JPH01125407A - 可動板型消波用潜堤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、例えば漁港、一般港、海洋に面するマリーナ
や原子力発電所等の諸設備を保護する防波堤の開口海域
に、あるいは静穏度の高い人工的な内海域を形成する海
域などに沈設されて用いられた場合に好適な新規な構造
の可動板型消波用潜堤に関するものである。

「従来の技術とその問題点」 近年、景観上の観点から人工リーフ、潜堤などの没水型
海域制御構造物が見直されている。しかし、これら従来
型の没水構造物の場合、一定の防波効果を得るには、潜
堤の天端を水面近くまで持ってくる必要があり、しかも
堤体幅も大きくする必要があるで、大断面構造物となり
、対費用効果の面からも問題があった。

ところで、一定の防波（消波）効果を得るために必要な
、海面から潜堤の天端までの水深並びに堤体幅等につい
ては、波高や波長との間に次のような相関性があること
が知られている。

例えば、第１５図において、潜堤Ｓの天端水深をＲ１入
射波高をＨｉ　とした場合、入射波が潜堤を越えて内側
へ侵入してくる度合を示すいわゆる透過率ＫＴを、０．
５以下にするには、堤体幅によっても異なる　（堤体幅
が大きい程よく消える）が、Ｒ／Ｈｉ＜０．５〜１．５
とする必要がある。したがって、仮に５炭の波高の波を
消すには、Ｒ＝２．５〜７５肩、すなわち水深ｈ−２０
とすると、水深の約６０〜９０％までを潜堤で埋める必
要があるこ＝２− とになる。そうした場合、潜堤本来の重要な機能である
天端」二の水深Ｒを確保する］−て大きな問題が生じる
。

一方、堤体幅をＢ、入射波長を１．とした場合、Ｂ／Ｌ
＞０．５とすることが必要であり、これ以下では波はほ
とんど透過してしまう。したがって、大きな波高の波（
−波長も長い）を消すには、堤体幅も大きくする必要が
ある。なお、通常の設計波は波長５０〜１５０ｍ程度を
基準にしている。

「発明の目的」 そこで、本発明は、上記したような種々の問題点を持つ
従来型の潜堤を根本的に改良し、本来的に潜堤に要求さ
れる機能、即ち、潜堤の天端」−の水深の確保と消波効
率並びに提体幅なととの関係においていずれの点も改善
でき、しかも小断面構造物となって、対費用効果の面で
も改善できろ新規な構造の可動板型消波用潜堤を提供す
ることを目的としている。

「問題点を解決するための手段」 本発明による可動板型消波用潜堤は、水面下に位置し、
波による水面の変化に応答して上下動可能に配置された
可動板と、この可動板を定位置に戻すための復元力を与
えるばね系と、ＭＯ記記動動板上下運動に伴って波のエ
ネルギー損失を生じさせる減衰機構とを備えた構成とし
ている。

１作用　」 波による水面の変化、即ち、入射・散乱波等による波力
を受けた可動板は、ばね系の作用により波の周期に応じ
た上下往復運動をする。そしてその運動に伴って放射波
が可動板より発生する。その放射波は、水面に達して表
面波となるときに、入射・散乱波と位相差を持つことに
なる。そして、入射・散乱波と放射波が重合し、この結
果、透過側で入射・散乱波の峰と放射波の谷が重なって
互いに打ち消しあう。また、入射波が持っていたエネル
ギーの一部は、減衰機構のする仕事に消費され、全体と
して波のエネルギーが減少する。

「実施例」 まず、本発明の理解の便宜のために、本発明に至る経緯
について説明し、その後、本発明の具体的実施例の説明
に移行する。

本発明の発明者等は、前述した潜堤の問題点を解決する
ために、既に、可撓性膜を利用した袋体による潜堤（人
工礁）（特願昭６０−２８０７９０号）を発明し、これ
を提案した。この発明は、膜にすることで、大断面の構
造物が安価にできること、海洋レジャー等に対する安全
性が高いことなどに着目したもので、この水理性能の確
認や解析のために、造波水槽を用いて模型実験を行った
。

