WO2011065085A1 - 起伏ゲート式防波堤における係留機構の弾性係数決定方法 - Google Patents

起伏ゲート式防波堤における係留機構の弾性係数決定方法 Download PDF

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WO2011065085A1
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mooring
mooring mechanism
swing angle
door
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Inventor
雄一郎 木村
京一 仲保
Original Assignee
日立造船株式会社
森井 俊明
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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B7/00—Barrages or weirs; Layout, construction, methods of, or devices for, making same
    • E02B7/20—Movable barrages; Lock or dry-dock gates
    • E02B7/40—Swinging or turning gates
    • E02B7/44—Hinged-leaf gates
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
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    • E02B7/50—Floating gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an elastic coefficient of a telescopic device constituting a mooring mechanism of a undulating gate type breakwater installed in a harbor as a countermeasure for storm surges, for example.
  • the undulating gate type breakwater raises the door body by discharging seawater in the air chamber while supplying air to the air chamber provided in the door body.
  • An air supply device to perform is required.
  • the air supply valve is opened to discharge air from the air chamber and drain from the air chamber based on the ascent command. It takes a long time to stand up and may not be in time for blocking the tsunami intrusion.
  • the applicant installs a turning guide on the part facing the back surface of the door body in the stowed state, and connects the other end side of the mooring rope with one end side attached to the back surface of the door body on the water surface through the turning guide.
  • a undulating gate type breakwater that was pulled out and fixed with a fixing device (Japanese Patent Application No. 2009-106841).
  • This undulating gate type breakwater has a mooring force necessary to hold the door body in a lying state by making the gap at the front end of the door body less than 2.5 times the gap between adjacent door body blocks. It is to reduce.
  • the mooring burden rate refers to the ratio of the mooring force that the mooring mechanism takes over the fluid force that acts on the door body due to waves.
  • the problem to be solved by the present invention is that the mooring burden rate is not clear in the undulating gate type breakwater proposed by the applicant, so the safety factor is increased to ensure the safety of the mooring mechanism.
  • the downsizing of the mechanism was not possible.
  • the elastic modulus determination method of the mooring mechanism in the undulating gate type breakwater of the present invention In order to reduce the size of the mooring mechanism by optimally determining the elastic coefficient of the mooring mechanism when the door body is shaken to cancel the fluid force acting on the door body and the mooring force that the mooring mechanism is responsible for, A door body that connects door blocks installed in parallel in the width direction is obtained by supplying air to the air chamber so that the clearance at the front end of the door body is less than 2.5 times the clearance between adjacent door block blocks.
  • the mooring mechanism is A torque shaft installed so as to freely rotate around the axis center at a position facing the gate mooring portion attached to the back surface of the door body in the retracted state; A mooring hook attached to the engagement position of the torque shaft with the gate mooring part;
  • the storage unit for storing the door body in water one turning link member installed in a portion facing the back surface of the door body in the storage state;
  • the other turning link member installed on the one side outer side of the door body in the retracted state, One end side is connected to the other end side of the torque arm having one end side attached to the torque shaft, and the other end side is a rod member drawn out on the water surface through the both turning link members,
  • the present invention obtains an approximate expression from a plurality of data measured while changing the elastic coefficient of the incident wave acting on the door body and the expansion / contraction device, and from this approximate expression, the design burden of the mooring mechanism required for the design swing angle of the door body is obtained. Since the rate is calculated, the mooring burden rate that the mooring mechanism is responsible for becomes clear.
  • the mooring mechanism since the design burden factor of the mooring mechanism necessary for the design swing angle of the door body is calculated using an approximate expression obtained from a plurality of data measured while changing the incident wave and the elastic modulus, the mooring mechanism is Establish a method to evaluate the mooring burden rate. Accordingly, it is possible to optimally determine the elastic coefficient of the expansion and contraction device constituting the mooring mechanism, the mooring mechanism can be reduced in size, and the cost can be reduced.
  • (A) is the schematic explaining the fall state at the time of storage of the undulation gate type breakwater which applies the elastic modulus determination method of the expansion-contraction apparatus of this invention
  • (b) is an enlarged view of a door body front-end
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows the state which installed the undulation gate type breakwater which applies the elastic modulus determination method of the expansion-contraction apparatus of this invention continuously to the port opening width
  • (a) is the perspective view which abbreviate
  • (b) is a side view FIG.
  • (A)-(d) is a figure explaining the relative positional relationship of the gate mooring pin and mooring hook accompanying the fall of a door body in order.
  • (A) is the schematic explaining the state of the mooring mechanism when the mooring of a door body is cancelled
  • (b) is an AA arrow line view of (a). It is a figure explaining the mooring force required when the door body is allowed to shake. It is a figure explaining the mooring force required in order to hold
  • the purpose of reducing the size of the mooring mechanism is to use an approximate expression obtained from a plurality of data measured while changing the incident wave and the elastic coefficient, and to determine the necessary mooring mechanism for the design swing angle of the door body. This was realized by calculating the design burden rate.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a collapsed state when retracting a undulating gate type breakwater to which the elastic modulus determination method of the expansion / contraction apparatus of the present invention is applied.
  • reference numeral 1 denotes a undulating gate breakwater.
  • a door body 2 and a plurality of tension rods 3 provided outside the port of the port R so that the door body 2 does not fall over when the door body 2 floats. It is the structure provided with.
  • the door body 2 When installing in a water area with a wide port width, the door body 2 is a set of door body blocks B arranged in parallel at a certain interval in the width direction, as shown in FIG.
