(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の主管とこの主管に接合された複数の枝管よりなり、この枝管は円筒状の枝管片と裁頭円錐状の枝管片を接合して形成され、前記一の枝管の裁頭円錐状の枝管片とこれに隣接する他の枝管の裁頭円錐状の枝管片の交わり部に三日月状の補強桁を設けた分岐管の補強構造において、前記補強桁を、鋼材で形成された一対の三日月状の側板と、この側板の各内周円弧間に取付けた内フランジと、前記側板の各外周円弧間に取付けた外フランジにより箱型に形成し、その内部にコンクリートを打設したことを特徴とする分岐管の箱型補強構造。
【請求項２】
前記補強桁の内部に垂直連結桁と水平連結桁を配設したことを特徴とする請求項１記載の分岐管の箱型補強構造。
【請求項３】
前記内フランジは、その外側面側に突き出した弧状の横断面を備えたものであって、その幅を前記外フランジの幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項１又は２記載の分岐管の箱型補強構造。
【請求項４】
前記側板、前記内フランジ、前記外フランジの内側面と、前記垂直連結桁及び前記水平連結桁の表面に、ジベル又はスタッドを設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の分岐管の箱型補強構造。
【請求項５】
前記垂直連結桁及び前記水平連結桁の一端にフェースプレートを取付け、このフェースプレートと前記側板をスロット溶接により接合したことを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の分岐管の箱型補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば水力発電施設等の水圧管路において使用される分岐管の補強構造に係り、特に水圧管路が大口径で流体圧が高い場合に適した分岐管の補強構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電施設等の水圧管路において、管路を分流又は合流させるために、１本の主管に複数の枝管を接合した分岐管が用いられている。このような分岐管は、いくつかの管部を接合して構成されるものであるが、特に隣接する枝管同士が交わる部分の接合箇所には強い流体圧がかかるため、この交わり部に何らかの補強構造を設ける必要がある。
【０００３】
一方、上記した分岐管では、分岐部において生じる流体のエネルギー損失を極力低減することも要求される。例えば、揚水式発電所の水圧管路のように、分流と合流の両方で使用される分岐管については、何れの場合においてもエネルギー損失をより小さくする必要がある。
【０００４】
そこで、流体のエネルギー損失を極力低減すると共に、上記した交わり部に必要な強度を与える種々の分岐管の補強構造が提案されている。その従来の一例として、特公昭３６−１０８８０号公報に記載されているように、三日月状の補強桁を設けるようにしたものが提案されている。
【０００５】
図５は、上記特公昭３６−１０８８０号公報に記載の「圧力導管用管分岐片」を説明する図であり、（ａ）は軸に水平方向の中央縦断面を、（ｂ）は軸に垂直方向の中央縦断面を表している。
この従来の補強構造では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、主管Ａ１は、円筒状の主管片Ａ１ａと、裁頭円錐状の主管片Ａ１ｂ、Ａ１ｃを接合して形成されている。また、この主管Ａ１に接合される一方の枝管Ａ２は、円筒状の枝管片Ａ２ａと、裁頭円錐状の枝管片Ａ２ｂ、Ａ２ｃ、Ａ２ｄを、それぞれ段差なく接合したものであり、他方の枝管Ａ３も、円筒状の枝管片Ａ３ａと、裁頭円錐状の枝管片Ａ３ｂ、Ａ３ｃ、Ａ３ｄを、それぞれ段差なく接合したものである。
【０００６】
枝管片Ａ２ｄ、Ａ３ｄの交わり部Ａ５には、三日月状の補強桁Ａ６の外周円弧部Ａ６ａが接合されている。また、この補強桁Ａ６の内周円弧部Ａ６ｂは、分岐管の内部に突き出して、その両端は交わり部Ａ５の両端、すなわち主管Ａ１と２つの枝管Ａ２、Ａ３の三者の接合箇所Ａ７に達している。
【０００７】
