(57)【要約】  コスト的に優れた捩り構造体を使用した横移動方式の開閉式水門を実現する。水路を横切る方向に設けられ、薄肉で形成された閉断面を有する構造体であって、前記閉断面の拘束点を中心として前記閉断面の面内において回転するように構成され、作用する荷重と前記拘束点の反力により形成される捩りモーメントが捩り剛性で前記構造体の端末に伝達される捩り構造体と、水路を横切る方向に設けられたレールと、拘束点として機能するとともに、レールに従って移動する複数の軸式支承とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水や船舶の水路を横切る方向に設けられる水門において、
前記水路を横切る方向に設けられ、薄肉で形成された閉断面を有する構造体であって、前記閉断面の拘束点を中心として前記閉断面の面内において回転するように構成され、作用する荷重と前記拘束点の反力により形成される捩りモーメントが捩り剛性で前記構造体の端末に伝達される捩り構造体と、
前記水路を横切る方向に設けられたレールと、
前記拘束点として機能するとともに、前記レールに従って移動する複数の軸式支承とを備え、
前記レールの頭部の断面形状は凸状円弧であり、
前記軸式支承は前記頭部を回転して移動するローラであり、
前記ローラの踏面の断面形状が前記レールの頭部の前記凸状円弧の半径に対応する半径の凹状円弧であることを特徴とする水門。
【請求項２】
流水や船舶の水路を横切る方向に設けられる水門において、
前記水路を横切る方向に設けられ、薄肉で形成された閉断面を有する構造体であって、前記閉断面の拘束点を中心として前記閉断面の面内において回転するように構成され、作用する荷重と前記拘束点の反力により形成される捩りモーメントが捩り剛性で前記構造体の端末に伝達される捩り構造体と、
前記水路を横切る方向に設けられたレールと、
前記拘束点として機能するとともに、前記レールに従って移動する複数の軸式支承とを備え、
前記レールの頭部の断面形状は凸状円弧であり、
前記軸式支承は前記頭部を回転して移動する複数のローラであり、
前記複数のローラは、前記レールの頭部を挟みこむように配置されていることを特徴とする水門。
【請求項３】
前記捩り構造体の前記閉断面上の任意の点において、その点の板厚ｔとその点の接線に前記閉断面の剪断中心から下ろした垂線の長さｒｓとの積が、一定値又は予め定められた範囲内となるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項４】
前記捩り構造体の前記閉断面は箱型であり、
前記箱型閉断面のフランジ半巾をＬｆ、ウエッブ半巾をＬｗ、フランジ板厚ｔｆ、ウエッブ板厚ｔｗとして、
ｔｆが、ｔｗ×Ｌｗ÷Ｌｆよりも大きく、かつ、ｔｗよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項５】
前記捩り構造体の前記閉断面は凸レンズ型であり、
前記凸レンズ型閉断面において、前記凸レンズ断面両面の薄肉の半径をそれぞれｒ、前記半径中心をそれぞれｉとｏ、前記ｉとｏを結ぶ線分Ｌ（ｓ，ｉ）、前記凸レンズ断面の薄肉の任意の点と前記ｉ又はｏを結ぶ線分が前記線分ｓｉとなす角度をαとし、角度αに応じた板厚の比率η（α）が次式で与えられ、
η（α）＝（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ））÷（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ）× cos(α)）
前記板厚の比率η（α）に従って、前記凸レンズ型閉断面の厚みが端部へ行くに従って薄くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項６】
前記捩り構造体は、前記水路の一部を遮る第１部分と前記水路の他の部分の少なくとも一部を遮る第２部分に分割され、
前記第１部分と前記第２部分は、捩りモーメントを伝達する継ぎ手で連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれかに記載の水門。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流水や船舶の水路に設けられる水門に関する。水門は、高潮、津波、高水（本川から支川への逆流）、波浪、流木流入等に対応するものである。前記水門は、陸閘門も含む。
【背景技術】
【０００２】
高潮や津波などに対応するための大型の水門は、公知である。【０００３】
特許文献１の水門は、薄肉閉断面の扉体（捩り構造）と、これを支える軸式支承とを備えるフラップゲートである。前記扉体は、軸式支承により基礎地盤に支えられているとともに、その軸を中心に回転運動する。【０００４】
