(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、地震時に水中構造物に作用する地震時慣性力の位相と地震時に水中構造物に作用する地震時動水圧の位相とを互いにづらす位相差付与手段を設けたことを特徴とする耐震水中構造物。
【請求項２】
少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、地震時に水平荷重として水中構造物に作用する地震時慣性力の位相と地震時に水平荷重として水中構造物に作用する地震時動水圧の位相とをづらす受圧板とバネとを含む位相差付与手段を設け、動水圧による付加重量を含んだ前記受圧板の固有周期を調節して、前記受圧板の振動と水中構造物の振動とが互いに逆位相になるようにしたことを特徴とする耐震水中構造物。
【請求項３】
少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、受圧板とバネとを含む位相差付与手段を設け、前記バネとして柔らかいものを用いて、地震時に水中構造物に地震時慣性力が作用して、水中構造物が動くとき、前記バネが初めに圧縮されて、前記受圧板が水中構造物の動きにただちに追従しないように、前記動きを前記受圧板に伝えて、地震時動水圧の発生を抑えるとともに、発生した地震時動水圧を前記受圧板及びバネを介して水中構造物に前記地震時慣性力に対する位相をづらして伝え得るようにしたことを特徴とする耐震水中構造物。
【請求項４】
受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の受圧板側の面との間、または受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の水中に没する部分に面して設けた保護板との間に、１又は２以上のバネを配設し、前記バネを配設した受圧板と該受圧板に面する水中構造物又は保護板との間の空間を空気で満たして位相差付与手段が構成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一つの項記載の耐震水中構造物。
【請求項５】
１又は２以上の空気封入部のある袋状体を少なくとも気密性及び可撓性のある材料からなる膜体でつくり、前記袋状体の各空気封入部内に空気を封入してなる空気バネ体の反水中構造物側の面を受圧面として位相差付与手段が構成されていることを特徴とする請求項１記載の耐震水中構造物。
【請求項６】
受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の受圧板側の面との間、または受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の水中に没する部分に面して設けた保護板との間に、少なくとも気密性及び可撓性のある材料からなる膜体でつくられた袋状体の１又は２以上の空気封入部内に空気が封入されている空気バネ体を配設して位相差付与手段が構成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一つの項記載の耐震水中構造物。
【請求項７】
１又は２以上の空気封入部のある袋状体が気密性及び可撓性のある膜体又は気密性、可撓性及びゴム状弾性のある膜体でつくられ、前記袋状体の各空気封入部内に空気又は空気とバネを封入してなる空気バネ体をバネとして使って位相差付与手段が構成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一つの項記載の耐震水中構造物。
【請求項８】
少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する外周壁の部分の水側の一部又は全部に、水中構造物の外周壁又は該外周壁に取り付けた保護板から所定の距離はなして受圧板を配し、前記外周壁又は保護板と受圧板との間に１又は２以上のバネを配し、各バネの一方の端を前記外周壁又は保護板に取り付け、その他方の端を受圧板に取り付け、前記受圧板と該受圧板に対応する前記外周壁又は保護板との間のバネが配設されている空間の少なくとも上側以外の三方を気密性及び可撓性のある膜体で囲い、そこを空気で満たした位相差付与手段が設けられていることを特徴とする耐震水中構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、耐震水中構造物、特に、地震時に水中構造物に作用する動水圧の位相と慣性力の位相とをずらして、水中構造物に作用する地震時の荷重を軽減させることができる耐震水中構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中構造物はその１部又は全部が水中に没しているものである。そして、水中構造物には、例えば、図１６に示すものがある。
(1) その下端が水底の地盤で支持されかつその周囲の大部分が水中に没している水中構造物（図１６〔ａ〕）。
(2) 水底の地盤上に構築された基礎台でその下端が支持されその一方の面の下部が水中に没しかつ他方の面で土圧を受けているケーソン岸壁（図１６〔ｂ〕）。
(3) 水底の地盤上に構築された円錐台形の構造体でその下端が支持されている石油プラットフォーム（図１６〔ｃ〕）。
(4) その下端が水底の地盤で支持されその一方の面が水中に没しかつ他方の面が大気に曝されてるダム（図１６〔ｄ〕）。