そして、図５に示す裁頭円錐状の枝管片Ａ２ｄ、Ａ３ｄの部分をさらに細分化すると共に、補強桁Ａ６を小型のものとすることについては、例えば特開平１１−２８７３７８号公報に開示されているところである。図６は、特開平１１−２８７３７８号公報に記載の「分岐管」を説明する図であり、（ａ）は軸に水平方向の中央縦断面を、（ｂ）は軸に垂直方向の中央縦断面を表している。
【０００８】
すなわち、上記公報に開示された従来の補強構造では、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、枝管片Ｂ２ｄは、裁頭円錐状の枝管片Ｂ２ｄ１、Ｂ２ｄ２に、枝管片Ｂ３ｄは、裁頭円錐状の枝管片Ｂ３ｄ１、Ｂ３ｄ２に細分化されていて、三日月状の補強桁Ｂ６は、前述の図５における補強桁Ａ６よりも小型化されたものが使用されている。
【０００９】
この補強桁Ｂ６の外周円弧部Ｂ６ａは、枝管片Ｂ２ｄ１、Ｂ３ｄ１の交わり部Ｂ５１にのみ接合されていて、枝管片Ｂ２ｄ２、Ｂ３ｄ２の交わり部Ｂ５２の方には達していない。また、分岐管の内部に突き出した補強桁Ｂ６の内周円弧部Ｂ６ｂの両端は、交わり部Ｂ５１の両端付近に達するのみで、交わり部Ｂ５２の方には延長されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の分岐管の補強構造では、水圧管路が大口径で流体圧が高いものとなった場合には、以下に示すような問題点が生じてした。
先ず、例えば図５に示す従来の補強構造では、三日月形の補強桁Ａ６は、隣接する２つの枝管Ａ２、Ａ３の裁頭円錐状の枝管片Ａ２ｄ、Ａ３ｄの交わり部Ａ５に設けられていて、その接合箇所は、主管Ａ１と枝管Ａ２、Ａ３の三者の接合箇所Ａ７に達するものとなっている。したがって、水圧管路が大口径のものとなったときは、補強桁全体の寸法が厚さも含めて極めて大きなものとなるため、これを鋼材で製作しようとすれば、製造コストが増大し、施工性も悪くなるという問題があった。
【００１１】
一方、例えば図６に示す従来の補強構造の場合、補強桁Ｂ６は小型化されているが、これを大口径で流体圧の高い水圧管路に使用する場合には、補強桁Ｂ６の強度がもたず、高い応力を生じて分岐管が破壊するおそれがあるという問題があった。また、強度をもたせようとすれば、補強桁Ｂ６の板厚を、図５〜図６に示した従来の補強構造のものよりも更に厚いものとする必要があるが、そのような極めて厚い鋼板を加工して補強桁Ｂ６を製造するには、特殊な素材や加工技術が必要となり、工作性と製造コストの点で問題があった。
【００１２】
本発明は、上記した従来の補強構造に見られた問題点に鑑みてなされたものであり、大口径で流体圧が高い水圧管路に使用する場合でも、極めて厚い鋼板を用いることなく十分な強度が得られ、しかも製造コストを低減することができる分岐管の補強構造を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の分岐管の補強構造は、１本の主管とこの主管に接合された複数の枝管よりなり、この枝管は円筒状の枝管片と裁頭円錐状の枝管片を接合して形成され、前記一の枝管の裁頭円錐状の枝管片とこれに隣接する他の枝管の裁頭円錐状の枝管片の交わり部に三日月状の補強桁を設けた分岐管の補強構造において、前記補強桁を、鋼材で形成された一対の三日月状の側板と、この側板の各内周円弧間に取付けた内フランジと、前記側板の各外周円弧間に取付けた外フランジにより箱型に形成し、その内部にコンクリートを打設した構成としたのである。
【００１４】
このような構成の補強桁を用いたので、本発明の分岐管の補強構造は、大口径で流体圧が高い水圧管路に使用する場合でも、これに十分耐え得る強度が得られ、しかも製造コストを低減することができるのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の分岐管の補強構造は、１本の主管とこの主管に接合された複数の枝管よりなり、この枝管は円筒状の枝管片と裁頭円錐状の枝管片を接合して形成され、前記一の枝管の裁頭円錐状の枝管片とこれに隣接する他の枝管の裁頭円錐状の枝管片の交わり部に三日月状の補強桁を設けた分岐管の補強構造において、前記補強桁を、鋼材で形成された一対の三日月状の側板と、この側板の各内周円弧間に取付けた内フランジと、前記側板の各外周円弧間に取付けた外フランジにより箱型に形成し、その内部にコンクリートを打設したものである。
