きくしたりすることが考えられる。しかし、中間支柱の本数を増した場合には津波バリアの施工性が低下し、工期が延び、コストが増加する。また、ワイヤロープの直径を大きくした場合には、重量の増加に伴って施工性が低下し、コストが増加する。

これに対して、例えば、特許文献１に示すように、支柱間に架設するワイヤロープの材料として、弾性係数および降伏応力が大きいＰＣ鋼より線を用いることが知られている。しかし、弾性係数および降伏応力が大きくなれば、ＰＣ鋼より線が架設された端部支柱が、ＰＣ鋼より線が降伏する前に変形、倒壊しないように、当該支柱の強度を高める必要がある。その結果、支柱の直径が大きくなり津波バリアのコストが増加してしまう。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ワイヤロープの変位が抑制されていて、防護対象に接近した場所に設置した場合であっても漂流物の捕捉時にワイヤロープと防護対象との衝突を回避する、施工性に優れた津波バリアを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基礎に所定の間隔をあけて立設された複数の支柱と、前記複数の支柱の間に架け渡されて波の力により防護対象に対して流されてきた物体を捕捉するスクリーンと、を備え、前記スクリーンは、プレテンション加工されたワイヤロープを有することを特徴とする。

また、前記ワイヤロープは、変形することにより前記物体の吸収エネルギーを吸収し、前記支柱の間に架け渡される前記ワイヤロープは、所定の吸収エネルギーに基づく変位量が、前記ワイヤロープと防護対象との間隔より小さいことが好ましい。

また、前記ワイヤロープの降伏応力は、前記支柱の降伏応力よりも小さいことが好ましい。

また、前記防護対象と前記ワイヤロープとの間隔が近接していることが好ましい。

本発明に係る津波バリアは、ワイヤロープの変位が抑制されていて、防護対象に接近した場所に設置した場合であっても漂流物の捕捉時にワイヤロープと防護対象との衝突を回避することができ、施工性に優れている。

図１は、防護対象を囲む津波バリアの斜視図である。 図２は、津波バリアの構成を概略的に示す平面図である。 φ１０のワイヤロープの変位抑制効果を示すグラフである。 φ１６のワイヤロープの変位抑制効果を示すグラフである。 φ２０のワイヤロープの変位抑制効果を示すグラフである。 φ２５のワイヤロープの変位抑制効果を示すグラフである。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は、一つの例示であり、本発明の範囲において種々の形態をとりうる。

＜津波バリアの構成＞
図１は、防護対象を囲む津波バリアの斜視図である。図２は、津波バリアの構成を概略的に示す平面図である。
図１に示す津波バリア１は、沿岸地域または海辺に近い地域に建設された、例えば、送電鉄塔等の防護対象Ｔを取り囲んでいる。防護対象Ｔは、例えば、周囲を道路、田畑、河川、当該防護対象Ｔの所有者以外の第三者の土地等により囲まれた用地に建設しなければならない場合がある。このため、津波バリア１は、防護対象Ｔに近接して設置する必要がある。

津波バリア１は、津波とともに流されて防護対象Ｔに接近してくる漂流物を捕捉し、漂流物の衝突による防護対象Ｔの破損・倒壊を抑止するための柵構造物である。津波バリア１は、複数の支柱２と、当該複数の支柱２間に架け渡されたスクリーン３とを備えている。

（支柱）
各支柱２は、地面に埋設された基礎に立設されている。図２に示すように、支柱２は、直線上に並ぶように地面に立設されており、その途中で並び方向が変えられている。すなわち、並び方向が変わる箇所が津波バリア１のコーナ部Ｃとなる。津波バリア１は、平面視方形状に形成されているため、４つのコーナ部Ｃを有するように支柱２の並び方向が４箇所で変えられている。
複数の支柱２には、スクリーン３の端部が係止される係止支柱２１と、スクリーン３が支持される支持支柱２２とがあり、それぞれ鋼管により形成されている。
津波バリア１の各コーナ部Ｃに係止支柱２１が設置されており、各係止支柱２１の間に所定の間隔をあけて支持支柱２２が設けられている。