図１はフラップゲートの軸式支承の例を示す。図１ａは側面図、図１ｂは、図１ａのＡ−Ａ矢視断面図である。【０００５】
６は扉体（実線、全閉状態）、７は扉体（点線、全開状態）、８は支承台、９は回転軸、１０はブラケットである。【０００６】
扉体６、７は、溶接等で剛接されたブラケット１０を介して回転軸９に接続される。支承台８は地盤上の基礎で支持される。【０００７】
水門を使用していないとき、扉体（全開状態）７は、点線で示すように水面下に水平状態で格納されている。使用時は、扉体（全開状態）７は回転軸９を中心に回転して起立し、実線の扉体（全閉状態）６の位置にくる。【０００８】
図２は、捩り構造と曲げ構造の変形的特徴の違いの説明図である。図２ａは曲げ構造を、図２ｂは捩り構造を示す。Ｌは径間長を示す。【０００９】
曲げ構造の変形的特徴は断面の平行移動である。これに対して、捩り構造の変形的特徴は断面の面内回転である。この回転中心は、断面の移動拘束点である軸式支承である。拘束点の有無により、捩り構造は曲げ構造と区別される。【００１０】
断面が薄肉閉断面構造である場合に構造特性が著しく異なる。即ち、捩り構造は（１）薄肉閉断面と（２）断面拘束により特徴付けられる。【００１１】
捩り構造は閉断面々積の自乗で荷重に抵抗するが、曲げ構造と軸力構造はそれぞれ部材の断面二次モーメントと軸力剛性で抵抗する。【００１２】
捩り構造の作用荷重は断面拘束点に伝達され、作用荷重と拘束点反力で形成される捩りモーメントが捩り剛性で径間端末に伝達されるが、曲げ構造と軸力構造の作用荷重はそれぞれ剪断剛性と軸力剛性で径間端末に伝達される。【００１３】
曲げ構造と軸力構造は３次元構造であるが、捩り構造は２．５次元構造と言える。【００１４】
この様な構造上の相違から捩り構造は様々な利点を持ち、有利さは径間が増すに従い顕著になる。例えば、径間４００ｍ級の超大型水門の場合、扉体重量は他の構造形式の１／２〜１／３以下である。低重量は低建設コストに繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開昭５０−１６３３４号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】寺田溥「捩り構造ゲートの解析方法」ダム工学 Vol.7 No.1 1997
【非特許文献２】水門扉の大型化と高圧化に関する研究、寺田溥、学位論文、1996（東洋大学提出）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
捩り構造はコスト面で圧倒的利点を持つが、従来、水門への適用は軸式支承で地盤に固定されたフラップゲートに限られていた。この発明は、捩り構造を横移動式の防潮水門に適用することを可能にする。径間２００ｍ〜６００ｍ級の超大型防潮水門にも適用できる。【００１８】
この発明は、下記の課題について解決手段を開示し、捩り構造による防潮水門の実現に寄与しようとするものである。
課題１：捩り構造防潮水門の横移動
課題２：レール基礎の不等沈下
課題３：曲げ捩りの緩和【００１９】
課題１：捩り構造防潮水門の横移動
この発明により実現する機能は、（１．１）自由な捩り変形、（１．２）全閉時の作用水圧支持、（１．３）移動時の作用水圧支持である。以下に各々の機能について説明する。【００２０】
（１．１）自由な捩り変形
捩り構造は、作用水圧や自重等の作用荷重により捩り変形が発生する。捩り中心線に曲がりがあると捩り構造が付加的曲げ変形を受けるので、中心線の直線性を維持して自由な捩り変形を可能にする。【００２１】
（１．２）全閉時の作用水圧支持
全閉時には最大水圧が作用し、捩り構造に捩り変形が発生する。この状態で作用水圧をローラからレールに確実に伝達する。【００２２】
（１．３）移動時の作用水圧支持
開閉操作条件に見合った水圧が作用した状態で横移動が行われる。ローラのレール乗り上げ無しに横移動を行う。【００２３】
課題２：レール基礎の不等沈下
捩り構造防潮水門の横移動のためにレールを用いるが、水門の竣工後において基礎地盤の不等沈下によりレールの基礎が変形する可能性がある。このレール基礎の不等沈下が生じたときでも、横移動を可能にする。【００２４】
課題３：曲げ捩りの緩和
構造物の捩りには単純捩りと曲げ捩りがある。単純捩りでは単純捩りモーメントが発生して断面に単純捩り剪断応力が発生するが、曲げ捩りでは曲げ捩りモーメントが発生して単純捩り剪断応力に曲げ捩り剪断応力が加算される。単純捩り剪断応力は断面内一様に分布するが曲げ捩り剪断応力は断面内で大きく波打つので、両者を合計した応力の最大値が上昇する。【００２５】
