JP4769704B2 - 高エネルギ吸収落石防護柵 - Google Patents

Description

本発明は、落石や土砂崩壊等の防護工として山間部等の道路沿いに設けられる落石防護柵に関する。

落石防護柵は、山間部の斜面からの小規模な落石を防護するために全国的に普及している落石対策の代表的工法である。例えば山間部の道路は落石や土砂崩れなどに遭遇する危険があるため、図１や図２に示すように、落石防護柵を道路の山側に沿って設置している。その標準的な構成部材は、コンクリート基礎、支柱（Ｈ形鋼）、横張りワイヤロープ、金網である。これらの部材が塑性変形するときのエネルギ吸収により落石を食い止めるようにしている。

特許文献１は、複数の突起をもつロープ連結部材とＵボルトにより横張りワイヤロープを両側から挟み込み、落石を受けたときに横張りワイヤロープが滑り動かないようにロープを屈曲状に強固に締結した落石防護柵を開示している。

特許文献２は、係合孔をもつ係合管をＨ型鋼支柱のウエブの横孔に取り付け、これに横張りワイヤロープを摺動自在に挿通係合した落石防護柵を開示している。
実公平１−４４５８０号公報（実開昭６０−１９０８０４号）；実用新案登録請求の範囲、第５図 実公平７−５６３２８号公報（実開平６−２４００９号）；段落０００７〜０００８、図１-Ｃ、図２

しかし、特許文献１の防護柵に落石が衝突すると、その衝突エネルギが周囲に分散される時間的余裕がないために衝撃力がロープから支柱に直接的かつ集中的に伝わり、過大な荷重が掛かって支柱が地際線のところから折れ曲がるおそれがある。特許文献１の防護柵では、落石に柵を突破されないように横張りワイヤロープに高張力鋼のような高い引張強度レベルのワイヤロープを用いているため、横張りワイヤロープは支柱等の基本構造物とほとんど同じ剛体として作用し、瞬間的に掛かる衝突エネルギの吸収と分散が不十分になるからである。また、落石の衝突エネルギが周囲の構造部材に分散されるのが間に合わず、落石が衝突した部分のみに衝撃荷重が集中するため、落石がロープとロープの間を突き破って防護柵を突破するおそれがある。

また、特許文献２の落石防護柵においては、ロープが係合管に拘束されることなく係合管内を自由に摺動するので、落石の衝突エネルギが周囲の構造部材に分散され難く、落石が衝突した部分（ロープ及びその端末を支持する支柱）のみに衝突エネルギが局部的に集中して、落石がロープとロープの間隙を押し広げて防護柵を突破するおそれがある。

このように従来の落石防護柵は、瞬間的に掛かる衝撃荷重の分散・吸収性能が小さく、落石の衝突エネルギが局部に集中しやすいため、その構造を設計する際に過大な安全係数を掛けた安全設計を行わざるを得ず、支柱を太く頑丈なものとし、かつ大規模のコンクリート基礎支持構造にする必要があり、コスト高になるという問題点がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、落石衝突エネルギの吸収性能に優れ、防護柵の基本構造である支柱等に掛かる衝撃負荷を大幅に軽減することができる高エネルギ吸収落石防護柵を提供することを目的とする。

本発明に係る高エネルギ吸収落石防護柵は、山間部の道路の山側に沿って互いに間隔をあけて立設された複数の支柱と、
前記支柱の相互間に張設され、落下物を受けたときに非弾性的に塑性変形伸びを生じて前記落下物の運動エネルギを吸収する複数の横張りワイヤロープと、
前記複数の横張りワイヤロープと前記複数の支柱とで形成される面を覆うように設けられた防護網と、
前記支柱の相互間において少なくとも２本以上の前記横張りワイヤロープを横断するように取り付けられ、前記少なくとも２本以上の横張りワイヤロープを所定の間隔に保持する複数の間隔保持部材と、
前記支柱および前記間隔保持部材の少なくとも一方に所定の間隔に取り付けられ、その内径が実質的に一様であり、前記横張りワイヤロープに直接または間接に接触して前記横張りワイヤロープとの間に生じる摩擦力により前記横張りワイヤロープを半拘束状態に保持するスリーブ部を有し、その内径が前記スリーブ部の内径よりも大きくなるように漸次増加し、前記落下物を受けて前記横張りワイヤロープが変位したときに前記横張りワイヤロープを傷付けないように滑らかに案内する拡径開口部を有する金属からなる複数のロープホルダと、を具備し、
前記横張りワイヤロープは、前記落下物を受けたときに下式の関係を満たすことを特徴とする高エネルギ吸収落石防護柵。
１．２Ｑ＋２０≦Ｔ≦１．８Ｑ＋８０
但し、Ｔ：横張りワイヤロープに生じる発生張力（ｋＮ）
Ｑ：衝突時の落下物の運動エネルギ（ｋＪ）