係止支柱２１は、各スクリーン３に作用する張力、降伏時の荷重等に耐えられるよう、スクリーン３の途中を支持する支持支柱２２よりも強固に、具体的には、支持支柱２２よりも直径を大きくして構成されている。係止支柱２１は、支持支柱２２よりも大径かつ肉厚であり、地面に深く埋設された杭の上端に連結されている。
係止支柱２１は、当該係止支柱２１に衝突した漂流物等の衝突エネルギーを支柱が局部変形する（凹む）ことによって吸収するように設計されている。つまり、係止支柱２１は、津波や高潮によって流されてきた漂流物が、係止支柱２１に衝突した場合であっても局部変形しつつも破壊されることなく漂流物を捕捉する。

支持支柱２２は、一対の係止支柱２１の間に所定本数だけ設置されてスクリーン３を支持する。設置する支持支柱２２の本数は、各コーナ部Ｃに設置される係止支柱２１の間隔に応じて適宜選択すればよい。支持支柱２２は、支持支柱２２に衝突した漂流物等の衝突エネルギーを支柱が変形（梁変形）することによって吸収するように設計されている。

（スクリーン）
スクリーン３は、例えば、津波や高潮の発生時に、海から陸に押し寄せる押し波による漂流物が防護対象Ｔに衝突して、当該防護対象Ｔの破損または倒壊を防止するために漂流物を捕捉する捕捉体となるものである。
スクリーン３は、例えば、並べられた各支柱２１，２２に、その高さ方向において複数箇所で通される複数のスクリーン材を有する。スクリーン材は、ワイヤロープ３１であり、各支柱２１，２２の軸線方向に直交する水平方向に沿うように各支柱２１，２２に挿通されている。各ワイヤロープ３１は、その延在方向が互いに平行となるように架設されており、津波バリア１のコーナ部Ｃに設置された係止支柱２１の間に架け渡されており、ワイヤロープ３１の両端部は、各係止支柱２１に係止されている。

ワイヤロープ３１は、例えば、鋼等の金属製の線材を撚り合わせたストランドを、さらに撚り合わせることにより形成されている。ワイヤロープ３１には、津波バリア１に架設される前に予め一定時間にわたって所定の荷重をかけられて初期伸びが減じられているものが使用される。つまり、津波バリア１に使用するワイヤロープ３１には、プレテンション加工が施されている。
使用するワイヤロープ３１の直径（φ）は、津波バリア１と防護対象Ｔとの間の間隔に応じて適宜選択される。

＜ワイヤロープの選択＞
以下に、津波バリア１に架け渡すワイヤロープ３１の選択について説明する。
津波バリア１を防護対象Ｔに近接して設置しなければならない場合、支柱２およびスクリーン３と防護対象Ｔとの間には限られた狭いスペースしか確保されていない。ここで「近接」とは、特に限定されない。津波バリアＴと防護対象Ｔとの間隔は、津波バリア１を実際に設置する場所の設計条件として、設置場所に応じて適宜選択される。
防護対象Ｔに近接して津波バリア１を設置しなければならない場合、使用するワイヤロープ３１については、当該ワイヤロープ３１の変位量（ｍｍ）および津波バリア１において要求される吸収エネルギー（ｋＪ）を考慮して選択する。つまり、津波バリア１の設計上、要求される最大の（所定の）吸収エネルギーに対して、どの程度ワイヤロープ３１が変位するかを考慮して使用するワイヤロープ３１を選択する。

表１に、スクリーンとして用いることができる各種線種について比較する。

使用するスクリーン材としては、弾性係数および降伏応力が大きいものが望ましく、表１より、ＰＣ鋼より線が弾性係数および降伏応力のいずれも最も高い数値を有していることが分かる。しかし、係止支柱２１は、架け渡されているスクリーン材が降伏する前に変形してはならず、スクリーン材の降伏応力が大きいということは、スクリーン材が有する降伏応力よりもさらに大きな降伏応力を係止支柱２１が有している必要があることを意味する。係止支柱２１の降伏応力を大きくするためには、係止支柱２１の直径を大きくする必要があり、結果として、津波バリアの施工性の低下および設置費用の増加に繋がる。

