JP4254926B2

JP4254926B2 - 衝撃吸収柵

Info

Publication number: JP4254926B2
Application number: JP2004137354A
Authority: JP
Inventors: 吉田博
Original assignee: 有限会社吉田構造デザイン
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: JP2005320696A

Description

本発明は落石、雪崩、崩落土砂等の動的衝撃を吸収し、或いは雪圧による静的荷重を分散する衝撃吸収柵に関するものである。

落石等から道路や鉄道、建物を保護するための従来の衝撃吸収柵の落石衝突時の状態を図９と図１０Ａ，１０Ｂに示す。
この衝撃吸収柵は所定の間隔で設けた複数の支柱ａの間に亘って複数の水平ロープ材ｂを張設すると共に、金網等の網状物ｃを張り巡らし、これらの複数の水平ロープ材ｂと網状物ｃとにより落石ｆを受け止めるためのネットを構成している。
また、水平ロープ材ｂの間隔を一定に保持するための間隔保持材ｇが支柱ａ間に数箇所設けられている。
さらに、この種の柵のエネルギーの吸収性能を高める方法として、水平ロープ材ｂに緩衝機能を有する水平面内でループ部を形成する方法や、緩衝機能付きの各種の緩衝装置を支柱ａや水平ロープ材ｂに設ける方法が提案されている。

落石ｆに対応する従来のエネルギーの吸収技術には、つぎのような問題がある。
（１）従来の衝撃吸収柵はネットｄを構成する水平ロープ材ｂの間が間隔保持部材ｇで連結され、落石ｆの衝突時に水平ロープ材ｂの間隔が一定に保持される。このため、落石ｆがネットｄに衝突すると、横断面はネットｄが尻すぼみ形状となり、延長方向には鼓状となって、受撃前のネットｄの高さｈ₁と比べて受撃後の高さｈ₂が小さくなる。すなわち、落石ｆの衝突によりネットｄの有効高さｈ₃が減少する。
そのため一度落石ｆを受け止めると、その後に発生した落石ｆがネットｄの上部を飛び越えたり、或いはネットｄの下部と地面との間にできた隙間をくぐり抜けたりする危険性がある。
（２）従来の衝撃吸収柵の水平ロープ材ｂは、間隔保持材ｇで間隔が一定に保たれており、落石ｆが衝突した場合にネットｄが十分に伸長することができなかった。このため、ネットｄによるエネルギー吸収を十分に期待することができなかった。また、間隔保持材ｇに過大な張力が作用して破断すると落石ｆが通過する危険もあった。
（３）エネルギーの吸収性能を増大させる方法のひとつとして、水平ロープ材ｂの撓み変形量を大きくする方法があるが、この方法では、水平ロープ材ｂの撓み変形量ｅを大きくすると、道路や鉄道等の建築限界を侵す危険性がある。
（４）従来の衝撃吸収柵は、落石が支柱間の中央または支柱に衝突する場合に対して設計されている。支柱近くのネット面に落石が衝突した場合には、撓み量が制限されるため大きい衝撃力が発生し、ワイヤロープが容易に破断する。
（５）従来の衝撃吸収柵の設計においては、全長が３０ｍ程度以上の水平ロープ材ｂを使用し、落石エネルギーの大部分を、水平ロープ材ｂの弾性変形によるエネルギー吸収に依存している。そのため水平ロープ材ｂの長さ（衝撃吸収柵の長さ）が短い現場の場合には、従来の設計手法をそのまま適用できないので設計が非常に難しくなる。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、つぎの何れかの衝撃吸収技術を提供することにある。
（１）落石の衝突による有効高さｈ₃の減少を抑制できること。
（２）高強度のネットを使用して、ネットのエネルギー吸収分担率を向上できること。
（３）ロープ材の撓み量を抑制しつつ、エネルギーの吸収性能の向上を図ること。
（４）衝撃吸収柵の設計が容易であること。
（５）コストの大幅削減が可能なこと。