本発明では内径が実質的に一様なストレート筒形状のスリーブ部を用いて横張りワイヤロープを半拘束状態で保持するようにしているため、落石の無い平常時においてロープの撓みを最小限に抑えることができる。一方、落石時には大きく伸びて変位するロープを傷付けることなく拡径開口部により滑らかに案内するため、ホルダ端部のエッジでロープを傷付けることがなくなり、ロープの破断（剪断）を有効に回避することができる。
横張りワイヤロープは、落下物を受けたときに１．２Ｑ＋２０≦Ｔ≦１．８Ｑ＋８０の関係を満たす。但し、Ｔは横張りワイヤロープに生じる発生張力（ｋＮ）を示し、Ｑは衝突時の落下物の運動エネルギ（ｋＪ）を示す。発生張力Ｔが１．２Ｑ＋２０を下回る（Ｔ＜１．２Ｑ＋２０）と、伸びが過大になるため、伸びたロープとともに落下物（落石）が防護網を突き破る可能性がある。すなわち、図１７に示す特性線Ｋ１を下回る発生張力Ｔでは、落石が支柱間をすり抜けて防護柵を突破してしまうおそれがある。
一方、発生張力Ｔが１．８Ｑ＋８０を超える（Ｔ＞１．８Ｑ＋８０）と、伸びが小さくなりすぎるため、ロープのエネルギ吸収量が不足して、支柱に掛かる負荷が過大になる。すなわち、図１７に示す特性線Ｋ２を超えると、支柱が傾斜するか、または支柱が倒され、落石が防護柵を突破してしまうおそれがある。

さらに、抵抗部材をロープホルダのスリーブ部と横張りワイヤロープとの間に挿入し、スリーブ部とロープとの間に生じる摩擦力を増加させることが好ましい。このような抵抗部材を用いることにより、平常時にはロープに弛みを生じることなくロープを張った状態（半拘束状態）で保持する一方で、落石時には拘束が解除されてロープが摺動し、落石の衝撃エネルギが周囲の部材（間隔保持部材および他段のロープ）にも伝播・拡散されるとともに、ロープに塑性変形伸びを生じ、落石の衝撃エネルギが吸収されるようになる。これにより落石が衝突した部位のロープのみに落石の衝撃エネルギが局部集中することなく周囲に分散・吸収され、防護柵が落石に突破され難くなる。

さらに、ロープホルダのスリーブ部の内面をローレット加工などの表面処理を用いて高摩擦係数とすることが好ましい。このような表面加工処理をスリーブ部の内面に施すことにより、ロープとの間に生じる摩擦力を更に増加させることができ、施工時においてロープの締結作業が容易になり、ロープをピンと張った状態で張設することができる。

本発明によれば、落石の衝突エネルギの大半は横張りワイヤロープの塑性変形伸びに消費吸収され、残りのエネルギの大半はロープホルダを介して周囲の部材に分散吸収されるので、支柱の負荷が大幅に軽減され、支柱が折れ曲がるような大規模の損壊を有効に回避することができる。たとえ落石の衝突を受けて支柱が曲がったとしても、その曲がりの程度が従来よりも軽度で済むため、落石が防護柵を乗り越えて道路に落下するおそれがほとんどない。

また、本発明によれば、複数の横張りワイヤロープを複数の間隔保持部材およびロープホルダにより所定の間隔を保って保持した状態で、間隔保持部材及びロープホルダを介して落石の衝突エネルギが周囲のロープに分散されるので、落石がロープとロープとの間のスペースを押し広げて突破し難くなる。

