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Concerning Coefficient of Friction Presumption of Radial Gate Bearing

220号目次係数の推定は、応力測定から発生応力度（実測値）の把握を行なう。
その後、解析より得られた摩擦係数

プロジェクト紹介

1

ラジアルゲート軸受部の摩擦係数推定に関する一手法と発生応力度の関係から回帰式を作成し、実測値を回帰式にあてはめ摩擦係数を求めるものである
（図2）
。
●1

応力測定

既 設 ラ ジ ア ル ゲ ート（ 純 径 間

川村文人
K A W A M U R A■図 2 −摩擦係数の推定フロー8.0m ×扉高 7.3m）
について実際の発F u m i t o

生応力度の把握を目的に応力測定を実施した。

株式会社四電技術コンサルタント/土木技術部/鋼構造グループ/課長① 測定箇所

脚柱 40 点の計 60 点で行なった。
1995 年 7 月17日、米国カリフォルの健全性評価において重要な位置

における軸受部摩擦力に対する健全測定断面は、フランジ 4 点、ウェブ 1

ニア州サクラメント市郊外にあるフォ付けとなり、1998 年にノルウェーの性を評価した事例はほとんどない。

点 の 1 断 面 あ たり 5 箇 所 を 計 測しルサムダムにおいて通常の運用時にLundevann ダム等において応力測定

そこで本稿では、トラニオンピンとた。なお、測定位置は、脚柱補剛ラジアルゲート（1950 年代の設計基（図 1）と応力解析結果の相関から摩軸受・スラストメタル間の摩擦抵抗材やスプライスプレート、スチフナ準適用）が突然破損した。この事故

擦係数の推定を行なう検討がなさが、脚柱部材へ与える影響を把握

ー等の剛性の影響を受けない箇所は当初、メンテナンスの問題と一般れた。

するために、応力測定および応力解とした（図 3）。
② 測定方法に認識されていたが、その後の調査

我が国においては、1973年に始め析を実施して既設ラジアルゲートのにより、経年による軸受部（トラニオて「水門鉄管技術基準」で摩擦係数

摩擦係数を推定する方法を要約してン部）の摩擦係数の増大が主原因でに関する項目が記載されており、そ紹介する。

あることが明らかにされた。

れ以前におけるラジアルゲートの設

この事故から、軸受部の摩擦係計は、水平面内（強軸方向）での検数を推定することはラジアルゲート討が注視され、鉛直面内（弱軸方向）

1 ――概要既設ラジアルゲートの軸受部摩擦■図 3 −応力測定箇所位置図

化とダム貯水位の変化をリアルタイム用されている 3 次元 FEM 解析と経応力測定箇所にひずみゲージをで計測することを目的にゲート付近済的で汎用性のあるFrame 解析を行貼付し、多点デジタル静ひずみ測定の放流の影響を受けない箇所に圧ない、その相関を検証することで解器を用いて測定を行なった。ひずみ力式水位計を設置してデータの同時析手法の簡素化の可否を検討した

ゲージは、自己温度補償型・単軸防取り込みを行なった。

（図 5、図6）。

水ゲージを使用した。なお、計測機●2① Frame 解析モデル

応力解析器は、外気による影響を防ぐ目的で測定結果との対比ならびに摩擦係開閉装置建屋内に配置した（図 4、数の推定を行うために応力解析を総要素数を 83 とした。脚柱部のモ

写真 2）
。

実施した。解析手法は、従来から使デルは、検討対象ゲートがπ型であFrame解析モデルは、総節点数51、③ 計測インターバル

常時計測（写真 1 の青丸および赤丸）は、静水圧作用時の応力挙動を把握するために 20 分毎のインターバル設定とした。また、ゲート操作時計測は、脚柱基部の応力変化のみに着目し、写真 1 に示す赤丸のゲージのみ計測し、サンプリングタイムの短縮に努めた。
その結果、サンプリングタイムは、データロガー（型式：TDS − 303）の測定スピード（0.06 秒/ch）より3 秒とした。
④ 水位

計測水位は、上部脚柱に荷重が■図 1 −ゲート開度と曲げ応力の変化（Lundevann ダムにおける計測例）

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作用する水位とした。また、応力変■写真 1 −応力測定箇所（右岸脚柱）