(5) その下端が地盤等の支持体で支持されその内側の面が水中に没しかつ外側の面が大気に曝されているタンク（図１６〔ｅ〕）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記(1)〜(5)の水中構造物には、地震時に水深の２乗に比例した動水圧合力が水平荷重として水中構造物の地震時慣性力と同位相で作用する。そのため、水中構造物の設計及び水中構造物の地震時の滑動や転倒についての検討においては、構造物の慣性力と動水圧合力とを足し合わせた水平荷重が水中構造物に作用するものとして行われている。そして、水深が大きくなると、動水圧の占める割合が大きくなり、大きな動水圧に耐え得るように水中構造物を構築するには膨大な費用が必要になる。
この発明の解決しようとする課題は、地震時に水中構造物に作用する慣性力の位相と動水圧の位相とをずらして、地震時に水中構造物に作用する荷重を低減させ得る耐震水中構造物を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の耐震水中構造物は、少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、地震時に水中構造物に作用する地震時慣性力と地震時に水中構造物に作用する地震時動水圧との位相をづらす位相差付与手段を設けたことを特徴とするものである。
この発明は、通常、水中構造物の地震時慣性力と同位相で水中構造物に作用する地震時動水圧の位相をづらすものであり、地震時慣性力と地震時動水圧との位相をづらす位相差付与手段として、例えば、受圧板と水中構造物とをバネで繋いだものを使う。そして、動水圧による付加重量を含んだ前記受圧板の固有周期が水中構造物の固有周期より大きい場合、受圧板の振動と水中構造物の振動は逆位相になる。この発明は、この特性を利用して、受圧板と水中構造物との間のバネのバネ定数等を調整して動水圧の位相を変化させるものである。
【０００５】
そして、水中構造物の固有周期が小さいものとし、地震波の周期はそれより長いものとする。この場合には、動水圧による付加重量を含んだ受圧板とバネの固有周期を地震波の周期より長くなるようバネ定数を調節しておくことにより、水中構造物と受圧板とは逆位相で振動し、水中構造物の振動を止める方向に動水圧が作用する。水中構造物の固有周期が地震波の周期よりも長い場合は、構造物の固有周期を長くした方が地震波周期とのずれが大きくなり有利である。そのためには、水中構造物と受圧板との間のバネをかために設定することにより、固有周期の長周期化が可能である。
この出願のもう一つの発明の耐震水中構造物は、少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、地震時に水平荷重として水中構造物に作用する地震時慣性力の位相と地震時に水平荷重として水中構造物に作用する地震時動水圧の位相とをづらす受圧板とバネとを含む位相差付与手段を設け、動水圧による付加重量を含んだ前記受圧板の固有周期を調節して、前記受圧板の振動と水中構造物の振動とが互いに逆位相になるようにしたことを特徴とするものである。
【０００６】
地震時には、地震力がその底面の地盤から水中構造物に入り、水中構造物が動き、その動きが位相差付与手段のバネに伝えられ、初めにバネが圧縮されてから、位相差付与手段の受圧板が動いて、地震時動水圧が発生する。
そのため、この発明の耐震水中構造物は、少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、受圧板とバネとを含む位相差付与手段を設け、前記バネとして柔らかいものを用いて、地震時に水中構造物に地震時慣性力が作用して、水中構造物が動くとき、前記バネが初めに圧縮されて、前記受圧板が水中構造物の動きにただちに追従しないように、前記動きを前記受圧板に伝えて、地震時動水圧の発生を抑えるとともに、発生した地震時動水圧を前記受圧板及びバネを介して水中構造物に前記地震時慣性力に対する位相をづらして伝え得るようにしたことを特徴とするものでもある。
【０００７】
位相差付与手段としては、例えば、次の▲１▼〜▲３▼を使う。
▲１▼ 受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の受圧板側の面との間、または受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の水中に没する部分に面して設けた保護板との間に、１又は２以上のバネを配設し、前記バネを配設した受圧板と該受圧板に面する水中構造物又は保護板との間の空間を空気で満たして構成した位相差付与手段。
▲２▼ １又は２以上の空気封入部のある袋状体を少なくとも気密性及び可撓性のある材料からなる膜体でつくり、前記袋状体の各空気封入部内に空気を封入してなる空気バネ体の反水中構造物側の面を受圧面として構成した位相差付与手段。
▲３▼ 受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の受圧板側の面との間、または受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の水中に没する部分に面して設けた保護板との間に、少なくとも気密性及び可撓性のある材料からなる膜体でつくられた袋状体の１又は２以上の空気封入部内に空気が封入されている空気バネ体を配設して構成した位相差付与手段。
【０００８】
