(57)【要約】【課題】カルマン渦の生成の抑制による通行路の揺れ抑制。【解決手段】概水平方向に延びる桁（１）と、桁（１）に支持される通行路（２）とから構成されている。桁（１）と通行路（２）との間には整流空域（１１）が形成される。整流空域を通る風は、整流作用を受ける。整流作用により桁の渦励振が抑制され、結果的に、通行路（２）の揺れが抑制される。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
概水平方向に延びる桁と、
前記桁に支持される通行路とを具え、
前記桁と前記通行路との間には整流空域が形成され、
前記整流空域を通る風を整流する整流作用を有している
耐風構造。
【請求項２】
前記通行路は前記桁に結合して支持されている
請求項１の耐風構造。
【請求項３】
前記整流空域の整流面は概水平面に形成されている
請求項１の耐風構造。
【請求項４】
前記桁は鋼管として形成されている
請求項１の耐風構造。
【請求項５】
前記桁の断面形状は、円、楕円、長方形、台形、Ｈ型、Ｉ型を要素とする集合から選択される１要素である
請求項１の耐風構造。
【請求項６】
前記桁は鋼管を束ねた集合束として形成され、前記集合束は前記概水平方向に延びる単数の集合束又は複数の集合束として提供される
請求項１の耐風構造。
【請求項７】
前記通行路には風が通り抜けるグレーティングが形成されている
請求項１の耐風構造。
【請求項８】
前記通行路は、
風が通り抜けるグレーティングが形成されている第１通行路領域と、
風が通り抜けるグレーティングが形成されていない第２通行路領域とを含む
請求項１の耐風構造。
【請求項９】
前記通行路は、
格子構造と、
前記格子構造の下側面を部分的に塞ぐプレートとを備える
請求項１の耐風構造。
【請求項１０】
前記整流空域の鉛直方向の最小幅はＷで表され、前記桁の鉛直方向の高さはＤで表され、前記Ｗは下記関係：
Ｗ＝ｋＤ
で表され、ｋ＜２である
請求項１の耐風構造。
【請求項１１】
０．１５≦ｋ≦１．０である
請求項１０の耐風構造。
【請求項１２】
ｋは概ね０．２である
請求項１１の耐風構造。
【請求項１３】
前記桁は円鋼管であり、前記高さは前記円鋼管の直径である
請求項１０〜１２から選択される１請求項の耐風構造。
【請求項１４】
前記整流作用を補助する補助的整流器を更に具え、
前記補助的整流器は、前記通行路の片側又は両側で前記概水平方向に延びている
請求項１〜１３から選択される１請求項の耐風構造。
【請求項１５】
前記補助的整流器は、張り出しプレート、スカート、デフレクタ、フェアリングを要素とする集合から選択される１又は複数の要素である
請求項１４の耐風構造。
【請求項１６】
前記桁又は前記通行路はケーブルで吊り下げられる
請求項１〜１５から選択される１請求項の耐風構造。
【請求項１７】
前記通行路の上面は歩廊面又は車輌通行面として形成されている
請求項１〜１５から選択される１請求項の耐風構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐風構造に関し、特に、歩廊橋のような橋に有効である耐風構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
風が強い場所に設けられる細長くて柔軟である柔構造には、耐風対策が求められる。
【０００３】
川を渡る油輸送管、水道管は、単一管で構成される。このような鋼管は橋桁として用いられていないが、鋼管桁として用いられ得る技術的潜在能力を有している。鋼管１０１の下流側に生じるカルマン渦１０２は、図１に示されるように、鋼管１０１に対して変動揚力を生成する。カルマン渦１０２の周期が鋼管１０１の固有振動数に一致することによる揺れ（渦励振）を回避するために、渦励振の抑制が求められる。非特許文献１は、渦励振抑制のために、図２に示されるようなヘリカルストレイクス１０３を鋼管１０１の周面に形成している。鋼管１０１に向かう風は、鋼管１０１の周囲のヘリカルストレイクス１０３の端縁線上の点Ｐで剥離される。そのような剥離点は、螺旋線上で移動する。そのような剥離点の移動は、流れの２次元性を乱すことにより、渦励振の誘起を抑制する。図３は、レイノルズ数と抗力係数の関係を示している。円筒面の鋼管の抗力係数は実線で示される。Ｔ／Ｄ（Ｄ：鋼管径，Ｔ：ストレ−クスの高さ）の異同により、ストレークスが与えられる鋼管の抗力係数は、点線で示されるように異なるが、ともに円筒面の鋼管の抗力係数より増大する。このように、ヘリカルストレイクスは渦励振抑制効果があるが、抗力係数の増大を招いている。
