(57)【要約】【課題】塔状構造物の架設段階ごとに、形状などを変更させる必要がなく、恒久的に使えて、メンテナンス不要な渦励振に対する制振機能を有する制振塔状構造物および制振塔状構造物の架設方法を提供することができるようにする。【解決手段】箱型塔状構造物１４の側面に対して略垂直に板１６を突出させ、板１６の長手方向を、箱型塔状構造物１４の高さ方向に対して略平行に配置し、かつ板１６は、箱型塔状構造物１４の高さ方向に間隔を置いて配置されることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱型塔状構造物の側面に対して略垂直に板を突出させ、前記板の長手方向を、前記箱型塔状構造物の高さ方向に対して略平行に配置し、かつ前記板は、前記箱型塔状構造物の高さ方向に間隔を置いて配置されることを特徴とする制振塔状構造物。
【請求項２】
箱型塔状構造物の架設段階ごとに、前記箱型塔状構造物の側面に対して略垂直に板を突出させ、前記板の長手方向を、前記箱型塔状構造物の高さ方向に対して略平行に配置し、かつ前記板は、前記箱型塔状構造物の高さ方向に間隔を置いて設置させることを特徴とする制振塔状構造物の架設方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、箱型塔状構造物の空力振動である渦励振を抑えることのできる箱型塔状構造物および箱型塔状構造物の架設方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、つり橋や斜張橋の主塔は、橋梁完成後および架設時における、主塔の渦励振など有害な空力振動に対する耐風性検討が必要不可欠である。特に架設時においては、主塔がケーブルで連結されず自立する状態が必ず出現する。このケーブルで連結される前の状態の主塔構造物は極めて柔な構造であり、主塔に渦励振など有害な空力振動が発生する頻度が非常に高く、工事作業者の作業性の悪化、主塔構造物の部材の疲労など、種々の問題が生じていた。
【０００３】
ここで、渦励振の説明をする。一般に、主塔に風が吹き付けると、主塔の後流側には流れの渦が左右交互に発生し、圧力の低い低圧部も左右交互に発生する。主塔は、この低圧部に吸い寄せられて交番力を受けるが、この低圧部の発生周期と、主塔の固有振動数が一致すると、主塔は共振して揺れが飛躍的に大きくなる、これを渦励振という。
【０００４】
従来、この種の空力振動に対してＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）と呼ばれる動吸振器を主塔構造物内部に搭載することによって振動を抑制する手段が主として用いられてきた。
【０００５】
ＴＭＤは、バネと、おもりと、減衰機構とを主な構成要素として構成され、おもりと主塔構造物との間に、おもりを支えるバネと、おもりの揺れを制御する減衰機構とが配置されている。
【０００６】
上記の構成からなるＴＭＤによれば、主塔構造物が振動すると、バネと、減衰機構により主塔構造物に連結されたおもりは、ある固有振動数で振動する。このとき発生する主塔構造物の揺れと、おもりの揺れとの位相差になり、この位相差により主塔構造物の揺れが吸収・抑制される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
秦健作、他３名，「明石海峡大橋主塔の制振対策」，土木学会論文集，１９９５年１月，Ｎｏ．５０７／Ｉ−３０，ｐ２７９−２８９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成のＴＭＤによれば、主塔構造物の架設時には、ＴＭＤの搭載位置を架設段階ごとに変更しなければ、効果的な制振効果を得られず、工事上の手間がかかるという問題があった。
【０００９】
また、ＴＭＤを恒久的な制振対策として使用するには、機械部分などに対する信頼性を保証するための長期にわたる定期メンテナンスが必要になるという問題があった。
【００１０】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、塔状構造物の架設段階ごとに、形状などを変更させる必要がなく、恒久的に使えて、メンテナンス不要な制振機能を有する制振塔状構造物および制振塔状構造物の架設方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の制振塔状構造物では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１にかかる発明は、前記箱型塔状構造物の側面に対して略垂直に前記板を突出させ、前記板の長手方向を、前記箱型塔状構造物の高さ方向に対して略平行に配置し、かつ前記板は、前記箱型塔状構造物の高さ方向に間隔を置いて配置されることを特徴とする。
【００１２】
この発明にかかる制振塔状構造物によれば、前記板は、前記箱型塔状構造物の高さ方向に間隔を置いて配置されることにより、風が吹いたときの前記板のある部分と、ない部分とでは、幅寸法が異なるので、後流に発生する渦の発生周期が異なることになる。これにより、前記箱型塔状構造物の固有振動数との共振で起きる、渦励振発生風速が、前記板のある部分とない部分とで、異なることになり、ある特定の風速で前記箱型塔状構造物全体が渦励振を起こして大きく揺れることを防ぐことができる。
