土砂捕捉構造物および砂防堰堤
【課題】温度変化によって各部材の結合部に発生するモーメントや軸力を抑えながら、十分な施工スペースが確保できる土砂捕捉構造物と砂防堰堤を提供する。
【解決手段】土砂捕捉構造物１０００は、基礎９に固定される骨組み構造１００とこれに設置された複数の横桟６とを有す。骨組み構造１００は、鉛直に立設された上流側支柱１と、上流側に傾斜した中間支柱２および下流側支柱３と、これらに固定された上流側の水平梁４および下流側の傾斜梁５とを有し、水平梁４と傾斜梁５とが接合する屈曲部４５が上流側支柱１と中間支柱２との間に位置している。
【解決手段】土砂捕捉構造物１０００は、基礎９に固定される骨組み構造１００とこれに設置された複数の横桟６とを有す。骨組み構造１００は、鉛直に立設された上流側支柱１と、上流側に傾斜した中間支柱２および下流側支柱３と、これらに固定された上流側の水平梁４および下流側の傾斜梁５とを有し、水平梁４と傾斜梁５とが接合する屈曲部４５が上流側支柱１と中間支柱２との間に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土砂捕捉構造物および砂防堰堤、特に、土石流により河川を流下する砂礫、土砂および流木を捕捉する土砂捕捉構造物および該土砂捕捉構造物を有する砂防堰堤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、河川を流下する砂礫及び細粒分の土砂を含む土石流〜掃流を捕捉する土砂捕捉用砂防堰堤として、基礎部と、流水を阻害しない透過形状の格子部を有する本堤と、本堤よりも下流側に設けられた副堤と、を有する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２８６５８号公報（第４−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された発明は、副堤によって発生させた堰上げによって、本堤の上流に達する湛水域を形成するものである。そうすると、かかる湛水域において堆砂肩（土砂や砂礫の堆積物）が形成されるものの、かかる堆砂肩は格子部の横桟に引っ掛かるため、下流への進行が停止されることになる。すなわち、まず、最下段に配置された横桟と基礎との隙間が堆砂肩によって閉塞され、その後、より高段の横桟同士の隙間が堆砂肩によって閉塞される。このとき、最下段に配置された横桟を複数本にして、上流側に張り出すように配置すると、堆砂肩の抜け出しがさらに抑制されるものである。
【０００５】
しかしながら、最下段に配置された横桟と基礎との距離を近づけて、上流側に張り出すように配置しようとすると、かかる複数本の横桟の端部が固定される構造物を、それぞれ鋼管によって形成された支柱と梁との骨組み構造とした場合、前記最下段に配置された横桟（上流側に張り出すように配置される）が固定される水平梁部分は、比較的短尺であって、かかる水平梁部分の両端を支持する一対の支柱も、比較的短尺で、しかも、遠く離れないで平行に立設されるため、以下のような問題があった。
（あ）季節に応じた温度変化によって各部材の結合部に、大きなモーメント、引張力や圧縮力による軸力が発生するため、部材のサイズアップ（鋼管径や管厚）や材質変更（成分調整や熱処理の追加）が必要となり、製造コストを押し上げる一因になる。
（い）水平梁部分を２部材によって構成し、これらを機械的に接合（フランジ同士をボルト接合）しようとしても、十分な施工スペースが確保できないため、施工に時間を要したり、接合形態を変更したりする必要が生じ、施工コストを押し上げる一因になる。
（う）水平梁部分を支持する支柱が鉛直に立設されるため、中小洪水で流出する土砂や 礫の衝突を受けやすく、修理等の維持管理コストが上昇する一因になる。
【０００６】
本発明は、前記問題を解決するものであって、季節に応じた温度変化によって各部材の結合部に発生するモーメントや軸力を抑えながら、十分な施工スペースが確保でき、さらに、土砂や礫の衝突による損傷を軽減することができる土砂捕捉構造物と、該土砂捕捉構造物を有する砂防堰堤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る土砂捕捉構造物は、通水自在な間隔を空けて配置された複数の横桟と、該複数の横桟が設置される複数の骨組み部分とを有し、河床に設置された基礎に固定されるものであって、
前記基礎に鉛直に立設された上流側支柱と、
該上流側支柱よりも下流側において前記基礎に立設された中間支柱と、
該中間支柱よりも下流側において前記基礎に立設された下流側支柱と、
所定の間隔を空けて配置された複数の横桟と、
前記上流側支柱の上部に固定され、前記複数の横桟の一部が設置される水平梁と、
前記中間支柱の上部および前記下流側支柱の上部に固定されて、下流側になるほど高くなるように傾斜した、前記複数の横桟の一部が設置される傾斜梁と、
を有し、
前記水平梁の端部と前記傾斜梁の端部とが、前記上流側支柱と前記中間支柱との間において接合されていることを特徴とする。
【０００８】
（２）前記（１）において、前記傾斜梁が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする。
（３）前記（１）または（２）において、前記傾斜梁が、前記水平梁に冶金的（溶接）に接合された上流側傾斜部分と、前記中間支柱に固定された下流側傾斜部分と、から構成され、
前記上流側傾斜部分と前記下流側傾斜部分とがフランジ継手によって機械的（ボルト接合）に接合されていることを特徴とする。
【０００９】
（４）前記（１）において、前記傾斜梁が中間傾斜部分と下流側傾斜部分とから構成され、前記下流側傾斜部分が鉛直に対してなす角度が、前記中間傾斜部分が鉛直に対してなす角度よりも小さいことを特徴とする。
（５）前記（４）において、前記中間傾斜部分が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする。
（６）前記（４）または（５）において、前記中間傾斜部分が、前記水平梁に冶金的に接合された上流側中間部分と、前記中間支柱に固定された下流側中間部分とから構成され、
前記上流側中間部分と前記下流側中間部分とがフランジ継手によって機械的に接合されていることを特徴とする。
【００１０】
（７）前記（１）乃至（６）の何れかにおいて、前記中間支柱が、上端の方が下端よりも上流側になるように傾斜していることを特徴とする。
（８）前記（１）乃至（７）の何れかにおいて、前記上流側支柱が鉛直に代えて、上端の方が下端よりも下流側になるように傾斜していることを特徴とする。
【００１１】
（９）本発明に係る砂防堰堤は、河床に設置された本堤と、該本堤よりも下流側において河床に設置された副堤と、を有する砂防堰堤であって、
前記本堤は、河床に設置された基礎と、該基礎に固定された請求項１乃至８の何れかに記載の土砂捕捉構造物と、前記土砂捕捉構造物の両側部にそれぞれ対向して河床に設置された本堤本体と、を有し、
前記副堤により堰上げした場合に、少なくとも前記複数の横桟のうち最も上流側にある横桟の下面が、堰上げした水中に没することを特徴とする。
（１０）前記（９）において、 前記副堤には、通水自在な複数の縦スリットが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（ｉ）本発明に係る土砂捕捉構造物は、水平梁の端部と傾斜梁の端部とが接合された位置である屈曲部が、上流側支柱と中間支柱との間に位置しているから、上流側支柱および中間支柱の高さが低い（長さが短いに同じ）場合であっても、上流側支柱と基礎との結合部あるいは中間支柱と基礎との結合部に発生する温度変化に伴う曲げモーメントおよび軸力が低減される。よって、当該土砂捕捉構造物を形成する部材をサイズダウン（小径化、薄肉化）したり、高い強度を有する材料を用いることがなく、製造コストを低減することができる。