【０００４】
抗力係数がこのように増大する鋼管は、その構造が複雑であり、製作費用が増加し、メンテナンスが困難であり、風荷重が増大する。
【０００５】
より適正である耐風構造の提供が求められ、特に、カルマン渦励振の抑制が重要である。基本構造の製作費用の増大を抑制し、それの構造がシンプルであることが更に望まれる。
【０００６】
【非特許文献１】The modern design of wind-sensitive structure, Proceedings of the Seminar held on 18 June 1970 at The institution of Civil Engineers, Great george Street London SW1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、より適正である耐風構造を提供することにある。
本発明の他の課題は、カルマン渦励振の誘起を抑制する耐風構造を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、基本構造の製作費用の増大を抑制し、それの構造がシンプルである耐風構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による耐風構造は、概水平方向に延びる桁（１）と、桁（１）に支持される通行路（２）と、その他の構造部材とから構成されている。桁（１）と通行路（２）との間には整流空域（１１）が形成される。整流空域（１１）を通る風は、整流作用を受ける。このように、耐風構造は、通行路（２）と桁（１）との間に形成される整流空域（１１）により整流作用を有している。
【０００９】
風が強い空域に建設される桁（１）の問題点は、カルマン渦の発生である。通行面又は通行面に平行である面を整流面として有する通行路（２）は、整流板として機能している。整流空域（１１）は、風の流れを整流化することにより、カルマン渦の生成を抑制して、カルマン渦の渦励振を制振し、結果的に桁（１）の揺れを抑制する。通行路（２）を支持する結合構造（３）は、その鉛直方向の適正な長さにより、整流空域（１１）の鉛直方向幅を適正に保持している。結合構造（３）は、通行路（２）を強固に又は柔軟に支持していて、桁（１）の揺れは通行路（２）の揺れを招くが、桁（１）の渦励振の抑制により、通行路（２）の揺れが抑制される。
【００１０】
通行路（２）が歩廊橋、道路橋のような通行橋として用いられ得るように、桁（１）は通行路（２）の下側に配置される。通行路（２）の中心線の直下に桁（１）を位置づけることにより、整流性能を最適化することができる。通行路（２）は、断面が長方形状の矩形体状又は板状に形成され、上面は主として歩廊面又は道路面として機能し、下面は主として整流面として機能する。整流面が連続面である必要はなく、穴あき面であり得る。グレーティングは、このような場合の穴開き領域を含む。整流面は、概水平面に形成され、概ね水平方向に流れる風に対して特に整流効果を有している。本発明による通行路（２）の下部に位置する整流空域（１１）は、桁（１）に対して整流作用を有している。
【００１１】
桁（１）の構造材料として、鋼管又は直線状に延びるＩ型鋼のような鋼材は適性である。鋼管としては、円、楕円、長方形、台形のような断面形状のものが用いられ、鋼材としては、Ｉ型に限られずＨ型のものが用いられ得る。鋼管としては、円筒状の鋼管である円鋼管がより適正である。通行路（２）と桁（１）の間に整流空域（１１）が形成されることにより、桁（１）による風の流れの剥離が抑制され、ヘリカルストレイクスのような渦励振抑制の装備の必要性は乏しい。桁（１）は、そのような鋼材を束ねた集合束として形成され得る。集合束は概水平方向に延びる単数の集合束又は複数の集合束として提供され得る。
【００１２】
通行路（２）は、グレーティング（鉛直方向に通行路を風が通り抜ける吹き抜け構造）が形成されている第１通行路領域（１２）と、風が通り抜けるグレーティングが形成されていない第２通行路領域（１３）の複合として形成され得る。第２通行路領域（１３）の整流作用は第１通行路領域（１２）の整流作用より強い。このような場合に、桁（１）は第２通行路領域（１３）の下方側に配置されることが整流作用をより助長する。
【００１３】