捩り構造の水門は曲げ捩りが発生して断面応力が大幅に上昇する。図３乃至図１１は計算例である。図３の門扉の単純捩りが図４、曲げ捩りが図５である。図６の門扉の単純捩りが図７、曲げ捩りが図８である。図９の門扉の単純捩りが図１０、曲げ捩りが図１１である。【００２６】
曲げ捩りモーメントは絶対値が小さくて捩りモーメント伝達の貢献度が低いので、曲げ捩りの緩和は捩り構造のコスト削減に繋がる。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
コスト的に優れた捩り構造体を使用した横移動方式の開閉式水門を実現するために、水門扉としての捩り構造体と、レールと、拘束点として機能するとともに、レールに従って移動する複数の軸式支承とを備える水門を提供する。軸式支承はローラを含み、レールの頭部の断面形状を凸状円弧とし、ローラの踏面の断面形状をレールの頭部の凸状円弧の半径に対応する半径の凹状円弧とする。嵌合により両者は軸式支承として作用する。【００２８】
または、レールの頭部を挟みこむように配置されている複数のローラを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】フラップゲートの軸式支承の例である。
【図２】捩り構造と曲げ構造の変形的特徴の違いの説明図である。
【図３】門扉の例である。
【図４】図３の例の単純捩りである。
【図５】図３の例の曲げ捩りである。
【図６】門扉の他の例である。
【図７】図６の例の単純捩りである。
【図８】図６の例の曲げ捩りである。
【図９】門扉の他の例である。
【図１０】図９の例の単純捩りである。
【図１１】図９の例の曲げ捩りである。
【図１２】横移動方式の開閉式防潮水門である。
【図１３】捩り構造の説明図である。
【図１４】図１３の薄肉閉断面と断面拘束点の詳細である。
【図１５】実施例１の軸式支承の説明図である。
【図１６】実施例１の軸式支承の説明図である。
【図１７】実施例１の軸式支承の説明図である。
【図１８】実施例２の軸式支承の説明図である。
【図１９】実施例３のレール基礎の不等沈下及び捩り構造体分割の効果の説明図である。
【図２０】実施例３の継ぎ手の説明図である。
【図２１】反りの低減方法の効果説明に必要なｓ座標の説明図である。
【図２２】実施例４の箱型薄肉閉断面の説明図である。
【図２３】実施例４の反り関数Ψと曲げ捩り剪断流の計算結果の説明図である。
【図２４】実施例４の反り関数Ψと曲げ捩り剪断流の計算結果の説明図である。
【図２５】実施例４の反り関数Ψと曲げ捩り剪断流の計算結果の説明図である。
【図２６】実施例４の反り関数Ψと曲げ捩り剪断流の計算結果の説明図である。
【図２７】図２３乃至図２６の結果をまとめた説明図である。
【図２８】実施例４のレンズ型薄肉閉断面の説明図である。
【図２９】図２８のレンズ型薄肉断面の反り関数と曲げ捩り剪断流の説明図である。
【図３０】図２８のレンズ型薄肉断面の板厚の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３０】
図１２は、横移動方式の開閉式防潮水門を示す。図１２は防潮水門の海洋側から見た水門の左半分を表す。
図１２ａは平面図である。図１２ｂは正面図である。【００３１】
１は全閉状態の水門扉を示す。２は全開状態の水門扉である。図１２の水門は１又は２いずれかの状態をとる。【００３２】
３は格納ドック、４はレール基礎、５は防潮水門の中心線である。１００は、水門扉１（以下「捩り構造体１」と記すことがある）の拘束点として機能するとともに、後述のレールに従って移動する軸式支承である。軸式支承１００は水門扉の下部に多数設けられている。多数の軸式支承１００はレールの配置に合わせて設けられている（例えば直線状）。軸式支承の構造については図１５乃至図１８及びこれらの説明を参照されたい。【００３３】
全開状態の水門扉２は格納ドック３に格納されている。使用時に、全閉状態の水門扉１の位置に横移動される。【００３４】
図１２のレール基礎４はコンクリートと鋼の合成構造であり、造船ドック等で一体構造として建造され、現地に曳航して沈設される。竣工後の基礎地盤の不等沈下によりレール基礎４が変形する可能性がある。変形は、（１）直線状態での不等傾斜、又は、（２）凹凸変形である。（１）は格納ドック３内のレール調整で対応する。（２）の影響でローラの片当たりによるローラ荷重の増加が予想されるが、ローラ機能の喪失を回避する必要がある（実施例３参照）。【００３５】
本実施例における捩り構造を定義する。
図１３は捩り構造を表す。図１３ａは正面図、図１３ｂはＡ矢視図、図１３ｂ１は変形前、図１３ｂ２は変形後の捩り構造を示す。【００３６】