  • the door body blocks B are connected by a rope.
  • variety of the door body block B is made from the width
  • the subtracted value is defined as the opening width d1 (see FIG. 3B) at both end portions of the door block B.
  • the opening width d1 at both end portions of the door block B is, for example, larger than the width of the door block B in the undulating gate type breakwater 1 for tsunami so that the amount of water leakage into the port does not become excessive when a tsunami occurs. Basically 1%.
  • the opening width d1 at both end portions of the door block B is too small, a problem of foreign matter pinching occurs.
  • the door body 2 supports the rotation shaft 2a by rotatably supporting the rotation shaft 2a on the base end side, for example, on a base 4a of a storage portion 4 provided integrally with the bottom of the harbor R by a bearing 5. Undulate as a fulcrum.
  • a gap d2 (see FIG. 3B) is also present between the top end of the door body 2 and the storage portion 4. Accordingly, the upper space S1 and the lower space S2 of the door body 2 in a lying state are, as shown in FIG. 3 (a), the opening width d1 at both end portions of each door block B and each door block. Communication is established by a distance d ⁇ b> 2 between the top end of B and the storage portion 4.
  • the tension rod 3 is formed to be bent in two at an intermediate connecting portion 3a, for example.
  • the one end 3b located on the upper end side when the door body 2 stands is on the top side of the door body 2, and the other end 3c located on the lower end side when the door body 2 is raised is on the side on which the door body 2 falls.
  • Each is supported so as to be freely rotatable at a position away from the rotating shaft 2a by a predetermined distance.
  • an air chamber 2b is provided on the top side of the door body 2, and is supplied to the air chamber 2b by an air supply device (receiver tank and compressor) (not shown). It is configured to obtain buoyancy.
  • an air supply device receiveriver tank and compressor
  • FIG. 11 is a mooring mechanism for mooring the door 2 in a state of having buoyancy in water, and is configured as shown in FIG.
  • Reference numerals 12 and 13 denote bell crank-shaped turning link members.
  • One turning link member 12 is a door in a lying state when stored as shown in FIG. 1A of the storage portion 4 for storing the door body 2 in water. It is installed in a portion facing the back surface 2c of the body 2.
  • the other turning link member 13 is installed on the outer side of the one end of the door body 2 in the storage portion 4 at a portion facing the rear surface 2c of the door body 2 in the lying state when stored.
  • Reference numeral 14 denotes a torque shaft that can freely rotate around the axis center.
  • the gate mooring portion 2d attached to, for example, the top end side (the upper end side of the door body 2 when standing) on the back surface 2c of the door body 2 in the retracted state. It is installed in the position opposite to.
  • An anchoring hook 15 is attached to the torque shaft 14 at an engagement position with the gate anchoring part 2d.
  • Reference numeral 16 denotes a counterweight that rotates the torque shaft 14 in a direction to release the engagement of the mooring hook 15 with the gate mooring portion 2d.
  • the one end side is connected to the other end side of the torque arm 18 attached to one end side in the axial direction intermediate position of the torque shaft 14, and the other end side is the one turning link member 12 and the other turning link member.
  • 13 is a rod member drawn onto the water surface through 13.
  • the rod member 17 is composed of one vertical rod 17a, a horizontal rod 17b, and the other vertical rod 17c.
  • One of the vertical rods 17a has a long hole 17aa at one end, and a pin 18a provided at the other end of the torque arm 18 is inserted into the long hole 17aa.
  • the other end is rotatably supported by one end 12 a of one turning link member 12.
  • the horizontal rod 17 b is rotatably supported at one end by the other end 12 b of the one turning link member 12, and the other end is rotated by the one end 13 a of the other turning link member 13. I support it.
  • the horizontal rod 17b rotatably supports the other end 12b of the one turning link member 12, and the other end is supported by the other end. It supports to the one side edge part 13a of the turning link member 13 rotatably (refer FIG. 5).
  • the other vertical rod 17c rotatably supports one end portion on the other end portion 13b of the other turning link member 13, and the other end portion is drawn on the water surface to the control device 21 having the following configuration. It is connected.
  • a hook attaching / detaching cylinder device for attaching / detaching the mooring hook 15 to / from the gate mooring part 2d, and a pulley 23 is attached to the tip of a piston rod 22b which is withdrawn from and retracted from a cylinder 22a having a fixed bottom part.
  • Reference numeral 24 denotes a wire member wound around the pulley 23, one end side of which is connected to the other end of the other vertical rod 17 c via the load cell 25, and the other end side expands and contracts as the door body 2 is shaken.
  • a telescopic device for example, a spring device 26 is connected.
  • the spring used for the spring device 26 is a coil spring in which an elongated metal wire is spirally wound.
  • the cylinder device 22 for attaching / detaching the hook is provided with a stroke sensor 22c for detecting the amount of the piston rod 22b that is retracted.
  • the spring device 26 is provided with a stroke sensor 26a for measuring the stroke of the spring and a stroke indicator.
  • the swing caused by the floating force generated in the door body 2 when the waves pass over the door body 2 moored in the storage unit 4 is allowed by the expansion and contraction of the spring device 26.
  • the levitation force is desirably as small as possible, although the wave force is offset. Therefore, the opening area on the top end side of each door block B is set to be less than 2.5 times the opening area on both ends of each door block B.
  • the undulating gate type breakwater 1 configured as described above stores and stands up the door body 2 by the following operations.
  • the piston of the hook attaching / detaching cylinder device 22 is applied until a mooring force equivalent to that when the buoyancy serving as a reference when the door body 2 is moored is applied.