受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の受圧板側の面との間、または受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の水中に没する部分に面して設けた保護板との間に、１又は２以上のバネを配設する場合には、バネの一方の端を前記外周壁又は保護板に取り付け、その他方の端を受圧板に取り付け、前記受圧板と該受圧板に対応する前記外周壁又は保護板との間のバネが配設されている空間の少なくとも上側以外の三方を気密性及び可撓性のある膜体で囲い、そこを空気で満たして位相差付与手段を構成する。
前記袋状体を気密性、可撓性及びゴム状弾性のある膜体でつくり、各空気封入部に空気を封入すると、空気の弾性と膜体のゴム状弾性とを備えた空気バネ体が得られ、また、前記袋状体を気密性、可撓性及びゴム弾性のある膜体でつくり、各空気封入部に空気及びバネを封入すると、空気の弾性、膜体のゴム弾性及びバネの弾性を備えた空気バネ体が得られる。
地震波が水（海）底の地盤から受圧板に直接入らないように、受圧板の下端縁が水（海）底面に接触しないように、受圧板を配設する。
【０００９】
【実施例】
実施例１の水中構造物を図１、図２及び図１２を使って詳細に説明する。
水中構造物１０は、図９に示すように、高さＨ、幅Ｗ及び奥行きＤの直方体で、その下端面が水（海）底の平らな地盤に固定され、その上部の一部が水面から突出しているが、その他の部分の周囲が水中に没している。
水中構造物１０には、その外周壁１０ａの壁面の外側に、受圧板１３Ａ，１３Ｂが空気バネ体１２Ａ，１２Ｂで水中構造物１０に繋がれた位相差付与手段１１が配設されている。
空気バネ１２Ａ，１２Ｂは、例えば、次のようにして製作されている。
天然ゴム、合成ゴム等からなり気密性、可撓性及びゴム状弾性のある膜体を用いて２枚の矩形のシート１２ａを造り、この２枚のシート１２ａをその周囲部を互いに重ね合わせて、その重ねた周囲１２ａ1を接着、縫合等の適宜の接合手段で接合して袋状体１２ｂを形成する。そして、袋状体１２ｂの横方向に間隔をおいて縦方向に延びる複数の線状縦部分１２ａ2及び袋状体１２ｂを縦方向に間隔をおいて横方向に延びる複数の線状横部分１２ａ3の表裏のシート１２ａを接着、縫合等の適宜の接合手段で接合して、多数の気密な空気収容部１２ｃを形成し、袋状体１２ｂの各空気収容部１２ｃ内に空気を封入して、矩形の空気バネ体１２Ａ，１２Ｂを製作する。
【００１０】
空気バネ体１２Ａ，１２Ｂとして、その矩形の一方の辺の長さが水中構造物１０の高さＨに一致し、その他方の辺の長さが水中構造物１０の奥行きＤと一致する矩形の空気バネ体１２Ａを２体つくるとともに、その矩形の一方の辺の長さが水中構造物１０の高さＨに一致し、その他方の辺の長さが水中構造物１０の幅Ｗに一致する矩形の空気バネ体１２Ｂを２体つくる。
そして、図２に示すように、水中構造物１０の周囲の壁面１０ａの外側に、各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの壁面１０ａ側の膨らんだ面が前記髄周壁１０ａの壁面に接触するように、２対の空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの配設する。
各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの間隔をおいた多数の箇所を水中構造物１０の外周壁１０ａに適宜の連結手段で連結する。なお、必要に応じて、空気バネ体１２Ａ，１２Ａの上下方向へ延びる各側縁部の間隔をおいた複数の箇所を、それらと対向する空気バネ体１２Ｂ，１２Ｂの上下方向へ延びる各側縁部に、適宜の連結手段１７で連結する。
【００１１】
水中構造物１０の周囲に配設した各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの外側に、各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの外側の膨らんだ面に接触させて、剛性のある材料からなる矩形の受圧板１３Ａ，１３Ｂを配設する。
受圧板１３Ａ，１３Ａは、例えば、その矩形の一方の縦方向の辺の長さが水中構造物１０の高さＨよりも少々短く、その他方の横方向の辺の長さが水中構造物１０の奥行きＤに略等しくなっており、受圧板１３Ｂ，１３Ｂは、例えば、その矩形の縦方向の辺の長さが水中構造物１０の高さＨよりも少々短く、その矩形の横方向の辺の長さが水中構造物１０の幅Ｗに略等しくなっている。
各受圧板１３Ａ，１３Ｂを間隔をおいた複数の箇所で空気バネ体１２Ａ，１２Ｂに連結する。また、必要に応じて、各受圧板１３Ａ，１３Ａの上下方向へ延びる各側縁部の間隔をおいた複数の箇所を、受圧板１３Ｂ，１３Ｂの上下方向へ延びる各側縁部に適宜の伸縮できる連結手段１８で連結する。
そして、各受圧板１３Ａ，１３Ｂは、その下端縁と水底面との間に僅かな隙間が形成されるように配設し、各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの前記外周壁１０ａの表面に接触していない部分と水中構造物１０の外周壁１０ａの表面との間の隙間及び各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの各受圧板１３Ａ，１３Ｂの表面に接触していない部分と各受圧板１３Ａ，１３Ｂの内側の表面との間の隙間に、水が自由に侵入できるようにしてある。
