(57)【要約】【課題】橋桁に作用する流体力を低減させることが可能な流体力低減構造を提供する。【解決手段】橋梁の橋桁１に作用する流体力を低減させる流体力低減構造である。そして、橋桁の両側縁１２１，１２１に沿って上向きに整流壁２，・・・が設けられており、整流壁は、下向きに垂下させるための切替機構を備えている。  ここで、切替機構は、整流壁を通過可能に側方床版部１２，１２に貫通された溝部３，３と、溝部の下面を開閉可能に塞ぐ蓋部とによって構成することができる。また、整流壁は、橋軸方向に間隔を置いて設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋梁の橋桁に作用する流体力を低減させる流体力低減構造であって、
前記橋桁の両側縁に沿って下向きに壁状部が垂下されていることを特徴とする流体力低減構造。
【請求項２】
橋梁の橋桁に作用する流体力を低減させる流体力低減構造であって、
前記橋桁の両側縁に沿って上向きに壁状部が設けられており、
前記壁状部は、下向きに垂下させるための切替機構を備えていることを特徴とする流体力低減構造。
【請求項３】
前記切替機構は、前記壁状部を通過可能に床版部に貫通された溝部と、前記溝部の下面を開閉可能に塞ぐ蓋部とによって構成されることを特徴とする請求項２に記載の流体力低減構造。
【請求項４】
前記壁状部は、橋軸方向に間隔を置いて設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の流体力低減構造。
【請求項５】
前記橋桁は、断面視長方形状の中央本体部と、前記中央本体部の上部両側から張り出される側方床版部とを備え、前記側方床版部の側縁に前記壁状部が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流体力低減構造。
【請求項６】
前記壁状部の高さは、前記中央本体部の高さより短いことを特徴とする請求項５に記載の流体力低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁の橋桁に作用する流体力を低減させる流体力低減構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁の橋脚や橋桁は、洪水時や津波の遡上時に水流によって大きな流体力を受けることになる。例えば特許文献１には、洪水時に橋脚の周囲に流木などが集積するのを低減するために、周面に羽根部を備えた円筒状の回転体で橋脚の外周を囲繞させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１７９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら水位が非常に高くなって橋桁が水流を受けることになると、橋桁に作用する流体力を低減させる構造が求められる。
【０００５】
そこで、本発明は、橋桁に作用する流体力を低減させることが可能な流体力低減構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の流体力低減構造は、橋梁の橋桁に作用する流体力を低減させる流体力低減構造であって、前記橋桁の両側縁に沿って下向きに壁状部が垂下されていることを特徴とする。
【０００７】
また、別の流体力低減構造の発明は、橋梁の橋桁に作用する流体力を低減させる流体力低減構造であって、前記橋桁の両側縁に沿って上向きに壁状部が設けられており、前記壁状部は、下向きに垂下させるための切替機構を備えていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、切替機構は、前記壁状部を通過可能に床版部に貫通された溝部と、前記溝部の下面を開閉可能に塞ぐ蓋部とによって構成することができる。また、前記壁状部は、橋軸方向に間隔を置いて設けられている構成とすることができる。
【０００９】
