(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が浸入する構造物に設けられた揚圧力低減構造であって、
浸入する水面に対して上方において対向する構造物面に、下方に向けて突出された剛性の突出部が間隔を置いて複数、設けられているとともに、
複数の前記突出部は、前記構造物面の略直交する２方向にそれぞれ間隔を置いて配置されていることを特徴とする揚圧力低減構造。
【請求項２】
前記突出部は、直方体状に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の揚圧力低減構造。
【請求項３】
複数の前記突出部は、略等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の揚圧力低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、津波、高潮、洪水などによって、水が浸入する空間を有する構造物用の揚圧力低減構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
津波や高潮に伴う波や流れ、河川の洪水に伴う波や流れなどが起きると、海岸や河川近くに構築された構造物は、浸水や水圧などによって様々な被害を受けることになる。特許文献１には、このような津波などによる災害を防ぐための津波高潮減災構造物が開示されている。
【０００３】
この特許文献１の津波高潮減災構造物は、箱状の本体内部に遊水室が設けられており、津波などによって波が遊水室に流れ込むと、その波力及び遊水室内で高められた空気圧によって、遊水室の天井面となる起伏天端壁部が跳ね上がる構成となっている。
【０００４】
この起伏天端壁部は、コンクリート製であって、起伏後は津波の陸側への遡上を抑制する防潮堤として機能する。要するに、津波によって遊水室の天井面に作用する揚圧力は、重量物である起伏天端壁部を跳ね上げることができるほどの大きさになる。
【０００５】
そこで、本願の発明者は、特許文献２に示す津波等から受ける揚圧力を低減する構造を開発し、構造物の破壊又は損傷を防ぐことができるようにした。海岸近くには、発電所やコンビナートなどの取水路及び放水路を備えた重要な臨海施設や、桟橋などがあり、それらの構造物が津波や高潮、河川の洪水等に起因する揚圧力によって損傷等するのを、可能な限り抑えることが望まれる。
【０００６】
さらに、海岸部に構築された建造物は、津波来襲時の避難ビルに指定されていることがあり、このような避難先となる建造物の損傷は最小限に抑える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−９７５３６号公報
【特許文献２】特開２０１５−２０００６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら津波等における波の形状には様々な波形があり、波形によって構造物に作用する揚圧力のパターンも変化する。どのような波形の津波等が来襲するかは不確定要素であり、いかなる波形に対しても揚圧力の低減効果が有効に発揮されることが望まれるため、鋭意研究開発が進められている。
【０００９】
そこで、本発明は、津波等から受ける揚圧力を簡単な構成で低減することが可能な揚圧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】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の揚圧力低減構造は、水が浸入する構造物に設けられた揚圧力低減構造であって、浸入する水面に対向する構造物面に、下方に向けて突出された剛性の突出部が間隔を置いて複数、設けられていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記突出部は、直方体状に成形されている構成とすることができる。また、複数の前記突出部は、構造物面の略直交する２方向にそれぞれ間隔を置いて配置されている構成とすることができる。また、複数の前記突出部は、略等間隔で配置されている構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
このように構成された本発明の揚圧力低減構造は、浸入する水面に対向する構造物面に対して、間隔を置いて複数の剛性の突出部を下方に向けて突出させた構造となる。
