(57)【要約】【課題】  メガフロート等の大型浮体の周縁部に設ける消波構造物であって、反射波の低減にも有効で、且つ構造が適切でその大きさを小型化できる大型浮体用低反射型消波工。【解決手段】  大型浮体用低反射型消波工を、大型浮体の周縁部に海面の下方に延びるように形成された遊水室壁部と、遊水室壁部の下端から波上側に延在させた底板と、底板の前端において上方に向け遊水室壁部と略平行に設けた透過壁部とを有し、遊水室壁部と底板と透過壁部とで囲まれた遊水室が形成される大型浮体用低反射型消波工において、透過壁部は底板の波上側端から上方に向け立設され海面より上方に達する複数の柱状体を間隙部を挟んで並べて形成され、透過壁部の開口率を略０．３から０．５、遊水室の透過壁部から遊水室壁部に至る奥行を、所期の低反射効果の対象とする入射波の波長の略１／８倍から１／１０倍の長さに設定した。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型浮体の周縁部に海面の下方に延びるように形成された遊水室壁部と、同遊水室壁部の下端から波上側に延在させた底板と、同底板の前端において上方に向け前記遊水室壁部と略平行に設けた透過壁部とを有し、前記遊水室壁部と底板と透過壁部とで囲まれた遊水室が形成される大型浮体用低反射型消波工において、前記透過壁部は底板の波上側端から上方に向け立設され海面より上方に達する複数の柱状体を間隙部を挟んで並べて形成され、前記透過壁部の開口率を略０．３から０．５、前記遊水室の前記透過壁部から遊水室壁部に至る奥行を、所期の低反射効果の対象とする入射波の波長の略１／８倍から１／１０倍の長さに設定してなることを特徴とする大型浮体用低反射型消波工。
【請求項２】
請求項１に記載の大型浮体用低反射型消波工において、前記遊水室の喫水を前記大型浮体の喫水の略１倍から２倍としてなることを特徴とする大型浮体用低反射型消波工。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の大型浮体用低反射型消波工において、前記所期の低反射効果の対象とする波の波周期を５秒から６秒とし、前記奥行を略５ｍとしてなることを特徴とする大型浮体用低反射型消波工。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メガフロート等の大型浮体の周縁部に設ける消波構造物であって反射波の低減にも有効な大型浮体用低反射型消波工に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メガフロート等の大型浮体においては、波浪の影響を受けることを軽減するために浮体の減揺を目的とした消波構造物（以下、「消波工」という）を大型浮体の周縁部に設けることが従来より検討されている。
【０００３】
しかし、大型浮体は通常、湾内等における施設（空港、貯蔵設備等）のために設けられることが多く、近年、単にそれ自身の波浪の影響回避のための減揺効果のみではなく、周辺影響緩和の観点で、浮体から反射される波が周辺の施設、船舶等へ影響を及ぼすことを軽減するために、反射波の低減が求められているが、いまだ実用的で充分なものがない。
【０００４】
例えば特開２０００−１３５９９９号公報（特許文献１）には、消波工を設けた「耐波型大型浮体」が示され、大型浮体の周縁部の波上側（浮体側から見て波がやってくる側、防波堤における「沖側」に相当するが、浮体の場合は周囲全体となるので「沖側」という表現が必ずしもそぐわないため、以下、本明細書においてはその意味で「波上側」という）に、鉛直板及び没水板を有し遊水室を形成する消波工を設けることで、広範囲の波周期及び高い波に対して浮体の動揺を低減する、とするものが示されているが、反射波や反射率については何ら考察しておらず、その結果、低反射の消波工の好ましい構造、諸元について示すものは無い。
【０００５】
一方、防波堤等の固定型のケーソンにおいては、防波堤からの反射波により防波堤の外側の海面の波高が高くなり、船舶の航行や養殖施設等に対して影響を及ぼすことが懸念され、近年、港湾の固定式防波堤や岸壁には反射波低減対策が考慮されるようになっている。例えば日本港湾協会１９９９年発行「港湾の施設の技術上の基準・同解説」下巻（非特許文献１）、ｐ６１６−６１８には、海底に固定したケーソン本体の前部（沖側）に透過壁と遊水室を設けることが示され、一般の直立堤に対して波力の緩和、反射波の軽減の効果がある旨示されているが、透過壁、遊水室の構造、サイズ等の諸元については諸条件を踏まえて決定すべきということ以上は示されていない。また、同文献ｐ１０６には、反射率の参考値として直立壁で０．７〜１．０、捨石斜面で０．３〜０．６、異形消波ブロックで０．３〜０．５が示されている。
