JP2013151831A - 荷重軽減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置される構造物の荷重を簡易に軽減することができる荷重軽減装置を提供すること。
【解決手段】水中に保持される浮体２と、荷重軽減対象構造物の支持部分に取り付けるフランジ構造のプレート座３、プレート座３の一端から水中の浮体２に向けて延びて浮体２を支持する中間支柱部４、および中間支柱部４の先端側で浮体２を水中に保持する水中支持部５を有した浮体支持部１０と、を備える。プレート座３は、荷重軽減装置構造物の支持部分に固定してもよいし、この支持部分と基礎構造物などの下部構造との間に挟んでもよい。水中支持部５は、網状部材や籠状部材によっても実現できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、橋や貯水槽の覆蓋などの構造物の荷重を、浮体の浮力によって軽減する荷重軽減装置に関するものである。

従来、橋や貯水槽の覆蓋などの構造物を設置する場合、この構造物の設置側の躯体設備、たとえば構造物が設置される部分の基礎や貯水槽の上部などの躯体設備の耐荷重性能を高める構造としていた。

なお、特許文献１，２には、浮体を用いて構造物を水上に浮かべる太陽光発電装置や水質浄化装置が記載されている。

特開２００９−２０２６９７号公報 特開平８−２６８３８３号公報

ところで、上述した構造物が設置される側の躯体設備は、設置される構造物の荷重が大きくなるにしたがって、耐積載荷重性能、耐震性能、さらには耐風荷重を高めた構造とする必要があった。

また、構造物の耐震基準などの変更などによって、耐震性能を高める必要が生じた場合、上述した躯体設備に対して補強工事を実施しなければならなかった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設置される構造物の荷重を簡易に軽減することができる荷重軽減装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる荷重軽減装置は、水中に保持される浮体と、荷重軽減対象構造物の支持部分に取り付けるフランジ構造のプレート座、該プレート座の一端から水中の前記浮体に向けて延びて該浮体を支持する中間支柱部、および該支持部の先端側で前記浮体を水中に保持する水中支持部を有した浮体支持部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、水中に保持される複数の浮体を備え、前記浮体支持部は、前記プレート座の異なる端部からそれぞれ水中の各浮体に向けて延びて各浮体を支持する複数の中間支柱部、および該複数の中間支柱部の先端側でそれぞれ各浮体を水中に保持する複数の水中支持部を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記浮体および前記浮体支持部は複数であり、各水中支持部の先端側あるいは各中間支柱部の先端側を連結する連結部を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記水中支持部は、リング状部材であり、該リング状部材の鉛直下端部に前記浮体を取り付けることを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記水中支持部は、前記浮体を包む弾性の網であり、該網の一端が前記中間支柱部の先端に取り付けられることを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記水中支持部は、前記浮体を包む籠状部材であることを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記水中支持部は、鉛直下方側が開放した籠状部材であり、該籠内に前記浮体が取り込まれることを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記浮体は、前記中間支柱部の先端側を貫通する貫通孔を備え、前記水中支持部は、水中に位置する部分にストッパーを有し、該ストッパーよりも鉛直下方部分が前記貫通孔に挿通されることを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記浮体は、鉛直方向に延びた略柱状体であることを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記浮体は、複数の小浮体からなることを特徴とする。

また、この発明にかかる荷重軽減装置は、上記の発明において、前記浮体は、伸縮可能な部材で形成されたバルーンであり、前記浮体に吸排管が接続され、該吸排管を介して前記浮体内の気体充填量を調整して該浮体の体積を変化させることを特徴とする。

この発明によれば、水中支持部によって水中に保持された浮体の浮力によって、荷重軽減対象構造物の荷重を軽減するようにしているので、荷重軽減対象構造物の耐荷重性能や耐震性能を高める必要がない。