また、当該土砂捕捉構造物は水平梁を具備するから、かかる水平梁に設置された横桟は水平に配置されるため、堰上げによって形成された湛水域の水中に当該横桟が水没した際、堆積した土砂の下流端である堆砂肩の当該横桟と基礎面との間からの抜け出しが抑制される。
なお、本発明において、河床とは、常時流水のある河川の底に限定するものではなく、降雨時あるいは梅雨期に限って水流や土石流が形成される地面（傾斜地盤や水平地盤の表面）を含むものである。
【００１３】
（ｉｉ）また、傾斜梁が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜しているから、かかる傾斜梁に設置された横桟は、横スリット状開口部を具備するなだらかな傾斜面を形成するから、当該横スリット状開口部を水は抜けるものの、砂礫、土砂および流木等は引っ掛かり堆積することになる。
（ｉｉｉ）また、傾斜梁が、上流側傾斜部分と下流側傾斜部分とから構成されるから、上流側支柱と中間支柱との距離が拡大し、この間における機械的な接合が容易になる。よって、施工が迅速化し、施工コストを低減することができる。
【００１４】
（ｉｖ）また、傾斜梁が中間傾斜部分と、これよりも傾斜が小さい下流側傾斜部分とから構成されるから、水平梁の上流側端部と、下流側傾斜部分の下流側端部との距離が短縮されるため、下流側支柱と上流側支柱との距離も短縮され、当該土砂捕捉構造物が固定される基礎を小さくすることが可能になる。よって、製造コストおよび施工コストを低減することができる。
（ｖ）中間傾斜部分が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜しているから、前記（ｉｉ）のように土砂の堆積を促進することができる。
（ｖｉ）また、中間傾斜部分が上流側中間部分と下流側中間部分とから構成されるから、上流側支柱と中間支柱との距離が拡大し、この間における機械的な接合が容易になる。よって、施工が迅速化し、施工コストを低減することができる。
【００１５】
（ｖｉｉ）また、中間支柱が上流側に向かって傾斜しているから、中間支柱に生じる曲げモーメントが低減される。よって、当該土砂捕捉構造物を形成する部材をサイズダウン（小径化、薄肉化）したり、高い強度を有する材料を用いることがなくなったりするから、製造コストを低減することができる。
（ｖｉｉｉ）また、上流側支柱が下流側に向かって傾斜しているから、土砂や礫等の衝突による損傷を低減することができる。よって、補修や改修等の保全コストを低減することができる。
【００１６】
（ｉｘ）さらに、本発明に係る砂防堰堤は、前記土砂捕捉構造物が設置された本堤と、副堤とを有するから、副堤によって堰上げされ、湛水域の水中に上流側に配置された横桟が水没するため、堆積した土砂の下流端である堆砂肩が当該横桟と基礎面との間から抜け出すことが抑制される。よって、諸コストを低減することができる、流下する砂礫及び細粒分の土砂を含む土石流を捕捉する砂防堰堤が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施形態１：土砂捕捉構造物］
図１は本発明の実施形態１に係る土砂捕捉構造物を説明するものであって、模式的に示す側面図である。
図１において、紙面の右側を「上流側」および紙面の左側を「下流側」としている。
図１において、土砂捕捉構造物１０００は、河床（図示しない）に設置された基礎９に固定されるものであって、基礎９に立設された複数の骨組み構造１００と、骨組み構造１００に設置された複数の横桟６と、を有している。なお、図１は模式的に示されているため、各部材のアスペクト比（長さと外径との割合）や各部材間の長さ比、横桟６の本数、あるいはフランジ継手の位置や数量（有無を含む）は、図示するものに限定するものではない。
【００１８】
（支柱）
骨組み構造１００は、上流側支柱１と、上流側支柱１よりも下流側において基礎９に立設された中間支柱２と、中間支柱２よりも下流側において基礎９に立設された下流側支柱３と、とを有している。このとき、上流側支柱１と中間支柱２と下流側支柱３とは、同一面内に位置している。
なお、本発明は、上流側支柱１、中間支柱２および下流側支柱３を鋼管に限定するものではなく、形状は、Ｈ形鋼や山形鋼のような形鋼など何れであっもよく、また、材質は問わない。さらに、下流側支柱３の本数は複数であってもよい。
【００１９】
（梁）
上流側支柱１の上部に水平梁４が固定され、中間支柱２の上部および下流側支柱３の上部に傾斜梁５が固定されている。
このとき、傾斜梁５は、上流側の上流側傾斜部分５ａと、中間の中間傾斜部分５ｂと、下流側の下流側傾斜部分５ｃと、から構成され、上流側傾斜部分５ａと中間傾斜部分５ｂとがフランジ継手５５ａによって結合され、中間傾斜部分５ｂと下流側傾斜部分５ｃとがフランジ継手５５ｂによって結合されている。
そして、水平梁４の下流側端部と、傾斜梁５の上流側傾斜部分５ａの上流側端部とが、結合部（屈曲点に同じ）４５において結合されている。
【００２０】
（骨組み構造）
上流側支柱１は、結合部１９において基礎９に固定され、結合部１４において水平梁４に冶金的（溶接）に接合されている。
中間支柱２は、下側の基礎寄り中間支柱２ａと、上側の横桟寄り中間支柱２ｂとから構成され、両者はフランジ継手２２によって接合されている。そして、横桟寄り中間支柱２ｂが結合部２５において中間傾斜部分５ｂに接合されている。
下流側支柱３は、下側の基礎寄り下流側支柱３ａと、上側の横桟寄り下流側支柱３ｂとから構成され、両者はフランジ継手３３によって接合されている。そして、横桟寄り下流側支柱３ｂが結合部３５において下流側傾斜部分５ｃに接合されている。
【００２１】
（横桟）
横桟６は、上流側支柱１と中間支柱２と下流側支柱３とが形成する面に垂直（河川の横断方向であって、紙面の奥行き方向に同じ）に、水平梁４および傾斜梁５に設置されるものである。すなわち、横桟６同士が形成する横スリット状の開口部は、水が通過自在であって、土砂等は通過不能な間隔になっている。なお、個々の横桟６は、１本の鋼管であってもよいし、複数本の鋼管が機械的または冶金的に接合されたものであってもよい。
なお、本発明は、水平梁４および傾斜梁５を鋼管に限定するものではなく、形状は、Ｈ形鋼や山形鋼のような形鋼など何れであっもよく、また、材質は問わない。
【００２２】
（実施例）
図２は、図１に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果であって、（ａ）は発生した曲げモーメントを示す曲げモーメント図、（ｂ）は発生した軸力を数値で示す軸力表示図である。また、比較のため、従来タイプの骨組み構造９００（水平梁と傾斜梁との結合部に中間支柱が接合されている）の構造解析結果を、図２に準じて図３に示す。
【００２３】
なお、いずれも、外径５０８ｍｍ、肉厚９．５ｍｍの鋼管であって上流側支柱１の長さは５００ｍｍ、中間支柱２の長さは１７００ｍｍ、下流側支柱３の長さは４８０８ｍｍ、水平梁４の長さは２２５０ｍｍ、傾斜梁５の長さは７０７１ｍｍである。また、中間支柱２が鉛直となす角度は１１°、下流側支柱３が鉛直となす角度は１１°であるから、傾斜梁５が鉛直となす角度は４５°になっている。
なお、図３における比較する骨組み構造９００は、中間支柱２に代えて、鉛直の中間支柱９０が結合部４５に接合されたものであって、その他は骨組み構造１００に同じである。以下、説明の便宜上、中間支柱９０と基礎９との結合部を結合部９０９と、中間支柱９０と結合部４５との結合部を結合部９４５と称す。
【００２４】
曲げモーメントについて図２の（ａ）と図３の（ａ）とを比較すると、基礎９との結合部において、骨組み構造９００では結合部１９が「−２４３[ｋＮ・ｍ]」で、結合部９０９が「＋２２１[ｋＮ・ｍ]」であるのに対し、骨組み構造１００では結合部１９が「−４８[ｋＮ・ｍ]」で、結合部２９が「−１４２[ｋＮ・ｍ]」と、大幅に小さな値になっている。