【０００６】
なお、「反射率」は一般に、（反射波高）／（入射波高）であり、又、「平均反射率」は√（反射波エネルギ）／√（入射波エネルギ）と表される。
【０００７】
したがって、大型浮体用低反射型消波工においても、周囲の船舶、養殖施設等諸施設に対しての影響の観点から、反射率０．５以下程度の低反射性能が求められると想定されるが、大型浮体の場合、消波工は浮体に付設されることから、その大きさ（水深、波上方向への長さ）、に構造設計上の制約があり、また、海底から構築する防波堤のケーソンのような捨石斜面、消波ブロック等の構造も構造上、コスト上採用困難であり、大型浮体に付設容易でコストを抑制可能な低反射型消波工が求められる。また、大型浮体が設置される湾内等で通常生じる範囲で反射波を抑制すべき波浪条件の波（例えば波周期５〜６ｓｅｃ程度、波高２ｍ程度）に特に効果の高い低反射型消波工が好ましい。
【０００８】
また、波の代表波長λと、波周期Ｔは無限水深の場合に下記のような関係がある。
【０００９】
λ＝２π／（ω２／ｇ）＝２πｇ／ω２＝Ｔ２（ｇ／２π）≒１．５６Ｔ２
ただし、ω：円周波数、ｇ：重力加速度
従って、波周期Ｔ＝５〜６ｓｅｃの波は、波長λ＝約３９ｍ〜５６ｍの波に相当する。
【００１０】
一方、従来から、沖側に遊水室を持つ直立消波型護岸における反射波低減は入射波と反射波の干渉の効果の観点から、入射波の波長の約１／４の奥行長さを有する遊水室が効果的であるとされていた。（例えば、椹木涼亨著「波と漂砂と構造物」１９９１年技報堂出版）
その観点からすると大型浮体用低反射型消波工は、奥行約１０〜１４ｍの遊水室を設ける必要があるが、実際上の大型浮体において周縁部にそのような大型の遊水室を設けることは構造上、コスト上の困難をもたらし、大型浮体の設計、適用に大きな制約を生ぜしめるものであった。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１３５９９９号公報
【非特許文献１】日本港湾協会１９９９年発行「港湾の施設の技術上の基準・同解説」（ｐ１０６、ｐ６１６−６１８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、メガフロート等の大型浮体の周縁部に設ける消波構造物であって、反射波の低減にも有効で、且つ構造が適切でその大きさを小型化できる大型浮体用低反射型消波工を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされ、下記の（１）から（３）の手段を提供するものであり、以下、特許請求の範囲に記載の順に説明する。
【００１４】
（１）その第１の手段として、大型浮体の周縁部に海面の下方に延びるように形成された遊水室壁部と、同遊水室壁部の下端から波上側に延在させた底板と、同底板の前端において上方に向け前記遊水室壁部と略平行に設けた透過壁部とを有し、前記遊水室壁部と底板と透過壁部とで囲まれた遊水室が形成される大型浮体用低反射型消波工において、前記透過壁部は底板の波上側端から上方に向け立設され海面より上方に達する複数の柱状体を間隙部を挟んで並べて形成され、前記透過壁部の開口率を略０．３から０．５、前記遊水室の前記透過壁部から遊水室壁部に至る奥行を、所期の低反射効果の対象とする入射波の波長の略１／８倍から１／１０倍の長さに設定してなることを特徴とする大型浮体用低反射型消波工を提供する。
【００１５】
（２）第２の手段としては、第１の手段の大型浮体用低反射型消波工において、前記遊水室の喫水を前記大型浮体の喫水の略１倍から２倍としてなることを特徴とする大型浮体用低反射型消波工を提供する。
【００１６】
（３）また、第３の手段として、第１の手段または第２の手段の大型浮体用低反射型消波工において、前記所期の低反射効果の対象とする入射波の波周期を５秒から６秒とし、前記奥行を略５ｍとしてなることを特徴とする大型浮体用低反射型消波工を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
（１）特許請求の範囲に記載の請求項１の発明によれば、大型浮体用低反射型消波工を上記第１の手段のように構成したので、所期の入射波に合わせて反射率を大幅に低減可能で、大きさを小型化できる大型浮体用低反射型消波工となり、大型浮体から反射される波が周辺の諸施設、船舶等へ影響を与えることを軽減でき、コストも大幅に抑制できるものとなる。