なお、水中構造物が防波堤のような２次元と考えられるものの場合には、前記の空気バネ体１２Ｂ，１２Ｂ、受圧板１３Ｂ，１３Ｂ及び連結手段１９，１８は必要がない。
【００１２】
図１２に示す水中構造物のように、地震時に水中構造物１０を支持する地盤に地震波Ｓwが入ると、水中構造物１０には、水深の２乗に比例した地震時動水圧Ｄpが水平荷重として作用するとともに、水中構造物１０自体の地震時慣性力Ｉfが同位相で水平荷重として作用する。
ところが、上述の実施例１の水中構造物１０のように、水中構造物１０の壁面１０ａの外側に、受圧板１３Ａ，１３Ｂと空気バネ体１２Ａ，１２Ｂとを繋いでなる位相差付与手段１１を配設しておくと、地震時に構造物に水平荷重として構造物の慣性力Ｉfが作用し、空気バネ体１２Ａ，１２Ｂを圧縮させながら各受圧板１３Ａ，１３Ｂが移動して、地震時動水圧Ｄpが発生し、この地震時動水圧Ｄpが空気バネ体１２Ａ，１２Ｂを介して、水中構造物１０自体の地震時慣性力Ｉfに対する位相がづらされて水中構造物１０に伝達される。そのため、地震時に水中構造物１０に作用する水平荷重（すなわち、水平荷重のピーク値）を低減させることができ、水中構造物の耐震性を向上させることができる。したがって、所望の耐震性を有する水中構造物１０の構築費を低減させることができる。
【００１３】
実施例２は図３及び図４に示され、実施例２の水中構造物１０は、実施例１の水中構造物１０の空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの外側に配設した受圧板１３Ａ，１３Ｂを取り除いたものであり、すなわち、水中構造物１０の外周壁１０ａの外側に空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの反水中構造物１０側の面を受圧面として構成した位相差付与手段１１’を配設したものである。
実施例２の水中構造物１０の空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの構成、空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの水中構造物１０への配置の仕方等は実施例１と同じである。
実施例２の水中構造物１０の場合は、地震時に水中構造物１０に水平荷重として構造物１０の慣性力Ｉfが作用し、この慣性力Ｉfが空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの水中構造物１０側に作用して、空気バネ体１２Ａ，１２Ｂを圧縮させながらその反水中構造物１０側の面が移動して、地震時動水圧Ｄpが発生し、前記地震時動水圧Ｄpが、空気バネ体１２Ａ，１２Ｂを介して、水中構造物１０自体の地震時慣性力Ｉfに対する位相がづらされて水中構造物１０に伝達される。そのため、地震時に水中構造物１０に作用する水平荷重を低減させることができ、水中構造物１０の耐震性を向上させることができる。
【００１４】
実施例３の水中構造物２０は、図５及び図６に示され、水中構造物２０の外周壁２０ａの外側に、受圧板２４Ａ，２４Ｂの水中構造物２０側の面と水中構造物２０の水中に没する部分に設けた保護板２２Ａ，２２Ｂとの間に空気バネ体２３Ａ，２３Ｂを配設して構成した位相差付与手段２１を設けたものである。
水中構造物２０の外周壁２０ａの外側に、その上下方向に間隔をおいて剛性を有する材料からなる胴縁Ｆsを取り付ける。各胴縁Ｆsに、実施例１の受圧板１３Ａ，１３Ｂと略同じ構成の保護板２２Ａ，２２Ｂを取り付ける。
それから、保護板２２Ａ，２２Ｂの外側に、各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの保護板２２Ａ，２２Ｂ側の膨らんだ面が保護板２２Ａ，２２Ｂの外側の面に接触するように、空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの配設する。各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの構成、各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂと保護板２２Ａ，２２Ｂとの関係等は、実施例１の各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂの構成、各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂと外周壁１０ａの外側の面と関係等と同じである。なお、図５及び図６の例では、空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの水平方向の辺の長さが、保護板２２Ａ，２２Ｂの水平方向の辺の長さに略一致させてある。
各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの外側に、実施例１の各受圧板１３Ａ，１３Ｂと同じ構成の受圧板２４Ａ，２４Ｂを、これらの内側の面が各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの受圧板２４Ａ，２４Ｂ側の膨らんだ面に接触するように、それぞれ配設する。
