説明

回転式防波堤

【課題】津波等の発生時にのみ防波機能を発揮することができ、施工やメンテナンスが簡便で低コストな防波堤を提供すること。
【解決手段】本発明の水回転式防波堤は、防波板と、防波板の下端と水底面とをそれぞれ回動自在に連結する第1のリンクと、防波板の途上と水底面とをそれぞれ回動自在に連結し、前記第1のリンクよりも長尺な、第2のリンクと、前記防波板に設け、浮力の導入及び解放によって前記防波板の重心位置を制御可能な、浮沈制御体と、からなることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転式防波堤に関し、より詳細には、通常時には水底に倒伏した状態を呈し、津波や高潮の発生時に起立して防波機能を発揮することが可能な回転式防波堤に関する。
【背景技術】
【0002】
津波や高潮等(以下、単に「津波等」という。)の侵入を防止する為に設けた防波堤は、コンクリートや鋼による構造物が一般的である。
コンクリートや鋼による構造物でもって防波堤を構築した場合、その設置に莫大なコストがかかるだけでなく、防波堤が海上に定常的に設置されることとなるため、船舶の運行の妨げになったり、景観を阻害したり、或いは海流を変えてしまうことにより周辺環境に影響を与えることもある。
【0003】
上記従来の問題を解決すべく、津波等の発生時にのみ防波機能を発揮させることのできる防波堤として、以下のような発明が提案されている。
【0004】
例えば、図5に示す従来の可動式防波堤は、フラップ式の防波堤であり、一端を回転可能な支持により海底に固定された防波板とこれを平穏時に海底に伏置きするための固定装置からなり、必要な時に浮力によりこれを海面上に起立させるものである(以下、「従来発明1」という)。
【0005】
例えば、特許文献1に記載の発明は、可動式の防波堤であって、海底地盤内に鉛直に挿通され上面を開口させて配列された複数の下部鋼管と、これに摺動可能に挿通され、かつ下面が開口し上部が閉塞された上部鋼管とからなり、通常時には前記上部鋼管は海底面下に挿入された状態であり、必要な時に空気により上部鋼管に浮力を生じさせて海面上に突出させる構成が開示されている(以下、「従来発明2」という)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2006−37415号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、上記した従来技術では、以下に示す問題のうち、少なくとも一つの問題を有する。
(1)従来発明1、2共に、大規模な構造物を設置するため、設置費用や保守費用が多大となってしまう。特に従来発明2では、防水板が水面上へ突出するだけの大きな浮力を確保しなければならないため、設備がさらに大がかりとなる。
(2)従来発明2では、全ての管を格納するために、海底地盤への大規模な鋼管設置工事を伴うため、その施工に多大な労力と費用を要する。また、下部鋼管の交換が実質不可能であるため、保守性にも改善の余地が残されている。
(3)従来発明2では、下部鋼管を水底面下に鉛直に打設する必要があるため、高精度な施工が求められるため、施工コストの圧縮が見込みづらい。
(4)従来発明1、2共に、浮力を導入し続けることにより起立した状態を保持するため、水面の変動により揺動してしまう。また、津波の来襲等により吸気装置等が損傷した場合には浮力を維持することができないため、信頼性が低い。また、水面の低下時には完全な浮上状態を保持できないため、津波等の来襲時の信頼性が低い。
【0008】
すなわち、本願発明の目的は、津波等の発生時にのみ防波機能を発揮することができ、施工やメンテナンスが簡便で低コストな防波堤を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題を解決すべくなされた本願の第1発明は、水底に倒伏した状態から起立する回転式防波堤であって、防波板と、防波板の下端と水底面とをそれぞれ回動自在に連結する第1のリンクと、防波板の途上と水底面とをそれぞれ回動自在に連結し、前記第1のリンクよりも長尺な、第2のリンクと、前記防波板に設け、浮力の導入及び解放によって前記防波板の重心位置を制御可能な、浮沈制御体と、からなることを特徴とする、回転式防波堤を提供するものではある。
また、本願の第2発明は、前記発明において、前記浮沈制御体が、空気又は水を貯留可能な複数の空気室からなることを特徴とするものである。