  • the rod 22b is moved out.
  • the stroke position of the piston rod 22b of the hook attaching / detaching cylinder device 22 at that time is detected by the stroke sensor 22c and stored as a reference position.
  • the mooring force equivalent to when the buoyancy serving as a reference when the door body 2 is moored is hereinafter referred to as a predetermined mooring force.
  • the set of spring devices refers to one turning link member 12, rod members 17b and 17c, the other turning link member 13, load cell 25, wire member 24, and spring device 26.
  • the relative relationship between the posture of one turning link member 12 and the mooring hook 15 is known. Accordingly, the piston rod 22b of the hook attaching / detaching cylinder device 22 is retracted by a predetermined stroke equivalent amount in the posture of the one turning link member 12 at the stored reference position.
  • the predetermined amount corresponding to the predetermined stroke is from the position where one turning link member 12 is in contact with the operation restriction stopper 19 to the position of one turning link member 12 corresponding to the position where the mooring hook 15 is in a horizontal state.
  • the stroke sensor 26a of the spring device 26 or the load cell 25 is monitored, and it is confirmed that a predetermined mooring force is acting, and the supply of air to the air chamber 2b is stopped. At this time, the mooring hook 15 is in a horizontal state.
  • the spring device 26 allows the door body 2 to be shaken and moored.
  • the lower space S2 of the door body 2 becomes negative pressure, and a force acting downward on the door body 2 due to a pressure difference with the upper surface of the door body 2 is exerted. Occurs (see FIG. 9).
  • the mooring mechanism must bear all the applied load as a moment around the rotation axis 2a of the door body 2 caused by the waves (see FIG. 10), rather than the case where the door body 2 is fixed and moored. The load required to moor the body 2 is reduced.
  • FIG. 11 shows an example of the result of collecting the relationship between the load factor of the mooring mechanism and the allowable swing angle by changing the incident wave and the spring constant of the spring device in various ways.
  • the load factor of the mooring mechanism indicates the ratio (Fm / Fw) of the mooring force Fm that the mooring mechanism 11 takes to the fluid force Fw that acts on the door body 2 by the waves, as described above.
  • FIG. 11 shows the results when the clearance at the front end of the door body is 1.0 times (FIG. (A)) and 2.5 times (FIG. (B)) the clearance between adjacent door body blocks. It is a figure. From both of these figures, the mooring burden rate is reduced by narrowing the gap at the door end (less than 2.5 times the gap between adjacent door blocks) or by increasing the allowable swing angle. I understand that
  • the empirical formula is obtained from each experimental case where the mooring burden rate is maximum, so the actual mooring burden rate is assumed to be sufficiently smaller than the experimental formula, which can be considered as a safety consideration. For example, in the case of FIG. 11A, using an empirical formula, 0.107 when the allowable swing angle is 0.001, 0.038 when the allowable swing angle is 0.002, and 0.00 when the allowable swing angle is 0.003. As in 021, the burden rate of the mooring mechanism can be obtained.
  • the gap at the front end of the door body of the undulating gate is designed to be smaller (less than 1.0 times) between the adjacent door body blocks, so that the mooring burden rate is further reduced, Calculation of the necessary mooring force using the relationship of the approximate expression is a safety consideration.
  • the load factor of the mooring mechanism does not exceed 1, attention should be paid to the specification range of the approximate expression.
  • the allowance of the mooring hook to the gate mooring part is secured, and the allowable swing amplitude allowed to avoid inadvertent opening is determined.
  • the design oscillation amplitude should be set below the allowable oscillation amplitude in order to use the mooring mechanism safely.
  • the design swing amplitude is desirably about 0.5 times the allowable swing amplitude.
  • the obtained spring constant is located in “ideal: economic design” of the graph shown in FIG.
  • the spring constant is set as “ideal: economic design”, the mooring force required will be low and the economic design will be achieved, but this is not preferable because safety is reduced. On the other hand, if the spring constant is set too high, the necessary mooring force becomes high and the oscillation amplitude becomes small, but it is too safe and the scale and production cost of the mooring mechanism increase.
  • the mooring burden rate that the mooring mechanism is responsible for external forces due to waves becomes clear, and the mooring mechanism can be economically designed.