各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂと受圧板２４Ａ，２４Ｂとの関係は、実施例１の各空気バネ体１２Ａ，１２Ｂと受圧板１３Ａ，１３Ｂとの関係と同じである。
【００１５】
そして、保護板２２Ａ，２２Ｂは、その下端縁と水底面との間に僅かな隙間が形成されるように配設され、保護板２２Ａ，２２Ｂの内側面と水中構造物２０の外周壁２０ａの外側との間の隙間に、水が自由に侵入できるようになっており、また、受圧板２４Ａ，２４Ｂは、その下端縁と水底面との間に僅かな隙間が形成されるように配設され、各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの保護板２２Ａ，２２Ｂの外側の面に接触していない部分と保護板２２Ａ，２２Ｂの外側の面との間の隙間及び各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂの各受圧板２４Ａ，２４Ｂの内側の面に接触していない部分と各受圧板２４Ａ，２４Ｂの内側の表面との間の隙間に、水が自由に侵入できるようになっている。
上述の実施例３の水中構造物２０のようにすると、地震時に水中構造物２０に水平荷重として構造物の慣性力Ｉfが作用し、胴縁Ｆs、保護板２２Ａ，２２Ｂを介して各空気バネ体２３Ａ，２３Ｂを圧縮させながら各受圧板２４Ａ，２４Ｂが移動して、地震時動水圧Ｄpが発生し、前記地震時動水圧Ｄpが、空気バネ体２３Ａ，２３Ｂ、保護板２２Ａ，２２Ｂ、及び胴縁Ｆsを介し、水中構造物１０自体の地震時慣性力Ｉfに対する位相がづらされて、水中構造物２０の外周壁２０ａに伝達される。そのため、地震時に水中構造物２０に作用する水平荷重を低減することができ、水中構造物の耐震性を向上させることができる。
実施例３の水中構造物２０においては、水中構造物２０の外周壁２０ａの外側に胴縁Ｆsを介して保護板２２Ａ，２２Ｂを取り付けたから、保護板２２Ａ，２２Ｂにより水中構造物２０の外周壁２０ａ等を保護することができる。
【００１６】
上述の実施例１〜３の水中構造物１０，２０においては、受圧板１３Ａ，１３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ及び空気バネ体１２Ａ，１２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂを水中構造物の直方体の周囲の４面の形状及び大きさに対応させて、一体物として形成したが、水中構造物の直方体の周囲の一つの面に対応する空気バネ及び受圧板を複数に分割して構成してもよい。
また、上述の実施例１〜３の水中構造物１０，２０の空気バネ体１２Ａ，１２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは、袋状体１１ｂ，２３ｂの各空気収容部１１ｃ，２３ｃ内にそれぞれ空気を封入して形成されているが、袋状体の各空気収容部内にそれぞれ空気及びバネを封入して空気バネ体を形成するようにしてもよい。
【００１７】
実施例４が図７及び図８に示されている。実施例４の水中構造物３０は、実施例１のものと同様の直方体で構成され、その下端面が水（海）底の平らな地盤に固定され、その上部の一部が水面から突出しているが、その他の部分の周囲が水中に没している。
実施例４の水中構造物３０には、その外周壁３０ａの各辺の外側に、位相差付与手段３１が配設されている。
位相差付与手段３１は、例えば、次のようにして構成する。
外周壁３０ａの各辺の外側面に、上下及び左右に間隔をおいて多数（図示のものは４個）のコイル型のバネ３２を配し、各バネ３２の中心軸線が前記外側面に対して直角になるように、各バネ３２の一方の端を外周壁３０ａに固定する。実施例１の受圧板１３Ａ，１３Ｂと同じ構成の受圧板３３Ａ，３３Ｂを各バネ３２の外側に配し、各バネ３２の他方の端を受圧板３３Ａ，３３Ｂの内側面に固定する。
各受圧板３３Ａ又は３３Ｂは、例えば、その矩形の縦方向の辺の長さが水中構造物１０の高さＨと略同じになっており、その矩形の横方向の辺の長さが水中構造物１０の奥行きＤ又は幅Ｗと略同じになっている。
各受圧板３３Ａ又は３３Ｂは、その下端縁が水底よりも少々上になり、その上端縁が水平面よりも少々上になるように、配置されている。
【００１８】
各受圧板３３Ａ，３３Ｂの下端縁と水（海）底よりも少々上の水中構造物３０の外周壁３０ａの下部との間に水密性と可撓性とを有するストリップ状の膜体３４を配し、膜体３４の一方の長手方向の縁より部分を各受圧板３３Ａ，３３Ｂの下端面に接着等の適宜の接合手段で固着し、膜体３４の他方の長手方向の縁より部分を水中構造物３０の外周壁３０ａの下部の外面に接着等の適宜の接合手段で固着する。
また、各受圧板３３Ａ，３３Ｂの両側の縦方向に延びる側端縁と該側端縁に対向する水中構造物３０の角部の縦方向に延びる縁部との間に、水密性と可撓性とを有するストリップ状の膜体３５を配し、膜体３５の一方の長手方向の縁より部分を受圧板３３Ａ，３３Ｂの側端縁の端面に接着等の適宜の接合手段で固着し、膜体３５の他方の長手方向の縁より部分を水中構造物３０の角部の縦方向に延びる縁部の表面に接着等の適宜の接合手段で固着する。
そして、水中構造物３０の外周壁３０ａの各辺の外側に、外周壁３０ａ、受圧板３３Ａ，３３Ｂ及び膜体３４，３５で囲まれかつ多数のバネ３２が配設され内部に大気が収容されている位相差付与手段３１を形成する。なお、必要に応じて、外周壁３０ａ、受圧板３３Ａ，３３Ｂ及び膜体３４，３５で囲まれた空間の上側を適宜の手段で覆って前記空間内に水が入らないようにする。