第１の発明は、所定の間隔を隔てて立設した支柱間にネットを横架した衝撃吸収柵であって、前記ネットは隣り合う支柱の間に、各支柱に設けた少なくとも一箇所の係留部にスライド可能に係留して掛け渡した、支柱の間隔の二倍を超える長さのループ材と、支柱の片側に該支柱と交差して配置した補助ロープ材とを具備し、ループ材と補助ロープ材の相互間で荷重を伝達できるように、隣り合うループ材とループ材の間を前記補助ロープ材で連結して隣り合う支柱の間に略台形の連続ループを形成したことを特徴とする、衝撃吸収柵を提供するものである。
第２の発明は、所定の間隔を隔てて立設した支柱間にネットを横架した衝撃吸収柵であって、前記ネットは隣り合う支柱の間に、支柱の途中を除いた各支柱の上下部の何れか片方または両方に設けた係留部にスライド可能に係留して掛け渡した、支柱の間隔の二倍を超える長さのループ材と、支柱の片側に該支柱と交差して配置した補助ロープ材とを具備し、隣り合う支柱の間に略台形のループを形成するように、隣り合うループ材とループ材の間を前記補助ロープ材で連結したことを特徴とする、衝撃吸収柵を提供するものである。
第３の発明は、前記した前記した第１または第２の発明において、ループ材に緩衝装置を介装したことを特徴とする、衝撃吸収柵を提供するものである。
第４の発明は、前記した第１乃至第３発明の何れか１つにおいて、補助ロープ材に緩衝装置を介装したことを特徴とする、衝撃吸収柵を提供するものである。
第５の発明は、前記した第１乃至第３発明の何れか１つにおいて、ループ材と補助ロープの交差部に緩衝装置を設けたことを特徴とする、衝撃吸収柵を提供するものである。

本発明は次の何れかの効果を得ることができる。
（１）従来の衝撃吸収柵と比べて、落石衝突時のネットの有効高さの減少を大幅に抑止できる。これにより、衝撃吸収柵の設計高さを小さくでき、経済的な衝撃吸収柵を提供できる。
（２）従来の衝撃吸収柵と比べて、ループ材の撓み変形量を低減できるので、道路際等のような撓み変形量に制限がある現場への設置に好適である。
（３）ネットのエネルギー吸収分担率の向上可能である。
（４）落石がネット面のいかなる位置に衝突した場合でも、エネルギーの吸収効果が大きく、設計落石エネルギー以上の衝撃エネルギーの吸収が可能である。
（５）ループ材の撓み変形量を抑制しつつ、エネルギーの吸収性能の向上を図ることができる。
（６）隣り合う支柱の間にループ材を掛け渡すだけであるから、柵の構成部品も少なく、また柵の構築も簡単に済むため、コストの大幅削減が可能となる。
（７）補助ロープ材とループ材を組み合わせて略台形に形成したループ材の斜辺が、ループ材の長辺に引っ張り力を発生させて、上部ではネットを引き上げ、また、下部ではネットを引き下げるので、ネットの有効高さの減少抑制効果を増強することができる。

図１乃至図５を参照しながら本発明に係る一実施の形態について説明する。
［構成］
＜１＞衝撃吸収柵の概要
図１，２図に示すように本発明に係る衝撃吸収柵は、少なくとも二本の支柱１０，１０と、支柱１０，１０間に横架したネットにより構成する。
ネットは支柱１０，１０間に横架した少なくとも一組以上のループ材２０により構成するが、本例では複数組のループ材２０と、金網等の網状物３０と、補助ロープ材４０とによりネットを構成する場合について説明する。
ループ材２０は隣り合う支柱１０，１０の間に、各支柱１０の少なくとも一箇所ずつスライド可能に係留されている。支柱１０と交差して配置した補助ロープ材４０はループ材２０と、このループ材２０と隣接するスパンの他のループ材２０の間を連結している。
衝撃吸収柵の端末部は図示しないが、補助ロープ材４０の一端を端末の支柱２０か、網状物４０に固定される。
網状物３０は後述するように、ループ材２０と補助ロープ材４０と同様に、支柱１０の谷側に設ける。
間隔保持材は原則として使用しない。使用する場合でも、間隔を一定に保つことなく、間隔保持材の張力が増大するとともに摩擦を伴って（必ずしも摩擦がなくてもよい。）間隔が広がり、ある一定の間隔に達すると間隔がそれ以上増大しないようにロックされる間隔保持材（例えば特許公開２００２−３５６８１５公報に記載の間隔保持材）は使用可能である。
以降に主要な構成部材について詳述する。