軸力について図２の（ｂ）と図３の（ｂ）とを比較すると、骨組み構造９００では水平梁４において「−５８６[ｋＮ]の圧縮力が発生するのに対し、骨組み構造１００では水平梁４において「−１７１[ｋＮ」で、傾斜梁５の結合部４５において「−１４９[ｋＮ]」と、大幅に小さな値になっている。
【００２５】
すなわち、骨組み構造９００では、水平梁４の伸びが、共に鉛直に立設された上流側支柱１と中間支柱９０とによって拘束されるから、水平梁４の軸方向の力（軸力）が大きくなる。このとき、結合部１４、１９、９０９、９４５から形成される矩形は、台形になろうとするものの、かかる台形の高さが低いため、結合部１９、９０９には、大きな曲げモーメントが発生している。
一方、骨組み構造１００では、水平梁４の伸びは、傾斜梁５の傾斜方向に変換され、傾斜梁５の圧縮量として吸収されるため、水平梁４の軸力が大幅に減少している。
また、上流側支柱１と中間支柱２との距離が大きいから、結合部２５（中間支柱２の上端に同じ）に作用する力は小さくなり、さらに、中間支柱２自体も長くなっているから、結合部２９（中間支柱２の下端に同じ）に発生する曲げモーメントも小さくなる。
【００２６】
以上より、骨組み構造１００は、骨組み構造９００に比較して、これを構成する鋼管のサイズダウン（外径の縮小、肉厚の減少）や機械的性質（機械強度等）の低減が可能になり、製造コストが安価になる。
また、水平梁４と基礎９との距離を縮めることができるから、堰上げによって形成された湛水域の水中に横桟６が水没した際、堆積した土砂の下流端である堆砂肩の横桟６と基礎９との間からの抜け出しが抑制される。
さらに、上流側支柱１と中間支柱２との距離が大きいから、この間において、水平梁４同士あるいは傾斜梁５同士をフランジ継手によって接合することが容易になる。よって、施工コストが安価になる。
なお、傾斜梁５の鉛直とのなす角度は４５°以上である（４５°よりもより水平に近づく）ことが望ましい。かかる角度を４５°未満にして大きく立ち上げる（勾配を大きくする）と、対向する横桟６同士が形成する横スリット状の開口部の鉛直方向への投影長さが長くなり、土砂の抜け出しが生じることになる。
【００２７】
［実施形態２：土砂捕捉構造物］
図４は本発明の実施形態２に係る土砂捕捉構造物を説明するものであって、模式的に示す側面図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図４において、土砂捕捉構造物２０００は、河床（図示しない）に設置された基礎９に固定されるものであって、基礎９に立設された複数の骨組み構造２００と、骨組み構造２００に設置された複数の横桟６と、を有している。
【００２８】
（傾斜梁）
傾斜梁７は、上流側の中間傾斜部分７ａと、下流側の下流側傾斜部分７ｂと、から構成され、両者が結合部７７においてフランジ継手によって接合されている。このとき、下流側傾斜部分７ｂが鉛直に対してなす角度が、中間傾斜部分７ａが鉛直に対してなす角度よりも小さくなるように、両者は冶金的に結合されている。そして、中間支柱２の上部が結合部２７において中間傾斜部分７ａに冶金的に接合され、下流側支柱３の上部が結合部３７において下流側傾斜部分７ｂと冶金的に接合されている。
したがって、水平梁４の上流側端部と下流側傾斜部分７ｂの下流側端部との距離が短くなるから、上流側支柱１と下流側支柱３との距離も短縮される。よって、基礎９の流れ方向の距離が短縮され、基礎９が小型になるから、製造コストが安価になる。
なお、図４ではフランジ継手の記載を省略している。
【００２９】
（実施例）
図５は、図４に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果であって、（ａ）は発生した曲げモーメントを示す曲げモーメント図、（ｂ）は発生した軸力を数値で示す軸力表示図である。なお、解析要領や図示要領は実施の形態１（図２）に同じである。
【００３０】
なお、傾斜梁７の中間傾斜部分７ａの長さは２１２１ｍｍ、下流側傾斜部分７ｂの長さは３９１３ｍｍ、である。また、中間傾斜部分７ａが鉛直となす角度は１１°、下流側傾斜部分７ｂが鉛直となす角度は１１°であるから、中間支柱２と中間傾斜部分７ａとの結合部２７は、水平梁４と中間傾斜部分７ａとの結合部４７から、１６５０ｍｍの位置になっている。
【００３１】
曲げモーメントについて図５の（ａ）と図２の（ａ）とを比較すると、基礎９との結合部において、骨組み構造２００では結合部１９が「−４８[ｋＮ・ｍ]」で、結合部７９が「−１４３[ｋＮ・ｍ]」であるのに対し、骨組み構造１００では結合部１９が「−４８[ｋＮ・ｍ]」で、結合部２９が「−１４２[ｋＮ・ｍ]」であるから、両者は略同じ値である。
軸力について図５の（ｂ）と図２の（ｂ）とを比較すると、骨組み構造２００では水平梁４において「−１６９[ｋＮ]」で傾斜梁５の結合部４５において「−１４７[ｋＮ]」であるのに対し、骨組み構造１００では水平梁４において「−１７１[ｋＮ]」で、傾斜梁５の結合部４５において「−１４９[ｋＮ]」と、両者は略同じ値である。
よって、骨組み構造２００は、骨組み構造１００と力学的に同様の作用効果があり、形態的に、基礎９を小型化する効果があるということができる。
【００３２】
［実施形態３：土砂捕捉構造物］
図６は本発明の実施形態３に係る土砂捕捉構造物を説明するものであって、模式的に示す側面図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図６において、土砂捕捉構造物３０００は、河床（図示しない）に設置された基礎９に固定されるものであって、基礎９に鉛直に立設された複数の骨組み構造３００と、骨組み構造３００に設置された複数の横桟６と、を有している。
このとき、上流側支柱８は、上端が下端よりも下流側に傾斜したものであって、これを除く部材は骨組み構造１００に同じである。
したがって、土砂や礫等の衝突による損傷を低減することができる。よって、補修や改修等の保全コストを低減することができる。
【００３３】
（実施例）
図７は、図６に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果であって、（ａ）は発生した曲げモーメントを示す曲げモーメント図、（ｂ）は発生した軸力を数値で示す軸力表示図である。なお、解析要領や図示要領は実施の形態１（図２）に同じである。
なお、上流側支柱８が鉛直となす角度は４５°であって、これを除く部材の大きさや配置は骨組み構造１００に同じである。
【００３４】
骨組み構造３００は、接合部（屈曲部に同じ）４５が上流側支柱８と中間支柱２との間に位置していることから、図７の（ａ）と図３の（ａ）とを比較すると、従来構造である骨組み構造９００に対して曲げモーメントが大幅に低減している。また、図７の（ａ）と図２の（ａ）とを比較すると、骨組み構造１００と略同程度の曲げモーメントが発生している。なお、正確には、曲げモーメントについて骨組み構造１００と比較すると、上流側支柱８の基礎９との結合部８９において僅かに減少するものの、中間支柱２と基礎９との接合部２９、中間支柱２と傾斜梁５との接合部２５、および水平梁４と傾斜梁５との接合部４５、においては少し増加している。
一方、図７の（ｂ）と図２の（ｂ）および図３の（ｂ）とを比較すると、骨組み構造１００および骨組み構造９００よりも、骨組み構造３００では上流側支柱８に大きな軸力が発生している。すなわち、上流側支柱８が水平梁４に鈍角を形成して結合される（直交していない）ため、水平梁４の伸びに伴う軸力の分力が、上流側支柱８の軸力に加わるためと考えられる。
【００３５】
［実施形態４：砂防堰堤］
図８は本発明の実施形態４に係る砂防堰堤を説明するものであって、模式的に示す斜視図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図８において、砂防堰堤４０００は、河床に設置された本堤４１００と、本提４１００よりも下流側において河床に設置された副堤４２００と、を有している。
【００３６】