さらに、本発明のロープホルダは、平常時においてストレート状のスリーブ部によりロープを半拘束状態に保持するため、ロープの撓みを可能な限り小さく抑えることができ、落石時には拡径開口部により伸びて変位するロープを傷付けることなく滑らかに案内するため、ホルダ端部（エッジ）でロープを傷付けることがなくなり、ロープの破断を有効に回避することができる。

さらに、本発明によれば、ロープ端末に掛かる荷重が従来の約１／３程度まで低減するので、防護柵を支持する支持構造物（支柱など）を経済的に設計することが可能になる。具体的には、防護柵の設計において支柱の直径を細くすることができるとともに、支柱の本数を減らすことも可能になる。また、支柱の直径や本数が既定の設計仕様により決まっている場合は、従来よりも更に安全設計の防護柵となり、巨大な落石を受けた場合であっても突破されることなく落石を停止することができる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の実施の形態について説明する。

図１に示すように、道路側１と山側３の境界部にコンクリート基礎２が打設され、コンクリート基礎２の上に落石防護柵１０が構築されている。落石防護柵１０は、支柱１１，１２，１３、防護網１６、横張りワイヤロープ２０、間隔保持部材１４、金網支持ワイヤ１５などを備えている。

図３に示すように、コンクリート基礎２の基準点に沿って多数の支柱１１，１２，１３が短い間隔をおいて立設され、これに防護網１６と複数本の横張りワイヤロープ２０が張設されている。

落石防護柵１０の両端部には端末支柱１１が立設され、落石防護柵１０の設置範囲が規定されている。一対の端末支柱１１の間には多数の中間支柱１２および補助中間支柱１３が所定のピッチ間隔に立設されている。端末支柱１１、中間支柱１２および補助中間支柱１３は、ほぼ同じ高さに揃えられ、通常規模の防護柵においては１．５〜４ｍ程度の高さ、特に大規模の防護柵においては４〜６ｍの高さである。端末支柱１１と中間支柱１２には、Ｈ型鋼のように断面係数が極めて大きい型鋼が用いられる。補助中間支柱１３には、チャンネル型鋼のような断面係数がほどほどに大きい型鋼が用いられる。なお、端末支柱１１は、図５に示すように、Ｈ型鋼からなる複数の補強部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃにより補強されている。

防護網１６は、線径３．２ｍｍ、網目の開口寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍの鋼線を編み合わせた金網からなり、柵の一端側の端末支柱１１から他端側の端末支柱１１までにわたり柵全体を覆うように張設されている。防護網１６は、その上端部分を金網支持ワイヤ１５により吊り下げ支持されるとともに、支柱１１〜１３および間隔保持部材１４に適所々々において保持金具やワイヤ等で締結されている。なお、金網支持ワイヤ１５は、図６の（ａ）（ｂ）に示すようにＵボルト１７により支柱１２，１２Ａ等に支持されている。

複数本の横張りワイヤロープ２０は、防護網１６に沿ってほぼ水平に張設され、支柱１１〜１３および間隔保持部材１４に取り付けた多数のロープホルダ２５によって互いの間隔がほぼ等間隔に保たれて平行になるように半拘束支持されている。横張りワイヤロープ２０の本数は、防護柵の規模に応じて５〜２０本の範囲で適宜選択されるが、通常規模の柵では５〜１３本、大規模の柵では１４〜２０本とすることができる。

横張りワイヤロープ２０の弾性係数ＥＷは、３０ｋＮ／ｍｍ²以上７５ｋＮ／ｍｍ²以下の範囲とすることが好ましい。ロープの弾性係数ＥＷが３０ｋＮ／ｍｍ²未満であると、ロープ表面に疵が付き易く、剪断強度が不十分であるため、疵が付いた部分がロープ破断の基点となるからである。一方、ロープの弾性係数ＥＷが７５ｋＮ／ｍｍ²を超えると、伸びが小さくなり、エネルギ吸収量が不足するからである。すなわち、弾性係数ＥＷが７５ｋＮ／ｍｍ²を超えると、下式（１）に示すようにロープの伸びによるエネルギ吸収量ＥＲが小さくなり、ロープの中間締結部や端末部を介して支柱に伝播される衝突エネルギが増大し、支柱に掛かる負荷が大きくなり過ぎて、降伏点を超えて支柱が曲がるおそれがあるからである。