【００１３】
このような簡単な構成の揚圧力低減構造が構造物に設けられるだけで、津波や高潮、洪水等に起因する揚圧力が緩衝されることになるので、構造物が受ける揚圧力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態の揚圧力低減構造の構成を説明する断面図である。
【図２】矩形ブロックの配置を説明するために、水路天端の下面を下方から見た底面図である。
【図３】矩形ブロックの構成の一例を説明する側面図である。
【図４】揚圧力低減構造の低減効果の概念を水面位置との関係で説明する図で、矩形ブロックが水没する前の状態の説明図である。
【図５】揚圧力低減構造の低減効果の概念を水面位置との関係で説明する図で、矩形ブロックが水没した状態の説明図である。
【図６】実施例の揚圧力低減構造の効果を確認する実験の概要を示した説明図である。
【図７】津波造波装置によって造波される複数種類の波形を例示した図である。
【図８】実施例で行った揚圧力低減構造の実験結果を示した図である。
【図９】実施例の実験結果を場所との関係でまとめて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、本実施の形態の揚圧力低減構造の構成を説明するための断面図であり、図２は、揚圧力低減構造が設けられる構造物面を下から見た底面図である。
【００１６】
本実施の形態の揚圧力低減構造は、海岸近くの発電所やコンビナートなどの臨海施設や桟橋、河川近くの構造物など、津波や高潮に伴う波や流れ、河川の洪水に伴う波や流れなどによって水が浸入する空間を有する構造物に設けられる。発電所には、海水に繋がる取放水路１（取水路及び放水路）があり、桟橋のスラブも水位上昇の影響を受けやすい構造物である。
【００１７】
本実施の形態では、図１に示すような取放水路１に揚圧力低減構造を設ける場合について説明する。この取放水路１は、海とポンプ室１１の配管１４とを連絡する構造物である。
【００１８】
ポンプ室１１の水路天端１２の下面１２ａは、水面Ｗに対向する構造物面となる。すなわち常時においては、水路天端１２の下面１２ａから下方に離隔した位置に海と繋がる水面Ｗが存在する。
【００１９】
この水面Ｗは、津波や高潮などが起きると水位上昇し、水路天端１２の下面１２ａには衝撃的な揚圧力が作用することになる。そして、衝撃揚圧力の作用によって、水路天端１２に設けられた点検口の天端蓋１３が飛散するおそれがある。
【００２０】
また、天端蓋１３が衝撃揚圧力によって外れると、点検口を通じて施設内に海水が流れ込み、浸水被害（氾濫被害）が発生することにもなる。さらに、衝撃揚圧力が大きい場合には、水路天端１２を損傷させる可能性がある。
【００２１】
このような被害の発生を防ぐために、衝撃揚圧力を低減するための揚圧力低減構造を下面１２ａに設ける。本実施の形態の揚圧力低減構造は、複数の下方に向けて突出された剛性の突出部としての矩形ブロック２，・・・によって主に構成される。
【００２２】
矩形ブロック２，・・・は、水路天端１２の下面１２ａに対して、略直交する２方向にそれぞれ間隔を置いて設けられる。ここでは、水路の延伸方向（水の流入方向ＷＡ）と、水路の幅方向（流入方向ＷＡに略直交する方向）とに、それぞれ間隔を置いて設けられる。
【００２３】
矩形ブロック２は、図１−３に示すように、例えば直方体状に形成される。矩形ブロック２は、例えばコンクリートなどのセメント系材料によって、中実に成形することができる。
【００２４】
この矩形ブロック２は、水圧や気圧を受けてもほとんど変形しない「剛性」の部材であればよい。要するに突出部は、剛性の高い部材であればよく、鋼板などを組み合わせて中空に製作することもできる。
【００２５】
複数の矩形ブロック２，・・・は、図１に示すように、水路の延伸方向（水の流入方向ＷＡ）に略等間隔で設けられる。また、図２に示すように、水路の幅方向（流入方向ＷＡに略直交する方向）に対しても、略等間隔で設けられる。
【００２６】
また、矩形ブロック２，・・・は、天端蓋１３が設けられた位置を避けて取り付けられる。図３に、既設の水路天端１２の下面１２ａに対して、矩形ブロック２を設ける方法の一例を示した。
【００２７】
まず、既設の水路天端１２の下面１２ａに対して、あと施工アンカーとなるアンカーボルト２１を打ち込む。具体的には、下面１２ａ側から鉛直上向きに削孔して、その削孔された孔にアンカーボルト２１の先端を挿入し、孔に充填された接着材によって接合させる。