【００１９】
バネ３２の配設部を膜体３５で閉塞する代りに、受圧板３３Ａの両側の縦方向に伸びる側端縁と受圧板３３Ｂの両側の縦方向に伸びる側端縁との間に、水密性と可撓性とを有するストリップ状の膜体３６を配し、膜体３６の一方の長手方向の縁より部分を受圧板３３Ａの側端縁の端面に接着等の適宜の接合手段で固着し、膜体３６の他方の長手方向の縁より部分を受圧板３３Ｂの側端縁の端面に接着等の適宜の接合手段で固着し、膜体３５の長手方向の一方の端部よりの部分（下部）の膜体３４の端部に面する部分は、膜体３４の端部に接着等の適宜の接合手段で固着し、かつ膜体３６の下部の水中構造物３０の外周壁３０ａの角部に面する部分を前記角部の表面に接着等の適宜の接合手段で固着するようにしてもよい。
【００２０】
さらに、図９に示すように、水中構造物３０の外周壁３０ａと受圧板３３Ａとの間のバネ３２が収容されている空間の上部を膜体３７で閉塞するようにしてもよいし、図１１に示すように、受圧板３３Ａの上部を水中に没するようにし、その受圧板３３Ａの上端と水中構造物３０の外周壁３０ａの上部とを膜体３７で連結して、バネ３２を収容する空間に水が入らないようにするとともに、連通管３８の上端が大気中に開口しその下端が前記空間内に開口するように、連通管３８の下部を膜体３７に取付けて、地震時に前記空間内の空気が連通管３８を通して出入りできるようにしてもよい。
なお、図１０に示すように、水中構造物３０の前側（図１０の下側）及び後側（図１０の上側）の受圧板及びバネは省いてもよい。
【００２１】
実施例４の水中構造物３０のように、水中構造物３０の外周壁３０ａの壁面の外側に、外周壁３０ａ、受圧板３３Ａ，３３Ｂ及び膜体３４，３５で囲まれ、その内部に多数のバネ３２が配設され、かつその内部に出入可能に空気が収容されている位相差付与手段３１を設けておくと、地震時に構造物３０に水平荷重として構造物３０の慣性力Ifが作用して、多数のバネ３２を圧縮させながら、各受圧板３３Ａ，３３Ｂが移動して、地震時動水圧Ｄpが受圧板３３Ａ，３３Ｂの外側面に発生し、前記地震時動水圧Ｄpが、多数のバネ３２を介して、水中構造物１０自体の地震時慣性力Ｉfに対する位相がづらされて、水中構造物３０の外周壁３０ａに伝達される。そのため、地震時に水中構造物３０に作用する水平荷重を低減することができ、水中構造物３０の耐震性を向上させることができる。
この場合に、水中構造物３０の固有周期を地震波の周期よりも短い場合、動水圧による付加重量を含んだ受圧板３３Ａ，３３Ｂとバネ３２の固有周期を地震波Ｓwの周期より長くなるようバネ定数を調節しておくと、水中構造物３０と受圧板３３Ａ，３３Ｂとは逆位相で振動し、水中構造物の振動を止める方向に動水圧Ｄpを作用させることができる。
上述の実施例４の水中構造物３０においては、受圧板とバネとを含む位相差付与手段３１を、水中構造物３０の直方体の周囲の４面にそれらの形状及び大きさに対応させて形成したが、前記直方体の周囲の一つの面に、複数の位相差付与手段を対応させるようにしてもよい。
また、水中構造物３０の外周壁３０ａの外側に実施例３と同様のやり方で保護板を設け、受圧板の保護板との間にバネ３２を配設して位相差付与手段３１を形成するようにしてもよい。
【００２２】
実施例１〜４の水中構造体以外の水中構造体においては、位相差付与手段を、例えば、次のように配設する。
ケーソン岸壁においては、該ケーソン岸壁の水（海水）側の面に対応させて、１又は２以上の位相差付与手段を設ける。
円錐台形構造体でその下部を支持した石油プラットフォームにおいては、その水（海水）側の斜面等に対応させて１又は２以上の位相差付与手段を設ける。
ダムにおいては、ダムの貯水中に没する部分に対応させて、１又は２以上の位相差付与手段を設ける。
大型タンクにおいては、該タンクの内側面の貯液体中に没する部分に対応させて、１又は２以上の位相差付与手段を設ける。
【００２３】
位相差付与手段の受圧板を水平方向へ動かすには、鉛直方向に間隔をおいて配するそれぞれのバネ（空気バネを含む）の堅さ（バネ定数）を調整する必要があるが、受圧板が水平方向へ動かなくても、地震時慣性力と地震時動水圧との位相差は生じ、地震時に水中構造物に作用する荷重のピーク値を低減させることができる。
なお、水中構造物の壁面の外側に形成する位相差付与手段は、地震時動水圧を水中構造物自体の地震時慣性力に対する位相をづらして水中構造物に伝達できるものなら、どのような構成のものでもよい。
【００２４】
上記実施例の水中構造物の効果をそのモデルによる計算により確認した。
モデルとして図１２に示す水中構造物４０を用い、水深ｈを１６ｍとした。図１２の水中構造物４０は、その幅Ｗが２０ｍで、その奥行きＤが２０ｍであり、その高さＨが２０ｍである。そして、その単位体積重量は２，５ｔｆ／ｍ3である。  水中構造物４０を外周壁の左右の面のみが水中に没し、その前後の面は水中に没していないもの或いは２次元的に考え、前後に同じものが続いているものとした。なお、図１２においては、受圧板、バネ等からなる位相差付与手段は図示されていない。
バネ、受圧板等の影響を検討するため、水中構造物４０及び受圧板は水平振動のみをするものとし、バネ、受圧板等からなる位相差付与手段を設けた本発明の水中構造物の場合と、バネ、受圧板等からなる位相差付与手段を設けない従来の水中構造物とを比較検討した。