ＥＲ＝（Ｌ／ＥＷ）×Ａ×（Ｔ²−Ｔｏ²） …（１）
但し、Ｌ：ロープ長
ＥＷ：ロープの弾性係数
Ａ：ロープの断面積
Ｔ：ロープ張力
Ｔｏ：ロープ初期張力
横張りワイヤロープ２０は、引張強度が０．２５〜０．５５ｋＮ／ｍｍ²、０．３０〜０．３５ｋＮ／ｍｍ²の静的荷重を受けたときの伸び値が２０〜６０％を示すオーステナイト系ステンレス鋼線を撚り合せたロープであることが好ましい。引張強度が０．２５ｋＮ／ｍｍ²を下回ると強度不足となるからである。一方、静的引張強度が０．５５ｋＮ／ｍｍ²を超えると、ロープの剛性が過大になり、落石の衝撃力を周囲の部材に伝達する弾性体としての機能が低下するからである。

図１０に示すように、横張りワイヤロープ２０は、７本の素線２１を撚り合せたストランド２２を３つ撚り合わせてなる３×７構造のロープである。本発明の横張りワイヤロープを構成する素線２１はすべて鋼線（スチールワイヤ）である。繊維ロープは本発明の横張りワイヤロープに用いることができない。ナイロン等の繊維ロープは、大きな伸びを得ることはできるが、剪断に弱く、落石の鋭いエッジが当たると容易に破断するからである。

ロープの構成材料としてのオーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｎｉ：６．０〜２２．０％、Ｃｒ：１４．０〜２６．０％、Ｃ：０．００１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物元素からなり、所定の加工熱処理により軟質化された金属組織を含むものである。このような金属組織は、比較的安定なオーステナイト相にマルテンサイト相が混在する混合組織である。

オーステナイト系ステンレス鋼の組成を上記のようにする理由について成分ごとに説明する。Ｎｉは、組織をオーステナイト化させ、耐食性と製造コストの観点から下限を６．０％、上限を２２．０％とする。Ｃｒは、ステンレス鋼としての耐食性を得るために下限を１４．０％とし、製造コストの観点から上限を２６．０％とする。Ｃは、固溶強化元素として調整添加するが、延性を確保するために上限を０．１５％とし、製造コストの観点から下限を０．００１％とする。Ｓｉは、強度上昇に寄与するが、過剰に添加すると延性が低下するため、上限を１．５％とし、脱酸に最小限必要な量として下限を０．０１％とする。Ｍｎは、オーステナイトを安定化させるために下限を０．３％とし、過剰に添加すると耐食性が劣化するため上限を３．０％とする。Ｎは、延性を低下させるため低いことが望ましく、上限を０．０２％とする。Ｐは、特性上有利にはたらくことがないため可能な限り低くすることが望ましいが、精錬コストの観点から不可避不純物として０．０５％以下が許容される。Ｓは、これも可能な限り低くすることが望ましいが、精錬コストの観点から不可避不純物として０．０５％以下が許容される。

ロープに外力を印加したときに、個々の素線ワイヤに加わる応力は均等ではなく、最も高い応力の素線が塑性変形し、塑性伸びを生じるが、通常のワイヤロープでは素線の加工硬化が大きくないので、他の素線に変形がほとんど分担されないまま、最大応力を受けた素線が最初に破断し、これに引き続き他の素線も次々に破断する。その結果、エネルギ吸収量は小さなものとなってしまう。これを防ぐためには最初に塑性変形する素線が大きく加工硬化して強化されることが肝要である。このような特性は、オーステナイトステンレス鋼に所定の固溶化熱処理を施すことにより得られる。固溶化熱処理の条件は、例えば９８０〜１１５０℃×２〜１０分間とし、その後、急冷（水冷）する。このような処理によりオーステナイトステンレス鋼は、落石の衝突エネルギのような衝撃力を受けたときの瞬間的な伸び値が飛躍的に増大する。

図４の（ａ）に示すように、横張りワイヤロープ２０は間隔保持部材１４に取り付けた多数のロープホルダ２５によって適所を保持されている。ロープホルダ２５は固定部材２６を用いて間隔保持部材１４に締結されている。固定部材２６として、番線のようなワイヤを用いてもよいし、ボルト・ナットで締結されるクランプ形状の金具を用いてもよい。