【００１８】
（２）請求項２の発明によれば、大型浮体用低反射型消波工を上記第２の手段のように構成したので、第１の手段の作用効果を奏するとともに、大型浮体の周縁部自体からの反射を防ぎ、構造設計上の制約の中で入射波の波長を短縮し砕波を促進し、低反射効果を強化するものとなる。
【００１９】
（３）特許請求の範囲に記載の請求項３の発明によれば、大型浮体用低反射型消波工を上記第３の手段のように構成したので、第１の手段または第２の手段の作用効果により、湾内（例えば東京湾内）のような大型浮体の設置箇所に一般的に適し、高い低反射性能を有する具体的な大型浮体用低反射型消波工を設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態として、以下に一実施例を説明する。
【実施例】
【００２１】
図１は本発明の一実施例に係る大型浮体用低反射型消波工の構成概要図であり、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視図である。
また、本実施例の策定、検証のための試験装置と試験結果について図２〜図６に基づき説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施例の大型浮体用低反射型消波工（以下、単に「低反射型消波工」という）１０は、大型浮体１の周縁部１ａに浮体底面部１ｂより海面３下方に延びる遊水室壁部１１を形成し、遊水室壁部１１の下端から波上側（前方）に略水平の底板１２を延在させ、底板１２の前端には上方に向け遊水室壁部１１と略平行に透過壁部１３を設けており、遊水室壁部１１と底板１２と透過壁部１３とで囲まれた遊水室１４を形成している。
【００２３】
透過壁部１３は底板１２の前端から上方に向け立設され海面３より上方に達する複数の柱状体１３ａで形成され、複数の柱状体１３ａは互いにスリット（間隙部）１３ｂを挟んで浮体１の周縁部１ａ方向に平行に一列に並び、波上側に面する通水可能な壁面を形成する。なお、図１（ｂ）においてスリット部１３ｂに浮体底面部１ｂが図示されるが、必ずしも大型浮体１の周縁部１ａと遊水室壁部１１との間に段差があることを示すものではなく、連続した平面壁面を形成してよい。
【００２４】
波上側からの入射波２は先ず透過壁部１３に当たり、柱状体１３ａにより一部反射し残りは透過壁部１３のスリット１３ｂを通り遊水室１４に入るが、その際に砕波されて波浪エネルギを減衰される。透過壁部１３を構成する柱状体１３ａは、構造的強度、簡潔さ及びコスト等から円柱または角柱が有利であり、造渦効果によるエネルギ逸散の観点からは角柱が有利と見られるものの、低反射性からは円柱が有利と見られ、後述の試験結果に示されるように総合的には大きな優劣はないといえる。また、遊水室１４の底板１２は遊水室１４に入った入射波２の波長を短縮し砕波を促進すると考えられる。
【００２５】
図１に示すように、透過壁部１３から遊水室壁部１１との間隔は遊水室１４の奥行ｂである。また、透過壁部１３の全体面積（ここで、「面積」とは波上側に向く投影面積のことである）に対するスリット１３ｂの面積の比、すなわち、（スリット１３ｂの面積合計）／（柱状体１３ａの面積合計＋スリット１３ｂの面積合計）が、透過壁部１３の開口率ｃである。図中ｄは、遊水室１４の喫水（水深）である。開口率ｃは、小さくすれば透過壁部１３を通過する際の波のエネルギ減衰が促進されるが透過壁部１３での反射が増大し、大きくすれば透過壁部１３での反射は低減するが通過時のエネルギ減衰も減少し遊水室壁部１１での反射が増大する要素となる。
【００２６】
本発明は、低反射効果の高い消波工として上記低反射型消波工１０の構造と共に、特に上記奥行ｂ、開口率ｃが低反射性能に大きな関係があることを見出したものであり、後述の試験結果に示されるように、本実施例の低反射型消波工１０においては、大型浮体の設置される湾内等（例えば東京湾内）の波浪条件から所期の低反射効果を期待すべき入射波２の波周期Ｔを５〜６ｓｅｃとした場合、奥行ｂは５ｍ程度、すなわち、上記波の波長λ＝約３９ｍ〜５６ｍの１／８ないし１／１０程度の長さに設定し、開口率ｃは、ｃ＝０．３〜０．５に設定される。
【００２７】