Ｌは捩り構造の径間長である。１１が薄肉閉断面、１２が断面拘束点（軸式支承１００の回転軸）である。正面図ａのＬ両端の実直線とそれに挟まれた点線が薄肉閉断面１１の断面位置を示し、断面拘束点１２が最寄り断面の面内変位の拘束点を示す。【００３７】
図１３ｂ１の点線は変形前の捩り構造の薄肉閉断面１１の断面位置における断面形状を示している。作用荷重による変形が無いので、各断面は直立状態にある。【００３８】
図１３ｂ２の点線は変形後の捩り構造の薄肉閉断面１１の断面位置における断面形状を示している。各断面はそれぞれの断面拘束点１２を中心に回転し、薄肉閉断面１１は捩り変形状態にある。捩り構造体１の両端は固定されているので変形しない。【００３９】
図１４は、図１３の薄肉閉断面１１と断面拘束点１２の詳細を示す。図１３と同一又は相当部分については同一符号を付し、その説明は省略する（以下同様）。【００４０】
図１４ａは正面図、図１４ｂはＡ矢視断面図である。図１４ｂ１は変形前、図１４ｂ２は変形後を示す。【００４１】
１３は、捩り構造体１を構成する部材の断面（以下「薄肉」と記すことがある）である。【００４２】
図１４ｂ１のように、作用荷重による変形が無い状態では、薄肉閉断面１１は直立状態にある。薄肉閉断面１１は連続して閉じた状態の薄肉１３で形成される。【００４３】
捩り構造体１に荷重が作用すると、図１４ｂ２のように変形する。薄肉閉断面１１は断面拘束点１２を中心に回転した状態にある。【００４４】
断面拘束点１２は同図に示す断面の面内平行移動を拘束しているだけで、回転変位は拘束していない。【００４５】
本明細書の「捩り構造」とは、連続して閉じた状態の薄肉１３で構成された薄肉閉断面１１と、その断面の面内平行移動を拘束する断面拘束点１２で特徴付けられる構造物である。【００４６】
実施例１の軸式支承１００について図１５乃至図１７を参照して説明する。
図１５及び図１６において、１４はレール、１５はレール頭円弧、１６はレール頭中心、１７はローラ、１８はローラ中心線、１９はローラの軸心、２０はローラ踏み面円弧である。【００４７】
レール基礎４で支持されたレール１４の頭は、レール頭中心１６を中心とする円弧１５である。ローラ１７の踏み面は、レール頭円弧１５に適応した半径の円弧２０である。ローラ１７は、その軸心１９を通じて水門扉１（捩り構造体１）に固定されている。【００４８】
レール頭円弧１５とローラ踏み面円弧２０の公称半径は同一であるが、ローラ１７の横移動時のレール１４とローラ１７の円滑な嵌合を実現する為に、両半径に適切な差を設ける必要がある。「適応した半径」とは適切に差を設けた半径のことである。【００４９】
図１５ａは変形前、図１５ｂは変形後を示す。図１５ｂでは、水門扉１が荷重を受けて捩り変形し、拘束点１６を中心に回転した状態を示す。２１はローラ荷重を示し、２２はローラ１７とレール１４の接触面を示す。ローラ１７とレール１４の接触部分が弾性変形して接触面２２が形成される。【００５０】
ローラ１７はレール頭中心１６を中心に回転するので、水門扉１は、捩れ中心の直線性が維持されて付加的曲げ変形を受けることなく、自由な捩り変形が可能である（前述の課題「（１．１）自由な捩り変形」に対応）。【００５１】
ローラ荷重２１は、その方向がレール頭中心１６を向いているので、ローラ１７とレール１４の接触面２２を通して確実にレール１４に伝達される（前述の課題「（１．２）全閉時の作用水圧支持」に対応）。【００５２】
水門扉１が荷重を受けて横移動時における、ローラ１７のレール１４への乗り上げについて、図１６及び図１７を参照して説明する。【００５３】
図１６において、２３は接触面２２の接線である。θは、ローラ中心線１８とローラ荷重２１の作る角度である。【００５４】
図１６ａはθ＝０度、図１６ｂはθ＝４５度、図１６ｃはθ＝９０度の状態を示す。【００５５】
接触面２２の中心を含むローラ１７の回転面はローラ中心線１８とレール頭中心１６を含む断面と平行である。【００５６】
ローラ１８のレール１４への乗り上げ力は、ローラ１７の回転に伴う回転面上の点移動の下方向成分による接触面２２の摩擦力である。この摩擦力は式（１）で与えられる。一方、乗り上げ防止力はローラ荷重２１のローラ中心線１８方向の成分であり、式（２）で与えられる。
摩擦力＝ローラ荷重×ｃｏｓ(９０−θ)×接触面の摩擦係数      （１）
乗り上げ防止力＝ローラ荷重×ｓｉｎ(９０−θ)      （２）【００５７】
図１７は、ローラ荷重＝１０００ｔｆ、接触面の摩擦係数＝１として、図１６ａ〜図１６ｃケースについて摩擦力と乗り上げ防止力を式（１）および（２）により試算した結果である。【００５８】
この結果から明らかな如く、θが４５度より小さければローラ１７のレール１４への乗り上げは発生しない。【００５９】