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Abstract

【課題】係留機構の小型化を図る。 【解決手段】扉体先端の隙間を隣合う扉体ブロックＢ間の隙間の２．５倍未満とした扉体２が浮力により起立する起伏ゲート式防波堤１における係留機構１１の弾性係数を決定する方法である。扉体２の長さに対する扉体先端の動揺振幅である扉体２の許容動揺角Ｘと、波によって扉体に作用する波力に対して係留機構が受け持つ係留力の割合である係留機構の負担率Ｙの関係をＹ＝３．７４Ｅ－０６×Ｘ－1.485とし、この式に設定した扉体２のゲート係留部２ｄから係留機構１１の係留フック１５が外れない範囲で動揺する扉体の設計動揺角を、扉体の許容動揺角Ｘとして代入して、係留機構の負担率Ｙを求める。この求めた負担率Ｙを係留機構の設計負担率として、前記弾性係数を決定する。 【効果】係留機構の弾性係数を最適に決定できるので、小型化が図れる。

Description

起伏ゲート式防波堤における係留機構の弾性係数決定方法
　本発明は、例えば高潮対策として港湾に設置される起伏ゲート式防波堤の、係留機構を構成する伸縮装置の弾性係数を決定する方法に関するものである。
　従来の起伏ゲート式防波堤として、浮力によって扉体の起伏を行うものがある（例えば特許文献１）。
　前記起伏ゲート式防波堤は、扉体に設けた空気室に給気しつつ、空気室内の海水を排水することで、扉体を浮上させるので、空気室への給気・空気室からの排水を行う給気装置が必要である。
　しかしながら、前記起伏ゲート式防波堤の場合、停電時も必要な圧縮空気を供給できるよう、常に蓄圧タンクに圧縮空気を蓄えておく必要がある。また、格納状態の扉体の空気室には海水が充満して、扉体の重量により格納位置に着床しているので、常時、蓄圧タンクの圧力、扉体の転倒モーメント（扉体先端部の重量）及び傾斜角を監視する必要がある。但し、この場合も、腐食等により空気室に孔が開くような異常は検出できない。さらに、堆積物等により扉体の重量が増加した場合は、浮上操作または浚渫等のメンテナンスを行う必要がある等、維持管理の負担が大きい。
　また、例えば地震発生時に津波警報が発令されて防波堤を起立させる場合は、浮上指令に基づいて、給気弁を開操作して空気室への給気・空気室からの排水を行うので、防波堤の起立に長い時間がかかり、津波侵入の遮断に間に合わない場合がある。
　そこで、出願人は、格納状態の扉体の裏面と相対する部分に転向ガイドを設置し、一端側を扉体の裏面に取付けた係留ロープの他端側を、前記転向ガイドを介して水面上に引出し、固定装置で固定する起伏ゲート式防波堤を提案した（日本特願２００９－１０６８４１号）。
　この起伏ゲート式防波堤は、扉体先端の隙間を、隣合う扉体ブロック間の隙間に対して２．５倍未満とすることで、扉体を倒伏状態に保持するために必要な係留力を軽減するものである。
　この起伏ゲート式防波堤は、扉体を固定して係留しているので、波によって生じる扉体回転軸周りのモーメントとしての作用荷重を係留機構が負担することになるが、係留負担率が明確でなかったため、安全率を大きくして係留機構の安全性を担保していた。なお、係留負担率とは、波によって扉体に作用する流体力に対して係留機構が受け持つ係留力の割合をいう。
日本特開２００３－２２７１２５号公報
　本発明が解決しようとする問題点は、出願人が提案した起伏ゲート式防波堤では、係留負担率が明確でなかったので、安全率を大きくして係留機構の安全性を担保しており、係留機構の小型化が図れなかったという点である。
　本発明の起伏ゲート式防波堤における係留機構の弾性係数決定方法は、
　扉体を動揺させることにより、扉体に作用する流体力と係留機構が受け持つ係留力とを相殺させる場合の係留機構の弾性係数を最適に決定して係留機構の小型化を図るために、
　扉体先端の隙間が隣合う扉体ブロック間の隙間の２．５倍未満となるように、幅方向に並列に設置した扉体ブロックを連結した扉体が、空気室への給気によって得られた浮力により起立する起伏ゲート式防波堤における係留機構の弾性係数を決定する方法であって、
　前記係留機構は、
　格納状態にある前記扉体の裏面に取付けたゲート係留部と相対する位置に、軸中心周りの回転が自在なように設置されたトルクシャフトと、
　このトルクシャフトの、前記ゲート係留部との係合位置に取付けられた係留フックと、
　前記扉体を水中で格納する収納部において、格納状態にある扉体の裏面と相対する部分に設置された一方の転向リンク部材と、
　前記収納部において、格納状態にある扉体裏面側の一方側外側に設置された他方の転向リンク部材と、
　前記トルクシャフトに一端側を取付けられたトルクアームの他端側に一端側が接続され、他端側は前記両転向リンク部材を介して水面上に引き出されたロッド部材と、
　ピストンロッドの先端に滑車を取付けたフック着脱用シリンダ装置と、
　一端側が前記ロッド部材の他端に接続され、他端側は前記滑車を介して扉体の動揺に伴って伸縮する伸縮装置と接続するワイヤ部材とを備え、
　前記扉体の長さに対する扉体先端の動揺振幅である扉体の許容動揺角をＸ、波によって扉体に作用する流体力に対して前記係留機構が受け持つ係留力の割合である係留機構の負担率をＹとした場合、
　前記扉体の許容動揺角Ｘと前記係留機構の負担率Ｙの関係を下記Ａ式とし、