また、本願の第3発明は、前記発明において、(a)防波板の倒伏時には、(a1)浮沈制御体に浮力を導入して、防波板を所定の位置まで浮上し、(a2)浮沈制御体が有する浮力の一部を解放して、防波板の重心位置を該防波板の上端側へと遷移し、(a3)防波板が前面側へと回転して水底に起立した状態を呈する、ことを特徴とするものである。
また、本願の第4発明は、前記発明において、(b)防波板の起立時には、(b1)浮沈制御体に浮力を導入して、防波板を所定の位置まで浮上し、(b2)浮沈制御体が有する浮力の一部を解放して、防波板の重心位置を該防波板の下端側へと遷移し、(b3)防波板が背面側へと回転して水底に倒伏した状態を呈する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0010】
本願発明によれば、下記に示す効果のうち、少なくとも何れか一つを得ることができる。
(1)通常時には、防波堤を構成する各部材が水底若しくは水底面上に収納されているため、船舶の運航の妨げとなったり、海流に影響を及ぼすといった問題が発生しない。
(2)従来の浮上式防波堤では、津波や高潮の来襲時に浮力を導入することにより姿勢を保持するため継続して浮力を確保する必要があるのに対し、本発明では防波板が自重により自立するため、浮力の解放が可能となり防波機能の信頼性が高い。
(3)従来の浮上式防波堤と比較して構造が簡易であるため、安価で短期間に設置することが可能となる。
(4)装置が全て水底面上に設置されるため、保守性にも優れる。
(5)浮力の導入・解放の作業でもって防波堤を展開・収納できるため、稼働訓練が容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の回転式防波堤の構造を示す概略図。
【図2】本発明の回転式防波堤の作用例を示す概略図。
【図3】本発明の回転式防波堤の倒伏時から浮上時までの状態を示す概略側面図。
【図4】本発明の回転式防波堤が浮上時から起立時までの状態を示す概略側面図。
【図5】従来発明1の可動式防波堤を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
各図面を参照しながら、本発明の回転式防波堤について説明する。
【実施例】
【0013】
<1>全体構成
本発明の回転式防波堤の構成を図1に示す。
本発明の回転式防波堤Aは、防波板1と、防波板1の下端と水底面とをそれぞれ回動自在に連結する第1のリンク21と、防波板1の途上と水底面とをそれぞれ回動自在に連結し、前記第1のリンクよりも長尺な、第2のリンク22と、前記防波板1に設け、浮力の導入及び解放によって前記防波板1の重心位置を制御可能な、浮沈制御体3を少なくとも含んで構成し、通常時には、防波板1が水底に倒伏した状態を保持し、津波等の発生時に防波板1が起立して水上に露出するものである。
以下、各部材及びその他の構成の詳細について説明する。
【0014】
<2>事前構成
防波堤の構築に当たり、まず始めに津波等の来襲方向に亘って水底に基礎aを設けておくことが望ましい。基礎a上には津波等の来襲方向に亘って間隔を設けて、二つの連結部(背面側連結部b1,前面側連結部b2)を配しておく。
また、倒伏する防波板1を支持する為の台座cを基礎a上に設けておいても良い。
【0015】
<3>防波板
防波板1は、水中に起立した状態で津波等に抵抗するための部材である。
防波板1は、津波等の発生時に予想される水位や、所望される強度、重量、体積などの諸条件から、材料やサイズを適宜設計すればよい。
なお、防波板1は、通常時には倒伏した状態で水底に載置しておくため、高さ方向に対して長尺となっても、船舶などの運航に障害となることはない。
【0016】
<4>リンク機構
リンク機構は、前記防波板の1移動・回転を制御するための部材である。
リンク機構は、長短の異なる第1のリンク2及び第2のリンク3からなる。
第1のリンク2は、短尺状のリンク部材であって、一端を背面側連結部b1に回動自在に連結し、他端を防波板1の下端に回動自在に連結しておく。
第2のリンク3は、長尺状のリンク部材であって、一端を前面側連結部b2に回動自在に連結し、他端を防波板1の高さ方向の途上に回動自在に連結しておく。
本構成によれば、二つのリンクと水底面と防波板とであたかも4リンクの機構を呈することとなる。
【0017】
<5>浮沈制御体