本堤４１００は、河床（図示しない）に設置された基礎４１１０と、基礎４１１０に固定された土砂捕捉構造物１０００と、土砂捕捉構造物１０００の両側部にそれぞれ対向して河床に設置された本堤本体（袖に同じ）４１２０ａ、４１２０ｂと、を有している。
一方、副堤４２００は、副堤基礎４２１０に副堤本体４２２０が一体的に形成され、幅方向の略中央に縦長で、上方が開口して縦スリット４２３０が形成されている。
また、副堤本体４２２０の鉛直方向の高さは、土砂捕捉構造物１０００の水平梁４に設置された横桟６の最下端の鉛直方向の高さより高くなっている。このため、副堤４２００によって流水を堰上げた場合、形成される湛水域の水中に横桟６の最下端が水没することになる。
【００３７】
（作用）
以上の構成から成る砂防堰堤４０００の作用を以下に簡単に説明する（詳細な説明については特許文献１参照）。本堤４１００は、土石流堆積区間から掃流区間における巨礫を含まない土石流（巨礫が本堤の前面部に集中しないような状態の土砂や砂礫の移動)を対象とするものである。
河川の水の流れにより、副堤４２００によって水流の下流側への流出を制限し、堰上げを発生させ、副堤４２００から本堤４１００の上流に至る湛水域が形成される。そして、この湛水域に土砂が流入してくると、土砂の流入速度が低下することで堆砂肩（土砂や砂礫の堆積物）が形成され、土砂の流入量に応じて堆砂肩が下流に進行する。
【００３８】
やがて、堆砂肩が本堤４１００まで到達すると、土石流により河川を流下する砂礫、土砂および流木が横桟６に引っ掛かり、堆砂肩の下流への進行が停止し、基礎９と最下段の横桟６との隙間が堆砂肩で閉塞することになる。すなわち、堆砂肩の下流への進行は停止し、堆砂が横桟６に沿って高さ方向に進み、徐々にせり上がることになるから、土砂が効果的に捕捉されることになる。
【００３９】
このとき、砂防堰堤４０００は土砂捕捉構造物１０００を有するから、土砂捕捉構造物１０００の奏する前記効果によって、製造コスト、施工コストや保全コストを安価にすると共に、土砂の捕捉効果および構造物の寿命延長によって長期間にわたる地球環境に与える負荷を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る土砂捕捉構造物は、土砂の捕捉効果と共に、製造コスト、施工コストや保全コストを安価にするから、様々な設置場所における各種型式の砂防手段として、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１に係る土砂捕捉構造物を模式的に示す側面図。
【図２】図１に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図３】従来タイプの骨組み構造について温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図４】本発明の実施形態１に係る土砂捕捉構造物を模式的に示す側面図。
【図５】図４に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図６】本発明の実施形態３に係る土砂捕捉構造物を模式的に示す側面図。
【図７】図６に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図８】本発明の実施形態４に係る砂防堰堤を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００４２】
１ 上流側支柱
２ 中間支柱
２ａ 基礎寄り中間支柱
２ｂ 横桟寄り中間支柱
３ 下流側支柱
３ａ 基礎寄り下流側支柱
３ｂ 横桟寄り下流側支柱
４ 水平梁
５ 傾斜梁
５ａ 上流側傾斜部分
５ｂ 中間傾斜部分
５ｃ 下流側傾斜部分
６ 横桟
７ 傾斜梁
７ａ 中間傾斜部分
７ｂ 下流側傾斜部分
８ 上流側支柱
９ 基礎
１４ 結合部
１９ 結合部
２２ フランジ継手
２５ 結合部
２７ 結合部
２９ 結合部
３３ フランジ継手
３５ 結合部
３７ 結合部
４５ 結合部
５５ａ フランジ継手
５５ｂ フランジ継手
７７ 結合部
９０ 支柱
１００ 骨組み構造（実施の形態１）
２００ 骨組み構造（実施の形態２）
３００ 骨組み構造（実施の形態３）
１０００ 土砂捕捉構造物（実施の形態１）
２０００ 土砂捕捉構造物（実施の形態２）
３０００ 土砂捕捉構造物（実施の形態３）
４０００ 砂防堰堤（実施の形態４）
４１００ 本堤
４１１０ 基礎
４１２０ａ 本堤本体
４１２０ｂ 本堤本体
４２００ 副堤
４２１０ 副堤基礎
４２２０ 副堤本体
４２３０ 縦スリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は土砂捕捉構造物および砂防堰堤、特に、土石流により河川を流下する砂礫、土砂および流木を捕捉する土砂捕捉構造物および該土砂捕捉構造物を有する砂防堰堤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、河川を流下する砂礫及び細粒分の土砂を含む土石流〜掃流を捕捉する土砂捕捉用砂防堰堤として、基礎部と、流水を阻害しない透過形状の格子部を有する本堤と、本堤よりも下流側に設けられた副堤と、を有する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２８６５８号公報（第４−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された発明は、副堤によって発生させた堰上げによって、本堤の上流に達する湛水域を形成するものである。そうすると、かかる湛水域において堆砂肩（土砂や砂礫の堆積物）が形成されるものの、かかる堆砂肩は格子部の横桟に引っ掛かるため、下流への進行が停止されることになる。すなわち、まず、最下段に配置された横桟と基礎との隙間が堆砂肩によって閉塞され、その後、より高段の横桟同士の隙間が堆砂肩によって閉塞される。このとき、最下段に配置された横桟を複数本にして、上流側に張り出すように配置すると、堆砂肩の抜け出しがさらに抑制されるものである。
【０００５】
しかしながら、最下段に配置された横桟と基礎との距離を近づけて、上流側に張り出すように配置しようとすると、かかる複数本の横桟の端部が固定される構造物を、それぞれ鋼管によって形成された支柱と梁との骨組み構造とした場合、前記最下段に配置された横桟（上流側に張り出すように配置される）が固定される水平梁部分は、比較的短尺であって、かかる水平梁部分の両端を支持する一対の支柱も、比較的短尺で、しかも、遠く離れないで平行に立設されるため、以下のような問題があった。
（あ）季節に応じた温度変化によって各部材の結合部に、大きなモーメント、引張力や圧縮力による軸力が発生するため、部材のサイズアップ（鋼管径や管厚）や材質変更（成分調整や熱処理の追加）が必要となり、製造コストを押し上げる一因になる。
（い）水平梁部分を２部材によって構成し、これらを機械的に接合（フランジ同士をボルト接合）しようとしても、十分な施工スペースが確保できないため、施工に時間を要したり、接合形態を変更したりする必要が生じ、施工コストを押し上げる一因になる。
（う）水平梁部分を支持する支柱が鉛直に立設されるため、中小洪水で流出する土砂や 礫の衝突を受けやすく、修理等の維持管理コストが上昇する一因になる。
【０００６】
本発明は、前記問題を解決するものであって、季節に応じた温度変化によって各部材の結合部に発生するモーメントや軸力を抑えながら、十分な施工スペースが確保でき、さらに、土砂や礫の衝突による損傷を軽減することができる土砂捕捉構造物と、該土砂捕捉構造物を有する砂防堰堤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る土砂捕捉構造物は、通水自在な間隔を空けて配置された複数の横桟と、該複数の横桟が設置される複数の骨組み部分とを有し、河床に設置された基礎に固定されるものであって、