ところが、第１５図及び第！６図に示すように、比較の
ために行った不動（剛体）型潜堤の場合の実験ではほと
んど波が透過してしまうが（透過率ＫＴ＝１）、同じ形
状で袋体のような可撓性にずろと逆に透過率が下がる場
合があるという全く予期せぬ結果を得た。しかも図から
分かるように天端水深Ｒと入射波高Ｈｉ　との比Ｒ／　
Ｈｉか大きい、換言すれば相対的に天端水深Ｒが大きい
方か透過率が低いという従来の潜堤に関する知識からは
想像できない結果を得た。また、図による説明は省略す
るが、砕波しないのにかなりのエネルギー損失が生じて
いることもわかった。これは極めて重要な研究成果であ
り、言わば、没水率（天端水深Ｒと水深りとの比）が大
きくても波のエネルギーを消費させ、透過率を下げるこ
とが可能であるということを意味している。

このメカニズムを解明することができれば、より経済的
な波浪制御構造物を開発することが可能となる。図に示
す結果の他にも、膜の質量あるいは内部圧力を変えると
特性が大きく変化する等の結果も得ているが、これらの
結果を総合的に検討した結果、このメカニズムとして次
のような仮説を立てた。

（ｉ）　　膜構造物が一種の振動系になっており、膜の
質量あるいは内部圧力を変えることは固有周期を変える
ことに等しい。そして膜が振動することが重要で、振動
で生じるｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｗａｖｅ（放射波）と入
射・散乱波との位相差により透過率が下がる。

（１１）砕波しない場合の波のエネルギー損失は、振動
系として膜が持つ減衰機構（ダンパー）のする仕事によ
って生じる。

そして、この仮説を確かめるためには、第１図に示すよ
うな単純化したモデルにより理論的に検討するのが最も
良いとの結論に達した。

以上が本発明の研究を始めた動機であるが、実際に理論
を構築して計算してみると、」二の仮説か検証されたの
みならず、以下に述べるように、この単純化モデル自体
が極めて良好な性能を持つことが明らかとなった。そこ
でこれを可動板型消波用潜堤と名付け、本発明提案に至
った。

以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
る。

第１図は本発明の可動板型消波用潜堤を原理的に表現し
ている概念図であり、次の第２図及び第３図がその具体
的実施例を示す平面図及び縦断面図である。これら図に
おいて、全体として符号Ｉで示されるものが可動板型消
波用潜堤（以下単に潜堤と称する）であり、従来の潜堤
と同様、沈設すべき海域や港域の海底２に設置される。

この実施例で示ず潜堤１は、第２図及び第３図に示すよ
うに、上面が開口した偏平な矩形箱状の枠体３と、この
枠体３の上面開口部を覆う形態で水平に、かつ、枠体３
内で」１下動可能に配置された矩形板状の可動板４と、
この可動板４と枠体３との間に設けられ、前記可動板４
を定位置に戻すための復元力を与えるばね系５と、同じ
く可動板４と枠体３との間に設（づられ、前記可動板４
の」二下動を抑制するための（即ち上下動に伴って波の
エネルギー損失を生じさせる）減衰機構６とを備えた構
成とされている。

前記枠体３は、海底２の定位置に安定的に設置できるよ
うに海水よりも比重が大きくかつ耐腐食性のある材料、
例えばコンクリートにより形成されており、また、前記
可動板４も、やはり耐腐食性のあるコンクリートあるい
は防錆対策の施された鋼板等により形成されている。前
記ばね系５は、この実施例ではコイルスプリングにて構
成され、図示のように四隅近くと中間部に間隔をおいて
配設されかつ、可動板４と枠体３の底板との間に介装さ
れてそれ自体が可動板４を」１下動可能に支持する構成
となっている。また、前記減衰機構６は、オイルダンパ
ーにて構成され、枠体３の底板及び可動板４を連結する
形聾で前記ばね系５の間に間隔をおいて複数個配設され
ている。