図１は、この発明の実施の形態１にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図２は、図１に示した荷重軽減装置を橋に適用した場合の構成を示した模式図である。 図３は、この発明の実施の形態２にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図４は、この発明の実施の形態３にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図５は、この発明の実施の形態４にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図６は、この発明の実施の形態５にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図７は、この発明の実施の形態６にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図８は、この発明の実施の形態７にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図９は、この発明の実施の形態８にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図１０は、この発明の実施の形態９にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図１１は、この発明の実施の形態１０にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す模式図である。 図１２は、荷重軽減装置をクレーンに適用した場合での発明の実施の形態１１の概要構成を示す模式図である。 図１３は、貯水槽の覆蓋に太陽電池装置を取り付けた場合での発明の実施の形態１２の概要構成を示す模式図である。 図１４は、貯水槽に荷重軽減装置、覆蓋、および太陽電池装置を配置する手順を示す模式図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる荷重軽減装置の概要構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した荷重軽減装置を橋に適用した場合の構成を示した模式図である。図１に示すように、荷重軽減装置１は、浮体２と、浮体支持部１０とを有する。浮体支持部５は、荷重軽減対象構造物の支持部分に取り付けられるフランジ構造のプレート座３と、プレート座３の一端から水中の浮体２に向けて延びて浮体２を支持する中間支柱部４と、中間支柱部４の先端側で浮体２を水中に保持する水中支持部５とを有する。水中支持部５には、浮体２が取り付けられる。

水中支持部５は、リング状部材であり、このリング状部材の鉛直下端部に浮体２を取り付けるフックなどの浮体直接支持部５ａを有する。浮体２は、バルーンなどの弾性部材であってもよいし、樹脂などで形成された剛性部材であってもよい。この浮体２の大きさは、水中支持部５のリング内に収まるようにしている。

プレート座３は、図２に示すように橋脚１０２のベースプレート部１０２ｂに取り付けるための複数の貫通孔３ａを有する。また、中間支柱部４は、パイプ状をなすが、型鋼であってもよい。プレート座３と中間支柱部４とは、リブ３ｂが取り付けられ、プレート座３と中間支柱部４との剛性を維持できるようにしている。

図２に示すように、荷重軽減対象構造物は、川を跨ぐように設けられた橋１００である。橋１００は、橋桁１０１と、この橋桁１０１を支持する橋脚１０２とを有している。この橋脚１０２は、橋桁１０１を直接支持する支柱部１０２ａと、支柱部１０２ａの下側に形成されたベースプレート部１０２ｂとからなっており、このベースプレート部１０２ｂが基礎構造物１０４によって支持されている。ベースプレート部１０２ｂは、基礎構造物１０４にアンカーボルト１１１で固定されている。

荷重軽減装置１のプレート座３は、ベースプレート部１０２ｂにアンカーボルト１１１で固定されている。プレート座３の貫通孔３ａは、プレート座３をベースプレート部１０２ｂに固定する際にアンカーボルト１１１を通過させるための孔である。即ち、ベースプレート部１０２ｂを基礎構造物１０４に固定するためのアンカーボルト１１１は、プレート座３をベースプレート部１０２ｂに固定するためにも用いられている。

また、中間支柱部４は、浮体２の全部が水面Ｗ下（水中）に位置するような長さ寸法を有しており、さらに、浮体２および水中支持部５が基礎構造物１０４の壁面に接触しないように配置されている。

なお、プレート座３には、図１に示すような、切り欠き溝３ｃが設けられており、プレート座３をベースプレート部１０２ｂに接合する際にこの切り欠き溝３ｃに支柱部１０２ａを挟み込むことが可能になっており、これによりプレート座３とベースプレート部１０２ｂの接合面積を大きくしている。

荷重軽減装置１をベースプレート部１０２ｂに固定することによって、浮体２の浮力Ｆ２がベースプレート部１０２ｂを介して伝達され、荷重軽減装置１の自重と橋１００の積載荷重とを加えた荷重Ｆ１から浮力Ｆ２を軽減した荷重Ｆ３が基礎構造物１０４にかかることになる。この結果、橋１００の実質的な荷重が軽減され、基礎構造物１０４の耐積載荷重構造、耐震構造、および耐風荷重構造を簡易な構造とすることができる。なお、負荷軽減装置１の自重と橋１００の荷重とを加えた荷重Ｆ１をを超えることがない浮力Ｆ２であることが条件となる。すなわち、｜Ｆ１｜＞｜Ｆ２｜の関係が保たれ、橋１００が安定して配置されることが必要である。