　このＡ式に、設定したゲート係留部から係留フックが外れない範囲で動揺する扉体の設計動揺角を、扉体の許容動揺角Ｘとして代入して、係留機構の負担率Ｙを求め、
　この求めた係留機構の負担率Ｙを係留機構の設計負担率として、前記伸縮装置の弾性係数を決定することを最も主要な特徴としている。
　Ｙ＝３．７４Ｅ－０６×Ｘ－1.485　…Ａ式
　本発明は、扉体に作用する入射波及び伸縮装置の弾性係数を変化させながら測定した複数のデータから近似式を得、この近似式から扉体の設計動揺角に対する必要な係留機構の設計負担率を求めるので、係留機構が受け持つ係留負担率が明確になる。
　本発明では、入射波及び弾性係数を変化させながら測定した複数のデータから得た近似式を用いて、扉体の設計動揺角に対する必要な係留機構の設計負担率を算定するので、係留機構が受け持つ係留負担率を評価する手法を確立できる。従って、係留機構を構成する伸縮装置の弾性係数を最適に決定することが可能になって、係留機構を小型化でき、コストダウンも図れる。
（ａ）は本発明の伸縮装置の弾性係数決定方法を適用する起伏ゲート式防波堤の格納時の倒伏状態を説明する概略図、（ｂ）は扉体先端部の拡大図である。 本発明の伸縮装置の弾性係数決定方法を適用する起伏ゲート式防波堤を港口幅に連続して設置した状態を示す概略図で、（ａ）はテンションロッドを省略した斜視図、（ｂ）は側面図である。 扉体の頂端と収納部との間隔、及び扉体ブロックの両側端部の開口幅について説明する図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は立面図である。 係留機構の詳細図で、（ａ）は収納部側の構成を示す斜視図、（ｂ）は制御装置側の構成を示す詳細図である。 一方の転向リンク部材が複数個設けられている時の係留機構の状態を説明する概略図である。 （ａ）は扉体が係留されている時の係留機構の状態を説明する概略図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ矢視図である。 （ａ）～（ｄ）は扉体の倒伏に伴うゲート係留ピンと係留フックの相対位置関係を、順を追って説明する図である。 （ａ）は扉体の係留が解除されている時の係留機構の状態を説明する概略図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ矢視図である。 扉体の動揺を許容した場合に必要な係留力を説明する図である。 扉体の倒伏状態を保持するのに必要な係留力を説明する図である。 扉体への作用流体に対して係留機構が負担する係留力の割合の関係を示した図で、（ａ）は扉体先端の隙間が隣接する扉体ブロック間の隙間に対して１．０倍の場合、（ｂ）は同じく２．５倍の場合である。 （ａ）は係留負担率の定義を説明する図、（ｂ）は許容動揺角の定義を説明する図である。 発明方法により決定したばね定数が安全側の選定であることを説明する図である。
　本発明では、係留機構の小型化を図るという目的を、入射波及び弾性係数を変化させながら測定した複数のデータから求めた近似式を用いて、扉体の設計動揺角に対する必要な係留機構の設計負担率を算定することで実現した。
　以下、本発明を実施するための形態を、図１～図１３を用いて詳細に説明する。
　図１は本発明の伸縮装置の弾性係数決定方法を適用する起伏ゲート式防波堤の格納時の倒伏状態を説明する概略図である。
　図１において、１は起伏ゲート式防波堤であり、例えば、扉体２と、この扉体２の浮上時に扉体２が転倒しないように、港湾Ｒの港外側に設けられた複数のテンションロッド３を備えた構成である。
　港口幅の広い水域に設置する場合、前記扉体２は、図２に示すように、幅方向に複数組の扉体ブロックＢを一定の間隔を存して並列に設置したもので、隣合う扉体ブロックＢ同士をロープで連結している。
　前記扉体２では、隣合う前記各扉体ブロックＢ間の一方側の中心から、他方側の中心までを扉体ブロック一単位とし、扉体ブロック一単位の幅から扉体ブロックＢの幅を引いた値を扉体ブロックＢの両側端部の開口幅ｄ１（図３（ｂ）参照）とする。
　この扉体ブロックＢの両側端部の開口幅ｄ１は、例えば津波対応の起伏ゲート式防波堤１では、津波発生時に港内への漏水量が大きくなりすぎないように、扉体ブロックＢの幅に対して１％としたものを基本とする。隣合う扉体ブロックＢ間の開口幅について、扉体ブロック一単位は幅方向に一定間隔を存して並列に設置しているので、（ｄ１／２）×２＝ｄ１となり、扉体ブロックＢの幅に対して１％である。なお、扉体ブロックＢの両側端部の開口幅ｄ１は、小さくしすぎると異物の挟み込みの問題が生じる。
　前記扉体２は、基端側の回転軸２ａを、例えば港湾Ｒの底部に一体構造で設けた収納部４の基台４ａに、軸受５によって回転自在に支持することで、前記回転軸２ａを支点として起伏する。
　この起伏動作を円滑に行うために、扉体２の頂端と前記収納部４の間にも間隔ｄ２（図３（ｂ）参照）を存在させている。従って、倒伏状態の扉体２の上側の空間Ｓ１と、下側の空間Ｓ２は、図３（ａ）に示すように、各扉体ブロックＢの両側端部の開口幅ｄ１と各扉体ブロックＢの頂端と収納部４の間の間隔ｄ２によって連通している。
　また、前記テンションロッド３は、例えばその中間の連結部３ａで二つに折れ曲がるように形成されている。そして、扉体２の起立時に上端側に位置する一方端部３ｂは前記扉体２の頂部側に、前記起立時に下端側に位置する他方端部３ｃは、扉体２が倒伏する側の前記回転軸２ａから所定の距離だけ離れた位置に、それぞれ回転が自在なように支持されている。