＜２＞支柱
斜面又は斜面の裾部に所定の間隔を隔てて立設する支柱１０は、例えば、鋼管内に各種の抵抗材を配置してコンクリートを充填したものや、コンクリート柱、鋼管、Ｈ鋼等が採用可能である。また支柱１０の下部は地面やコンクリート基礎に傾倒不能に支持させるか、或いはヒンジ機構を介して傾倒可能に支持する。
尚、図示しないが支柱１０の上部と斜面側との間を結ぶ控ロープを斜めに接続し、控ロープの端部又は中間に緩衝具を介在させることが望ましい。

支柱１０はループ材２０をスライド可能に係留するための係留部１１を具備する。本例では支柱１０の上部と下部に係留部１１を設けている。
支柱１０の上下部に係留部１１を形成したのは、衝撃吸収柵の上下部に二つのループ材を配置したからである。

係留部１１としては、例えば、図１に示すようなＵ字形フックを支柱１０の谷側に溶接して取り付けた構造を採用できる。係留部１１はその他に、縦孔を形成した水平板を固着したり、固定式の滑車、或いは回転可能な滑車等を支柱１０に取り付けたり、或いは支柱１０に開設した円弧状の貫通孔であってもよい。
要はループ材２０のループと当接する係留面が滑らかであればよい。

＜３＞ループ材
隣り合う支柱１０，１０の上部間と下部間には、二組のループ材２０，２０がスライド可能に係留されている。各ループ材２０は各支柱１０に対して少なくとも一箇所係留している。ループ材２０は隣り合う支柱１０，１０の上部間または下部間のいずれか一方のみでもよい。
ループ材２０は、隣り合う支柱１０，１０の間隔の二倍を越える長さを有するロープで形成したループ体で、補助ロープ４０と組み合わせて、隣り合う支柱１０，１０の間のネット面内に配置される。
また本例ではループ材２０を構成するロープ２１の部位を特定する方法を、相対向して水平に位置する一対のロープ２１を長辺２１ａ、短辺２１ｂと呼び、斜めに位置する一対のロープ２１を斜辺２１ｃ，２１ｃと呼んで説明する。

ループ材２０はワイヤロープ等のロープ２１と、ロープ２１の斜辺２１ｃの中間部に設けた緩衝装置２２とにより構成する。緩衝装置２２の取り付け位置はループ内ならどこでもよく、また緩衝装置２２の設置数も１つ或いは２つ以上でもよい。
緩衝装置２２はロープ２１の一部にある値以上の張力が生じたときに摺動してエネルギーを吸収するための装置で、摩擦抵抗式や変形抵抗式等の公知の各種の緩衝装置を適用できる。
またロープ２１の緩衝装置２２から延び出た部分は余長部２４，２４として形成され、この余長部２４，２４の設定長によりループ材２０の撓み変形量が決まる。必要に応じて、ロープ２１の終端に抜出し防止用のストッパ２３を設ける。
尚、ループ材２０を構成する部品のうち、緩衝装置２２とストッパ２３は省略される場合がある。