なお、プレート座３は、ベースプレート部１０２ｂの上面に取り付けるようにしているが、ベースプレート部１０２ｂと基礎構造物１０４との間で挟まれるように配置してもよい。また、基礎構造物１０４の地耐力が地崩れなどにより一時的に低下した場合、アンカーボルト１１１の機能が失われる。この場合、応急処置としてプレート座３をベースプレート部１０２ｂに結合することにより、基礎構造物１０４に与える荷重を軽減することができる。

ここで、橋桁１０１の中央下部から荷重を軽減しようとする場合、橋桁１０１の中央下部に荷重軽減装置１と同様な装置を取り付けることが考えられる。この場合、荷重軽減装置１と同様な装置を取り付ける構造が複雑になり、かつ、橋桁１０１が高所にあるために取り付け作業も容易ではない。これに対し、荷重軽減装置１を用いると、軽減対象物による基礎構造物１０４への荷重負荷軽減を、簡易な構成で、かつ容易な作業で行うことができる。たとえば、荷重軽減装置１をベースプレート部１０２ｂに取り付けるという地上作業のみで、容易に荷重負荷軽減を行うことができる。

（実施の形態２）
図３に示すように、この実施の形態２では、水中支持部５に替えて、浮体２を包む弾性の網である水中支持部１５としている。網の一端は、中間支柱部４の先端に設けられた浮体直接支持部としての孔１５ａに取り付けられる。網に包まれた浮体２は水中で水面Ｗ側に上昇し、孔１５ａを介して浮力をプレート座３側に伝達する。このような構造とすることによって、浮体直接支持部の構造を簡易なものとすることができる。

（実施の形態３）
図４に示すように、この実施の形態３では、水中支持部５に替えて、浮体２を包む籠状部材である水中支持部２５としている。この籠状部材は、図１に示したリング状部材を複数としてそれぞれが交差するように配置している。ここで、浮体２は、籠状部材には固定されず、籠状部材が形成する空間Ｅ２５内で自由に移動できる状態で配置される。このような構造とすることによって、浮体２に水平荷重がかかってもクリアランスにより、中間支柱部４に与えるモーメントを軽減することができる。

（実施の形態４）
図５に示すように、この実施の形態４では、水中支持部５に替えて、鉛直下方側が開放した籠状部材である水中支持部３５としている。浮体２は、この籠状部材に固定されず、この籠状部材が形成する空間Ｅ３５内で自由に移動できる状態で配置される。ただし、籠状部材は、鉛直上方が閉じているため、水中では、浮体２の鉛直上方への移動が制限される。このような構造とすることによって、浮体２の取付が容易となる。

（実施の形態５）
図６に示すように、この実施の形態５では、浮体２に替えて、浮体２の中心を貫通する貫通孔１２ａを有した浮体１２を用いている。この浮体１２の貫通孔１２ａには、中間支柱部４の先端側に延びた状態で取り付けられた水中支持部４５が挿通され、中間支柱部４と水中支持部４５との間に設けられたストッパー４５ａによって、浮体１２の鉛直上方への移動を制限する。また、ストッパー４５ａは、荷重軽減装置が配置された場合、水中となる位置に配置される。このような構造とすることによって、浮体２の取付が容易になるとともに、水中支持部の構造も簡易なものとなる。

（実施の形態６）
図７に示すように、この実施の形態６では、実施の形態５の球状の浮体１２に替えて、鉛直下方に延びた略柱状体の浮体２２としている。この浮体２２には、貫通孔１２ａに対応する貫通孔２２ａが形成されている。また、ストッパー４５ａを有した水中支持部４５に対応する、ストッパー５５ａを有した水中支持部５５が設けられている。このような構造とすることによって、浮体の水平方向の幅を小さくできるため、壁面近傍に浮体を配置することができるとともに、プレート座３の水平方向距離を短くすることができる。