【００１６】
本発明の分岐管の補強構造によれば、鋼材とコンクリートによって形成された箱型の補強桁を用いることによって、大口径の水圧管路でも使用できる十分な強度が得られる。したがって、極めて厚い鋼板を加工して補強桁を製作する必要はなくなるので、製造コストを低減することができる。
【００１７】
本発明の分岐管の補強構造において、箱型に形成された補強桁の内部構造は、特に限定をするものではない。
しかし、補強桁の部分には強い流体圧がかかるため、箱型構造とするだけではその流体圧に耐えられないことが予測される場合には、補強桁の内部に何らかの補強構造を設ける必要がある。
【００１８】
そこで、本発明の分岐管の補強構造では、例えば一対の側板の間に垂直連結桁を配設し、さらに、この垂直連結桁と直交する向きに水平連結桁を配設する方がより望ましい。このようにすれば、箱型構造とされた補強桁の強度が一層向上するからである。
【００１９】
また、本発明の分岐管の補強構造において、内フランジの形状や、内フランジ幅に対する外フランジの幅の比率は、特に限定をするものではない。
しかし、水圧管路として使用される分岐管では、分岐部において生じる流体のエネルギー損失を極力低減する必要があるため、補強桁の形状についても、水理特性の良いものとする必要がある。
【００２０】
そこで、本発明の分岐管の補強構造では、内フランジの形状は、その外側面側に突き出した弧状の横断面を備えたものとし、かつ、内フランジの幅を外フランジの幅よりも狭くする方がより望ましい。このようにすれば、補強桁の形状は、枝管側から主管側に向けて先細りした形状となるので、補強桁の水理性能が向上し、流体のエネルギー損失を極力抑えることができるからである。
【００２１】
また、本発明の分岐管の補強構造では、側板、内フランジ、外フランジの内側面や、上記垂直連結桁及び水平連結桁の表面には、ジベル又はスタッドを設ける方がより望ましい。このような突起物を設けることにより、打設されたコンクリートと上記各構成部材の間の密着性が高まり、補強桁の強度が向上するからである。
【００２２】
また、前述のように垂直連結桁を設けるときは、あらかじめ垂直連結桁の一端にフェースプレートを取付けておく方がより望ましい。このようにすれば、一方の側板に垂直連結桁を取付けた後、他方の側板を取付ける際に、フェースプレートと側板をスロット溶接により接合することができるので、施工性が良くなるからである。また、同様の理由により、水平連結桁を設ける場合についても、フェースプレートを取付ける方が望ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１〜図４に示す添付図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本発明において使用する補強桁の縦断面を、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ’断面を表した図、図２（ａ）は、本発明の分岐管の箱型補強構造を縦及び横方向に切断した状態を、（ｂ）は、軸に水平方向の中央縦断面を表した図、図３は、分岐管に対して一定の内水圧をかけた場合に、分岐管の内表面に生じる応力のシミュレーション結果を表したもので、（ａ）は従来例における結果を、（ｂ）は本実施例における結果を表した図、図４は、分岐管に対して一定の内水圧をかけた場合に、分岐管の外表面に生じる応力のシミュレーション結果を表したもので、（ａ）は従来例における結果を、（ｂ）は本実施例における結果を表した図である。
【００２４】
本実施例の補強桁Ｐは、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、鋼材で形成された三日月状の側板１ａ、１ｂと、この側板１ａ、１ｂの各内周円弧間に取付けた内フランジ２と、上記側板１ａ、１ｂの各外周円弧間に取付けた外フランジ３により、箱型に形成されている。内フランジ２と外フランジ３は、図１（ａ）に示すように弧状の部材であり、内フランジ２の両端２ａ、２ｂは、外フランジ３の両端３ａ、３ｂと接合されている。そして、この箱型に形成された補強桁Ｐの内部には、コンクリート４が打設されている。