図６の（ａ）（ｂ）に示すように、横張りワイヤロープ２０は支柱１２，１２Ａ（１１，１３）に取り付けた多数のロープホルダ２５によって半拘束状態に保持されている。支柱１１〜１３においても上述した間隔保持部材１４と同様にロープホルダ２５は番線のような固定部材２６によって固定されている。

図５に示すように、ロープ端末２０ａは、金属製のシングルロックにより保護被覆され、端末支柱１１に固定された索端金具１９に軸まわり回転可能に連結されている。索端金具１９は、ネジ駆動により長手方向に変位可能であり、張設されるロープ２０の張力を調整することができるようになっている。

次に、図７〜図９を参照してロープホルダについて詳しく説明する。

図７に示すように、ロープホルダ２５は、内径が実質的に一様なストレート筒形状のスリーブ部２５ａと、スリーブ部２５ａの内径よりも大きくなるように内径が漸次増加するトランペット形状の拡径開口部２５ｂとを備えている。ロープホルダ２５は、耐候性を有する金属材料、例えば亜鉛メッキ鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることが好ましい。さらに、ロープ２０との間に生じる摩擦力を増加させるために、スリーブ部２５ａの内面をローレット加工することもできる。トランペット形状の拡径開口部２５ｂは、エッジでロープ２０を傷つけないように滑らかな曲面をなしている。このようなロープホルダ２５は、冷間プレス加工やダイカスト加工を用いて製造することができる。

下記にロープホルダ２５の各部サイズを示す。

１）ロープホルダ２５の長さＬ１：７０ｍｍ
２）スリーブ部２５ａの長さＬ２：５０ｍｍ
３）スリーブ部２５ａの内径ｄ１：２２ｍｍ
４）スリーブ部２５ａの外径ｄ２：２８ｍｍ
５）拡径開口部２５ｂの直径ｄ３：３５ｍｍ
６）平均厚さｔ１ ： ３ｍｍ
図８の（ａ）に示すように、ロープホルダ２５は、スリーブ部２５ａに番線のような固定部材２６を巻き付けて他部材（間隔保持部材１４等）に固定されるが、図８の（ｂ）に示すロープホルダ２５Ａでは、スリーブ部２５ａの外面に溝状の凹所２５ｃを形成し、この凹所２５ｃに固定部材２６をはめ込むようにしてもよい。このようなロープホルダ２５Ａでは、固定部材２６が横ずれすることなく所定位置に巻き付けられるので、更にしっかりと固定することができる。

図９の（ａ）に示すように、ロープホルダ２５とロープ２０との間に抵抗部材２７Ａを配置し、両者２０，２５間の接触摩擦抵抗を増加させるようにしている。この抵抗部材２７Ａは、スリーブ部２５ａの内面をほぼ覆うようにロープホルダ２５に接着剤で強固に接着され、その両端部は外側から内側に向けて漸次厚みが減少するようにテーパ状に切り揃えられている。抵抗部材２７Ａの各部サイズは、例えば、厚みｔ２が０．５〜２．０ｍｍ、長さが５０ｍｍ、内径ｄ0が１８ｍｍである。また、ロープホルダ２５の各部サイズは、例えば、スリーブ部２５ａの厚みｔ１が３ｍｍ、スリーブ部２５ａの内径ｄ１が２２ｍｍ、スリーブ部２５ａの外径ｄ２が２８ｍｍである。

また、図９の（ｂ）に示すように、抵抗部材２７Ｂの長さをロープホルダ２５の長さよりも十分に長く、少なくともスリーブ部２５ａよりも長くしてもよい。この場合には、抵抗部材２７Ｂをロープホルダ２５に必ずしも接着しないでもよい。この場合には、ロープホルダ２５を長手に沿って半割りとし、ホルダの半割部品をヒンジやクランプを用いて互いに連結して開閉可能に構成することが好ましい。このようにすると、ロープホルダ２５にロープ２０を挿通させる作業が容易化するとともに、抵抗部材２７Ｂをロープ２０に巻き付けるだけですむので抵抗部材２７Ｂの装着作業も容易化するというメリットがある。