そこで、ＰＣ鋼より線よりも降伏応力が小さいワイヤロープが選択される。これにより、係止支柱２１の直径が大きくなることを抑えることができる。しかし、降伏応力がともに同じワイヤロープであっても、プレテンションの有無によって弾性係数が異なる。つまり、プレテンション加工が施されているワイヤロープの弾性係数は、プレテンション加工が施されていないワイヤロープの弾性係数よりも大きく、プレテンション加工が施されているワイヤロープの変位量は、プレテンション加工が施されていないワイヤロープの変位量よりも小さいことになる。
これにより、防護対象Ｔに対して近接して設置される津波バリア１においては、プレテンション加工が施されたワイヤロープ３１を選択することが好ましい。

次に図３乃至図６を用いて、種々異なる直径（φ）を有する本実施の形態に係るワイヤロープの変位抑制効果について説明する。図３はφ１０、図４はφ１６、図５はφ２０および図６はφ２５のワイヤロープの変位抑制効果を示すグラフであり、各図（ａ）は吸収エネルギー（ｋＪ）と伸び率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は変位量（ｍｍ）と吸収エネルギー（ｋＪ）との関係を示すグラフである。
図３乃至図６における試算条件は、２本の係止支柱２１の間隔を５０ｍとして、各支柱２（係止支柱２１および支持支柱２２）の間隔を１０ｍとした。つまり、２本の係止支柱２１の間には、４本の支持支柱２２が等間隔で設置されている。
なお、各図（ｂ）において変位量（ｍｍ）の値は、ワイヤロープ３１を係止支柱２１に架け渡した場合の初期張力を考慮したものになっている。

図３乃至図６のグラフから、プレテンション加工が施されていないワイヤロープおよびプレテンション加工が施されたワイヤロープ３１の、例えば、同じ伸び率における吸収エネルギー（ｋＪ）は、いずれの直径（φ）のワイヤロープにおいても、プレテンション加工が施されているワイヤロープ３１のほうが、プレテンション加工が施されていないワイヤロープに比べて高くなっている。つまり、プレテンション加工が施されているワイヤロープ３１は、プレテンション加工が施されていないワイヤロープに比べて同じ伸び率であっても、より大きい吸収エネルギー（ｋＪ）に対応することができる。
具体的には、φ１０、φ１６、φ２０、φ２５のいずれのワイヤロープにおいても、伸び率０．０１におけるプレテンション加工が施されたワイヤロープ３１の吸収エネルギー（ｋＪ）は、プレテンション加工が施されていないワイヤロープの吸収エネルギー（ｋＪ）に比べて約１．３倍以上大きくなっている。

また、図３乃至図６のグラフから、プレテンション加工が施されていないワイヤロープおよびプレテンション加工が施されたワイヤロープ３１の、例えば、設計上、要求される吸収エネルギーの最大値である１００ｋＪの場合の変位量（ｍｍ）は、プレテンション加工が施されたワイヤロープ３１のほうが小さいことが分かる。
具体的には、φ１０、φ１６、φ２０、φ２５のいずれのワイヤロープにおいても、例えば、吸収エネルギー１００ｋＪにおけるプレテンション加工が施されたワイヤロープ３１の変位量（ｍｍ）は、プレテンション加工が施されていないワイヤロープの変位量（ｍｍ）に比べて約０．９倍になっている。

例えば、津波バリア１において、ワイヤロープと防護対象Ｔとの間隔が１２００ｍｍだけ確保されている場合、設計上、要求される吸収エネルギーを１００ｋＪに基づいて選択されるワイヤロープは、プレテンション加工が施されているワイヤロープ３１の場合にはφ２０のワイヤロープを選択すればよい（変位量１１２５ｍｍ）。
これに対して、プレテンション加工が施されていないワイヤロープの場合、φ２０の変位量は１２１８ｍｍであるため、ワイヤロープが変位して防護対象Ｔに接触するおそれがある。そのため、プレテンション加工が施されていないワイヤロープの場合、設計上、要求される吸収エネルギーを１００ｋＪとした場合の変位量が１２００ｍｍを下回っているφ２５（変位量１０８９ｍｍ）のワイヤロープを選択しなければならない。