浮沈制御体4は、前記防波板1に設ける部材であって、浮力の導入及び解放によって前記防波板1を浮上、沈降させるとともに、内部に水を取り込むことにより該防波板1の重心位置を任意に遷移させる為の部材である。
【0018】
図1に示すように、浮沈制御体4は、防波板1の下部背面側に設けてある。これは、防波板1を倒伏する際に防波板1の前面側が載置面になるため、水底に浮沈制御体4が干渉することを防止するためである。
【0019】
浮沈制御体4は、浮力の導入及び解放が自在で且つ防波板1の重心位置を制御できる構成であれば良く、種々の構成を採用することができる。
その一例として、浮沈制御体4は、防波板1の高さ方向に対して分割した複数の空気室でもって構成することができる。
例えば、図1では、浮沈制御体4を、防波板1の下部に配した第1の空気室41と、第1の空気室41よりも上部に配した第2の空気室42とで構成している。
各空気室41,42は、独立して吸排気又は給排水自在に構成する。
図1では、各空気室へと個別に繋いだ第1及び第2の吸排気管5,6を設け、陸上等に設置された操作室から空気を供給できる構造となっている。
各吸排気管5,6は第2のリンク3に沿わせて配置し、各空気室41,42には開閉自在な通水孔411,421を設けておくことで、吸排気管5,6から給気を行って空気室の内部に気体を導入・貯留して浮力を得たり、吸排気管5,6から排気を行って各空気室の内部に水を導入・貯留して防波板に対する重量体として機能することができる。
【0020】
上記構成とすることで、空気室41,42の一部又は全部に気体を導入して浮力を得ることができるとともに、空気室41,42の一部又は全部に水を導入して重量体とすることで、防波板1の重量バランスを調整し、防波板1の重心位置を任意に制御することができる。
【0021】
<6>作用
防波板1が浮上している状態から、起立状態若しくは倒伏状態へ遷移させる作用について、図2を参照しながら説明する。なお、説明の簡略のため、以下の説明では2つのリンク3,4の重量を無視している。
【0022】
<6.1>浮上時(図2(a)(b))
防波板1が安定した状態では、2つのリンク3,4には張力が働き、鉛直方向の力の吊り合いから防波板に働く重力(浮沈制御体に供給された水の重量を含む)FGは浮力F0よりも小さい状態となる。また、2つのリンクに働く力の作用線の交点をOとする。
【0023】
<6.2>倒伏状態への遷移モデル(図2(a))
重力FGの作用線が浮力F0の作用線よりも左にあるとした場合、点O周りのモーメントの吊り合いから、これらの力が点Oよりも左にある状態で防波板1は安定する。このとき、FGを大きくするように浮沈制御体4内に水を注入すると、点Oは右に移動する必要があるため、防波板1は左に回転して倒伏された状態に近づき、FGとF0の大きさが一致すると完全に倒伏される。
【0024】
<6.3>起立状態への遷移モデル(図2(b))
反対に、FGの作用線がF0の作用線よりも右にあるとすると、点O周りのモーメントの吊り合いから、FGとF0作用線がともに点Oよりも右にある状態で防波板1は安定する。このとき、FGを大きくするように浮沈制御体4内に水を注入すると、点Oは左に移動する必要があるため、防波板1は右に回転して起立された状態に近づき、FGとF0の大きさが一致すると完全に起立される。
【0025】
<6.4>まとめ
以上のことから、重力FGの作用点である重心を、浮力F0の中心である浮心の左右に任意に移動させることができれば、防波板の起立・倒伏機構が成立するといえる。
【0026】
<6.5>浮沈制御体の具体例
前述の通り、防波板1の重心の移動可能範囲は、浮沈制御体4の重量を調整することにより任意に設定することができる。
図2(c)は浮沈制御体を第1の空気室41及び第2の空気室42で構成した場合の力学モデルを示した図である。
例えば、防波板1が十分薄いとして浮力を無視(ただし、重量はあるものとする)した場合、浮心は2つの浮力対の中央に位置する。本機構が成立する最も簡単な例は、空気室に水がない場合の防波板1の重心を、防波板1にカウンターウェイト11を設置して浮心と同じ作用線上に位置するようにした場合である。この場合、第1の空気室41のみに水を入れた場合には、重心は浮心よりも右に移動し、第2の空気室42のみに水を入れた場合には、重心は浮心よりも左に移動する。