（実施の形態７）
この実施の形態７では、浮体２，１２，２２に替えて、複数の小浮体としている。たとえば、図８に示すように、図４に示した水中支持部２５内に包まれる浮体２に替えて、複数の小浮体２３を空間Ｅ２５内に配置している。ただし、網状部材は、各小浮体２３が網状部材の間隙から飛び出さないようにしている。

（実施の形態８）
この実施の形態８では、浮体２を伸縮可能なバルーンで形成するとともに、浮体２内への気体の供給および排出を行うポンプなどによって実現される吸排装置３２を設けるとともに、この吸排装置３２と浮体２との間を接続する吸排管３１を設けている。たとえば、図９に示すように、図５に示した浮体２をバルーンとし、吸排装置３２から吸排管３１を介して浮体２に対する気体の供給および排出を行うことができるようにしている。浮体２に気体を供給するとバルーンが膨らんで体積が増大し、浮力が増大する。一方、浮体２から気体を排出するとバルーンが縮んで体積が減少し、浮力が減少する。このような構造とすることによって、可変的な浮体の浮力のコントロールが可能となる。

（実施の形態９）
上述した実施の形態１〜８では、荷重軽減装置がそれぞれ単独で荷重軽減対象構造物の荷重を軽減するようにしていたが、この実施の形態９では、図１０に示すように、水中に保持される複数で一対の浮体２２を備え、１つのプレート座４１の異なる端部からそれぞれ水中の各浮体２２に向けて延びて各浮体２２を支持する複数の中間支柱部４、および該複数の中間支柱部４の先端側でそれぞれ各浮体２２を水中に保持する複数の水中支持部５５を備えるようにしている。すなわち、浮力が伝達されるベースプレート部１０２ｂに取り付けられるプレート座４１を１つとし、プレート座４１が、両端から各浮体２２の浮力を受けるようにしている。これによって、プレート座４１に対して各浮体２２からの浮力をバランスよく受けることができ、プレート座４１に対するモーメントを相殺することができる。

（実施の形態１０）
上述した実施の形態１〜８では、荷重軽減装置がそれぞれ単独で荷重軽減対象構造物の荷重を軽減するようにしていたが、この実施の形態１１では、図１１に示すように、水中で、各水中支持部５５の先端側あるいは各中間支柱部４の先端側を連結する連結部５１を設けている。なお、図１１では、連結部５１が各水中支持部５５の先端を接合するようにしている。このような連結部５１を設けることによって、各プレート座４２に対する浮体２２のモーメントを相殺することができる。なお、実施の形態９，１０では、図７に示した荷重軽減装置に対応したものを示したが、これに限らず、上述した各実施の形態における荷重軽減装置を適宜適用することができる。

（実施の形態１１）
上述した実施の形態１〜１０では、荷重軽減装置を橋１００に適応した場合について説明したが、図１２に示すように、たとえば、港湾に配置されたクレーン２００に適用することもできる。フック２０１を有するクレーン２００は、支柱部２０２ａとベースプレート部２０２ｂからなる脚２０２を有しており、ベースプレート部２０２ｂが基礎構造物２０４によって支持されている。このベースプレート部２０２ｂの上面に、荷重軽減装置１のプレート座３を、アンカーボルト２１１によってベースプレート部２０２ｂと共に固定することによって、浮体２の浮力がベースプレート部２０２ｂに伝達し、クレーン２００の荷重を軽減することができる。

（実施の形態１２）
この実施の形態１２では、荷重軽減対象構造物である貯水槽の覆蓋３００に対して上述した実施の形態で示した荷重軽減装置を適用している。図１３に示すように、この覆蓋３００は、覆蓋本体３０１にベース３０４が結合されて一体化されており、覆蓋本体３０１は、鉛直上方に内部が凸形状をなし、上面が水平に対して傾斜しており、この傾斜面にさらに太陽電池装置３０２が取り付けられる。なお、この覆蓋３００は、たとえば、ＦＲＰなどの樹脂で形成されている。ベース３０４は、覆蓋本体３０１を、貯水槽３０６の槽側壁３０５上面に設置するためのものである。各荷重軽減装置１のプレート座３は、このベース３０４と槽側壁３０５の上面との間に挟まれ、各浮体２による浮力によって覆蓋３００の荷重を軽減する。特に、貯水槽３０６に設置された覆蓋３００の上部傾斜面に太陽電池装置３０２を追加配置することによって荷重が増大する場合であっても、荷重軽減装置を用いることによって、太陽電池装置３０２が設けられていない覆蓋と同様に配置することができ、貯水槽３０６の槽側壁３０５に対して三角リブ４０１を設けるなどの補強工事をしなくてもよい。なお、貯水槽に限らず、汚泥処理槽などにも適用できる。