このような抵抗部材２７Ａ，２７Ｂによりロープホルダ２５とロープ２０との間に生じる摩擦力を増加させることができ、平常時にはロープ２０に弛みを生じることなくロープ２０を張った状態（半拘束状態）で保持する一方で、落石時には拘束が解除されてロープ２０が摺動し、落石の衝撃エネルギが周囲の部材（間隔保持部材１４および他段のロープ２０）にも伝播・拡散されるとともに、ロープ２０に塑性変形伸びを生じ、落石の衝撃エネルギが有効に吸収されるようになる。抵抗部材２７として、高い摩擦係数をもつとともに高い絶縁性を有する材料、例えばゴムやゴム系複合材料、樹脂や樹脂系複合材料、不織布などを用いることができる。

次に、本発明の落石防護柵を構築するときの施工手順の概要を説明する。

先ず、施工対象となる山間部道路沿いの斜面底辺を測地し、その測地結果に基づいて防護柵を設置すべき領域の範囲を決定する。決定した領域範囲にマーキングし、そのマーキングに沿って斜面底辺を掘削して所定深さの溝を掘る。この溝にコンクリートを打設し、コンクリート基礎２を形成する。コンクリート基礎２の適所には予め複数の孔が形成されており、これらの孔に支柱１１〜１３をそれぞれ立設し、各孔にコンクリートを流し込み、支柱１１〜１３をコンクリート基礎２に固定する。端末支柱１１と中間支柱１２には、Ｈ型鋼のように断面係数が極めて大きい型鋼を用いる。また、補助中間支柱１３には、チャンネル型鋼のように断面係数が比較的大きい型鋼を用いる。

支柱１１〜１３にロープホルダ２５及び横張りワイヤロープ２０をそれぞれ取り付ける。ロープホルダ２５には横張りワイヤロープ２０が予め挿通され、かつ抵抗部材２７がロープ２０との間に挿入されており、ロープホルダ２５の位置を調整しながらこれを固定部材２６で支柱１１〜１３に順次固定していく。ロープ２０およびロープホルダ２５の取り付け後、ロープ端末２０ａを索端金具１９にそれぞれ連結し、索端金具１９によりロープ２０の張力を調整する。

次いで、間隔保持部材１４をロープ２０に取り付け、ロープ２０の相互間隔を調整する。間隔保持部材１４の取り付けにおいて、間隔保持部材１４は予めロープ２０を挿通してあるロープホルダ２５に固定部材２６で固定される。なお、間隔保持部材１４を予めロープホルダ２５を介してロープ２０に取り付けておき、ロープ２０／間隔保持部材１４のアッセンブリを予め製作しておいてもよい。

次いで、金網支持ワイヤ１５をＵボルト１７で支柱１１〜１３に締結し、金網支持ワイヤ１５に防護網１６の端辺を番線などで締結し、ワイヤ１５に防護網１６を吊り下げていく。さらに、防護網１６の適所を支柱１１〜１３や間隔保持部材１４などに締結する。このようにして防護網１６をフェンス面に沿って張設していく。

以上のようにして落石防護柵１０が完成する。本実施形態の落石防護柵１０ではロープ２０がロープホルダ２５を介して間隔保持部材１４および支柱１１〜１３に連結されているため、落石の衝突を受けたときにその衝撃エネルギの分散が周囲部材に対して迅速かつバランス良く行われるとともに、落石エネルギの大部分をロープ２０の塑性変形伸びにより吸収させることができる。このため落石防護柵１０の防護性能と信頼性がさらに高められる。

次に、図１１〜図１３を参照して落石が衝突したときに防護柵に生じる力学的作用について説明する。

図１１に示すように、質量Ｗをもつ落石４が斜面を落下してきて防護柵１０に衝突したときのことを想定した場合に、落石の衝突エネルギＥは次式（２）で与えられる。

Ｅ＝（１＋β）｛１−（μ／ｔａｎθ）｝Ｗ・Ｈ …（２）
但し、β：回転エネルギ係数（＝０．１）、μ：等価摩擦係数、θ：斜面の勾配（°）、Ｗ：落石の質量、Ｈ：落石発生位置と防護柵との落差（ｍ）である。