　前記扉体２の例えば頂部側には空気室２ｂが設けられ、図示省略した給気装置（レシーバタンクとコンプレッサ）により、前記空気室２ｂに給気することによって、扉体２の浮上に必要な浮力を得るように構成されている。
　１１は、浮力を有した状態の前記扉体２を、水中に係留する係留機構であり、図４のように構成されている。
　１２、１３はベルクランク状の転向リンク部材であり、一方の転向リンク部材１２は前記扉体２を水中で格納する収納部４の、図１（ａ）に示す格納時の倒伏状態にある扉体２の裏面２ｃと相対する部分に設置されている。また、他方の転向リンク部材１３は、格納時の前記倒伏状態にある扉体２の裏面２ｃと相対する部分の、前記収納部４における前記扉体２の一方端外側に設置されている。
　１４は、軸中心周りの回転が自在なトルクシャフトであり、格納状態にある前記扉体２の裏面２ｃにおける例えば頂端部側（起立時は扉体２の上端側）に取付けたゲート係留部２ｄと相対する位置に設置されている。そして、このトルクシャフト１４の、前記ゲート係留部２ｄとの係合位置に係留フック１５が取付けられている。なお、１６は前記係留フック１５のゲート係留部２ｄへの係合を開放する方向にトルクシャフト１４を回転させるカウンタウエイトである。
　１７は、前記トルクシャフト１４の軸方向中間位置に一端側を取付けられたトルクアーム１８の他端側に一端側が接続され、他端側は前記一方の転向リンク部材１２、前記他方の転向リンク部材１３を介して水面上に引き出されたロッド部材である。
　このロッド部材１７は、一方の鉛直ロッド１７ａ、水平ロッド１７ｂ、他方の鉛直ロッド１７ｃから構成されている。
　このうち一方の鉛直ロッド１７ａは、一方端部に長孔１７ａａを設け、この長孔１７ａａに前記トルクアーム１８の他端側に設けたピン１８ａを挿入している。一方、他方端部は一方の転向リンク部材１２の一方側端部１２ａに回転自在に支持している。
　また、水平ロッド１７ｂは、一方端部を一方の転向リンク部材１２の他方側端部１２ｂに回転自在に支持し、他方端部は他方の転向リンク部材１３の一方側端部１３ａに回転自在に支持している。一方の転向リンク部材１２が複数個設けられている場合は、水平ロッド１７ｂはこの複数個の一方の転向リンク部材１２の他方側端部１２ｂと回転自在に支持して、他方端部を他方の転向リンク部材１３の一方側端部１３ａに回転自在に支持する（図５参照）。
　また、他方の鉛直ロッド１７ｃは、一方端部を他方の転向リンク部材１３の他方側端部１３ｂに回転自在に支持し、他方端部は水面上に引き出されて以下の構成の制御装置２１に接続されている。
　１９は、一方の転向リンク部材１２の一方側端部１２ａの回転軌跡上に設置された動作制限ストッパであり、一方の転向リンク部材１２の一方端部１２ａが動作制限ストッパ１９に接触して、一方の転向リンク部材１２の動作範囲を制限する。
　２２は、前記係留フック１５をゲート係留部２ｄに着脱するためのフック着脱用シリンダ装置であり、底部を固定されたシリンダ２２ａから出退するピストンロッド２２ｂの先端に滑車２３を取付けている。
　２４は、前記滑車２３に巻き回したワイヤ部材であり、その一端側がロードセル２５を介して前記他方の鉛直ロッド１７ｃの他端に接続され、他端側は扉体２の動揺に伴って伸縮する伸縮装置、例えばばね装置２６と接続されている。ばね装置２６に使用するばねは、細長い金属線を螺旋状に巻いたコイルばねを使用している。
　前記フック着脱用シリンダ装置２２には、ピストンロッド２２ｂの出退量を検出するストロークセンサ２２ｃが設けられている。また、前記ばね装置２６には、ばねのストロークを測定するストロークセンサ２６ａ及びストロークインジケータが設けられている。
　以上の構成からなる係留装置１１では、収納部４に係留した扉体２の上を波浪が通過した際に扉体２に生じる浮上力に起因する動揺を、ばね装置２６の伸縮により許容して波力を相殺するが、前記浮上力はできるだけ小さい方が望ましいことは言うまでもない。そのため、各扉体ブロックＢの頂端部側の開口面積を、各扉体ブロックＢの両側端部の開口面積の２．５倍未満としている。
　上記構成の起伏ゲート式防波堤１は、次に述べる操作によって、扉体２の格納や起立を行う。
（係留準備動作：図４、図６参照）
　フック着脱用シリンダ装置２２のピストンロッド２２ｂを出動作させ、一方の転向リンク部材１２の一方側端部１２ａを動作制限ストッパ１９に当接させる。
　その後、ばね装置２６のストロークセンサ２６ａまたはロードセル２５を監視しながら、扉体２の係留時における基準となる浮力が作用する時と同等の係留力が作用するまで、フック着脱用シリンダ装置２２のピストンロッド２２ｂを出動作させる。そして、その時のフック着脱用シリンダ装置２２のピストンロッド２２ｂのストローク位置をストロークセンサ２２ｃにより検出し、基準位置として記憶する。なお、扉体２の係留時における基準となる浮力が作用する時と同等の係留力を、以下、所定係留力という。
　この時、動作制限ストッパ１９から制御装置２１間のリンク部材およびばね装置一式は所定係留力相当が作用して伸びている状態である。なお、前記ばね装置一式とは、一方の転向リンク部材１２、ロッド部材１７ｂ，１７ｃ、他方の転向リンク部材１３、ロードセル２５、ワイヤ部材２４、ばね装置２６をいう。