水中で水潤滑が期待できる接触面２２の摩擦係数は試算での値の１０％以下である可能性がある。ローラ荷重２２の方向はθ＝４５度よりもはるかにローラ中心線１８に近い可能性もある。したがって、開閉操作条件に見合った水圧が作用した状態でローラがレールに乗り上げることなく横移動できる可能性が高い（前述の課題「（１．３）移動時の作用水圧支持」に対応）。
【実施例２】
【００６０】
実施例２について図１８を参照して説明する。２５は移動時荷重を示す。
図１８ａに示すように、この実施例のローラ１７はひとつの箇所に複数（２つ）設けられている。これらはレール１４の頭部１５を挟みこむように配置されている。これらローラ１７は互いに異なる複数方向を向いている。これらローラ１７の総て軸心１９が水門扉１に固定されている。【００６１】
図１８ｂは、移動時荷重２５と複数方向のローラ荷重２１の力の釣り合い関係を示す。【００６２】
図１８において総てのローラ１７のローラ荷重２１がレール頭中心１６に向かっているとともに、接触面の接線２３はローラ中心線１８と直角に交わっている。このため、移動時荷重２５が作用した状態でも、ローラ１７がレール１４に乗り上げることなく横移動できる（前述の課題「（１．３）移動時の作用水圧支持」に対応）。
【実施例３】
【００６３】
実施例３について図１９及び図２０を参照して説明する。
図１９ａはレール基礎４に不等沈下が無い状態を示し、図１９ｂは不等沈下で凹変形した状態を示す。図１９ｃは、２分割した水門扉１の不等沈下への対応の状況を示す。【００６４】
複数のローラ１７は、通常、レール１４上にあるが、不等沈下が生じると浮き上がり状態になる。それらを白抜きで示した。【００６５】
図１９ａの不等沈下が無い状態では、ローラ１７は総てレール１４の上にあり、概ね等分の荷重を分担している。【００６６】
図１９ｂの不等沈下で凹変形した状態では、ローラ１７は水門扉１の両端２個のみがレール１４上にあって、そのローラ荷重は図１９ａよりも増加する。図の例では約５培になる。【００６７】
そこで水門扉１をその長手方向で分割してレールへの追従性を良くすることを考える。図１９ｃの２分割した状態では、各分割ブロックでローラ１７はその両端２個がレール１４上にあるので、不等沈下で凹変形した図１９ｂの状態よりも少なくなる（図の例では約２．５倍となり、図１９ｂの半分になる）。【００６８】
分割数は、予想される不等沈下量、ローラ個数、ローラ強度等のローラの安全に関わる条件に応じて適切な数を選ぶ。これにより不等沈下によるローラ機能の喪失を回避することができる。扉体分割は構造コストの増加要因となるので、分割数は最小限が望ましい。【００６９】
図２０は、水門扉１を分割した場合に、分割された部分同士をつないで捩りモーメントを伝達する継ぎ手の説明図である。図２０ａは正面図、図２０ｂはＡ矢視断面図、図２０ｃはＢ矢視断面図である。
２６は分割面、２７は捩りモーメント伝達棒、２８は捩りモーメント受け孔、２９は偶力である。【００７０】
捩りモーメント伝達棒２７は分割面２６右側の水門扉１Ｒに固定されている。その先端は分割面２６の左側の水門扉１Ｌに嵌合している。分割面２６の右側の水門扉１Ｒの捩りモーメントは、捩りモーメント伝達棒２７を通して分割面２６の左側の水門扉１Ｌに伝達される。【００７１】
捩りモーメント伝達棒２７の先端は捩りモーメント受け孔２８と勘合状態にある。捩りモーメントは、偶力２９の形で捩りモーメント伝達棒２７の先端から捩りモーメント受け孔２８の側壁に伝達される。捩りモーメント伝達棒２７と捩りモーメント受け孔２８はレール基礎１４の不等沈下に追従するためにそれぞれ異なった動きをする。これに対応して、モーメント受け孔２８は縦長とする。捩りモーメント伝達棒２７先端と捩りモーメント受け孔２８との嵌合は、充分な長さ的余裕を持たせる必要がある。【００７２】
分割面２６の捩りモーメントを伝達する継ぎ手構造は多くの選択肢があるが、伝達は総て偶力の形で行われる。【００７３】
相対する分割面２６の水密方法は別に工夫が必要である。
分割ブロックの移動時、全閉時、格納時において、相対する分割面２６の間隔を維持する必要がある。維持方法は牽引方式、プッシュ方式、自走式、その他など公知の横移動方法により異なる。分割の数は任意であるが、少ないほうがコスト的に有利である。
【実施例４】
【００７４】
捩り構造における反りの低減手段について、図２１〜図２２を参照して説明する。【００７５】
図２１は、前記反りの低減方法の効果説明に必要なｓ座標を示している。既に示された要素と同一又は相当する部分については同一符号を付し、その説明は省略する。【００７６】
３０は、薄肉閉断面１１の中心線に沿って設定したｓ座標である。３１は、ｓ座標３０のプラス方向を示す。３２は、薄肉閉断面１１の剪断中心である。【００７７】