防護柵が吸収し得るエネルギ量ＥＴは、次式（３）で与えられる。

ＥＴ＝ＥＲ＋ＥＮ＋ＥＰ …（３）
但し、ＥＲ：ロープの伸びによる吸収エネルギ量、ＥＮ：金網による吸収エネルギ量、ＥＰ：支柱の変形による吸収エネルギ量である。

本発明の落石防護柵では、ロープの伸びによる吸収エネルギ量ＥＲは約５０〜７０ｋＪ、金網による吸収エネルギ量ＥＮは約２５ｋＪにそれぞれ見積もられている。

落石４が衝突すると、図１２に示すように、横張りワイヤロープ２０は伸びを生じて変位する。ロープの伸びには、弾性域での伸び（弾性変形伸び）と塑性域での伸び（塑性変形伸び）とが含まれる。本発明ではロープの剛性を低く設定する（軟質にする）ほうが望ましい。衝撃荷重を受けて瞬間的にロープに大きな塑性変形伸びを生じさせ、落石の衝突エネルギの大半を吸収させようとするからである。

ロープ張力Ｔが弾性域にある場合（Ｔ＜Ｔｙ）は、ロープの伸びによる吸収エネルギ量ＥＲは次式（４-１）で与えられる。

ＥＲ＝（Ｌ／ＥＷ・Ａ）×（Ｔ²−Ｔ_０ ²） …（４-１）
ロープ張力Ｔが降伏張力Ｔｙより小さい弾性域では、図１８に示す斜線領域の面積がロープの伸びによる吸収エネルギ量ＥＲに相当する。

ロープ張力Ｔが塑性域にある場合（Ｔ≧Ｔｙ）は、ロープの伸びによる吸収エネルギ量ＥＲは次式（４-２）と（４−３）で与えられる。

ＥＲ＝２Ｔ×Ｓ …（４-２）
Ｓ＝ＥＷ・Ａ／Ｔｙ …（４-３）
但し、Ｌ：ロープ長、ＥＷ：ロープの弾性係数、Ａ：ロープ断面積、Ｔ：ロープ張力、Ｔ_０：初期ロープ張力、Ｔｙ：ロープの降伏張力である。

なお、支柱は、図１３に示すように、落石４が衝突した支柱１２は最大許容傾斜角φまで傾いても安全性が確保される（落石が柵を乗り越えない）ように設計されている。支柱の最大許容傾斜角φは、図１と図６（ａ）に示す直立型の柵では例えば１５°であり、図２と図６（ｂ）に示す折り返し型の柵では例えば２０°である。

次に、ロープ性能を評価するための落石試験について説明する。

（落石試験装置）
落石試験においては、図１４に示す模擬落石試験装置３０を用いて表１に示す実施例１〜４および比較例１〜３のロープの衝撃負荷に対する性能をそれぞれ評価した。

模擬落石試験装置３０の概要を説明する。

４本以上の支柱３２を固い地盤３１の上に立設し、支柱３２の上端に頭部３３を取り付け、鋼製やぐらを構築する。長さ２ｍのロープ２０の一端を固定金具３４により鋼製やぐらの頭部３３に外れないように強固に取り付ける。ロープ２０の上半部にロープ張力測定用のテンションバー３５を取り付ける。テンションバー３５には後述するひずみ計３６が貼り付けられている。

ロープ２０の他端に質量Ｗ（ｋＮ）の錘４０を取り付ける。クレーンで錘４０を高さＨ（ｍ）まで吊り上げ、吊り上げた状態から錘４０をクレーンから切り離し、錘４０を落下させる。そのときの落下エネルギをＷ・Ｈ（ｋＪ）として、発生したロープ張力Ｔ（ｋＮ）をテンションバー３５に貼り付けられたひずみ計３６により測定する。落下後の状態で、ロープ２０の伸びを測定する。なお、本明細書中において「落石の衝突エネルギ（落下エネルギ）」とは、質量Ｗの物体が落差（落下高さ）Ｈから落下するときの運動エネルギＱ（＝Ｗ×Ｈ）のことをいうものと定義する。