　一方の転向リンク部材１２と係留フック１５の姿勢の相対関係は判っている。従って、前記記憶している基準位置における一方の転向リンク部材１２の姿勢で、所定のストローク相当量、フック着脱用シリンダ装置２２のピストンロッド２２ｂを退動作させる。なお、前記所定のストローク相当量とは、一方の転向リンク部材１２が動作制限ストッパ１９に接触している位置から係留フック１５が水平状態となる位置に相当する一方の転向リンク部材１２の位置までをいう。
　上記状態で、フック着脱用シリンダ装置２２のピストンロッド２２ｂを所定のストロークだけ退動作させた時、先ず、伸ばされていた前記リンク部材及びばね装置一式が縮む。それと共に、この記憶している基準位置に位置している一方の転向リンク部材１２の一方端部１２ａが動作制限ストッパ１９から離れて所定のストローク相当量だけ退動作する。係留フック１５は、前記リンク部材及びばね装置一式の縮み相当分、水平状態から下方に傾いた位置となる。これで、係留準備動作を完了する。
（係留動作：図７参照）
　上記係留準備操作を完了した状態で、扉体２の上端部に設けた排気弁を開放して、空気室２ｂ内の空気を排気しつつ、空気室２ｂ内に海水を入れて扉体２を倒伏させる。
　扉体２の倒伏に伴い、扉体２に設けたゲート係留部２ｄが係留フック１５を押し下げると同時に、トルクアーム１８のピン１８ａが一方の鉛直ロッド１７ａの長孔１７ａａの下部に移動する（図７（ａ）から図７（ｂ））。
　扉体２のゲート係留部２ｄが係留フック１５を通過すると、カウンタウエイト１６の重量により、係留フック１５はゲート係留部２ｄをかわして水平状態から少し下方に傾いた位置に戻る（図７（ｃ））。
　倒伏完了後、空気室２ｂ内に圧縮空気を供給し、空気室２ｂ内の海水を排水する。これにより扉体２が浮上し、ゲート係留部２ｄが前記係留フック１５を押し上げ、扉体２の浮力を伝達する。同時に、ロッド部材１７、一方の転向リンク部材１２、他方の転向リンク部材１３、ワイヤ部材２４、ばね装置２６は、扉体２の浮力による係留力が作用して伸ばされ、変位する。変位した分、係留フック１５は上方へ移動する。
　その後、ばね装置２６のストロークセンサ２６ａまたはロードセル２５を監視し、所定係留力が作用していることを確認して空気室２ｂへの給気を停止する。このとき、係留フック１５は水平状態となる。
（扉体２の浮上操作時：図８参照）
　フック着脱用シリンダ装置２２の油圧力を開放して保持力を緩める。これにより、他方の鉛直ロッド１７ｃ、他方の転向リンク部材１３、水平ロッド１７ｂ、一方の転向リンク部材１２、一方の鉛直ロッド１７ａ、トルクアーム１８のピン１８ａを介して係留フック１５の係留力が緩む。従って、扉体２の浮力及びカウンタウエイト１６の力により係留フック１５は押し上げられ、ゲート係留部２ｄとの係合を解除する。
　その後、ばね装置２６が縮んでいることを確認すると共に、ロードセル２５により係留力がないことを確認する。
　上記構成の起伏ゲート式防波堤１では、ばね装置２６によって扉体２の動揺を許容して係留する。この場合、扉体２が上方に変位することで扉体２の下側の空間Ｓ２が負圧になり、扉体２の上面との圧力差によって扉体２に対して下向きに作用する力が発生する（図９参照）。
　これにより、波によって生じる扉体２の回転軸２ａ周りのモーメントとしての作用荷重を全て係留機構が負担しなければならない（図１０参照）、扉体２を固定して係留する場合よりも、扉体２の係留に必要な荷重は少なくなる。
　発明者等は、扉体の許容動揺角と係留機構の負担率の関係を、模型実験により得ることにした。図１１は、入射波及びばね装置のばね定数を様々に変えて係留機構の負担率と許容動揺角の関係を収集した結果の一例を示したものである。
　ここで、係留機構の負担率とは、先に説明したように、波によって扉体２に作用する流体力Ｆｗに対して前記係留機構１１が受け持つ係留力Ｆｍの割合（Ｆｍ／Ｆｗ）を示す。また、扉体２の許容動揺角とは、扉体２の長さＬに対する扉体先端の動揺振幅Ｗとして示している（＝Ｗ／Ｌ）（図１２参照）。
　図１１は、扉体先端の隙間が隣接する扉体ブロック間の隙間に対して１．０倍の場合（（ａ）図）と２．５倍の場合（（ｂ）図）の結果を示した図である。これら両図より、扉体先端の隙間を狭くする（扉体先端の隙間を隣接する扉体ブロック間の隙間の２．５倍未満）、或いは許容動揺角を大きくすることで係留負担率が減少することが分かる。
　図１１中の破線は実験結果より求めた実験式である。この実験式は、それぞれの許容動揺角に対して係留負担率が最大となった場合の結果を集め、累乗の指数が負となる指数関数を用いて、近似式を与えたものである。この近似式は、図１１（ａ）の扉体先端の隙間が隣接する扉体ブロック間の隙間の１．０倍の場合はＹ＝３．７４Ｅ－０６×Ｘ－1.485である。また、図１１（ｂ）の２．５倍の場合はＹ＝１．３８Ｅ－０２×Ｘ－0.5607である。指数が負となる指数関数を使用した理由は、許容動揺角を無限大としたとき、係留負担率が０となることを前提としたためである。
　前記実験式は、係留負担率が最大となる各実験ケースより得たものであるため、実際の係留負担率は実験式よりも十分小さくなることが想定され、これらは安全側の検討といえる。例えば、図１１（ａ）の場合、実験式を用いて、許容動揺角が０．００１では０．１０７、許容動揺角が０．００２では０．０３８、許容動揺角が０．００３では０．０２１というように、係留機構の負担率を求めることができる。