【００２８】
一方、下面１２ａから下方に向けて突出されたアンカーボルト２１，２１の周囲には、矩形ブロック２の外形に合わせた型枠を設置して、型枠の内部にコンクリート又はモルタルを充填することによって矩形ブロック２を成形する。
【００２９】
上述した矩形ブロック２を設ける方法は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、プレキャストされた矩形ブロック２を用いて、下面１２ａに固定させる方法でもよい。また、水路天端１２を新設する場合は、矩形ブロック２を含めて一緒に構築することもできる。
【００３０】
次に、本実施の形態の揚圧力低減構造の作用について説明する。
【００３１】
このように構成された本実施の形態の揚圧力低減構造は、浸入する水面Ｗに対向する水路天端１２の下面１２ａに対して、間隔を置いて複数の剛性の矩形ブロック２，・・・を下方に向けて突出させた構造となる。
【００３２】
このような揚圧力低減構造が設けられた下面１２ａに対して、図４に示すように、津波等によって水面Ｗが上昇し始めると、矩形ブロック２，２間に空気が閉じ込められて圧縮空気ＡＲとなる。
【００３３】
このように圧縮空気ＡＲが下面１２ａと水面Ｗとの間に介在されると、圧縮空気ＡＲが緩衝材になって、圧力が低減された揚圧力が下面１２ａに作用することになる。
【００３４】
さらに、図５に示すように、水面Ｗが上昇して矩形ブロック２の周囲に水がまわり込むと、渦ＵＺが発生してエネルギーが減勢されることになって、低減された揚圧力が下面１２ａに作用することになる。
【００３５】
このような簡単な構成の揚圧力低減構造が水路天端１２の下面１２ａに設けられるだけで、津波や高潮、洪水等に起因する揚圧力が緩衝されることになるので、水路天端１２が受ける揚圧力を低減することができる。
【００３６】
特に、下面１２ａに複数の矩形ブロック２，・・・が取り付けられることで、広い範囲で下面１２ａが受ける揚圧力を低減することができる。また、矩形ブロック２，２間に存在する天端蓋１３の下面に作用する揚圧力も低減されることになるので、天端蓋１３が飛散したり、天端蓋１３が外れて浸水被害が発生したりする被害の発生を防ぐことができる。
【実施例】
【００３７】
次に、前記実施の形態で説明した揚圧力低減構造の効果を確認するために行った実験及びその結果について、図６−図９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。
【００３８】
実験は、図６に示すような、発電所の取放水路を３０分の１のスケールで模擬した実験水路３を使って行った。この実験水路３は、全長約23mの水理模型実験用の水槽の中に、防潮壁３６を隔てて4.6mのポンプ室３１に繋がる水路が設けられた構成となっている。
【００３９】
また、防潮壁３６からポンプ室３１までの間には、間隔を置いて２本の立坑３３Ａ，３３Ｂが設けられている。図６の右下の拡大図に示したように、ポンプ室３１の水路天端３２の下面３２ａには、水路の延伸方向（水の流入方向ＷＡ）に間隔を置いて、Ｐ１−Ｐ６の６個の圧力計４１，・・・が取り付けられる。
【００４０】
また、筒状開口部３４よりポンプ室３１側の水底部３５には、圧力計４１，・・・に対向するそれぞれの位置に、水位計測用の圧力計となる水位計４２，・・・が６個、それぞれ配置される。
【００４１】
そして、圧力計４１，・・・に隣接する位置に、複数の矩形ブロック２，・・・が取り付けられた「矩形ブロックあり」のケースと、図６に示した状態のままの「矩形ブロックなし」のケースとの２通りのケースについて、実験を行った。
【００４２】
ここで、「矩形ブロックあり」のケースでは、平面視30mm×30mmで下方への突出量20mmの塩化ビニル製の直方体の矩形ブロック２を使用した。また、下面３２ａへの配置は、流入方向ＷＡに30mmの間隔を開けて７個、水路幅方向に20mmの間隔を開けて３列という配置にした。
【００４３】
ここで、図７に、二次元水槽に設置されたチャンバー式津波造波装置によって造波可能な波形の中で、７種類の波形を例示した。この波形は、防潮壁３６による反射波の影響を含んでいる。
【００４４】