さらに、前記橋桁は、断面視長方形状の中央本体部と、前記中央本体部の上部両側から張り出される側方床版部とを備え、前記側方床版部の側縁に前記壁状部が配置されている構成とすることができる。また、前記壁状部の高さは、前記中央本体部の高さより短いことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本発明の流体力低減構造は、橋桁の両側縁に沿って下向きに壁状部を設ける。
このように壁状部を垂下させることで、橋桁に作用する流体力を低減させることができる。
【００１１】
また、別の流体力低減構造の発明では、橋桁の両側縁に沿って上向きに設けられる側壁などの壁状部を、下向きに垂下させるための切替機構を備えている。
このため、津波の遡上時や洪水時に、切替機構によって壁状部を垂下させることで、橋桁に作用する流体力を低減させることができる。また、切替機構は、壁状部を通過可能に床版部に貫通された溝部と、その下面を開閉可能に塞ぐ蓋部とによって、簡単に構成することができる。さらに、このような壁状部は、橋軸方向に間隔を置いて設けることができる。
【００１２】
また、橋桁が断面長方形状の中央本体部の上部両側から側方床版部が張り出された構造である場合に、側方床版部の側縁に配置される壁状部の高さを中央本体部の高さより短くすることで、より効果的に流体力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態の流体力低減構造を備えた橋桁の構成を説明する斜視図である。
【図２】数値解析を行った代表的な橋桁モデルを説明する図である。
【図３Ａ】２次元の橋桁モデルＭ１による流体−構造連成解析の解析結果となる圧力分布と流線を示した図である。
【図３Ｂ】２次元の橋桁モデルＭ２による流体−構造連成解析の解析結果となる圧力分布と流線を示した図である。
【図３Ｃ】２次元の橋桁モデルＭ３による流体−構造連成解析の解析結果となる圧力分布と流線を示した図である。
【図３Ｄ】２次元の橋桁モデルＭ４による流体−構造連成解析の解析結果となる圧力分布と流線を示した図である。
【図３Ｅ】２次元の橋桁モデルＭ５による流体−構造連成解析の解析結果となる圧力分布と流線を示した図である。
【図３Ｆ】２次元の橋桁モデルＭ６による流体−構造連成解析の解析結果となる圧力分布と流線を示した図である。
【図３Ｇ】２次元の橋桁モデルＭ７による流体−構造連成解析の解析結果となる圧力分布と流線を示した図である。
【図４Ａ】水平力を縦軸にして橋桁モデルＭ２−Ｍ６の解析結果を比較した図である。
【図４Ｂ】水平力を縦軸にして橋桁モデルＭ１，Ｍ２，Ｍ７の解析結果を比較した図である。
【図５】橋桁モデルＭの桁本体部と垂下部との高さの比（ｄ／Ｈｇ）を説明する図である。
【図６】桁本体部と垂下部との高さの比（ｄ／Ｈｇ）を変化させて行った流体−構造連成解析の解析結果を比較した図である。
【図７】横軸を桁本体部と垂下部との高さの比（ｄ／Ｈｇ）とし縦軸を平均水平力として解析結果をまとめた図である。
【図８Ａ】本実施の形態の整流壁が上向き状態のときの切替機構の構成を説明する断面図である。
【図８Ｂ】本実施の形態の整流壁が下向き状態のときの切替機構の構成を説明する断面図である。
【図９Ａ】実施例の整流壁が上向き状態のときの切替機構の構成を説明する正面図である。
【図９Ｂ】実施例の整流壁が下向き状態のときの切替機構の構成を説明する正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の流体力低減構造が設けられた橋梁の橋桁１の概略構成を示した斜視図である。
【００１５】
このような橋桁１は、橋台と橋脚間、又は橋脚間に架け渡される。図１に示した橋桁１は、断面視長方形状の中央本体部１１と、中央本体部１１の上部両側から張り出される側方床版部１２，１２とを備えている。
【００１６】
中央本体部１１はボックスカルバート状に形成され、中央本体部１１の天井部と側方床版部１２，１２とによって、橋梁の床版が形成される。このような橋桁１は、鉄筋コンクリート、プレストレストコンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）、鋼製部材などによって構築される。
【００１７】