水中構造物４０の固有周期Ｔcを０．６ｓ、付加質量を含んだ受圧板の固有周期Ｔwを1ｓ、減衰をそれぞれ１０パーセントとして、応答倍率(ａc／ａ)と底面摩擦力／入力加速度(ａf／ａω2)を計算した。なお、受圧板の質量は無視した。
その結果が図１４及び図１５に示されている。
【００２５】
図１４及び図１５より地震波の周期が０．６ｓ〜１．０ｓ間で従来の水中構造物より応答倍率や底面摩擦力が小さくなっている。また、応答倍率や底面摩擦力のピーク値も大幅に低下している。
受圧板と外周壁との間のバネを調節することにより動水圧を制震として利用することができる。
ある周期範囲以外の地震波に対しては悪い方に作用する場合があるので、動水圧を制震装置として利用できるような特性を有するバネを用いる。
なお、後記の式(1)〜(13)で用いられていない図１４及び図１５中の記号のｈcは構造物の減衰係数、ｈwは受圧板と水中構造物との間の減衰定数である。
【００２６】
図１４及び図１５中のｍwは、両側面の動水圧を付加重量に置き変えた値であり、後記の式(13)の２γに相当する値であり、ここでは、Ｗｅｓｔｅｒｇａａｒｄの近似式であるｍw＝７／１２ｋhγwｈ2×奥行き（tf）より付加重量を計算した。なお、上記式中のｋhは地震時水平震度、γwは水の単位体積重量である。
また、Ｔw＝1ｓとなるバネ定数（ｋw）は、２４，０８２（ｆｔ／ｍ）であり、片側あたり１２，０４１（ｆｔ／ｍ）となる。
水深ｈを１６ｍとすると、片側の静水圧合力は、１／２γwｈ2×奥行き（tf）により、２，５６０tfとなる。よって、静水中で約０．２１ｍ縮む。
地震時には式（12）を用いると、片側にｍw／２×(ａw／ａ)×ｋh×ｇ（tf）の力が受圧板と水中構造物間に作用する。なお、上記のｇは重力加速度９．８ｍ／ｓ2である。
そのため、図１４よりａw／ａ＝２とすると、ｋh＝０．２の時、６１０／２×（２）×０．２×９．８＝１１９５．６（tf）の力が発生し、０．１ｍの伸び縮みが生じる。以上の特性を有するバネは、空気バネとして十分にあり得る範囲の実現可能なバネ定数である。
【００２７】
参考資料として本願の発明の効果を振動理論、ポテンシャル理論により示す。
図１３におけるｍcを水中構造物質量、ｍbを左右の受圧板（段落【００２７】においては「受圧板」を「板」という）の質量をたした値、ｋwを板と水中構造物との間のバネのバネ定数、ｃwを水中構造物と板との間の減衰係数、ｋcを水中構造物と水底との間のバネのバネ定数、ｃcを水中構造物と水底との間の減衰係数とする。また、入力波変位、構造物応答変位及び板応答変位をそれぞれ（1）〜（3）とする。
そして、ａを入力波複素振幅、ａcを水中構造物の地震時の複素振幅、ａwを板の地震時の複素振幅とし、ｅをｅｘｐ関数、ωを角振動数、ｔを時間、ｉをｉ2＝−１で定義される虚数単位とする。なお、ｈは水深、ρは水の密度、ｋmはω，ｈより決まる波数である。
【数１】
0003811877.tif 000002
ＰIは領域Ｉでの圧力であり、速度ポテンシャルФIを用いて(6)式で表わせるが、振動数がある程度以上のときは、板に作用する動水圧が板の加速度に比例し、(7)式のように、係数γを用いて表すことができる。γは、正の実数である。
【数２】
0003811877.tif 000003
また、入力加速度に対する板−構造物間に作用する力は、
【数３】
0003811877.tif 000004
【００２８】
【発明の効果】
（イ）請求項１に係る発明の耐震水中構造物は、少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、地震時に水中構造物に作用する地震時慣性力の位相と地震時に水中構造物に作用する地震時動水圧の位相とを互いにづらす位相差付与手段を設けたから、地震時に生ずる地震時動水圧が、位相差付与手段を介して、地震時慣性力に対する位相がづらされて水中構造物に伝達され、地震時に水中構造物に作用する荷重（すなわち、荷重のピーク値）を低減させることができ、水中構造物の耐震性を向上させることができる。したがって、所望の耐震性を有する水中構造物の構築費を低減させることができる。
（ロ）請求項２に係る発明の耐震水中構造物は、少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、地震時に水平荷重として水中構造物に作用する地震時慣性力の位相と地震時に水平荷重として水中構造物に作用する地震時動水圧の位相とをづらす受圧板とバネとを含む位相差付与手段を設け、動水圧による付加重量を含んだ前記受圧板の固有周期を調節して、前記受圧板の振動と水中構造物の振動とが互いに逆位相になるようにしたから、水中構造物と前記受圧板とは逆位相で振動し、水中構造物の振動を止める方向に動水圧を作用させることができる。
【００２９】
（ハ）請求項３に係る発明の耐震水中構造物は、少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する部分の水側の一部又は全部に、受圧板とバネとを含む位相差付与手段を設け、前記バネとして柔らかいものを用いて、地震時に水中構造物に地震時慣性力が作用して、水中構造物が動くとき、前記バネが初めに圧縮されて、前記受圧板が水中構造物の動きにただちに追従しないように、前記動きを前記受圧板に伝えて、地震時動水圧の発生を抑えるとともに、発生した地震時動水圧を前記受圧板及びバネを介して水中構造物に前記地震時慣性力に対する位相をづらして伝え得るようにしたから、大きな地震時動水圧が水中構造物に作用することがなく、地震時に水中構造物に作用する荷重（すなわち、荷重のピーク値）を低減させることができ、水中構造物の耐震性を向上させることができる。