整流空域（１１）の高さの規定は重要である。整流空域（１１）の鉛直方向の最小幅はＷで表され、桁（１）の鉛直方向の高さはＤで表されて、Ｗ＝ｋＤで規定される。鋼管が円鋼管である場合には、Ｄは円鋼管の直径に一致している。ｋは２より小さいことが空間的制約を受け難い点で有利である。最小幅Ｗが小さ過ぎる場合には、整流効果を望むことができない。整流効果を有効に得ることができ、且つ、空間的制約を受けないためには、ｋは１．０より小さく０．１５より大きいことがより望ましい。ｋの値は０．２の程度であることが特に好ましい。
【００１４】
整流作用を補助する補助的整流器の追加は好ましい。補助的整流器は、通行路（２）の片側又は両側で概水平方向に延びている。補助的整流器そのものは、スカート（１５）、プレート（図２１の１３）、デフレクタ（１６，１７）、フェアリング（１８）として知られている。補助的整流器は、整流性を補助する点で更に効果的である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による耐風構造は、整流空域の整流性によりカルマン渦の生成を抑制し、渦励振の原因を除くことができ、結果的に、通行路の揺れを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による耐風構造の実施の最良の形態は、図に対応して、詳細に記述される。耐風構造は、特に橋として具体化され得る。橋の基本構造は、図４に示されるように、概水平方向に長く延びる桁１が通行路２とともに設けられている。桁１は、好ましくは鋼管として現れる。通行路２は、結合構造３を介して桁１に結合して支持されている。通行路２は、車道又は歩廊として用いられる。通行路２の両側には、支柱構造４が配列されている。支柱構造４は、支持部位５を介して結合構造３に支持されている。通行路２は、支柱構造４と結合構造３を介して桁１に支持され得る。通行路２は、上側プレート６と格子構造７とから形成されている。格子構造７の下側面の全領域又はそれの部分領域には、下側プレート８が添着され得る。
【００１７】
上側プレート６は、グレーティングとして形成され得る。下側プレート８は、整流空域を形成するために穴なしプレートとして形成され得る。上側プレート６のグレーティングは格子状に全面に穴が分布しており、そのプレート６のグレーティングを構造強度的に支えるのが補強桁７である。補強桁７は、通常Ｉ型鋼又はＨ型鋼で井桁に構成されている。整流空域１１での整流効果を高める際には、補強桁７の下部に穴なしプレート８を設置すると更に有効である。本明細書でグレーティングは、通行路２を鉛直方向に風が通り抜けることを許容する吹き抜け構造を意味する。上側プレート６の中央領域に穴がなく両側領域に穴が開けられている場合には、通行路２の両側領域がグレーティングで形成され、通行路２の中央領域はグレーティングで形成されていないことになる。その中央領域が桁に近い領域、即ち、穴なし領域の下が桁１であることは、整流性の点で優れている。
【００１８】
通行路２の下側面と桁１の間には、結合構造３の空間的取り合いに対応する高さを有する整流空域１１が与えられている。通行路２の下面は、整流作用を有する整流面である。整流空域１１は、そのような整流面と桁１の外側面との間の空間として形成され、桁１と通行路２とが概平行に延びる既述の概水平方向に延びている。整流面は、グレーティングの存否に係わらずに存在している。
【００１９】
図５（a），（ｂ）は、概水平方向に吹く風に対する既述の励振渦発生抑制の状況を示している。図５（ａ）は、桁１と通行路２の間に隙間がほとんどない不適正状況、即ち、ｋ＝０．１５以下である場合の状況（特には、桁１と通行路２が互いに外接している状況）を示し、図５（ｂ）は隙間が適正である適正状況、即ち、ｋ＝０．１５〜２．０である場合の状況を示している。図５（ａ）の不適正状況では、通行路２の端面で剥離する流れａは、上方に膨らんで通行路２の他端（下流側端）の近傍で通行路２を巻き込むような渦を発生させ、桁１で剥離する流れｂは、桁１の近傍で桁１を巻き込むような渦を発生させる。従って、不適正状況では、通行路２又は桁１は、その近傍で交互に発生するカルマン渦の影響を強く受けて励振される。適正な隙間幅が与えられる本発明の図５（ｂ）の適正状況では、整流空域７を通過する流れｃにより通行路２で剥離する空気流ａの上方への膨らみが押さえられ、且つ、渦の巻き込み位置が不適正状況のそれより後流側に移動する。同様に、桁１で剥離する流れｂの渦発生位置も不適正状況のそれより後流側になって、カルマン渦が通行路２又は桁１に与える影響が軽減される。図５（ａ）と図５（ｂ）に書き込まれているカルマン渦の膨らみ幅とそれの流れ方向長さをそれぞれにＨａ、Ｌａ、Ｈｂ、Ｌｂで示せば、両カルマン渦励振の抑制特性は下記式で表される。