前記基礎に鉛直に立設された上流側支柱と、
該上流側支柱よりも下流側において前記基礎に立設された中間支柱と、
該中間支柱よりも下流側において前記基礎に立設された下流側支柱と、
所定の間隔を空けて配置された複数の横桟と、
前記上流側支柱の上部に固定され、前記複数の横桟の一部が設置される水平梁と、
前記中間支柱の上部および前記下流側支柱の上部に固定されて、下流側になるほど高くなるように傾斜した、前記複数の横桟の一部が設置される傾斜梁と、
を有し、
前記水平梁の端部と前記傾斜梁の端部とが、前記上流側支柱と前記中間支柱との間において接合されていることを特徴とする。
【０００８】
（２）前記（１）において、前記傾斜梁が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする。
（３）前記（１）または（２）において、前記傾斜梁が、前記水平梁に冶金的（溶接）に接合された上流側傾斜部分と、前記中間支柱に固定された下流側傾斜部分と、から構成され、
前記上流側傾斜部分と前記下流側傾斜部分とがフランジ継手によって機械的（ボルト接合）に接合されていることを特徴とする。
【０００９】
（４）前記（１）において、前記傾斜梁が中間傾斜部分と下流側傾斜部分とから構成され、前記下流側傾斜部分が鉛直に対してなす角度が、前記中間傾斜部分が鉛直に対してなす角度よりも小さいことを特徴とする。
（５）前記（４）において、前記中間傾斜部分が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする。
（６）前記（４）または（５）において、前記中間傾斜部分が、前記水平梁に冶金的に接合された上流側中間部分と、前記中間支柱に固定された下流側中間部分とから構成され、
前記上流側中間部分と前記下流側中間部分とがフランジ継手によって機械的に接合されていることを特徴とする。
【００１０】
（７）前記（１）乃至（６）の何れかにおいて、前記中間支柱が、上端の方が下端よりも上流側になるように傾斜していることを特徴とする。
（８）前記（１）乃至（７）の何れかにおいて、前記上流側支柱が鉛直に代えて、上端の方が下端よりも下流側になるように傾斜していることを特徴とする。
【００１１】
（９）本発明に係る砂防堰堤は、河床に設置された本堤と、該本堤よりも下流側において河床に設置された副堤と、を有する砂防堰堤であって、
前記本堤は、河床に設置された基礎と、該基礎に固定された請求項１乃至８の何れかに記載の土砂捕捉構造物と、前記土砂捕捉構造物の両側部にそれぞれ対向して河床に設置された本堤本体と、を有し、
前記副堤により堰上げした場合に、少なくとも前記複数の横桟のうち最も上流側にある横桟の下面が、堰上げした水中に没することを特徴とする。
（１０）前記（９）において、 前記副堤には、通水自在な複数の縦スリットが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（ｉ）本発明に係る土砂捕捉構造物は、水平梁の端部と傾斜梁の端部とが接合された位置である屈曲部が、上流側支柱と中間支柱との間に位置しているから、上流側支柱および中間支柱の高さが低い（長さが短いに同じ）場合であっても、上流側支柱と基礎との結合部あるいは中間支柱と基礎との結合部に発生する温度変化に伴う曲げモーメントおよび軸力が低減される。よって、当該土砂捕捉構造物を形成する部材をサイズダウン（小径化、薄肉化）したり、高い強度を有する材料を用いることがなく、製造コストを低減することができる。
また、当該土砂捕捉構造物は水平梁を具備するから、かかる水平梁に設置された横桟は水平に配置されるため、堰上げによって形成された湛水域の水中に当該横桟が水没した際、堆積した土砂の下流端である堆砂肩の当該横桟と基礎面との間からの抜け出しが抑制される。
なお、本発明において、河床とは、常時流水のある河川の底に限定するものではなく、降雨時あるいは梅雨期に限って水流や土石流が形成される地面（傾斜地盤や水平地盤の表面）を含むものである。
【００１３】
（ｉｉ）また、傾斜梁が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜しているから、かかる傾斜梁に設置された横桟は、横スリット状開口部を具備するなだらかな傾斜面を形成するから、当該横スリット状開口部を水は抜けるものの、砂礫、土砂および流木等は引っ掛かり堆積することになる。
（ｉｉｉ）また、傾斜梁が、上流側傾斜部分と下流側傾斜部分とから構成されるから、上流側支柱と中間支柱との距離が拡大し、この間における機械的な接合が容易になる。よって、施工が迅速化し、施工コストを低減することができる。
【００１４】
（ｉｖ）また、傾斜梁が中間傾斜部分と、これよりも傾斜が小さい下流側傾斜部分とから構成されるから、水平梁の上流側端部と、下流側傾斜部分の下流側端部との距離が短縮されるため、下流側支柱と上流側支柱との距離も短縮され、当該土砂捕捉構造物が固定される基礎を小さくすることが可能になる。よって、製造コストおよび施工コストを低減することができる。
（ｖ）中間傾斜部分が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜しているから、前記（ｉｉ）のように土砂の堆積を促進することができる。
（ｖｉ）また、中間傾斜部分が上流側中間部分と下流側中間部分とから構成されるから、上流側支柱と中間支柱との距離が拡大し、この間における機械的な接合が容易になる。よって、施工が迅速化し、施工コストを低減することができる。
【００１５】
（ｖｉｉ）また、中間支柱が上流側に向かって傾斜しているから、中間支柱に生じる曲げモーメントが低減される。よって、当該土砂捕捉構造物を形成する部材をサイズダウン（小径化、薄肉化）したり、高い強度を有する材料を用いることがなくなったりするから、製造コストを低減することができる。
（ｖｉｉｉ）また、上流側支柱が下流側に向かって傾斜しているから、土砂や礫等の衝突による損傷を低減することができる。よって、補修や改修等の保全コストを低減することができる。
【００１６】
（ｉｘ）さらに、本発明に係る砂防堰堤は、前記土砂捕捉構造物が設置された本堤と、副堤とを有するから、副堤によって堰上げされ、湛水域の水中に上流側に配置された横桟が水没するため、堆積した土砂の下流端である堆砂肩が当該横桟と基礎面との間から抜け出すことが抑制される。よって、諸コストを低減することができる、流下する砂礫及び細粒分の土砂を含む土石流を捕捉する砂防堰堤が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施形態１：土砂捕捉構造物］
図１は本発明の実施形態１に係る土砂捕捉構造物を説明するものであって、模式的に示す側面図である。
図１において、紙面の右側を「上流側」および紙面の左側を「下流側」としている。
図１において、土砂捕捉構造物１０００は、河床（図示しない）に設置された基礎９に固定されるものであって、基礎９に立設された複数の骨組み構造１００と、骨組み構造１００に設置された複数の横桟６と、を有している。なお、図１は模式的に示されているため、各部材のアスペクト比（長さと外径との割合）や各部材間の長さ比、横桟６の本数、あるいはフランジ継手の位置や数量（有無を含む）は、図示するものに限定するものではない。
【００１８】
（支柱）
骨組み構造１００は、上流側支柱１と、上流側支柱１よりも下流側において基礎９に立設された中間支柱２と、中間支柱２よりも下流側において基礎９に立設された下流側支柱３と、とを有している。このとき、上流側支柱１と中間支柱２と下流側支柱３とは、同一面内に位置している。
なお、本発明は、上流側支柱１、中間支柱２および下流側支柱３を鋼管に限定するものではなく、形状は、Ｈ形鋼や山形鋼のような形鋼など何れであっもよく、また、材質は問わない。さらに、下流側支柱３の本数は複数であってもよい。
【００１９】
（梁）