【００２５】
本実施例では、図１（ｂ）に示すように、側板１ａ上の点１ａ１、１ａ２、１ａ３と、側板１ｂ上の点１ｂ１、１ｂ２、１ｂ３をそれぞれ結ぶ計３箇所の位置に、垂直連結桁５を配設している。この垂直連結桁５は、図１（ａ）に示すように、上下方向にも延設されて、外フランジ３上の点３ａ１／３ｂ１、３ａ２／３ｂ２、３ａ３／３ｂ３とも接合されている。さらに、本実施例では、内フランジ２の中間点２ｃと外フランジ３の中間点３ｃを結ぶ高さ位置に、水平連結桁６を配設している。
【００２６】
本実施例の分岐管の補強構造では、上記のように、補強桁Ｐの内部に垂直連結桁５と水平連結桁６を配設したので、箱型に形成された補強桁Ｐの強度は、一層向上することとなる。
【００２７】
なお、図示しないが、側板１ａ、１ｂ、内フランジ２、外フランジ３の内側面と、垂直連結桁５及び水平連結桁６の表面には、例えばスタッドを設けるようにしている。このような突起物を設けることにより、打設されたコンクリート４と上記各構成部材の間の密着性が高まるため、補強桁Ｐの強度は、一層向上することとなる。
【００２８】
また、本実施例では、補強桁Ｐを製作する際に、あらかじめ垂直連結桁５の一端に、図１（ｂ）に示すようなフェースプレートｆを取付けている。このようにしたので、本実施例では、側板１ａに垂直連結桁５を取付けた後、側板１ｂを取付ける際に、フェースプレートｆと側板１ｂをスロット溶接により接合することができ、施工性が良くなる。なお、図示しないが、水平連結桁６の一端にも、同様のフェースプレートを取付けている。
【００２９】
本実施例の分岐管は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、主管７に、これよりも小径の２本の枝管８、９を接合したものである。主管７は、円筒状の主管片７ａと、裁頭円錐状の主管片７ｂ、７ｃを段差なく接合して形成される。この主管７に接合される一方の枝管８は、円筒状の枝管片８ａと、裁頭円錐状の枝管片８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅをそれぞれ段差なく接合して形成される。また、他方の枝管９も、円筒状の枝管片９ａと、裁頭円錐状の枝管片９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅをそれぞれ段差なく接合したものである。
【００３０】
このようにしたので、本実施例の箱型補強構造では、主管７側から、枝管８、９の分岐点に近づくにつれて管の直径は漸増する。したがって、分流の場合は主管７から各枝管８、９に至るまで、また、合流の場合は各枝管８、９から主管７に至るまで、何れの場合でも流路の方向転換角が緩やかになり、流体の方向転換を円滑に達成することができる。そして、前述の箱型に形成された補強桁Ｐの外フランジ３が、枝管８の裁頭円錐状の枝管片８ｃ、８ｄ、８ｅと、枝管９の裁頭円錐状の枝管片９ｃ、９ｄ、９ｅの各交わり部に接合されている。
【００３１】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明で使用する補強桁Ｐは、従来の補強桁と比べると、横方向の幅が広いものとなっている。しかし、本発明では、前述したように、補強桁Ｐを側板１ａ、１ｂ、内フランジ２、外フランジ３により箱型に形成し、その内部にコンクリート４を打設した構成としたので、特殊な素材や加工技術は必要とせず、製造コストを低減することができる。
【００３２】
なお、本実施例では、内フランジ２は、例えば半割パイプで形成しており、その横断面の形状は、図１（ｂ）に示すように、内フランジ２の外側面側に突き出した弧状となるようにしている。さらに、本実施例では、図１（ｂ）に示すように、内フランジ２の幅は、外フランジ３の幅よりも狭くなるようにしている。
【００３３】
本実施例では、内フランジ２の形状を、その外側面側に突き出した弧状の横断面を備えたものとし、かつ、内フランジ２の幅を外フランジ３の幅よりも狭くしたので、図２（ｂ）に示すように、補強桁Ｐの形状は、枝管８、９側から主管７側に向けて先細りした形状となっている。したがって、本実施例では、補強桁Ｐの水理性能が向上し、流体のエネルギー損失を極力抑えることができる。