ｄｓは、ｓ座標３０上の微小距離ｄｓである。ｔは、ｄｓにおける板厚である。３５は、ｄｓの接線である。ｒｓは、剪断中心３２から接線３５に下ろした垂線の長さである。【００７８】
薄肉閉断面１１の反りは、式（３）の関数Ψで表される。式（３）に含まれるＡｓは薄肉閉断面１１の面積である。Ψ０は、周積分の出発点におけるΨの値（反り常数）であり、これは式（４）で表すことができる。式（３）と（４）の積分は総てｓ座標３０の上で行う。
【数１】
2014037987.tif 000003
【００７９】
ｔは、「薄肉閉断面上の任意点の板厚」である。ｒｓは、「その点の接線に薄肉閉断面の剪断中心から下ろした垂線の長さ」である。【００８０】
（薄肉閉断面上の任意点の板厚）×（その点の接線に薄肉閉断面の剪断中心から下ろした垂線の長さ）の値は、一定値である。
ｔ×ｒｓ＝断面毎に一定値＝Ｃ          （５）【００８１】
（５）を（３）と（４）に代入して積分を実行すると、ΨとΨ０は共に零になる。反り関数Ψと反り常数Ψ０が零であれば断面の反りが零であるので、反りに比例する垂直応力も零であり、これと釣り合う曲げ捩り剪断応力も零である。即ち、曲げ捩りの緩和が実現する（課題３）。【００８２】
具体的な形状を取り上げて、この実施例の反りの低減手段の効果を説明する。【００８３】
（１）箱型形状
図２２の左側は箱型薄肉閉断面を示し、同右側はその具体的な寸法を示す。
既に示された要素と同一又は相当する部分については同一符号を付し、その説明は省略する。【００８４】
Ｌｆは、フランジ半巾である。Ｌｗは、ウエッブ半巾である。ｔｆは、フランジ板厚である。ｔｗは、ウエッブ板厚である。【００８５】
剪断中心３２が図心と一致しているので、反り０の条件式（５）は、式（６）のようになる。
ｔｆ＝ｔｗ×Ｌｗ÷Ｌｆ          （６）【００８６】
図２２の右側のＬｆ、Ｌｗ、ｔｗに基づき式（６）でｔｆを求めると、ｔｆは約１２．４ｍｍと算出される。【００８７】
図２３〜図２６は、ｔｆの値をｔｆ＝３４ｍｍから１２．４ｍｍまで変化させたときの反り関数Ψと曲げ捩り剪断流の計算結果を示す。【００８８】
図２３ではｔｆ＝３４ｍｍ、図２４ではｔｆ＝１６ｍｍ、図２５ではｔｆ＝１４ｍｍ、図２６ではｔｆ＝１２．４ｍｍである。【００８９】
ｔｆ＝１２．４ｍｍに近づくに従って、反り関数Ψと共に曲げ捩り剪断流が０に近づいていく。曲げ捩り剪断流は曲げ捩りモーメントによる剪断応力の分布を示している。【００９０】
図２７は、ｔｆの値を３４ｍｍから１２．４ｍｍまでｍｍ単位で減じた場合において、反り常数Ψ０、曲げ捩り剪断流常数ｑｗ０、曲げ捩り断面係数Ｃｂｄ、及び、捩り断面係数Ｊｔの計算結果を、ｔｆ＝３４ｍｍの場合を１００として％表示したものである。横軸はｔｆである。【００９１】
反り量と曲げ捩り剪断応力の大きさに関わるΨ０とｑｗ０が、反り０の点に向かって急激に減少して行く。ＣｂｄとＪｔも減少する。Ｊｔ減少の影響は重大である。Ｊｔは変形抑制の主役であり、その減少は変形の増加に繋がり、（応力）＝（形状係数）×（変形量）×（ばね常数）の関係から反り（形状係数）の低減効果を帳消しにしかねない。Ｊｔは、断面の形状変更で補強することができる。【００９２】
例えば、Ｌｆの増加で自重低減が実現できる。反り＝０で理論自重は極小になるが、最適設計に於ける反り低減の目的はコストの削減である。コストの構成要因は材料費、加工費、運搬費、現地建設費、等々様々であり、必ずしも自重最小がコスト最小に繋がらない。例えば、応力増加部分に特注板厚の高強度材をはめ込んで最小重量を維持する選択肢がある。しかし、材料費と加工費が上昇するので、自重を増して材料強度を維持する案がコスト的に有利かも知れない。【００９３】
断面応力として、捩り、曲げ捩り、反り、曲げ等構造物の全体変形で発生する応力を対象とした。しかし、作用水圧による扉板や防撓材の曲げ、支承部や支持端に作用する支持反力による局部曲げなど、局部応力にも対応する必要がある。このため、反り０で計画された構造が最小自重である保証はない。現実的には、複数計画案からの最良案選択が最適設計を得る常套手段であるから、最適設計に於ける選択は反り０条件への接近線とＪｔ補強を目的とする形状変更線で作られた面状範囲が対象となる。この考え方が、この発明として、（薄肉閉断面上の任意点の板厚）×（その点の接線に薄肉閉断面の剪断中心から下ろした垂線の長さ）の値を最適設計から求められる範囲の一定値近くに維持したこととした背景である。最適設計とは、反り０を近似的に満たしつつ、主に、コストの点で有利な設計である。【００９４】
（２）レンズ型断面
図２８は、レンズ型薄肉閉断面を示す。