上流側支柱１の上部に水平梁４が固定され、中間支柱２の上部および下流側支柱３の上部に傾斜梁５が固定されている。
このとき、傾斜梁５は、上流側の上流側傾斜部分５ａと、中間の中間傾斜部分５ｂと、下流側の下流側傾斜部分５ｃと、から構成され、上流側傾斜部分５ａと中間傾斜部分５ｂとがフランジ継手５５ａによって結合され、中間傾斜部分５ｂと下流側傾斜部分５ｃとがフランジ継手５５ｂによって結合されている。
そして、水平梁４の下流側端部と、傾斜梁５の上流側傾斜部分５ａの上流側端部とが、結合部（屈曲点に同じ）４５において結合されている。
【００２０】
（骨組み構造）
上流側支柱１は、結合部１９において基礎９に固定され、結合部１４において水平梁４に冶金的（溶接）に接合されている。
中間支柱２は、下側の基礎寄り中間支柱２ａと、上側の横桟寄り中間支柱２ｂとから構成され、両者はフランジ継手２２によって接合されている。そして、横桟寄り中間支柱２ｂが結合部２５において中間傾斜部分５ｂに接合されている。
下流側支柱３は、下側の基礎寄り下流側支柱３ａと、上側の横桟寄り下流側支柱３ｂとから構成され、両者はフランジ継手３３によって接合されている。そして、横桟寄り下流側支柱３ｂが結合部３５において下流側傾斜部分５ｃに接合されている。
【００２１】
（横桟）
横桟６は、上流側支柱１と中間支柱２と下流側支柱３とが形成する面に垂直（河川の横断方向であって、紙面の奥行き方向に同じ）に、水平梁４および傾斜梁５に設置されるものである。すなわち、横桟６同士が形成する横スリット状の開口部は、水が通過自在であって、土砂等は通過不能な間隔になっている。なお、個々の横桟６は、１本の鋼管であってもよいし、複数本の鋼管が機械的または冶金的に接合されたものであってもよい。
なお、本発明は、水平梁４および傾斜梁５を鋼管に限定するものではなく、形状は、Ｈ形鋼や山形鋼のような形鋼など何れであっもよく、また、材質は問わない。
【００２２】
（実施例）
図２は、図１に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果であって、（ａ）は発生した曲げモーメントを示す曲げモーメント図、（ｂ）は発生した軸力を数値で示す軸力表示図である。また、比較のため、従来タイプの骨組み構造９００（水平梁と傾斜梁との結合部に中間支柱が接合されている）の構造解析結果を、図２に準じて図３に示す。
【００２３】
なお、いずれも、外径５０８ｍｍ、肉厚９．５ｍｍの鋼管であって上流側支柱１の長さは５００ｍｍ、中間支柱２の長さは１７００ｍｍ、下流側支柱３の長さは４８０８ｍｍ、水平梁４の長さは２２５０ｍｍ、傾斜梁５の長さは７０７１ｍｍである。また、中間支柱２が鉛直となす角度は１１°、下流側支柱３が鉛直となす角度は１１°であるから、傾斜梁５が鉛直となす角度は４５°になっている。
なお、図３における比較する骨組み構造９００は、中間支柱２に代えて、鉛直の中間支柱９０が結合部４５に接合されたものであって、その他は骨組み構造１００に同じである。以下、説明の便宜上、中間支柱９０と基礎９との結合部を結合部９０９と、中間支柱９０と結合部４５との結合部を結合部９４５と称す。
【００２４】
曲げモーメントについて図２の（ａ）と図３の（ａ）とを比較すると、基礎９との結合部において、骨組み構造９００では結合部１９が「−２４３[ｋＮ・ｍ]」で、結合部９０９が「＋２２１[ｋＮ・ｍ]」であるのに対し、骨組み構造１００では結合部１９が「−４８[ｋＮ・ｍ]」で、結合部２９が「−１４２[ｋＮ・ｍ]」と、大幅に小さな値になっている。
軸力について図２の（ｂ）と図３の（ｂ）とを比較すると、骨組み構造９００では水平梁４において「−５８６[ｋＮ]の圧縮力が発生するのに対し、骨組み構造１００では水平梁４において「−１７１[ｋＮ」で、傾斜梁５の結合部４５において「−１４９[ｋＮ]」と、大幅に小さな値になっている。
【００２５】
すなわち、骨組み構造９００では、水平梁４の伸びが、共に鉛直に立設された上流側支柱１と中間支柱９０とによって拘束されるから、水平梁４の軸方向の力（軸力）が大きくなる。このとき、結合部１４、１９、９０９、９４５から形成される矩形は、台形になろうとするものの、かかる台形の高さが低いため、結合部１９、９０９には、大きな曲げモーメントが発生している。
一方、骨組み構造１００では、水平梁４の伸びは、傾斜梁５の傾斜方向に変換され、傾斜梁５の圧縮量として吸収されるため、水平梁４の軸力が大幅に減少している。
また、上流側支柱１と中間支柱２との距離が大きいから、結合部２５（中間支柱２の上端に同じ）に作用する力は小さくなり、さらに、中間支柱２自体も長くなっているから、結合部２９（中間支柱２の下端に同じ）に発生する曲げモーメントも小さくなる。
【００２６】
以上より、骨組み構造１００は、骨組み構造９００に比較して、これを構成する鋼管のサイズダウン（外径の縮小、肉厚の減少）や機械的性質（機械強度等）の低減が可能になり、製造コストが安価になる。
また、水平梁４と基礎９との距離を縮めることができるから、堰上げによって形成された湛水域の水中に横桟６が水没した際、堆積した土砂の下流端である堆砂肩の横桟６と基礎９との間からの抜け出しが抑制される。
さらに、上流側支柱１と中間支柱２との距離が大きいから、この間において、水平梁４同士あるいは傾斜梁５同士をフランジ継手によって接合することが容易になる。よって、施工コストが安価になる。
なお、傾斜梁５の鉛直とのなす角度は４５°以上である（４５°よりもより水平に近づく）ことが望ましい。かかる角度を４５°未満にして大きく立ち上げる（勾配を大きくする）と、対向する横桟６同士が形成する横スリット状の開口部の鉛直方向への投影長さが長くなり、土砂の抜け出しが生じることになる。
【００２７】
［実施形態２：土砂捕捉構造物］
図４は本発明の実施形態２に係る土砂捕捉構造物を説明するものであって、模式的に示す側面図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図４において、土砂捕捉構造物２０００は、河床（図示しない）に設置された基礎９に固定されるものであって、基礎９に立設された複数の骨組み構造２００と、骨組み構造２００に設置された複数の横桟６と、を有している。
【００２８】
（傾斜梁）
傾斜梁７は、上流側の中間傾斜部分７ａと、下流側の下流側傾斜部分７ｂと、から構成され、両者が結合部７７においてフランジ継手によって接合されている。このとき、下流側傾斜部分７ｂが鉛直に対してなす角度が、中間傾斜部分７ａが鉛直に対してなす角度よりも小さくなるように、両者は冶金的に結合されている。そして、中間支柱２の上部が結合部２７において中間傾斜部分７ａに冶金的に接合され、下流側支柱３の上部が結合部３７において下流側傾斜部分７ｂと冶金的に接合されている。
したがって、水平梁４の上流側端部と下流側傾斜部分７ｂの下流側端部との距離が短くなるから、上流側支柱１と下流側支柱３との距離も短縮される。よって、基礎９の流れ方向の距離が短縮され、基礎９が小型になるから、製造コストが安価になる。
なお、図４ではフランジ継手の記載を省略している。
【００２９】
（実施例）
図５は、図４に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果であって、（ａ）は発生した曲げモーメントを示す曲げモーメント図、（ｂ）は発生した軸力を数値で示す軸力表示図である。なお、解析要領や図示要領は実施の形態１（図２）に同じである。
【００３０】
なお、傾斜梁７の中間傾斜部分７ａの長さは２１２１ｍｍ、下流側傾斜部分７ｂの長さは３９１３ｍｍ、である。また、中間傾斜部分７ａが鉛直となす角度は１１°、下流側傾斜部分７ｂが鉛直となす角度は１１°であるから、中間支柱２と中間傾斜部分７ａとの結合部２７は、水平梁４と中間傾斜部分７ａとの結合部４７から、１６５０ｍｍの位置になっている。
【００３１】