【００３４】
図３（ａ）は、定常使用状態に相当する一定内水圧（０．４０９０１４ｋｇｆ／ｍｍ2 ）が作用するものとして、従来の分岐管の補強構造を用いた主管７０及び枝管８０の内表面に生じるＶｏｎ  Ｍｉｓｅｓ相当応力を、ＦＥＭでシミュレーションした結果を表したものであり、図３（ｂ）は、本実施例の箱型補強構造を用いた場合の同シミュレーション結果を表したものである。
【００３５】
また、図４（ａ）は、上記と同じ条件において、従来の分岐管の補強構造を用いた主管７０及び枝管８０の外表面に生じるＶｏｎ  Ｍｉｓｅｓ相当応力を、ＦＥＭでシミュレーションした結果を表したものであり、図４（ｂ）は、本実施例の箱型補強構造を用いた場合の同シミュレーション結果を表したものである。
なお、図３及び図４に示す応力コンタにおいて、実線で囲まれたＡ〜Ｈの領域は、以下の表１に示す範囲の応力を表している。
【００３６】
【表１】
0003856370.tif 000002
【００３７】
図３及び図４に示すシミュレーション結果より、本実施例の箱型の補強桁Ｐを用いた場合でも、著しい応力増加のないことが確認できる。すなわち、本発明による補強桁Ｐは、側板１ａ、１ｂ、内フランジ２、外フランジ３により箱型に形成し、その内部にコンクリート４を打設したものであるが、分岐管の強度を低下させることはないものである。そして、本発明では、極めて厚い鋼板を用いることなく補強桁Ｐを製作できるので、大口径で流体圧の高い水圧管路に使用するときでも、水圧管路の口径に合致する大型の補強桁Ｐを容易に低コストで製造することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分岐管の補強構造では、補強桁を、鋼材で形成された一対の三日月状の側板と、この側板の各内周円弧間に取付けた内フランジと、前記側板の各外周円弧間に取付けた外フランジにより箱型に形成し、その内部にコンクリートを打設した構成としたので、補強桁の製造コストを低減することができる。また、補強桁を大型化することができるので、大口径で流体圧の高い水圧管路でも使用できる十分な強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明において使用する補強桁の縦断面を、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ’断面を表した図である。
【図２】（ａ）は、本発明の分岐管の補強構造を縦及び横方向に切断した状態を、（ｂ）は、軸に水平方向の中央縦断面を表した図である。
【図３】分岐管に対して一定の内水圧をかけた場合に、分岐管の内表面に生じる応力のシミュレーション結果を表したもので、（ａ）は従来例における結果を、（ｂ）は本実施例における結果を表した図である。
【図４】分岐管に対して一定の内水圧をかけた場合に、分岐管の外表面に生じる応力のシミュレーション結果を表したもので、（ａ）は従来例における結果を、（ｂ）は本実施例における結果を表した図である。
【図５】従来の分岐管の補強構造の一例を表した図である。
【図６】従来の分岐管の補強構造の他の一例を表した図である。
【符号の説明】
Ｐ  補強桁
１ａ、１ｂ  側板
２  内フランジ
３  外フランジ
４  コンクリート
５  垂直連結桁
６  水平連結桁
７  主管
８、９  枝管
８ａ、９ａ  円筒状の枝管片
８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ  裁頭円錐状の枝管片
９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ  裁頭円錐状の枝管片
ｆ  フェースプレート
【図１】
0003856370.tif 000003
【図２】
0003856370.tif 000004
【図３】
0003856370.tif 000005
【図４】
0003856370.tif 000006
【図５】
0003856370.tif 000007
【図６】
0003856370.tif 000008