ここで、図１４に示すように、各荷重軽減装置１の組み込みは、まず、覆蓋３００を図示しないクレーンなどによって吊り上げ、この状態で、各荷重軽減装置１のプレート座３を覆蓋３００のベース３０４にボルトなどによって予め固定しておく。その後、各荷重軽減装置１と覆蓋３００を下降させ、各荷重軽減装置を覆蓋３００と槽側壁３０５との間に配置する。その後、太陽電池装置３０２を覆蓋３００の上部に配置する。

なお、上述した各実施の形態は、適宜組み合わせが可能である。

１ 荷重軽減装置
２，１２，２２ 浮体
３，４１，４２ プレート座
３ａ，１２ａ，２２ａ 貫通孔
４ 中間支柱部
５，１５，２５，３５，４５，５５ 水中支持部
５ａ 浮体直接支持部
１０ 浮体支持部
２３ 小浮体
３１ 吸排管
３２ 吸排装置
４５ａ，５５ａ ストッパー
５１ 連結部
１００ 橋
１０１ 橋桁
１０２ 橋脚
１０２ａ 支柱部
１０２ｂ ベースプレート部
１０４，２０４ 基礎構造物
１１１，２１１ アンカーボルト
２００ クレーン
２０１ フック
２０２ 脚
２０２ａ 支柱部
２０２ｂ ベースプレート部
３００ 覆蓋
３０１ 覆蓋本体
３０２ 太陽電池装置
３０４ ベース
３０５ 槽側壁
３０６ 貯水層

Claims (11)

1. 水中に保持される浮体と、
   荷重軽減対象構造物の支持部分に取り付けるフランジ構造のプレート座、該プレート座の一端から水中の前記浮体に向けて延びて該浮体を支持する中間支柱部、および該支持部の先端側で前記浮体を水中に保持する水中支持部を有した浮体支持部と、
   を備えたことを特徴とする荷重軽減装置。
2. 水中に保持される複数の浮体を備え、
   前記浮体支持部は、前記プレート座の異なる端部からそれぞれ水中の各浮体に向けて延びて各浮体を支持する複数の中間支柱部、および該複数の中間支柱部の先端側でそれぞれ各浮体を水中に保持する複数の水中支持部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の荷重軽減装置。
3. 前記浮体および前記浮体支持部は複数であり、
   各水中支持部の先端側あるいは各中間支柱部の先端側を連結する連結部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の荷重軽減装置。
4. 前記水中支持部は、リング状部材であり、該リング状部材の鉛直下端部に前記浮体を取り付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の荷重軽減装置。
5. 前記水中支持部は、前記浮体を包む弾性の網であり、該網の一端が前記中間支柱部の先端に取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の荷重軽減装置。
6. 前記水中支持部は、前記浮体を包む籠状部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の荷重軽減装置。
7. 前記水中支持部は、鉛直下方側が開放した籠状部材であり、該籠内に前記浮体が取り込まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の荷重軽減装置。
8. 前記浮体は、前記中間支柱部の先端側を貫通する貫通孔を備え、
   前記水中支持部は、水中に位置する部分にストッパーを有し、該ストッパーよりも鉛直下方部分が前記貫通孔に挿通されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の荷重軽減装置。
9. 前記浮体は、鉛直方向に延びた略柱状体であることを特徴とする請求項８に記載の荷重軽減装置。
10. 前記浮体は、複数の小浮体からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の荷重軽減装置。
11. 前記浮体は、伸縮可能な部材で形成されたバルーンであり、
    前記浮体に吸排管が接続され、該吸排管を介して前記浮体内の気体充填量を調整して該浮体の体積を変化させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の荷重軽減装置。

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