＜４＞補助ロープ材
補助ロープ材４０はあるループ材２０と、このループ材２０と隣接する他のループ材２０の間の連結距離を越えた長さを有するワイヤロープ等のロープ材で、支柱１０の上下部の間の位置で各支柱１０と交差させて配置する。
補助ロープ材４０は支柱１０の斜面の谷側（下流側または道路側）に配置して、受撃時に支柱１０に当接しないようにする。
補助ロープ材４０は隣り合うループ材２０とループ材２０の間を連結し、支柱１０の横方向（衝撃吸収柵の延長方向）に向けて連続ロープを形成するために機能するだけでなく、隣り合う支柱１０，１０の間にループ材２０に略台形の形状を付与するために機能する。
尚、衝撃吸収柵の端末部においては、補助ロープ材４０の一端を端末の支柱１０に固定する。

＜５＞組立方法
所定の間隔を隔てて支柱１０を立設し、隣り合う各支柱１０，１０の上下部の係留部１１間に、二組のループ材２０，２０を夫々係留する。
水平に配置した各補助ロープ材４０の両端部近くを、ループ材２０の短辺２１ｂと、このループ材２０と隣接する他のループ材２０の短辺２１ｂとに重合させ、この重合部をクリップ等の拘束具４１、または公知の緩衝装置で固定して、隣り合う支柱１０，１０の上半と下半に、略逆台形と台形の二組のループ材２０，２０を設ける。
またこれらのループ材２０と補助ロープ材４０によるネット形状を維持するため、コイル材等を用いて網状物３０に取り付けておく。
ネットを構成する各ループ材２０、補助ロープ材４０、網状物３０は特に緊張して設置する必要はないが、大きな弛みがでない程度に設置する。
要は、隣り合う支柱１０，１０の間のネットを取り付けるにあたり、ネットの上下部を夫々支柱１０，１０の上下部に係留して取り付けてあればよい。

補助ロープ４０を支柱１０の上流側に配置すると、ネットが支柱で拘束されるため大きい衝撃力が発生するとともに、受撃時に支柱１０との当接部に応力が集中して補助ロープ４０が破断し易くなる。
そのため、補助ロープ材４０は支柱１０の斜面の谷側（下流側または道路側）に配置して、受撃時に支柱１０と当接させないようにすることが望ましい。

また補助ロープ材４０の一端は、図示するように当該スパンのループ材２０と連結するが、他端は必ずしも隣接スパンのループ材２０に連結することに限定されず、それ以外に支柱１０や隣接スパンの網状物３０等に連結する場合もある。
また、補助ロープ４０を用いずにループ材２０は網状物３０等のネット面に固定されていてもよい。

［作用］
つぎに図３〜５を基に衝撃吸収柵によるエネルギーの吸収作用について説明する。
本発明に係る衝撃吸収柵は、隣り合う支柱１０，１０の係留部１１に掛け渡したループ材２０が、ループの全長に亘って力の伝達が可能であり、また補助ロープ材４０とループ材２０の短辺２１ｂとの間も力の伝達が可能に構成されている。
そのため、図３に示すように落石ｆがネットの一部、例えばループ材２０の短辺２１ｂに衝突すると、この衝撃は支柱１０の係留部２１を通じてロープ材２１のループの全体に亘って均等な張力ｔとして作用する。補助ロープ材４０の一部に落石等が衝突した場合も同様に、ロープ材２１のループ全体に均等な張力ｔとして作用する。

この張力ｔがループ材２０の緩衝装置２２の摺動抵抗を超えないときは、ロープ２１に摺動が起きない。
ロープ２１に作用する張力ｔが緩衝装置２２の摺動抵抗を超えると、ロープ２１と緩衝装置２２の間で摺動が起き、このときの摩擦抵抗により衝撃が吸収される。
落石等が直接衝突した部位のロープ材（例えばループ材２０の短辺２１ｂまたは補助ロープ４０）には張力ｔが発生して谷側に撓んで変形するが、ループ材２０の落石等と直接衝突しない部位（例えば長辺２１ａ）にも張力ｔが作用することから、隣り合う支柱１０，１０の係留部１１，１１の間で直線になろうと緊張される。
そのため、図４に小さな矢印で表示したように、ネットの上部（長辺２１ａ側）は引き上げられ、またネットの下部（長辺２１ａ側）は引き下げられる。すなわち、ネットの一部に落石ｆが衝突しても、ネットの上部と下部は高さ方向の変位が制限される。
したがって、ネットが一度落石を受け止めた後に落石が発生しても、落石がネットの上部を飛び越えたり、或いはネットと地面との間をくぐり抜けたりすることを確実に防止することができる。
また、スパンのネット全域でネットが変形するため、ネットによる大きいエネルギー吸収効果が期待できる。