以上より、スクリーン材としては、同じ吸収エネルギー（ｋＪ）でも変位量（ｍｍ）が小さく、また、同じ伸び率でも吸収エネルギー（ｋＪ）が大きいプレテンション加工が施されてワイヤロープ３１を使用することが好ましい。
ワイヤロープ３１の直径（φ）については、ワイヤロープ３１と防護対象Ｔとの間隔および設計上、要求される最大の吸収エネルギー（ｋＪ）における変位量（ｍｍ）を比較して、当該変位量（ｍｍ）がワイヤロープ３１と防護対象Ｔとの間隔よりも小さくなっているワイヤロープを選択すればよい。

以上のようなワイヤロープ３１を備えた津波バリア１によれば、スクリーン３のワイヤロープ３１は、プレテンション加工が施されているため、同じ直径（φ）を有するプレテンション加工が施されていないワイヤロープに比べて、使用時の初期伸びおよび縮径を小さく抑えることができ、高い弾性係数を有するので、津波バリア１を防護対象Ｔに近接して設置しなければならない場合であっても、ワイヤロープ３１が防護対象Ｔに接触することを防ぐことができる。
つまり、防護対象Ｔと津波バリア１との間隔が近接している場合であっても、弾性係数が高いＰＣ鋼より線を用いるのではなく、ＰＣ鋼より線の弾性係数よりも小さいがスクリーン３としての十分な弾性係数を確保しつつ、変位を抑制したワイヤロープ３１が津波バリア１には用いられている。これにより、ワイヤロープ３１を係止する係止支柱２１の直径の拡大も抑えることができ、ＰＣ鋼より線をスクリーンに用いた津波バリアと比べて、全体として施工性が上がりコストを低く抑制して津波バリア１を設置することができる。
また、ワイヤロープ３１には、プレテンション加工が施されているため、当該ワイヤロープ３１を構成する素線等の配列状態が整えられており耐疲労耐性が向上している。
さらに、ワイヤロープは、ＰＣ鋼より線に比べて直径（φ）の選択肢が多く、防護対象Ｔと津波バリア１との間隔に応じた選択肢が大きい。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られるものではなく、本発明の範囲を超えない範囲で適宜変更が可能である。例えば、上記の実施の形態においては、津波バリア１は、全周にわたってスクリーン３が設けられていた。しかし、津波バリア１には防護対象Ｔの補修・点検等のために作業員や、作業機器を搬入させるためのゲートが設けられていてもよい。ゲートＧは、津波バリア１の一辺において、コーナ部Ｃに配置された係止支柱２１の間にさらに一対の係止支柱２１を配置して当該一対の係止支柱２１の間にスクリーン３を架け渡さないようにして形成されている。

１ 津波バリア
２ 支柱
２１ 係止支柱
２２ 支持支柱
３ スクリーン
３１ ワイヤロープ

Claims (4)

1. 鋼管により形成されており、基礎に所定の間隔をあけて立設された複数の支柱と、
   前記複数の支柱の間に架け渡されて波の力により防護対象に対して流されてきた物体を捕捉するスクリーンと、を備え、
   前記スクリーンは、プレテンション加工されたワイヤロープを有する
   ことを特徴とする津波バリア。
2. 前記ワイヤロープは、変形することにより前記物体の衝突エネルギーを吸収し、
   前記支柱の間に架け渡される前記ワイヤロープは、所定の吸収エネルギーに基づく変位量が、前記ワイヤロープと防護対象との間隔より小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の津波バリア。
3. 前記支柱は、前記ワイヤロープの降伏時の荷重によって降伏しないように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の津波バリア。
4. 前記防護対象と前記ワイヤロープとの間隔が近接していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の津波バリア。

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