そして、橋桁１の縁部となる側方床版部１２の側縁１２１には、壁状部となる整流壁２が配置される。この整流壁２は、通常時は橋梁の高欄や防護壁としての機能を果たす。
【００１８】
整流壁２は、橋軸方向に間隔を置いて複数、配置される。整流壁２，２間の隙間は、少ない方が好ましい。この整流壁２は、下向きに垂下させるための切替機構を備えている。この切替機構の詳細については、後述する。
【００１９】
橋梁の橋桁１は、洪水時や津波の遡上時に水位が上昇すると、水流による流体力を側方から受けることがある。以下では、橋桁１に作用する流体力を低減させる構造について説明する。
【００２０】
橋梁の橋桁１に側方から作用する流体力を最も低減させることができる流体力低減構造を特定するために、様々な形状の２次元の橋桁モデルを作成して、数値解析である流体−構造連成解析を行った。
【００２１】
図２は、数値解析を行った代表的な橋桁モデルＭ１−Ｍ３を説明する図である。橋桁モデルＭ１は、両側縁に垂直に上向きの壁部ＳＷ，ＳＷが0.2mの高さで設けられた形状をしている。
【００２２】
また、橋桁モデルＭ２は、両側縁から垂直に下向きの垂下部ＶＷ，ＶＷが0.2mの高さで設けられた形状をしている。さらに、橋桁モデルＭ３は、壁状部を有しない床版部ＦＰの幅が1.8m、桁本体部ＧＰの高さが0.6mの形状を示している。なお、橋桁モデルＭ１−Ｍ３は、壁部ＳＷ又は垂下部ＶＷ以外の形状は、すべて同じである。
【００２３】
解析は、メッシュサイズを0.02m×0.02mとして、乱流モデルはLarge Eddy Simulation(LES)のSmagorinskyモデル（SGSモデル）で行った。ここで、流量は6m3/s/m、レイノルズ数は8.4×105とした。
【００２４】
そして、様々な２次元の橋桁モデルＭ１−Ｍ７による流体−構造連成解析の解析結果を、図３Ａ−図３Ｇに示した。解析結果としては、圧力分布と流線を図示している。ここで水流は、図面左側から右側に向けて流れている。
【００２５】
図３Ｄに示した橋桁モデルＭ４は、壁状部が床版部ＦＰの両側縁から斜め下方に向けて垂下している。図３Ｅに示した橋桁モデルＭ５は、床版部ＦＰの下流側の側縁にのみ垂下部ＶＷが設けられている。これに対して図３Ｆに示した橋桁モデルＭ６は、床版部ＦＰの上流側の側縁にのみ垂下部ＶＷが設けられている。また、図３Ｇに示した橋桁モデルＭ７は、床版部ＦＰの両側縁に壁部ＳＷと垂下部ＶＷの両方が設けられている。
【００２６】
ここで、図３Ｂの橋桁モデルＭ２の解析結果を見ると、桁本体部ＧＰと垂下部ＶＷとの間に渦が形成されている。また、図３Ｄの橋桁モデルＭ４の結果でも、橋桁周辺に複数の渦が形成されている。
【００２７】
一方、図４Ａは、水平力を縦軸にして橋桁モデルＭ２−Ｍ６の解析結果を比較した図である。解析時間が100秒から150秒の範囲を抜き出して図示した。この図を見ると、橋桁モデルＭ２（図３Ｂ）は、作用する水平力が3-4(kN/m)程度の範囲に収まっており、橋桁モデルＭ３（図３Ｃ）の5-8(kN/m)よりも小さい。また、橋桁モデルＭ４（図３Ｄ）及び橋桁モデルＭ６（図３Ｆ）のケースも、それ程大きな水平力が作用していないことがわかる。
【００２８】
すなわち、橋桁の上流側の側縁から下向きに壁状部を垂下させることによって、橋桁が受ける水平力を低減できることがわかる。下向きに垂下させる壁状部は、橋桁モデルＭ２のように床版部ＦＰに対して垂直の場合が最も低減効果が高いが、橋桁モデルＭ４のように斜めになる場合であっても、低減効果が得られることがわかる。
【００２９】
また、図４Ｂは、水平力を縦軸にして橋桁モデルＭ１，Ｍ２，Ｍ７の解析結果を比較した図である。下向きの壁状部のみが設けられた解析モデルＭ２（図３Ｂ）の結果は、上記結果と同じで比較のために示した。この図を見ると、側縁から上下両方向に壁状部が設けられた橋桁モデルＭ７（図３Ｇ）であっても、下向きの壁状部が設けられていない橋桁モデルＭ１（図３Ａ）よりは水平力を低減できていると言える。
【００３０】
以上の解析結果より、図５に示すように、橋桁モデルＭの両側縁から垂下部ＶＷが床版部ＦＰに対して垂直に垂下されただけの形状が、流体力を低減させる構造として最も好ましいと言える。