しかも本発明に係る衝撃吸収柵は、ループ材２０を支柱１０の上下部の係留部１１，１１に夫々係留するが、ループ材２０と補助ロープ材４０と網状物３０とにより構成するネットの中間部は支柱１０に係留していない。
そのため支柱１０の近くの部分に落石が衝突した時においても、ネットの中間部が支柱１０と当接せずに変形可能であるため、発生する衝撃力が小さく、ネットに局所的な応力が集中しない。

本発明に係る衝撃吸収柵は、従来の衝撃吸収柵と比べて、ネットの張出量が小さく、しかもエネルギーの吸収性能が高いものである。以降にその理由について説明する。
まず、本発明に係る衝撃吸収柵と従来の衝撃吸収柵の受撃時におけるネットの撓み変形量について比較する。比較条件は、共に両支柱１０，１０の間隔が等しく、同じ大きさの衝撃を作用させた。

図５はそのときの両柵のネットの撓み変形を平面的に表したものである。実線は本発明に係る衝撃吸収柵のネットの撓み変形を表し、二点鎖線は従来の柵の一本のロープ材の撓み変形を表している。

衝撃が等しいため、本発明と従来の衝撃吸収柵は共にロープ材の摺動長さは等しくなるが、本発明の場合は、支柱１０，１０間にループ形態でループ材２０を掛け渡してロープを二つ折りにしたのと同じ状態となるために、ループ材２０の全体の長さ変化は、従来の衝撃吸収柵のロープ材の摺動長の１／２となる。
そのため、本発明に係る衝撃吸収柵のループ材２０のループ部の撓み変形量Δｙ₁は、従来の衝撃吸収柵の水平ロープ材の撓み変形量Δｙ₂のほぼ半分程度で済み、ネット全体の撓み変形は小さくなる。

さらに本発明は、ループ材２０を構成するロープ２１が二重となって、衝撃を分散できるため、従来の柵と比べて衝撃の吸収性能が倍近く高くなる。
このようにロープ材の摺動量が同じであっても、本発明に係る衝撃吸収柵は、ループ材２０の一部に作用した衝撃をループの形成範囲において均等に分散できるため、ネットの張出量を小さく抑制しつつ、高いエネルギーの吸収性能を発揮できる。
本発明に係る衝撃吸収柵は、道路際等の既設構造物に接近して設置する場合に有利である。

さらに本発明に係る衝撃吸収柵は、シングルロープタイプの従来の柵と比べて支柱１０，１０の設置間隔を狭く設計できるうえに、エネルギーの吸収性能に合わせて余長部２４，２４の長さと緩衝装置２２の把持力を設定すればよいので、柵設置予定の現場の長さが短い場合であっても、衝撃吸収柵の設計を容易に行える。

［発明の他の実施の形態１］
以降に他の実施の形態について説明するが、その説明に際し、前記した実施の形態と同一の部位は同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

図６に他の衝撃吸収柵を示す。
本例は隣り合う支柱１０，１０の間に、支柱１０の間隔の二倍を超える長さのループ材２０を、各支柱１０に設けた係留部１１にスライド可能にループ材２０を係留すると共に、離間させたループ材２０の両端部近くを、公知の緩衝装置２２，２２、またはクリップ等の拘束具を介して補助ロープ材４０で連結したものである。
本例の場合、補助ロープ材４０は支柱１０の間隔の二倍以上の長さのものを使用する。

［発明の他の実施の形態２］
また図７に示すように、補助ロープ材４０に緩衝装置４３を介装してもよい。
本例のように構成すると、ネットの一部に作用した衝撃を補助ロープ材４０に介装した緩衝装置４３で吸収できるので、衝撃吸収柵全体のエネルギー吸収性能が向上する。