可動板４の周囲には、この可動板４の周囲と枠体３の内
壁との間に形成されている間隙を密閉して枠体３内を液
密に保ち、かつ、可動板４の上下動を許容する構成の防
水膜７が設けられ、これにより枠体３の内部には空気室
８が形成されている。

この防水膜７としては、図示のようにその両側部をそれ
ぞれ枠体３と可動板４とに固定し、中間部に余裕を持た
せて可動板４の上下動を許容さＨ゛ろ構成、あるいは防
水膜７自体を伸縮性のある材料で形成しておく構成など
が適用される。

このように構成された可動板型消波用潜堤にあっては、
可動板４に入射・散乱波による波力が作用すると、可動
板４は波の周期に応じた」二下運動を行うが、可動板４
自体は等間隔をおいて配された複数のばね系５及び減衰
機構６等によって枠体３に水平に支持されているので、
その」二下運動か円滑に行なわれる。この際、ばね系５
は主として可動板４を定位置に戻すいわゆる復元力を与
える作用を発揮し、減衰機構６は可動板４の上下運動を
抑制する、即ち可動板の上下運動に負荷を与える作用を
発揮する。なおこのとき、枠体３内に存在する空気室８
には、可動板４の上下運動に基づいて内圧変化か生じる
ので、この空気室８は可動板４を支持しているばね系５
と同様の作用を発揮することになる。可動板４の上下運
動により、可動板４から放射波が発生してそれが海面に
達し、いわゆる表面波として海面」二を広が西。この表
面波、即ち放射波のうち、海面上を透過側（潜堤の内側
海域）へ広がる放射波と、潜堤上を進行してきた入射・
散乱波とは略同一方向へ進行し、かつ双方の波はそれら
の波の発生条件等から進行速度や周期等は同一となるが
、位相差はむしろ異なる場合か多いので、これにより入
射・散乱波の峰と放射波の谷とか透過側において重なる
現象が起こり、互いに打ち消しあうことになる。従って
、透過側における入射・散乱波の波高はその分、小さく
なる。一方、潜堤上へ進行してきた入射波が持ってｌＯ
− いたエネルギーの一部は、主に可動板４を押し下げると
きに減衰機構６のする仕事によって消費され、この結果
、波のエネルギーそのものか減少することになる。この
ように可動板を備えた潜堤１は、透過側において波高を
小さくし、かつ波のエネルギーそのものをも減少（損失
）させるという作用を同時に発揮するため、その相乗効
果として極めて効果的な消波作用を備える構造となる。

第４図及び第５図は、本発明の第２実施例を示すもので
、この実施例では、耐海水性の減衰機構（オイルダンパ
ー）６ａを使用することで空気室を不要とし、かつ、枠
体３の代わりに床板Ｉ＋を使用することで簡素化を図っ
たものである。このような構造にした場合、第１実施例
のいわゆる密閉式に比べて保守管理を容易に行える利点
がある。

第６図ないし第８図は、本発明の第３実施例を示すもの
で、この実施例では、可動板４の上下動を抑制する減衰
機構として、第１実施例のようにオイルダンパーを設け
る代イつりに、枠体３の側壁部分に複数の透水孔９を設
けて、いイつゆる流体ダンパーによる減衰機構ＩＯを構
成したものである。

したがって、この潜堤の設置状態においては枠体３内は
海水で満たされ、また、可動板４の周囲と枠体３の内壁
との間の間隙も防水膜等で密閉することなくそのままの
状態に、つまり、海水が出入りできる間隙αが存在する
状態に保たれた構成とされている。