　通常、起伏ゲートの扉体先端の隙間は、隣接する扉体ブロック間の隙間よりも小さくなる（１．０倍以下となる）ように設計されるため、より係留負担率は軽減されて、前記近似式の関係を用いた必要な係留力の算定は安全側の検討となる。但し、係留機構の負担率が１を超えることはないので、前記近似式の仕様範囲には留意が必要である。
　次に、前記近似式を用いてコイルばねの選定、及び係留機構に生じる荷重評価を行う方法について説明する。
　先ず、起伏ゲート式防波堤の基本寸法から、係留フックのゲート係留部への係合代を確保して、不用意な開放を避けるために許容される許容動揺振幅を決定する。
　実験式の誤差や波浪の不確実性を考慮し、係留機構を安全に利用するために設計動揺振幅を前記の許容動揺振幅以下に設定する。設計動揺振幅は、許容動揺振幅の０．５倍程度にすることが望ましい。
　続いて、起伏ゲート式防波堤設備の基本寸法である扉体長さ、および設計動揺振幅から設計動揺角Ｘ（＝設計動揺振幅／扉体長さ：図１２（ｂ）参照）を求める。
　扉体先端の隙間、および隣合う扉体ブロック間の隙間を設定し、前記実験式（Ｙ＝３．７４Ｅ－０６×Ｘ－1.485）から設計動揺角Ｘに対する設計係留負担率Ｙを求める。
　波浪条件等の現地の自然条件から、波による流体力（波の周期４～１６秒の規則波を倒伏した扉体に作用する時の作用荷重の最大値）Ｐmax（Ｎ）を計算して求める。
　波によって扉体２に作用する流体力Ｆｗ、および設計係留負担率Ｙから、必要な係留力（動揺振幅に対する係留力増減量）Ｆｍ（＝Ｆｗ×Ｙ：図１２（ａ）参照）を求める。
　求められた必要な係留力Ｆｍを使って、ばね装置のばね定数（＝Ｆｍ／Ｗ）を求め、この求めたばね定数から、以下のようにしてばね装置の選定を行う。
　求めたばね定数は、図１３に示すグラフの「理想：経済設計」に位置している。
　ばね装置の選定は、安全側を見て、ばね定数は「理想：経済設計」より若干大きめに選定する。
　ばね定数を「理想：経済設計」通りに設定すれば、必要な係留力が低くなって経済設計となるが、安全性が落ちるので好ましくないからである。反対に、ばね定数を高めに設定しすぎると、必要な係留力は高くなり、また、動揺振幅は小さくなるが、安全すぎて係留機構の規模や製作コストが増加するからである。
　以上のようにばね定数を決定することで、波による外力に対して係留機構が受け持つ係留負担率が明確になって、係留機構の経済設計が可能になる。
　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。
　Ｂ　　扉体ブロック
　１　　起伏ゲート式防波堤
　２　　扉体
　２ａ　　回転軸
　２ｂ　　空気室
　２ｃ　　裏面
　２ｄ　　ゲート係留部
　４　　収納部
　５　　軸受
　１１　　係留機構
　１２　　一方の転向リンク部材
　１３　　他方の転向リンク部材
　１４　　トルクシャフト
　１５　　係留フック
　１７　　ロッド部材
　１８　　トルクアーム
　２２　　フック着脱用シリンダ装置
　２２ｂ　　ピストンロッド
　２３　　滑車
　２４　　ワイヤ部材
　２６　　ばね装置

Claims (1)

  1. 　扉体先端の隙間が隣合う扉体ブロック間の隙間の２．５倍未満となるように、幅方向に並列に設置した扉体ブロックを連結した扉体が、空気室への給気によって得られた浮力により起立する起伏ゲート式防波堤における係留機構の弾性係数を決定する方法であって、
    　前記係留機構は、
    　格納状態にある前記扉体の裏面に取付けたゲート係留部と相対する位置に、軸中心周りの回転が自在なように設置されたトルクシャフトと、
    　このトルクシャフトの、前記ゲート係留部との係合位置に取付けられた係留フックと、
    　前記扉体を水中で格納する収納部において、格納状態にある扉体の裏面と相対する部分に設置された一方の転向リンク部材と、
    　前記収納部において、格納状態にある扉体裏面側の一方側外側に設置された他方の転向リンク部材と、
    　前記トルクシャフトに一端側を取付けられたトルクアームの他端側に一端側が接続され、他端側は前記両転向リンク部材を介して水面上に引き出されたロッド部材と、
    　ピストンロッドの先端に滑車を取付けたフック着脱用シリンダ装置と、
    　一端側が前記ロッド部材の他端に接続され、他端側は前記滑車を介して扉体の動揺に伴って伸縮する伸縮装置と接続するワイヤ部材とを備え、
    　前記扉体の長さに対する扉体先端の動揺振幅である扉体の許容動揺角をＸ、波によって扉体に作用する流体力に対して前記係留機構が受け持つ係留力の割合である係留機構の負担率をＹとした場合、
    　前記扉体の許容動揺角Ｘと前記係留機構の負担率Ｙの関係を下記Ａ式とし、
    　このＡ式に、設定したゲート係留部から係留フックが外れない範囲で動揺する扉体の設計動揺角を、扉体の許容動揺角Ｘとして代入して、係留機構の負担率Ｙを求め、
    　この求めた係留機構の負担率Ｙを係留機構の設計負担率として、前記伸縮装置の弾性係数を決定することを特徴とする起伏ゲート式防波堤における係留機構の弾性係数決定方法。
    　Ｙ＝３．７４Ｅ－０６×Ｘ－1.485　…Ａ式
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