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り若干脚柱部に水平面内の曲げ応るため、側面からの投影モデルで行力が作用するが、軸力が支配的とななった。

② 3 次元 FEM 解析モデル

FEM 解析は、総節点数 496、総要重をワイヤ取り付け部に静的に作用させて応力解析を行なった。

素数 823とした。脚柱ならびに主桁のウェブ・スキンプレートを 4 節点シ

2 ――検討結果の概要

ェル要素で、脚柱フランジ・主桁フ●1

ランジおよびその他の部材は梁要素解析手法について現在、ラジアルゲート軸受部の摩としてモデル化した。

擦係数の推定において使用されて③ 解析手順

いる 3 次元 FEM 解析に対して、操作解析は、解析結果の精度を実測性に優れ、解析コストも縮減できる値と検証するための静水圧解析とゲFrame 解析による評価手法の有効性

ート操作時の摩擦係数を推定するた確認を行なった。その結果、水圧条めの巻上時解析の 2 ケースについて件が大きく変化しても高い相関が得実施した。まず、静水圧解析結果とられることから Frame 解析により代全閉時の応力測定による軸応力実用できることを確認した（図7）。

測値と比較を行ない、解析の整合●2性を確認した。整合性が確認され軸受部摩擦係数の推定

ラジアルゲート軸受部の摩擦係数

た後、摩擦係数をパラメータとしての推定手順を以下に示す。

巻上時解析を行ない実測された変① 任意水位における静水圧作用時動応力からそれに対応する摩擦係の応力値（解析値）を設定する。

数を求めた。

② 応力測定結果から得られたゲー（a）静水圧解析

ト操作による変動応力を加えた任意の水位を静的に作用させて応力解析を行なった。
（b）巻上時解析
軸受部の摩擦に起因する巻上荷■図 4 −測定システムブロック図■図 7 −解析結果相関図

合計応力をプロットする。

■図 8 −軸受部摩擦係数の推定（概念図）③ 解析結果による回帰曲線と合計ある。また、今後の検証においては頂いた（財）電力中央研究所・材料以下の点について配慮する必要が構造部をはじめとする関係者の方々軸との交点を摩擦係数としたあると考えている。に、誌上を借りて深く感謝の意を表（図 8）。

●1します。

応力の交点を求める。
④ ③の交点から垂線を下ろした横応力測定について

今回の測定結果をこの手法で推形状不正や据付不良による影響定すると一般的に設計時に使用されを把握する目的で左右岸を計測すている摩擦係数 0.2 を下回る結果とる。

なった。

・測定箇所は、脚柱基部 5 点×左右岸×脚柱本数以上とする。

3 ――まとめ
今回、摩擦係数の推定結果は、ほ■図 5 − Frame 解析モデル

ぼ設計基準により規定されている値に近いものとなった。ゲート操作時■写真 2 −計測機器設置状況

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■図 6 − 3 次元 FEM 解析モデル＜参考文献＞
1）Fosker、H.、et al.:Improved Diagnostics forDetecting Friction on Dam Gates、Water Power &Dam Construction、2001.8.
2）山本広祐ほか：ラジアルゲートの経年劣化に関わる解析的ケーススタディ.土木学会.第 56 回年次学術講演会概要集.CS6-048.2001.10・計測水深は、最低でも上部脚柱以上とする。
（可能な限り高い水位が望ましい。
）●2

応力解析についてにおける、電流、電圧値が正常な値

今回の解析においては、Frame 解であったこと、また、軸受周辺部で析と FEM 解析との相関性は高い結異常音も確認されなかったことか果となったが、脚柱形状が門型に近ら、今回の推定値は、ほぼ妥当な値

づくと水平面内の曲げ応力が大きくであるもの思われる。今回は一つのなることから、その影響を考慮したラジアルゲートへの適用であり当手解析手法が必要となる。

法の妥当性について、他のラジアル最後に、計画立案、FEM 解析ならゲートにおいて検証を行なう必要がびに評価にあたりご指導・ご協力をCivil Engineering Consultant
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