このように構成した場合、オイルダンパーの如く別途製
作して取り付ける工程と工費が不要となるだ１づでなく
、減衰機構１０自体の耐久性を理論的には半永久的なも
のにすることができる他、例えば、複数ある透水孔９の
うちのいくつかを栓体（図示せず）で閉じることにより
、減衰機構１０の減衰率を容易に調節することができる
。

（計算例による作用効果の説明） 次に、第１図の概念図、第９図及び第１Ｏ図を参照して
計算例による作用効果の裏付けについて説明する。

第９図は、Ｒ／ｈが０１および０．９の場合、すなわち
水深のそれぞれ９割および１割まで構造物が占める場合
について、無次元ばね定数Ｋ（説明省略）を１および■
としたときの透過率ＫＴをＢ　／　１．の関数として表
し、比較したものである。

ここで、Ｒ−ωは不動を意味している。なお、減衰機構
（ダンパー）は０としている。

この図から、潜堤が不動の場合よりも可動の方が透過率
が低くなることがわかる。また、Ｒ／ｈが０．９（破線
）の場合、不動潜堤（Ｒ−ｏｏ）ではすべてのＢ　／　
Ｌに対し入射波はそのまま透過してしまうが、可動（Ｒ
＝１）とすると透過率が大幅に下がり、しかもＢ／Ｌ＜
０．５でＲ／ｈ　＝０．１（実線）の場合よりも消波効
果が高い。

これは、構造物として極めて有利な性質である。

なぜなら、堤体幅が小さく、しかも堤体高が低いほうが
消波効果が高いこ七を意味しているので、経済的に有利
であるばかりでなく、船舶などの航行の障害にならない
ため、防波堤の開口海域に沈設することができ、既設の
港の静穏度改善も容易になる。

次に、減衰機構を加えたらどうなるかをＲ／ｈ一〇、９
、Ｒ＝１の場合を例にとって示す。第１０図はそのとき
のエネルギー損失ＫＬ″（−１−ＫＴ’−Ｋ　Ｒ”、Ｋ
　Ｒ：反射率）を示したもので、図中のＣは減衰係数（
説明省略）を表している。これかられかるように、減衰
機構の使用により最大５０％の波エネルギーを消すこと
ができる。全エネルギーの５０％をこのように没水率の
大きな、換言すれば海底にへばりついているような構造
物によって消すことができ、しかも第９図に示したよう
に透過率も下げることができるというのは、極めて画期
的な発明として位置付けすることができるものである。

以上計算例で示したように、可動板型消波用潜堤は、従
来の潜堤ではほとんど波が透過するようなり／Ｌが小さ
い場合や、天端水深が深い場合でも波の透過を防ぐこと
ができる。また、減衰機構を使用すれば、砕波や渦が無
くても１基あたり最大５０％のエネルギー損失を生じさ
せることができる。しかも、Ｂ／Ｌが小さく天端水深が
深いということは、同時に作用波力も小さいことを意味
しているので、構造物の安定に対しても有利である。ず
なわぢ、小型で経済的な低反射・低透過の没水型波浪制
御構造物を提供することかできる。

（従来型潜堤との断面比較） 没水構造物による波浪制御は、２ｘ前後の波高の波が対
象となることが多いと考えられる。第１３図は、水深ｈ
＝　２０１！、入射波高Ｈｉ＝２ｉ、入射波長Ｌ＝１０
０πとした場合に、透過率を０．５　以下に押さえるの
に必要な断面を従来型の潜堤と可動板型潜堤とで比較し
たものである。ただし、これらの諸元は、従来型潜堤の
場合第１４図（ａ）、（ｂ）、可動板型潜堤の場合第９
図より求めている。図から明らかなように、同じ水理性
能を得るのに必要な断面は、可動板型消波用潜堤の方が
圧倒的に小さい。