Ｈａ＞Ｈｂ，Ｌａ＜Ｌｂ
【００２０】
通行路２の下面と桁１の間の最小隙間幅Ｗは、図５に示されるように、桁１の高さ幅Ｄの関数ｋＤで表される。
Ｗ＝ｋＤ
桁１が円鋼管で形成されている場合には、桁１の高さ幅Ｄは円鋼管の外側直径に一致する。比例係数ｋは、２より小さいことが好ましい。ｋの値は、０．１５より大きく、且つ、１より小さいことがより好ましい。ｋの値は、０．２の程度であることが特に適性である。ｋの値が大き過ぎる場合には、結合構造３の鉛直方向長さが大きくなり過ぎて、それの強度保証のための構造の製作コストが増大し、且つ、桁１と結合構造３と通行路２の３層構造が受ける鉛直方向の空間的制約条件を充足することが困難になる。ｋの値が小さ過ぎる場合には、整流効果が十分でない。
【００２１】
図６〜図２１は、桁１と通行路２の関係の多様性を示している。図６〜図９は、通行路２が互いに同じであるが、桁１が多様であることを示している。図６の桁１は円管により製作され、図７の桁１は四角形角管により製作され、図８の桁１は台形管により製作され、図９の鋼管はＩ型鋼管により製作されている。Ｉ型鋼管に代えられて、Ｈ型鋼又はその他の多様な断面形状の鋼材が用いられ得る。
【００２２】
図１０〜図１３は、図６〜図９に示される桁要素がそれぞれに２軸として配置され、通行路幅が拡幅されている形態を示している。そのような２軸は完全平行に又は概平行に配列される。図１４〜図１７は、図６〜図９に示される桁要素がそれぞれに多軸（３軸又は３軸以上）に配置され、通行路２が更に拡幅されている形態を示している。図１８は、桁要素が集められて形成される集合束が形成され、そのような集合束が更に複数条化されている形態を示している。１束の集合束は、既述の多様な桁要素が互いに外接して揺れが更に効果的に抑制される。１束を形成する桁要素は、鋼管、特に、円管であることが外接密着性の点で好ましい。
【００２３】
図１９〜図２０は、通行路２のグレーティングと桁１の多様な関係を示している。図１９〜図２０のそれぞれの通行路２は、グレーティングが形成されている第１通行領域１２と風が通りぬけることができない領域（グレーティングの下に平板プレートを設置したり、又は、もともと穴がないプレートで構成されている）である第２通行領域１３との複合である。通行領域要素としては、格子状に穴が開いたグレーティングの他に平らな鋼板に多数の穴が開けられているパンチングプレートが用いられ得る。図１９の通行路２は、格子状に穴が開いたグレーティングの中央側（軸心線方向に直交する幅方向に中央側：道路の中央分離帯に位置的に対応）の下側面に整流効果を高める平板が固着されている構造である。本形態の第２通行領域１３は、桁１により近い領域（整流効果が最も望まれる領域）に配置されている。即ち、桁１は、第２通行領域１３の中央線の直下に位置づけられている。図２０の通行路２は、両側と中央側が第１通行領域１２として形成され、一方の端部側と中央側との間が第２通行領域１３として形成され、且つ、他方の端部側と中央側との間が第２通行領域１３として形成されている形態である。本形態では、２条の第２通行領域１３にそれぞれにより近い領域に２条の桁１が配置されている。このような２条構造は、３条構造に変更され得る。
【００２４】
図２１〜図２４は、基本的である通行路２に補助的整流器１４が追加される形態を示している。そのような補助的整流器は、公知の整流器としてそれぞれに公知である。図２１の通行路２に追加される補助的整流器１４は、通行路２の両サイドに平板を張り出したものである。図２２の通行路２に追加される補助的整流器１４は、桁１の軸心線に向く傾斜成分を有して傾斜する傾斜板（スカートと通称されている）１５として片側で又は両側で通行路２に追加されている。傾斜板１５は、整流空域１１より上方に配置され、整流空域１１の整流作用を補助する。図２３の通行路２に追加される補助的整流器１４は、桁１の軸心線に向く傾斜成分を有して傾斜する傾斜板１６と水平方向に向く水平板１７の複合板として片側で又は両側で整流空域１１に追加されている。傾斜板１６と水平板１７の複合は、デフレクターと通称されている。水平板１７は傾斜板１６の両端縁のうち桁１に近い側の端縁に接合している。傾斜板１６は主として整流空域１１に流入する風の風量調整機能を有し、水平板１７は主として整流空域１１の整流作用を補助する整流補助機能を有する。図２４の通行路２に追加される補助的整流器１４は、フェアリング１８として片側で又は両側で通行路２に追加されている。通称されている公知のフェアリング１８は、図２２の傾斜板１５と水平板の複合である三角翼として形成されている。このような補助的整流器１４は、通行路２の整流作用を補助し、カルマン渦励振の抑制をより効果的に補助することができる。