【００３１】
そこで、断面視長方形の桁本体部ＧＰの高さＨｇと、そこから両側に張り出された床版部ＦＰの側縁から垂下される垂下部ＶＷの高さｄとの関係について、さらに検討を行う。
【００３２】
図６は、桁本体部ＧＰと垂下部ＶＷとの高さの比（ｄ／Ｈｇ）を変化させて行った流体−構造連成解析の解析結果を比較した図である。高さの比（ｄ／Ｈｇ）は、0.2,0.4,0.6,0.8,1.0の５ケースについて解析を行った。
【００３３】
この図を見ると、高さの比（ｄ／Ｈｇ）を0.6としたときに、作用する水平力が3-4(kN/m)程度の範囲に収まっていることがわかる。そこで、横軸を桁本体部と垂下部との高さの比（ｄ／Ｈｇ）とし、縦軸を平均水平力として、解析結果をまとめて図７に示した。
【００３４】
この図７を見るとわかるように、高さの比（ｄ／Ｈｇ）が小さすぎても大きすぎても流体力の低減効果が低下することがわかる。すなわち、高さの比（ｄ／Ｈｇ）が0.6-0.7程度となるときに、最も高い流体力の低減効果が得られることがわかる。
【００３５】
そこで、橋桁１の上向きに配置された整流壁２を、下向きに垂下させるための切替機構について、図８Ａ，８Ｂを参照しながら説明する。
【００３６】
図８Ａは、図１と同様に、整流壁２が上向き状態のときの切替機構の構成を説明する断面図である。切替機構は、整流壁２を鉛直方向に通過可能に側方床版部１２に貫通された溝部３と、溝部３の下面を開閉可能に塞ぐ蓋部４とによって主に構成される。
【００３７】
溝部３は、直方体の壁板状の整流壁２より一回り大きな直方体状の溝穴に形成される。蓋部４は、溝部３の下面より大きな長方形の鋼板などの板状部材によって形成される。
【００３８】
蓋部４は、バネヒンジ部４１を介して側方床版部１２の下面に取り付けられており、通常時は、バネヒンジ部４１のバネ付勢力によって溝部３の下方を塞いだ状態となっている。すなわち整流壁２は、蓋部４の上に載った状態となっている。
【００３９】
そして、整流壁２を図８Ｂに示すように下向きの状態にする場合は、整流壁２を上方からバネヒンジ部４１のバネ付勢力以上の力で押し下げる。整流壁２を押し下げると、蓋部４が開いて整流壁２の下部が側方床版部１２の下方に突出する。
【００４０】
整流壁２の上部側面には、パッド部２１，２１が張り出されており、このパッド部２１，２１が溝部３の周縁に引っ掛かって吊り下げられた状態となる。パッド部２１には、硬質ゴム材などが使用できる。
【００４１】
この溝部３と蓋部４のみによっても切替機構は構成できるが、側方床版部１２から下向きに垂下された整流壁２を鉛直に固定させることもできる。例えば、整流壁２の下部に係留ピン４３を設けておき、垂下された整流壁２の係留ピン４３と側方床版部１２の下面との間に、軸力材となるサポート材４２を架け渡す。
【００４２】
サポート材４２は、一端が回動部４２１を介して側方床版部１２の下面に取り付けられており、他端に係留ピン４３に引っ掛けるためのフック部４２２が設けられている。
【００４３】
このようにサポート材４２を整流壁２の下部と側方床版部１２の下面との間に介在させることによって、整流壁２が水流による力を受けても、側方床版部１２に対して整流壁２が垂直となる状態を保持させることができる。
【００４４】
次に、本実施の形態の流体力低減構造の作用について説明する。
【００４５】
このように構成された本実施の形態の流体力低減構造は、通常時は橋桁１の両側縁に沿って上向きに設けられる整流壁２を、下向きに垂下させるための切替機構を備えている。
【００４６】
このため、津波の遡上時や洪水時に、切替機構によって整流壁２を垂下させることで、橋桁１に作用する流体力の水平力を低減させることができる。
【００４７】
また、切替機構は、整流壁２を通過可能に側方床版部１２，１２に貫通された溝部３，３と、その下面を開閉可能に塞ぐ蓋部４，４とによって、簡単に構成することができる。さらに、このような整流壁２，・・・は、橋軸方向に間隔を置いて設けることができる。
【００４８】