Ｈｇはレンズ扉高である。ｒは薄肉半径である。βは薄肉角度である。ｔは薄肉板厚である。ｓは剪断中心である。ｉとｏはいずれも薄肉半径ｒの中心である。【００９５】
剪断中心ｓが図心と一致しているので、反り０の条件式（５）は、式（７）のようになる。
η（α）＝（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ））÷（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ）×cos(α)）    （７）
η（α）は、薄肉板厚ｔに対する反り０条件板厚の比率である。αは、薄肉半径ｒが線分ｏｉと作る角度であり、０≦α≦βである。Ｌ（ｓ，ｉ）は線分ｓｉである。【００９６】
図２９は、図２８のレンズ型薄肉断面の反り関数と曲げ捩り剪断流である。反り量と垂直応力の分布は反り関数に比例し、曲げ捩り剪断応力の分布は曲げ捩り剪断流のグラフに比例する。【００９７】
図３０の右側は、１１箇所（１１個のα）について式（７）で算出したレンズ型薄肉断面の板厚を示す。レンズ型薄肉断面の板厚を図３０のようにすれば、曲げ捩りは取り除かれ、図２９の剪断流と反りは消滅する。（課題３）
【符号の説明】
【００９８】
１    水門扉（捩り構造体）
１Ｒ  分割された右側水門扉（第１部分）
１Ｌ  分割された左側水門扉（第２部分）
１４    レール
１５    レールの頭部（凸状円弧）
１７    ローラ
２０    ローラの摺動部（凹状円弧）
２７    捩りモーメント伝達棒（継手）
２８    捩りモーメント受け孔（継手）
１００    軸式支承
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月13日(2013.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水や船舶の水路を横切る方向に設けられる水門において、
前記水路を横切る方向に設けられ、薄肉で形成された閉断面を有する構造体であって、前記閉断面の拘束点を中心として前記閉断面の面内において回転するように構成され、作用する荷重と前記拘束点の反力により形成される捩りモーメントが捩り剛性で前記構造体の端末に伝達される捩り構造体と、
前記水路を横切る方向に設けられたレールと、
前記拘束点として機能するとともに、前記レールに従って移動する複数の軸式支承とを備え、
前記レールの頭部の断面形状は１８０°以上の凸状円弧であり、
前記軸式支承は前記頭部を回転して移動するローラであり、
前記ローラの踏面の断面形状が前記レールの頭部の前記凸状円弧の半径に対応する半径の略１８０°の凹状円弧であることを特徴とする水門。
【請求項２】
流水や船舶の水路を横切る方向に設けられる水門において、
前記水路を横切る方向に設けられ、薄肉で形成された閉断面を有する構造体であって、前記閉断面の拘束点を中心として前記閉断面の面内において回転するように構成され、作用する荷重と前記拘束点の反力により形成される捩りモーメントが捩り剛性で前記構造体の端末に伝達される捩り構造体と、
前記水路を横切る方向に設けられたレールと、
前記拘束点として機能するとともに、前記レールに従って移動する複数の軸式支承とを備え、
前記レールの頭部の断面形状は１８０°以上の凸状円弧であり、
前記軸式支承は前記頭部を回転して移動する複数のローラであり、
前記複数のローラは、前記レールの頭部を挟みこむように配置されていることを特徴とする水門。
【請求項３】
前記捩り構造体の前記閉断面上の任意の点において、その点の板厚ｔとその点の接線に前記閉断面の剪断中心から下ろした垂線の長さｒｓとの積が、一定値又は予め定められた範囲内となるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項４】
前記捩り構造体の前記閉断面は箱型であり、
前記箱型閉断面のフランジ半巾をＬｆ、ウエッブ半巾をＬｗ、フランジ板厚ｔｆ、ウエッブ板厚ｔｗとして、
ｔｆが、ｔｗ×Ｌｗ÷Ｌｆよりも大きく、かつ、ｔｗよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項５】
前記捩り構造体の前記閉断面は凸レンズ型であり、
前記凸レンズ型閉断面において、前記凸レンズ断面両面の薄肉の半径をそれぞれｒ、前記半径中心をそれぞれｉとｏ、前記ｉとｏを結ぶ線分Ｌ（ｓ，ｉ）、前記凸レンズ断面の薄肉の任意の点と前記ｉ又はｏを結ぶ線分が前記線分ｓｉとなす角度をαとし、角度αに応じた板厚の比率η（α）が次式で与えられ、
η（α）＝（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ））÷（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ）×ｃｏｓ（α））