喫水ｄは大型浮体１の周縁部１ａ自体からの反射を防ぐためには少なくとも大型浮体１の喫水（例えば２．５ｍ）以上で、砕波効果を奏する範囲及び構造設計上の制約を考慮しその２倍程度まで（例えば４〜５ｍ）の喫水ｄに実用上設定される。
【００２８】
なお、透過壁部１３は波上側から来て反射し、また通過する波からの力を受けるので、構造的には、複数の柱状体１３ａの頭部を連絡して固定する補強前梁１５、透過壁部１３と大型浮体１の周縁部１ａとを水平方向に接続し透過壁部１３を支える支持梁１６等をさらに設けてもよい。
【００２９】
上記のような本実施例の低反射型消波工１０によれば、波上側からの入射波２は先ず透過壁部１３に当たり、柱状体１３ａにより一部反射し残りは透過壁部１３のスリット１３ｂを通り遊水室１４に入るが、その際に砕波され波浪エネルギを減衰される。遊水室１４内での造渦によりさらに波浪エネルギを失った後、遊水室壁部１１で反射された波は、入射波と衝突するとともに再度透過壁部１３のスリット１３ｂを通過する際に再び砕波による波浪エネルギ減衰を受けるので、反射波の波浪エネルギは著しく減衰し、後述の試験結果で示すように、波周期３〜１０ｓｅｃの入射波２に対して平均反射率０．５以下を満足し、特に波周期５〜６ｓｅｃの入射波２に対しては平均反射率０．２程度の平均反射率という高性能が得られた。
【００３０】
従来の技術において説明したように、入射波と反射波の干渉の効果の観点からは、入射波２の波長の約１／４の奥行ｂを有する遊水室１４が必要と考えられていたところ、本発明においては、上記実施例のように入射波２の波長３９ｍ〜５６ｍ（波周期５〜６ｓｅｃ）に対して５ｍの奥行ｂの遊水室１４、すなわち、波長／奥行比＝約８〜１０で極めて高い低反射効果が得られるものとなった。
【００３１】
これは、本実施例の構造の低反射型消波工１０においては、遊水室壁部１１、透過壁部１３、底板１２により遊水室１４を形成し、且つそれを上記のような適切な寸法を設定することにより、所期の波周期の入射波２に対して充分な砕波が生じ、波のエネルギが短周期側にシフトすることによって生じたためと考えられる。
【００３２】
したがって、透過壁部１３の開口率ｃを略０．３から０．５、遊水室１４の奥行ｂを、所定の低反射効果の対象とする波の波長の略１／８倍から１／１０倍の長さに設定することにより十分に低反射効果を有する低反射型消波工１０が得られ、反射波の低減にも有効で、且つ構造を小型化できる大型浮体用低反射型消波工となる。
【００３３】
以下、本実施例の低反射型消波工１０の作用効果を検証するために行った試験について概略説明する。図２は試験装置の概要垂直断面図である。図３は低反射型消波工の試験用模型の概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｃ−Ｃ矢視図、（ｃ）は（ａ）中Ｃ−Ｃ矢視図の別の例であり、図４は好ましい試験結果の例の一覧を示し、図５、図６は試験結果の例の反射率の傾向の特性を示すグラフである。
【００３４】
本試験装置は、図２に示すように、二次元水槽に造波機０２０、波高計３台（ＷＨ１、ＷＨ３、ＷＨ４）と、低反射型消波工模型０１０を設置したもので、低反射型消波工模型０１０は水面０３に浮かぶ剛性浮体としての浮体模型０１に取り付けられる。浮体模型０１の後方において透過波の発生を防ぐために防透過壁０２１で水槽を仕切った。
【００３５】
供試低反射型消波工模型０１０は、図３に示すように図１に示す本実施例を模した縮尺１／５０模型であって、図３中、０１１〜０１６は、それぞれ図１の１１〜１６に対応する部材であり、改めて説明を省略する。なお、図２及び図３（ｂ）（ｃ）の図示は、図１と図上で左右逆となっている。０１ｂは浮体模型０１に取り付けるための浮体底面部である。また、図中の寸法単位はｍｍである。
【００３６】
低反射型消波工模型０１０において柱状体０１３は、円柱、角柱の２種。開口率ｃは、０．０５、０．１、０．３、０．５の４種。奥行ｂ′は、０．０６、０．１、０．２（ｍ）の３種（実物の３、５、１０ｍ相当）。喫水ｄ′は、０．０５、０．０８（ｍ）の２種（実物の２．５、４ｍ相当）である。なお、図３（ｂ）は、喫水ｄ′＝０．０５ｍの場合、（ｃ）は、喫水ｄ′＝０．０８ｍの場合を示す。
【００３７】
規則波中試験の結果、波周期０．７１ｓｅｃ（実物換算波周期５ｓｅｃ）以上に対して反射率０．５以下となるものは、柱状体０１３ａの角柱、円柱に関わらず、開口率ｃ：０．３、０．５、奥行ｂ′：０．０６、０．１、０．２（ｍ）。喫水ｄ′：０．０５、０．０８（ｍ）であった。
【００３８】