以上のように、第1の空気室41および第2の空気室42の給排気により移動可能な重心範囲内に浮心が含まれるよう、カウンターウェイト等を利用して重心位置を調整することにより本機構が成立することが分かる。
【0027】
必要な浮力体の例としては、一方の空気室に水を入れた状態で、FGとF0が一致する浮力体(すなわち、一方の空気室で防波板の重量と同等の浮力を発生可能なもの)を設置すれば、少なくとも防波板1を起立および倒伏した状態で着底させることが可能である。なお、ここでは、モデルを単純化しているため、実際はこれよりも小さな浮力体で成立するものと考えられる。
【0028】
<7>使用方法
(a)倒伏状態〜浮上状態
図3を参照しながら、本発明の回転式防波堤の動作態様について説明する。
図3(a)は、通常時(平穏時)の状態を示すものであり、防波板1が完全に倒伏している。このとき、浮沈制御体4を構成する各空気室41,42は吸気されず、浮力が発生している状態ではない。
津波等の発生が予想される時点で、各給排気管5,6より各空気室に給気を開始すると各空気室41,42に気体が貯留し、徐々に浮力が発生していく。
増加する浮力に応じて、防波板1は、第1のリンク2及び第2のリンク3によって姿勢を制限されながら徐々に浮上していく(図3(b))。
そして、所定の位置で防波板1は浮上を停止する(図3(c))。
【0029】
(b)浮上状態〜起立状態
図3(c)の状態で気体の供給を停止し、第1の給排気管5より、第1の空気室41内の排気を行うと、該空気室41内に注水されて防波板1下部側の浮力が減少するため,防波板1は時計回り(防波板前面側)に回転しながら沈降していく(図4(a)(b))。
そして、第2の給排気管6でも排気を行って第2の空気室内42にも注水させると、防波板1は自重により安定した状態で起立する(図4(c))。
この際、前記浮沈制御体4の各空気室41、42を完全に排気して浮力を解放した状態となっても、防波板1は自重により安定して起立した状態となる。
【0030】
(c)起立状態〜倒伏状態
起立した状態(図4(c))の防波板を再び倒伏する場合には,各給排気管5,6より各空気室41,42に空気を供給し,浮力により前記図3(c)の状態まで、防波板1を回転浮上させる。
この状態において、第2の給排気管6より排気を行うと,第2の空気室42内に水が流入し、防波板1上部側の浮力が減少するため,防波板1は反時計回り(防波板背面側)に回転しながら沈降し、図3(a)の倒伏状態へと戻すことができる。
【符号の説明】
【0031】
1 防波板
2 第1のリンク
3 第2のリンク
4 浮沈制御体
41 第1の空気室
42 第2の空気室
5 第1の吸排気管
6 第2の吸排気管
a 基礎
b1 背面側連結部
b2 前面側連結部
c 台座

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水底に倒伏した状態から起立する回転式防波堤であって、
防波板と、
防波板の下端と水底面とをそれぞれ回動自在に連結する第1のリンクと、
防波板の途上と水底面とをそれぞれ回動自在に連結し、前記第1のリンクよりも長尺な、第2のリンクと、
前記防波板に設け、浮力の導入及び解放によって前記防波板の重心位置を制御可能な、浮沈制御体と、
からなることを特徴とする、回転式防波堤。
【請求項2】
前記浮沈制御体が、空気又は水を貯留可能な複数の空気室からなることを特徴とする、請求項1に記載の回転式防波堤。
【請求項3】
(a)防波板の倒伏時には、
(a1)浮沈制御体に浮力を導入して、防波板を所定の位置まで浮上し、
(a2)浮沈制御体が有する浮力の一部を解放して、防波板の重心位置を該防波板の上端側へと遷移し、
(a3)防波板が前面側へと回転して水底に起立した状態を呈する、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の回転式防波堤。
【請求項4】
(b)防波板の起立時には、
(b1)浮沈制御体に浮力を導入して、防波板を所定の位置まで浮上し、
(b2)浮沈制御体が有する浮力の一部を解放して、防波板の重心位置を該防波板の下端側へと遷移し、
(b3)防波板が背面側へと回転して水底に倒伏した状態を呈する、
ことを特徴とする、請求項1乃至3の何れか1項に記載の回転式防波堤。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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