（ニ）請求項４に係る発明の耐震水中構造物は、受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の受圧板側の面との間、または受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の水中に没する部分に面して設けた保護板との間に、１又は２以上のバネを配設し、前記バネを配設した受圧板と該受圧板に面する水中構造物又は保護板との間の空間を空気で満たして位相差付与手段が構成されているから、位相差付与手段を構成する受圧板の重量の調整及びバネのバネ定数の調整が容易になる。
【００３０】
（ホ）請求項５に係る発明のように、１又は２以上の空気封入部のある袋状体を少なくとも気密性及び可撓性のある材料からなる膜体でつくり、前記袋状体の各空気封入部内に空気を封入してなる空気バネ体の反水中構造物側の面を受圧面として位相差付与手段を構成すると、位相差付与手段の構成が簡単になる。
（ヘ）請求項６に係る発明のように、受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の受圧板側の面との間、または受圧板の水中構造物側の面と水中構造物の水中に没する部分に面して設けた保護板との間に、少なくとも気密性及び可撓性のある材料からなる膜体でつくられた袋状体の１又は２以上の空気封入部内に空気が封入されている空気バネ体を配設して位相差付与手段を構成すると、バネ体自体が空気を収容するものとなり、請求項４及び８に係る発明のように、受圧板と外周壁又は保護板との間のバネが配設されている空間に空気を満たすための手間のかかる諸々の措置が不要であり、位相差付与手段の製作が容易になる。
【００３１】
（ト）請求項７に係る発明のように、１又は２以上の空気封入部のある袋状体が気密性及び可撓性のある膜体又は気密性、可撓性及びゴム状弾性のある膜体でつくられ、前記袋状体の各空気封入部内に空気又は空気とバネが封入している空気バネ体をバネとして使って位相差付与手段を構成すると、位相差付与手段の製作が容易になる。
（チ）請求項８に係る発明の耐震水中構造物は、少なくともその一部に水中に没する部分がある水中構造物において、水中構造物の水中に没する外周壁の部分の水側の一部又は全部に、水中構造物の外周壁又は該外周壁に取り付けた保護板から所定の距離はなして受圧板を配し、前記外周壁又は保護板と受圧板との間に１又は２以上のバネを配し、各バネの一方の端を前記外周壁又は保護板に取り付け、その他方の端を受圧板に取り付け、前記受圧板と該受圧板に対応する前記外周壁又は保護板との間のバネが配設されている空間の少なくとも上側以外の三方を気密性及び可撓性のある膜体で囲い、そこを空気で満たした位相差付与手段が設けられているから、上記（イ）、（ニ）等と同じ作用効果を奏し得るだけでなく、受圧板やバネの配設作業等も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の水中構造物を図２のＢ−Ｂ線で縦断した正面図
【図２】図１に示す水中構造物を図１のＡ−Ａ線で横断した平面図
【図３】実施例２の水中構造物を図４のＢ−Ｂ線で縦断した正面図
【図４】図３に示す水中構造物を図３のＡ−Ａ線で横断した平面図
【図５】実施例３の水中構造物を図６のＢ−Ｂ線で縦断した正面図
【図６】図５に示す水中構造物を図５のＡ−Ａ線で横断した平面図
【図７】実施例４の水中構造物を図８のＢ−Ｂ線で縦断した正面図
【図８】図７に示す水中構造物を図７のＡ−Ａ線で横断した平面図
【図９】実施例４と類似の水中構造物を図１０のＢ−Ｂ線で縦断した正面図
【図１０】図９に示す水中構造物を図９のＡ−Ａ線で横断した平面図
【図１１】実施例４と類似の他の水中構造物を図１０のＢ−Ｂ線と同様の線で縦断した正面図
【図１２】水中構造物モデルの斜視図
【図１３】この発明の水中構造物モデルを解析するための水中構造物モデルの正面図
【図１４】水中構造物モデルの応答倍率と地震波周期の関係を示す図
【図１５】水中構造物モデルの底面摩擦力／入力加速度と地震波周期の関係を示す図
【図１６】〔ａ〕〜〔ｅ〕は従来の水中構造体の縦断面図
【符号の説明】
１０，２０，３０  水中構造物
１０ａ，２０ａ，３０ａ  外周壁
１１，１１’，２１，３１  位相差付与手段
１２Ａ，１２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ  空気バネ
１２ａ  シート
１２ｂ  袋状体
１２ｃ  空気収容部
１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ  受圧板
２１  横材（胴縁)
２２Ａ，２２Ｂ  保護板
３２  コイル型のバネ
３４，３５，３６  膜体
Ｄp 動水圧
Ｆs  胴縁
Ｉf 慣性力
【図１】
0003811877.tif 000005
【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】
0003811877.tif 000018
【図１５】
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【図１６】
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