次いで、上記規則波中試験で選ばれた上記条件の低反射型消波工模型０１０（但し、奥行ｂ′＝０．２ｍは消波効果悪化、かつ装置大型化の方向のため除外した）につき、不規則波中試験を行った。
【００３９】
不規則波中試験結果から（以下、数値は実物換算値で示す）、検討条件（有義波高１．９７ｍ、有義波周期５．９ｓｅｃ）を含む、波周期３〜１０ｓｅｃの範囲での平均反射率が０．５以下を満足するケースは図４に示すとおりであった。奥行５ｍのものについて、柱状体０１３ａの角柱、円柱による大きな差異はなく良好な低反射性能が示されている。
【００４０】
また、柱状体０１３ａ：角柱、開口率ｃ：０．３、奥行ｂ：５．０ｍ、喫水ｄ：４．０ｍのものについて、波周期（ｓｅｃ）に対して反射率を示すと、図５のグラフに示すとおりとなった。全般にわたって反射率０．５以下の性能が得られたことのほか、特に波周期５〜６ｓｅｃにおいて反射率約０．２の高性能が示された。また、波周期４ｓｅｃ程度の短周期波（小型船舶等から発せられるものが多い）についても十分な低反射効果があることを示している。
【００４１】
図５のグラフにおいて、横軸を（波長／奥行）に置き換えたものが、図６である。図６に示されるように、奥行ｂが波長の約１／８から１／１０において特に低反射率が得られることが示されている。
【００４２】
以上の試験結果に示されるように、大型浮体の消波工において低反射性能を得るためには従来、低反射型消波工の遊水室の奥行は、（波長／奥行）＝約４を適値としていたことに対し、本発明者は（波長／奥行）＝約８から１０において、より好ましい低反射性能が得られることを見出した。
【００４３】
その結果、上述の本発明の実施例に係る大型浮体用低反射型消波工１０によれば、所期の入射波に合わせて反射率を大幅に低減可能で、大きさを小型化できる大型浮体用低反射型消波工となり、大型浮体１から反射される波が周辺の諸施設、船舶等へ影響を与えることを軽減でき、コストも大幅に抑制できるものとなる。
【００４４】
以上、本発明を図示の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例に係る大型浮体用低反射型消波工の構成概要図であり、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視図である。
【図２】本実施例の低反射型消波工の作用効果を検証するために行った試験の試験装置の概要垂直断面図である。
【図３】本実施例の低反射型消波工の試験用模型の概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中Ｃ−Ｃ矢視図、（ｃ）は（ａ）中Ｃ−Ｃ矢視図の別の例である。
【図４】本実施例の低反射型消波工の作用効果を検証するために行った試験の好ましい試験結果の例の一覧を示す。
【図５】試験結果の例の反射率の傾向の特性を示すグラフである。
【図６】試験結果の例の反射率の傾向の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
０１                浮体模型
０１ｂ              浮体底面部
０３                水面
０１０              低反射型消波工模型
０２０              造波機
０２１              防透過壁
１                  大型浮体
１ａ                周縁部
１ｂ                浮体底面部
２                  入射波
３                  海面
１０                低反射型消波工
１１                遊水室壁部
１２                底板
１３                透過壁部
１３ａ              柱状体
１３ｂ              スリット
１４                遊水室
１５                補強前梁
１６                支持梁
【図１】
2006335187.tif 000003
【図２】
2006335187.tif 000004
【図３】
2006335187.tif 000005
【図４】
2006335187.tif 000006
【図５】
2006335187.tif 000007
【図６】
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