曲げモーメントについて図５の（ａ）と図２の（ａ）とを比較すると、基礎９との結合部において、骨組み構造２００では結合部１９が「−４８[ｋＮ・ｍ]」で、結合部７９が「−１４３[ｋＮ・ｍ]」であるのに対し、骨組み構造１００では結合部１９が「−４８[ｋＮ・ｍ]」で、結合部２９が「−１４２[ｋＮ・ｍ]」であるから、両者は略同じ値である。
軸力について図５の（ｂ）と図２の（ｂ）とを比較すると、骨組み構造２００では水平梁４において「−１６９[ｋＮ]」で傾斜梁５の結合部４５において「−１４７[ｋＮ]」であるのに対し、骨組み構造１００では水平梁４において「−１７１[ｋＮ]」で、傾斜梁５の結合部４５において「−１４９[ｋＮ]」と、両者は略同じ値である。
よって、骨組み構造２００は、骨組み構造１００と力学的に同様の作用効果があり、形態的に、基礎９を小型化する効果があるということができる。
【００３２】
［実施形態３：土砂捕捉構造物］
図６は本発明の実施形態３に係る土砂捕捉構造物を説明するものであって、模式的に示す側面図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図６において、土砂捕捉構造物３０００は、河床（図示しない）に設置された基礎９に固定されるものであって、基礎９に鉛直に立設された複数の骨組み構造３００と、骨組み構造３００に設置された複数の横桟６と、を有している。
このとき、上流側支柱８は、上端が下端よりも下流側に傾斜したものであって、これを除く部材は骨組み構造１００に同じである。
したがって、土砂や礫等の衝突による損傷を低減することができる。よって、補修や改修等の保全コストを低減することができる。
【００３３】
（実施例）
図７は、図６に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果であって、（ａ）は発生した曲げモーメントを示す曲げモーメント図、（ｂ）は発生した軸力を数値で示す軸力表示図である。なお、解析要領や図示要領は実施の形態１（図２）に同じである。
なお、上流側支柱８が鉛直となす角度は４５°であって、これを除く部材の大きさや配置は骨組み構造１００に同じである。
【００３４】
骨組み構造３００は、接合部（屈曲部に同じ）４５が上流側支柱８と中間支柱２との間に位置していることから、図７の（ａ）と図３の（ａ）とを比較すると、従来構造である骨組み構造９００に対して曲げモーメントが大幅に低減している。また、図７の（ａ）と図２の（ａ）とを比較すると、骨組み構造１００と略同程度の曲げモーメントが発生している。なお、正確には、曲げモーメントについて骨組み構造１００と比較すると、上流側支柱８の基礎９との結合部８９において僅かに減少するものの、中間支柱２と基礎９との接合部２９、中間支柱２と傾斜梁５との接合部２５、および水平梁４と傾斜梁５との接合部４５、においては少し増加している。
一方、図７の（ｂ）と図２の（ｂ）および図３の（ｂ）とを比較すると、骨組み構造１００および骨組み構造９００よりも、骨組み構造３００では上流側支柱８に大きな軸力が発生している。すなわち、上流側支柱８が水平梁４に鈍角を形成して結合される（直交していない）ため、水平梁４の伸びに伴う軸力の分力が、上流側支柱８の軸力に加わるためと考えられる。
【００３５】
［実施形態４：砂防堰堤］
図８は本発明の実施形態４に係る砂防堰堤を説明するものであって、模式的に示す斜視図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図８において、砂防堰堤４０００は、河床に設置された本堤４１００と、本提４１００よりも下流側において河床に設置された副堤４２００と、を有している。
【００３６】
本堤４１００は、河床（図示しない）に設置された基礎４１１０と、基礎４１１０に固定された土砂捕捉構造物１０００と、土砂捕捉構造物１０００の両側部にそれぞれ対向して河床に設置された本堤本体（袖に同じ）４１２０ａ、４１２０ｂと、を有している。
一方、副堤４２００は、副堤基礎４２１０に副堤本体４２２０が一体的に形成され、幅方向の略中央に縦長で、上方が開口して縦スリット４２３０が形成されている。
また、副堤本体４２２０の鉛直方向の高さは、土砂捕捉構造物１０００の水平梁４に設置された横桟６の最下端の鉛直方向の高さより高くなっている。このため、副堤４２００によって流水を堰上げた場合、形成される湛水域の水中に横桟６の最下端が水没することになる。
【００３７】
（作用）
以上の構成から成る砂防堰堤４０００の作用を以下に簡単に説明する（詳細な説明については特許文献１参照）。本堤４１００は、土石流堆積区間から掃流区間における巨礫を含まない土石流（巨礫が本堤の前面部に集中しないような状態の土砂や砂礫の移動)を対象とするものである。
河川の水の流れにより、副堤４２００によって水流の下流側への流出を制限し、堰上げを発生させ、副堤４２００から本堤４１００の上流に至る湛水域が形成される。そして、この湛水域に土砂が流入してくると、土砂の流入速度が低下することで堆砂肩（土砂や砂礫の堆積物）が形成され、土砂の流入量に応じて堆砂肩が下流に進行する。
【００３８】
やがて、堆砂肩が本堤４１００まで到達すると、土石流により河川を流下する砂礫、土砂および流木が横桟６に引っ掛かり、堆砂肩の下流への進行が停止し、基礎９と最下段の横桟６との隙間が堆砂肩で閉塞することになる。すなわち、堆砂肩の下流への進行は停止し、堆砂が横桟６に沿って高さ方向に進み、徐々にせり上がることになるから、土砂が効果的に捕捉されることになる。
【００３９】
このとき、砂防堰堤４０００は土砂捕捉構造物１０００を有するから、土砂捕捉構造物１０００の奏する前記効果によって、製造コスト、施工コストや保全コストを安価にすると共に、土砂の捕捉効果および構造物の寿命延長によって長期間にわたる地球環境に与える負荷を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る土砂捕捉構造物は、土砂の捕捉効果と共に、製造コスト、施工コストや保全コストを安価にするから、様々な設置場所における各種型式の砂防手段として、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１に係る土砂捕捉構造物を模式的に示す側面図。
【図２】図１に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図３】従来タイプの骨組み構造について温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図４】本発明の実施形態１に係る土砂捕捉構造物を模式的に示す側面図。
【図５】図４に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図６】本発明の実施形態３に係る土砂捕捉構造物を模式的に示す側面図。
【図７】図６に示す土砂捕捉構造物における骨組み構造の一実施例について、温度を３０℃上昇した際の構造解析結果を示す曲げモーメント図と軸力表示図。
【図８】本発明の実施形態４に係る砂防堰堤を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００４２】
１ 上流側支柱
２ 中間支柱
２ａ 基礎寄り中間支柱
２ｂ 横桟寄り中間支柱
３ 下流側支柱
３ａ 基礎寄り下流側支柱
３ｂ 横桟寄り下流側支柱
４ 水平梁
５ 傾斜梁
５ａ 上流側傾斜部分
５ｂ 中間傾斜部分
５ｃ 下流側傾斜部分
６ 横桟
７ 傾斜梁
７ａ 中間傾斜部分
７ｂ 下流側傾斜部分
８ 上流側支柱
９ 基礎
１４ 結合部
１９ 結合部
２２ フランジ継手
２５ 結合部
２７ 結合部
２９ 結合部
３３ フランジ継手
３５ 結合部
３７ 結合部
４５ 結合部
５５ａ フランジ継手
５５ｂ フランジ継手
７７ 結合部
９０ 支柱
１００ 骨組み構造（実施の形態１）
２００ 骨組み構造（実施の形態２）
３００ 骨組み構造（実施の形態３）
１０００ 土砂捕捉構造物（実施の形態１）
２０００ 土砂捕捉構造物（実施の形態２）