前記板厚の比率η（α）に従って、前記凸レンズ型閉断面の厚みが端部へ行くに従って薄くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項６】
前記捩り構造体は、前記水路の一部を遮る第１部分と前記水路の他の部分の少なくとも一部を遮る第２部分に分割され、
前記第１部分と前記第２部分は、捩りモーメントを伝達する継ぎ手で連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれかに記載の水門。
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月25日(2016.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水や船舶の水路を横切る方向に設けられる水門において、
前記水路を横切る方向に設けられ、薄肉で形成された閉断面を有する捩り構造体であって、前記閉断面の拘束点を中心として前記閉断面の面内において回転するように構成され、作用する荷重と前記拘束点の反力により形成される捩りモーメントが捩り剛性で端末に伝達される捩り構造体と、
前記水路を横切る方向に設けられたレールと、
前記拘束点として機能するとともに、前記レールに従って移動する複数の軸式支承とを備え、
前記レールの頭部の断面形状は１８０°以上の凸状円弧であり、
前記軸式支承は前記頭部を回転して移動するローラであり、
前記ローラの踏面の断面形状が前記レールの頭部の前記凸状円弧の半径に対応する半径の略１８０°の凹状円弧であることを特徴とする水門。
【請求項２】
流水や船舶の水路を横切る方向に設けられる水門において、
前記水路を横切る方向に設けられ、薄肉で形成された閉断面を有する捩り構造体であって、前記閉断面の拘束点を中心として前記閉断面の面内において回転するように構成され、作用する荷重と前記拘束点の反力により形成される捩りモーメントが捩り剛性で端末に伝達される捩り構造体と、
前記水路を横切る方向に設けられたレールと、
前記拘束点として機能するとともに、前記レールに従って移動する複数の軸式支承とを備え、
前記レールの頭部の断面形状は１８０°以上の凸状円弧であり、
前記軸式支承は前記頭部を回転して移動する複数のローラであり、
前記複数のローラは、前記レールの頭部を挟みこむように配置されていることを特徴とする水門。
【請求項３】
前記捩り構造体の前記閉断面上の任意の点において、その点の板厚ｔとその点の接線に前記閉断面の剪断中心から下ろした垂線の長さｒｓとの積が、一定値又は予め定められた範囲内となるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項４】
前記捩り構造体の前記閉断面は箱型であり、
前記箱型閉断面のフランジ半巾をＬｆ、ウエッブ半巾をＬｗ、フランジ板厚ｔｆ、ウエッブ板厚ｔｗとして、
ｔｆが、ｔｗ×Ｌｗ÷Ｌｆよりも大きく、かつ、ｔｗよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項５】
前記捩り構造体の前記閉断面は凸レンズ型であり、
前記凸レンズ型閉断面において、前記凸レンズ断面両面の薄肉の半径をそれぞれｒ、前記半径中心をそれぞれｉとｏ、前記ｉとｏを結ぶ線分Ｌ（ｓ，ｉ）、前記凸レンズ断面の薄肉の任意の点と前記ｉ又はｏを結ぶ線分が前記線分ｓｉとなす角度をαとし、角度αに応じた板厚の比率η（α）が次式で与えられ、
η（α）＝（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ））÷（ｒ−Ｌ（ｓ，ｉ）× cos(α)）
前記板厚の比率η（α）に従って、前記凸レンズ型閉断面の厚みが端部へ行くに従って薄くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水門。
【請求項６】
前記捩り構造体は、前記水路の一部を遮る第１部分と前記水路の他の部分の少なくとも一部を遮る第２部分に分割され、
前記第１部分と前記第２部分は、捩りモーメントを伝達する継ぎ手で連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれかに記載の水門。
【国際調査報告】
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2014037987.tif 000036
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