また、橋桁１が断面長方形状の中央本体部１１の上部両側から側方床版部１２，１２が張り出される構造である場合に、側方床版部１２の側縁に配置される整流壁２の高さｄを中央本体部１１の高さＨｇより短くすることで、より効果的に流体力を低減させることができる。
【実施例】
【００４９】
次に、前記実施の形態で説明した流体力低減構造とは別の切替機構を備えた橋桁１Ａについて、図９Ａ，図９Ｂを参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。
【００５０】
図９Ａは、本実施例の整流壁２が上向き状態のときの橋桁１Ａ及び切替機構の構成を説明する正面図である。図９Ａは、橋桁１Ａが橋脚１３上に支承部１４，１４を介して設置された状態を示している。
【００５１】
橋桁１Ａに設けられた整流壁２の切替機構は、整流壁２を鉛直方向に通過可能に側方床版部１２に貫通された溝部３と、溝部３の下面を開閉可能に塞ぐ蓋部５とによって主に構成される。
【００５２】
蓋部５は、側方床版部１２の下面に取り付けられたレール部５１に対して、スライド可能に取り付けられる。すなわち、溝部３の下方を塞いだ状態の蓋部５を中央本体部１１側に移動させると、溝部３の下方が開放されて整流壁２の下部が側方床版部１２の下方に突出することになる。
【００５３】
この蓋部５の開放を、水面Ｗの上昇によって自動的に行わせることができる。例えば橋脚１３の側面１３１に棚部５４を設けておき、その上に錘部５２を載せておく。
【００５４】
そして、錘部５２と蓋部５の中央本体部１１側の端部を連結ワイヤ５３で接続させておく。通常時は、蓋部５の上に整流壁２を載せて、橋桁１Ａの側縁に上向きに突出された状態にしておく。
【００５５】
津波の遡上や洪水によって図９Ｂのように水面Ｗが上昇すると、錘部５２が浮力や水流によって棚部５４から離隔する。さらに水中に浮遊する錘部５２が水流を受けると、連結ワイヤ５３，５３に引張り力が作用して、蓋部５，５がレール部５１，５１に沿ってスライドすることになる。
【００５６】
この結果、蓋部５，５が開いて、整流壁２の下部を側方床版部１２の下方に突出させることができる。すなわち本実施例のような切替機構の構成とすることで、水面Ｗの上昇に伴って自動的に整流壁２を下向きに垂下させて、橋桁１Ａが受ける流体力を低減させることができる。
【００５７】
なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
【００５８】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００５９】
例えば、前記実施の形態では、整流壁２を側方床版部１２に対して垂直に垂下させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば橋桁モデルＭ４（図３Ｄ）のように、斜めにして垂下させることもできる。
【００６０】
また、前記実施の形態及び実施例では、切替機構を備えた壁状部について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、抵抗の少ない柵状の高欄などが橋桁の両側縁に沿って上向きに設けられている場合に、橋桁の両側縁に沿って下向きに固定式の壁状部を整流壁として垂下させることによっても、橋梁の橋桁に作用する流体力を低減させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１              橋桁
１１            中央本体部
１２            側方床版部
１２１          側縁
２              整流壁（壁状部）
３              溝部（切替機構）
４              蓋部（切替機構）
１Ａ            橋桁
５              蓋部（切替機構）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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