３０００ 土砂捕捉構造物（実施の形態３）
４０００ 砂防堰堤（実施の形態４）
４１００ 本堤
４１１０ 基礎
４１２０ａ 本堤本体
４１２０ｂ 本堤本体
４２００ 副堤
４２１０ 副堤基礎
４２２０ 副堤本体
４２３０ 縦スリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通水自在な間隔を空けて配置された複数の横桟と、該複数の横桟が設置される複数の骨組み部分とを有し、河床に設置された基礎に固定される土砂捕捉構造物であって、
前記基礎に鉛直に立設された上流側支柱と、
該上流側支柱よりも下流側において前記基礎に立設された中間支柱と、
該中間支柱よりも下流側において前記基礎に立設された下流側支柱と、
所定の間隔を空けて配置された複数の横桟と、
前記上流側支柱の上部に固定され、前記複数の横桟の一部が設置される水平梁と、
前記中間支柱の上部および前記下流側支柱の上部に固定されて、下流側になるほど高くなるように傾斜した、前記複数の横桟の一部が設置される傾斜梁と、
を有し、
前記水平梁の端部と前記傾斜梁の端部とが、前記上流側支柱と前記中間支柱との間において接合されていることを特徴とする土砂捕捉構造物。
【請求項２】
前記傾斜梁が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする請求項１記載の土砂捕捉構造物。
【請求項３】
前記傾斜梁が、前記水平梁に冶金的に接合された上流側傾斜部分と、前記中間支柱に固定された下流側傾斜部分と、から構成され、
前記上流側傾斜部分と前記下流側傾斜部分とがフランジ継手によって機械的に接合されていることを特徴とする請求項１または２記載の土砂捕捉構造物。
【請求項４】
前記傾斜梁が中間傾斜部分と下流側傾斜部分とから構成され、
前記下流側傾斜部分が鉛直に対してなす角度が、前記中間傾斜部分が鉛直に対してなす角度よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の土砂捕捉構造物。
【請求項５】
前記中間傾斜部分が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする請求項４記載の土砂捕捉構造物。
【請求項６】
前記中間傾斜部分が、前記水平梁に冶金的に接合された上流側中間部分と、前記中間支柱に固定された下流側中間部分とから構成され、
前記上流側中間部分と前記下流側中間部分とがフランジ継手によって機械的に接合されていることを特徴とする請求項４または５記載の土砂捕捉構造物。
【請求項７】
前記中間支柱が、上端の方が下端よりも上流側になるように傾斜していることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の土砂捕捉構造物。
【請求項８】
前記上流側支柱が鉛直に代えて、上端の方が下端よりも下流側になるように傾斜していることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の土砂捕捉構造物。
【請求項９】
河床に設置された本堤と、該本堤よりも下流側において河床に設置された副堤と、を有する砂防堰堤であって、
前記本堤は、河床に設置された基礎と、該基礎に固定された請求項１乃至８の何れかに記載の土砂捕捉構造物と、前記土砂捕捉構造物の両側部にそれぞれ対向して河床に設置された本堤本体と、を有し、
前記副堤により堰上げした場合に、少なくとも前記複数の横桟のうち最も上流側にある横桟の下面が、堰上げした水中に没することを特徴とする砂防堰堤。
【請求項１０】
前記副堤には、通水自在な複数の縦スリットが形成されていることを特徴とする請求項９記載の砂防堰堤。
【請求項１】
通水自在な間隔を空けて配置された複数の横桟と、該複数の横桟が設置される複数の骨組み部分とを有し、河床に設置された基礎に固定される土砂捕捉構造物であって、
前記基礎に鉛直に立設された上流側支柱と、
該上流側支柱よりも下流側において前記基礎に立設された中間支柱と、
該中間支柱よりも下流側において前記基礎に立設された下流側支柱と、
所定の間隔を空けて配置された複数の横桟と、
前記上流側支柱の上部に固定され、前記複数の横桟の一部が設置される水平梁と、
前記中間支柱の上部および前記下流側支柱の上部に固定されて、下流側になるほど高くなるように傾斜した、前記複数の横桟の一部が設置される傾斜梁と、
を有し、
前記水平梁の端部と前記傾斜梁の端部とが、前記上流側支柱と前記中間支柱との間において接合されていることを特徴とする土砂捕捉構造物。
【請求項２】
前記傾斜梁が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする請求項１記載の土砂捕捉構造物。
【請求項３】
前記傾斜梁が、前記水平梁に冶金的に接合された上流側傾斜部分と、前記中間支柱に固定された下流側傾斜部分と、から構成され、
前記上流側傾斜部分と前記下流側傾斜部分とがフランジ継手によって機械的に接合されていることを特徴とする請求項１または２記載の土砂捕捉構造物。
【請求項４】
前記傾斜梁が中間傾斜部分と下流側傾斜部分とから構成され、
前記下流側傾斜部分が鉛直に対してなす角度が、前記中間傾斜部分が鉛直に対してなす角度よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の土砂捕捉構造物。
【請求項５】
前記中間傾斜部分が鉛直に対して、４５°以上の角度を形成して傾斜していることを特徴とする請求項４記載の土砂捕捉構造物。
【請求項６】
前記中間傾斜部分が、前記水平梁に冶金的に接合された上流側中間部分と、前記中間支柱に固定された下流側中間部分とから構成され、
前記上流側中間部分と前記下流側中間部分とがフランジ継手によって機械的に接合されていることを特徴とする請求項４または５記載の土砂捕捉構造物。
【請求項７】
前記中間支柱が、上端の方が下端よりも上流側になるように傾斜していることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の土砂捕捉構造物。
【請求項８】
前記上流側支柱が鉛直に代えて、上端の方が下端よりも下流側になるように傾斜していることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の土砂捕捉構造物。
【請求項９】
河床に設置された本堤と、該本堤よりも下流側において河床に設置された副堤と、を有する砂防堰堤であって、
前記本堤は、河床に設置された基礎と、該基礎に固定された請求項１乃至８の何れかに記載の土砂捕捉構造物と、前記土砂捕捉構造物の両側部にそれぞれ対向して河床に設置された本堤本体と、を有し、
前記副堤により堰上げした場合に、少なくとも前記複数の横桟のうち最も上流側にある横桟の下面が、堰上げした水中に没することを特徴とする砂防堰堤。
【請求項１０】
前記副堤には、通水自在な複数の縦スリットが形成されていることを特徴とする請求項９記載の砂防堰堤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２４３１９６（Ｐ２００９−２４３１９６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９２４９４（Ｐ２００８−９２４９４）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００１７３６８１）財団法人砂防・地すべり技術センター (10)
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００１７３６８１）財団法人砂防・地すべり技術センター (10)
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
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