実際の津波には様々な波形があり、波形によって水路天端３２に作用する衝撃揚圧力の大きさや、作用のパターン（水圧と作用時間との関係）が異なるため、できるだけ多くの波形に対して効果のある揚圧力低減構造が望まれる。
【００４５】
以下では、衝撃圧が最も大きくなり、ピークが明確に表れた波形であるＷ１の波形を使った実験結果について説明する。図８には、「矩形ブロックなし」のケースと「矩形ブロックあり」のケースの２ケースを対比して、衝撃揚圧力Ｐと経過時間Ｔとの関係で示した。ここで、この図は、Ｐ３の圧力計４１の計測値を示している。
【００４６】
全期間の結果を示した図８の左図を見ると、ピーク時（Ｔ＝12秒から14秒あたり）を除いて、ほぼ同じ圧力の値が計測されていることがわかる。一方、ピーク時を拡大した右図を見ると、矩形ブロックを設けることによって、最大圧力が３０％程度、低減されたことがわかる。
【００４７】
すなわち、矩形ブロックを設けることによって、構造物（水路天端３２）に悪影響を与えることなくピーク時の最大圧力を低減できるといえる。例えば、立坑状の筒状開口部３４に隣接して設けられたポンプ室３１に対して、水の流入を遮るような鉛直壁を下面３２ａから垂下させた場合、ピーク時の最大圧力を低減することができても、それ以外のときの圧力が、筒状開口部３４の水位上昇に伴って生じる高水位との差で却って大きくなってしまう場合がある。
【００４８】
これに対して図８の結果を見ると、「矩形ブロックなし」のケースを大きく上回るような圧力が「矩形ブロックあり」のケースで発生している箇所が無いため、矩形ブロックの存在がいずれの時間帯においても水路天端３２の負荷増加には繋がらないと言える。
【００４９】
図８は、Ｐ３の圧力計４１の計測結果であったが、図９にはＰ１−Ｐ６の６個の圧力計４１，・・・が計測した衝撃揚圧力の最大値を示した。Ｐ１−Ｐ６の圧力計４１，・・・は、ポンプ室３１の奥行き方向に間隔を置いて配置されている。
【００５０】
このため、図９の結果は、衝撃揚圧力の空間分布と捉えることができる。この結果を見ると、ポンプ室３１のいずれの場所においても、矩形ブロックを設けることによって衝撃揚圧力の最大値が低減されていることがわかる。
【００５１】
そして、本実施例の実験結果によって、前記実施の形態で説明した揚圧力低減構造の効果を確認することができた。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。
【００５２】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、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。
【００５３】
例えば、前記実施の形態及び実施例では、直方体状の矩形ブロック２について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱状、球体状、楕円球体状など様々な形態の突出部に成形することができる。
【００５４】
また、前記実施の形態及び実施例では、水路天端１２，３２の下面１２ａ，３２ａの略全面を覆うように矩形ブロック２，・・・を設置する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、揚圧力が作用しやすい箇所や揚圧力に対して弱部となりやすい箇所のみに、部分的に矩形ブロック２，・・・が取り付けられた揚圧力低減構造とすることもできる。
【００５５】
さらに、前記実施の形態では、海水が浸入する場合について主に説明したが、これに限定されるものではなく、河川の洪水に伴う波や流れによって揚圧力が作用するような場合にも低減効果を発揮させることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１２ａ          下面（構造物面）
２              矩形ブロック（突出部）
３２ａ          下面（構造物面）
Ｗ              水面
ＷＡ            流入方向
【図１】
0006683517.tif 000002
【図２】
0006683517.tif 000003
【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】
0006683517.tif 000008
【図８】
0006683517.tif 000009
【図９】
0006683517.tif 000010