なお、実施例においては、可動板型消波用潜堤を単独で
沈設した場合の構成並びにその水理性能などについて説
明したが、例えばこの潜堤を複数個並べた構成、あるい
は段差を持たせて並へた構成、さらには一つの潜堤が複
数個の可動板を備えた構成など、沈設すべき海域の状況
や目標とする透過率等との関係において適宜展開できる
ことは勿論である。なお、この場合に特記すべきことは
、可動板を複数個とすることによって単独の場合最大５
０％であったエネルギー損失を第１＋図に示す如く幅広
いＢ／Ｌの範囲にわたってそれ以上とすることができる
ことである。またそのとき第１２図に示す如く透過率Ｋ
Ｔも大きく下がり、単独の場合よりもさらに防波効果の
高い潜堤を構築することが可能である。

また、ばね系や減衰機構なども実施例に限定されること
なく、これらと基本的に同様の機能を発揮するものであ
れば、他の構成のものを採用しても良いことは言うまで
もない。また、実施例では、海域制御用の潜堤として説
明しているが、必要とあらば、例えば波浪対策の必要な
湖水域などにも適用できることは勿論である。

「発明の効果」 以上詳述したように、本発明による可動板型消波用潜堤
は、水面下に位置し、波による水面の変化に応答して上
下動可能に配置された可動板と、この可動板を定位置に
戻すための復元力を与えろばね系と、前記可動板の上下
運動に伴って波のエネルギー損失を生じさせる減衰機構
とを備えた構成であるから、波力を受けて上下運動をす
る可動板が放射波を発生して水面上に広がる表面波を造
り、これが透過側において入射・散乱波等と重合し互い
に打ち消しあう現象を発生させて波高を小さくする作用
効果を発揮し、さらに、入射波が持っているエネルギー
の一部を減衰機構が消費して、波のエネルギーそのもの
を減少させる作用効果を発揮する。この結果、波の透過
率を著しく減少させ得るという、極めて効率的な消波効
果を持たせることができる。しかも、可動板の存在によ
り、潜堤の天端上の水深が大きくかつ堤体幅が小さくて
も大きな消波効果を発揮するので、潜堤の天端」二の水
深を深くとることができ、したがって、特に船舶の往来
する防波堤の開口海域等に沈設して用いた場合に好適な
ものとなり、さらに、小断面構造となるので対費用効果
の面からも改善できる一１７＝ など、種々の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１４図（ａ）、（ｂ）は本発明の詳細な
説明するために示す図であり、第１図は可動板型消波用
潜堤の概念図、第２図及び第３図は本発明の第１実施例
を示す平面図及び縦断面図、第４図及び第５図は本発明
の第２実施例を示す平面図及び縦断面図、第６図、第７
図及び第８図は本発明の第３実施例を示す平面図、縦断
面図及び側面図、第９図は潜堤が可動と不動の場合の透
過率の比較図、第１Ｏ図は減衰機構による波のエネルギ
ー損失を示す曲線図、第１１図は潜堤を複数個並べた場
合の波のエネルギー損失を示す曲線図、第１２図は同じ
く潜堤を複数個並べた場合の波の透過率と反射率を示す
曲線図、第１３図は透過率を０８５以下にするのに必要
な潜堤断面の比較図、第１４図（ａ）、（ｂ）は潜堤に
よる透過率を示すための側面図及び曲線図、第１５図及
び第１６図は本発明のきっかけとなった模型実験の結果
を説明するために示したもので、第１５図はモデル図、
第１６図は第１５図に示す模式及び剛潜堤の透過率に関
する実験値を示す図である。 １・・・可動板型消波用潜堤、４　・　可動板、５・・
　・ばね系、６．６ａ、１０・　減衰機構、７　・・・
防水膜、９・・・・・透水孔、１１・・・・床板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　水面下に位置し、波による水面の変化に応答して上下
   動可能に配置された可動板と、この可動板を定位置に戻
   すための復元力を与えるばね系と、前記可動板の上下運
   動に伴って波のエネルギー損失を生じさせる減衰機構と
   を備えた可動板型消波用潜堤。