【００２５】
図２５と図２６は、吊形式橋梁の形態を示している。桁１と結合構造３と通行路２の複合多重構造は、図２５に示される斜張橋として構成される。結合構造３は、橋脚（又は支柱）３１に支持され、又は、橋脚３１の一部として構成され得る。桁１の鋼管は、橋脚３１の上面で間欠的に（断続的に）支持され得る。図２６の橋は、吊り橋として構成されている。桁１は、ケーブル３２により吊り下げられる。ケーブル３２の吊り下げ力の一部は、通行路２の吊り下げのためにも用いられ得る。
【００２６】
図２７は、桁１の円鋼管に結合構造３の斜め梁を介して支持される通行路２の詳細を示している。現実的な通行路２は、図２８に示されるように、既述のグレーティングを用いた格子構造３３とその下部側に格子構造３３を構造強度的に支持するものでＩ型鋼、Ｈ型鋼２１を井桁に組み合わせたもので構成されている。なお、通行路２の形態としては、全面グレーティングであったり、穴のないプレートを用いたり、又は、両者を組み合わせたりと多様である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、公知のカルマン渦を示す正面断面図である。
【図２】図２は、公知の制振構造を示す正面断面図である。
【図３】図３は、公知の抗力係数を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明による耐風構造の実施の好ましい形態を示す断面図である。
【図５】図５は、基本的渦励振抑制構造を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明による耐風構造の多様性の１例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明による耐風構造の多様性の他の１例を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１６】図１６は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１７】図１７は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図１９】図１９は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２１】図２１は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２２】図２２は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２３】図２３は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２４】図２４は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２５】図２５は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２６】図２６は、本発明による耐風構造の多様性の更に他の１例を示す断面図である。
【図２７】図２７は、本発明による橋の具体例を示す斜軸投影図である。
【図２８】図２８は、本発明による整流構造の具体例を示す斜軸投影図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…桁
２…通行路
３…結合構造
１１…整流空域
１２…プレート
１３…プレート
１５…スカート
１６，１７…デフレクタ
１８…フェアリング
【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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