【００１３】
また、前記板は、前記箱型塔状構造物の高さ方向に間隔を置いて配置されることにより、同一の周期の渦が発生する面積が減少して、面積が減少した分、前記箱型塔状構造物を加振する力が減少し、前記箱型塔状構造物が渦励振を起こして揺れる振幅を低減させることができる。
【００１４】
さらに、前記板は機械的に稼動する部分を持たないため、恒久的に使用する際にも、メンテナンスを必要とする部分がない。
【００１５】
請求項２にかかる発明は、前記箱型塔状構造物の架設段階ごとに、前記箱型塔状構造物の側面に対して略垂直に板を突出させ、前記板の長手方向を、前記箱型塔状構造物の高さ方向に対して略平行に配置し、かつ前記板は、前記箱型塔状構造物の高さ方向に間隔を置いて配置される前記板を設置することを特徴とする。
【００１６】
この発明にかかる制振塔状構造物によれば、前記箱型塔状構造物の架設段階ごとに、前記板を設置するため、前記箱型塔状構造物が架設途中であっても、ある特定の風速で前記箱型塔状構造物全体が渦励振を起こして大きく揺れることを防ぐことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図４は、この発明の一実施形態を示す図である。
図１（ａ）において、制振塔状構造物１０は、つり橋１１の主塔１２を構成する部材として設けられている。主塔１２は、図１（ｂ）に示すように、一対の土台１３と、これら土台１３の上にそれぞれ設けられた箱型塔状構造物１４と、これら箱型塔状構造物１４同士を連結する連結部材１５と、連結部材１５の側面と平行な箱型塔状構造物１４の両側面に、箱型塔状構造物１４の略長手軸線方向に間隔を開け、１列に並べて設けられた複数のプレート（板）１６とを主な構成要素として構成されている。
【００１８】
制振塔状構造物１０は、その内の、箱型塔状構造物１４と、複数のプレート（板）１６とを主な構成要素として構成されている。また、箱型塔状構造物１４の四隅は、隅切り１７（図３の説明で後述する）されている。
【００１９】
上記の構成からなる制振塔状構造物１０においては、風が図１（ｂ）のＸ方向から吹くと、制振塔状構造物１０の後流側に流れの渦が左右交互に発生する。この渦の発生周期は、プレート１６のある部分と無い部分とでは異なるため、制振塔状構造物１０が左右に加振される周期も、プレート１６のある部分と無い部分とで異なる。その結果、制振塔状構造物１０は、同じ風速でも異なる周期で左右に加振されるため、制振塔状構造物１０の固有振動数と共振して大きく振動することが防がれる。また、同じ周期の渦が発生する面積が小さくなるため、制振塔状構造物１０を同じ周期で左右に加振する力も小さくなり、制振塔状構造物１０の固有振動数と共振して大きく振動することが防がれる。
【００２０】
上記の説明をグラフで表したのが、図２である。
図２において、縦軸が、箱型塔状構造物１４の頂上部揺れの片振幅を示す塔頂片振幅であり、横軸が風速である。曲線Ａは、図３（ａ）に示す、プレート１６なしの箱型塔状構造物１４の塔頂片振幅を示す曲線であり、曲線Ｂは、図３（ｂ）に示す、全体にプレート１６のついた箱型塔状構造物１４の塔頂片振幅を示す曲線であり、曲線Ｃは、図３（ｃ）に示す、間隔を開けてプレート１６をつけた箱型塔状構造物１４の塔頂片振幅を示す曲線である。
【００２１】
図２において、曲線Ａは風速Ｗ１で、曲線Ｂは風速Ｗ２で塔頂片振幅が渦励振により大きくなっている。これは、箱型塔状構造物１４の固有振動数と、後流の渦の発生周期とが、曲線Ａは風速Ｗ１で、曲線Ｂは風速Ｗ２で一致して共振（渦励振）したためである。
曲線Ｃは、風速Ｗ１とＷ２とで渦励振を起こしてはいるが、渦の発生領域が小さいため、渦による加振力が小さいので、塔頂片振幅も小さくなっている。
【００２２】
次に、縮小モデルによる実験結果について述べる。使用したモデルの大きさは、高さが２．５ｍ、箱型塔状構造物の縦方向が０．０６７〜０．１２ｍ、横方向が０．０５３ｍ、プレートの長さが０．０２７ｍ、プレートの取り付け間隔が０．１２〜０．２３ｍである。これは、実際における高さ３７０ｍ、箱型構造物の縦が１０〜１８ｍ、横が８ｍ、プレート長さが４ｍ、プレートの取り付け間隔が１８〜３５ｍのものを模擬したものである。また、実験における風速は３ｍ／ｓで、実際における風速で６ｍ／ｓのものを模擬したものである。
【００２３】
この実験結果をまとめたのが図４に示すグラフである。このグラフは、縦軸に塔頂片振幅（ｍ）、横軸に風向角β（°）をとっている。塔頂片振幅は、実物（高さ３７０ｍの塔状構造物）に換算したものであり、風向角は、図１（ｂ）のＸ方向、つまりプレート１６の面に対して垂直方向を０°として、そこから左右へ風の吹く向きを振ったものである。また、グラフ中の黒丸が、箱型塔状構造物１４に間隔を開けてプレート１６を配置したもの（図３（ｃ）に示すもの）の結果で、白抜き三角が、プレート１６のない箱型塔状構造物１４（図３（ａ）に示すもの）の結果である。
【００２４】
図４のグラフから、次の２点のことがわかる。
第１点が、塔頂片振幅の最大値が小さくなっていること。箱型塔状構造物１４に間隔を開けてプレート１６を配置したもの（図３（ｃ）に示すもの）は、塔頂片振幅の最大値が約１．７ｍなのに対して、プレート１６のない箱型塔状構造物１４（図３（ａ）に示すもの）では、約２．２ｍの塔頂片振幅である。
【００２５】