［発明の他の実施の形態３］
図８は前記した発明の他の実施の形態１，２の応用例を示すもので、隣り合う支柱１０，１０の上下部に設けた合計四つの係留部２１を支点として係留させたループ長の異なる複数のループ材２０と、複数の補助ロープ材４０とを組み合わせて衝撃吸収柵を構成した場合を示す。
衝撃吸収柵の上半に設けた逆台形を呈する複数のループ材２０の長辺２１ａは、図面では一本に表記しているが、実際には複数本が重さなりあっている。
衝撃吸収柵の下半に設けた台形を呈する複数のループ材２０の長辺２１ａの場合も同様である。

ループ材２０と交差する補助ロープ材４０の交差部にも緩衝装置５０を追加して設置すると、前記した実施の形態の効果に加えて、衝撃吸収柵全体のエネルギーの吸収性能が格段に向上する利点がある。

支柱１０に最も近い位置で、支柱１０の上下の係留部２１，２１間に「く」字形に縦受力ロープ６０を配置し、縦受力ロープ６０と補助ロープ材４０の交差部にも緩衝装置５０を追加して設置しておく。
これは支柱１０に近い位置に衝撃が作用して、補助ロープ材４０だけ受け止めることができないときに、縦受力ロープ６０が補助ロープ材４０と協働して衝撃を受け止めることができるといった利点がある。

本発明に係る衝撃吸収柵のモデル図図１におけるＩＩ−ＩＩの断面図受撃時における衝撃吸収柵のモデル図受撃時の衝撃吸収柵の側面図本発明に係る衝撃吸収柵のループ材と対比用柵のロープ材の変形を説明するためのモデル図他の実施の形態１に係る衝撃吸収柵のモデル図他の実施の形態２に係る衝撃吸収柵のモデル図他の実施の形態３に係る衝撃吸収柵のモデル図本発明が前提とする衝撃吸収柵の受撃時のモデル図本発明が前提とする衝撃吸収柵の受撃時の断面図本発明が前提とする衝撃吸収柵の受撃時の断面図

符号の説明

１０・・・支柱
２０・・・ループ材
２１・・・ロープ
２２・・・緩衝装置
２３・・・ストッパ
２４・・・余長部
３０・・・網状物
４０・・・補助ロープ材

Claims

所定の間隔を隔てて立設した支柱間にネットを横架した衝撃吸収柵であって、
前記ネットは隣り合う支柱の間に、各支柱に設けた少なくとも一箇所の係留部にスライド可能に係留して掛け渡した、支柱の間隔の二倍を超える長さのループ材と、
支柱の片側に該支柱と交差して配置した補助ロープ材とを具備し、
ループ材と補助ロープ材の相互間で荷重を伝達できるように、隣り合うループ材とループ材の間を前記補助ロープ材で連結して隣り合う支柱の間に略台形の連続ループを形成したことを特徴とする、
衝撃吸収柵。
所定の間隔を隔てて立設した支柱間にネットを横架した衝撃吸収柵であって、
前記ネットは隣り合う支柱の間に、支柱の途中を除いた各支柱の上下部の何れか片方または両方に設けた係留部にスライド可能に係留して掛け渡した、支柱の間隔の二倍を超える長さのループ材と、
支柱の片側に該支柱と交差して配置した補助ロープ材とを具備し、
隣り合う支柱の間に略台形のループを形成するように、隣り合うループ材とループ材の間を前記補助ロープ材で連結したことを特徴とする、
衝撃吸収柵。
請求項１または請求項２において、ループ材に緩衝装置を介装したことを特徴とする、衝撃吸収柵。
請求項１乃至請求項３の何れか１項において、補助ロープ材に緩衝装置を介装したことを特徴とする、衝撃吸収柵。
請求項１乃至請求項４の何れか１項において、ループ材と補助ロープの交差部に緩衝装置を設けたことを特徴とする、衝撃吸収柵。