これは、間隔を開けてプレート１６を配置したことにより、同じ周期の渦の発生する面積が小さくなり、左右に加振する力が小さくなったことによる。
【００２６】
第２点が、渦励振を起こす風向角が狭くなっていること。箱型塔状構造物１４に間隔を開けてプレート１６を配置したもの（図３（ｃ）に示すもの）は、風向角２０°付近以上では渦励振を起こさないのに対して、プレート１６のない箱型塔状構造物１４（図３（ａ）に示すもの）では、風向角３０°付近まで渦励振を起こしている。
【００２７】
一般に、箱型塔状構造物１４への風向角が変わると、後流での渦の発生周期も変化して、ある風向角以上になると、渦の発生周期と、箱型塔状構造物の固有振動数との間に、共振を起こす関係がなくなる。
間隔を開けてプレート１６を配置すると、プレート１６のある部分で、後流の渦の発生周期が変わり、風向角が変わることにより、後流の渦の発生周期はさらに変わる。このことにより、箱型塔状構造物１４に間隔を開けてプレート１６を配置したもの（図３（ｃ）に示すもの）は、浅い風向角で、後流の渦の発生周期と、箱型塔状構造物１４の固有振動数との間に、共振を起こす関係がなくなる。
以上の結果より、箱型塔状構造物１４の両側面に、間隔を開けてプレート１６を設けることにより、渦励振に対して制振効果があることが確認される。
【００２８】
また、構造上、箱型塔状構造物１４の架設と平行して、プレート１６を設置することができ、設置されたプレート１６は、後流の渦の発生周期を変える働きをするため、箱型塔状構造物１４が架設中であっても、その働きに影響が与えられることはない。
【００２９】
上記の構成によれば、箱型塔状構造物１４に、間隔を開けてプレート１６を配置することにより、箱型塔状構造物１４が渦励振を起こす風速を分散させ、渦励振が起きたとしても、それによる塔頂片振幅を抑制することができる。また、渦励振を起こす風向角を狭くすることができる。
【００３０】
また、箱型塔状構造物１４に、間隔を開けてプレート１６を配置するだけなので、機械的に可動な部分が無く、長期間の使用に耐え、しかもメンテナンスを不要とすることができる。
【００３１】
上記の構成による、制振塔状構造物１０の架設方法について述べる。
制振塔状構造物１０は、箱型塔状構造物１４の架設ステップ毎に、プレート１６を配置することができるので、渦励振の抑制効果が得られ、それは、そのまま完成後にも渦励振の抑制効果が得られるので、架設ステップ毎の制振装置の移動などといった工事上の手間を省くことができる。
【００３２】
なお、上記の実施の形態においては、Ｘ方向から見て、プレート１６を左右対称に設けたものに適応して説明したが、このプレート１６を左右対称に設けたものに限られることなく、プレート１６を互い違いに設けたものにも適応することができるものである。
【００３３】
また、上記の実施の形態においては、つり橋１１の主塔１２に適応して説明したが、このつり橋１１の主塔１２に限られることなく、斜張橋の主塔や、アーチ橋の鉛直吊材など、その他各種の箱型塔状構造物に適応することができるものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、前記板は、前記箱型塔状構造物の高さ方向に間隔を置いて配置されるため、前記板のある部分と、ない部分との渦励振発生風速が異なることになり、ある特定の風速で前記箱型塔状構造物全体が渦励振を起こして大きく揺れることを防ぐことができるという効果を奏する。
【００３５】
また、同一の周期の渦が発生する面積が減少して、前記箱型塔状構造物を加振する力が減少することになり、前記箱型塔状構造物が渦励振を起こして揺れる振幅を低減させることができるという効果を奏する。
【００３６】
さらに、前記板は機械的に稼動する部分を持たないため、恒久的に使用する際にも、メンテナンスを必要とする部分がないという効果を奏する。
【００３７】
請求項２に係る発明によれば、架設段階ごとに、前記板を設置するので、架設段階ごとに渦励振による振動の制振効果を発揮することができ、そのまま、橋梁完成後の塔状構造物の制振にも効果を発揮することもできる。つまり、主塔構造の架設ステップ毎に、すでに設けた前記板を変形・移動させたりするような、工事上の手間がかからないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制振塔状構造物の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明による制振塔状構造物の制振効果を示すグラフである。
【図３】本発明による制振塔状構造物の制振効果試験に用いたモデルを示す模式図である。
【図４】本発明による制振塔状構造物の制振効果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　制振塔状構造物
１４　箱型塔状構造物
１６　プレート（板）
【図１】
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【図２】
2004132000.tif 000004
【図３】
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【図４】
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