図１５の（ａ）（ｂ）に示すように、テンションバー３５は、主要部の幅と厚みが一様であり、その両端部が若干膨らみ、膨らんだ両端部にボルト孔３５ａがそれぞれ形成されている。図１６に示すように、テンションバー３５のボルト孔３５ａとロープ端末２０ａのシングルロック４１のボルト孔４１ａとに連結ボルト４２が挿通され、この連結ボルト４２とナット４３を締結することによりテンションバー３５とロープ２０とが一体に連結されている。なお、シングルロック４１はロープ端末２０ａを端末処理する金属部品である。

テンションバー３５の長手中央にはひずみ計３６が貼り付けられている。ひずみ計３６は２本のリード線３７により電圧検出器３８に接続されている。一方のリード線３７はテンションバー３５の長手方向（Ｘ方向）の歪み量を検出するための歪みゲージに接続され、他方のリード線３７はテンションバー３５の長手に直交する方向（Ｙ方向）の歪み量を検出するための歪みゲージに接続されている。テンションバー３５とともにひずみ計３６がＸ方向およびＹ方向に変位して歪むと、それらの歪み量に見合った電圧変化が電圧検出信号Ｓ１，Ｓ２として電圧検出器３８にそれぞれ送られるようになっている。電圧検出器３８には更にプロセスコンピュータ（図示せず）が接続され、電圧検出信号Ｓ１，Ｓ２がコンピュータに入力されるようになっている。コンピュータは、入力信号Ｓ１，Ｓ２と所定の数式（メモリから呼び出したデータ信号）とに基づきＸ方向およびＹ方向の歪み量を演算により求める。さらに、Ｘ方向とＹ方向の各歪み量から所定の数式を用いて演算によりロープ張力Ｔを求める。

（落石試験結果）
上記の模擬落石試験装置３０を用いて、表１に示す実施例１〜４と比較例１〜３の各サンプルロープについて表２に示す条件で落石試験をそれぞれ実施した。落石試験では、落下エネルギＱ（＝Ｗ・Ｈ）を種々変えて実施例１〜４のロープと比較例１〜３のロープに発生する張力Ｔをそれぞれ調べた。その結果を図１７および表２にそれぞれ示した。図１７において、特性線Ｋは実施例１〜４の結果をプロットして最小二乗法で求めた直線に該当し、特性線Ｊは比較例１〜３の結果をプロットして最小二乗法で求めた直線に該当する。図から明らかなように、比較例１〜３のロープは低エネルギ域でのエネルギ増加に伴い、高い発生張力（ロープ張力）Ｔで増加する傾向にあることが分かる。また、実施例１〜４のロープは、比較例１〜３のロープと比べて発生張力Ｔが約半分でも吸収エネルギが約２．５倍を示すという画期的な高エネルギ吸収特性が得られた。

また、図中の特性線Ｋ１は、模擬落石試験で得られた実測特性線Ｋの安全側を見込んで傾き係数とＹ切片値とを規定したものであり、伸びたロープとともにエネルギＱを有する落石が防護網を突き破るおそれがまったく無い発生張力Ｔの下限に該当し、直線式Ｔ＝１．２Ｑ＋２０で与えられる。さらに、特性線Ｋ２は、模擬落石試験で得られた実測特性線Ｋの安全側を見込んで傾き係数とＹ切片値とを規定したものであり、ロープのエネルギ吸収量が不足して、支柱に掛かる負荷が過大にならない（支柱の傾斜や支柱の倒壊が発生しない）発生張力Ｔの上限に該当し、直線式Ｔ＝１．８Ｑ＋８０で与えられる。

発生張力Ｔが１．２Ｑ＋２０を下回る（Ｔ＜１．２Ｑ＋２０）と、伸びが過大になるため、伸びたロープとともに落石が防護網を突き破る危険性がある。すなわち、図１７の特性線Ｋ１を下回る発生張力Ｔでは、落石が支柱間をすり抜けて防護柵を突破してしまうおそれがある。

一方、発生張力Ｔが１．２Ｑ＋８０を超える（Ｔ＞１．２Ｑ＋８０）と、伸びが小さくなりすぎるため、ロープのエネルギ吸収量が不足して、支柱に掛かる負荷が過大になる。すなわち、図１７の特性線Ｋ２を超えると、落石が防護柵を突破してしまうおそれがある。

以上のことから、落石の衝突エネルギ、すなわち落下エネルギＱ（＝Ｗ・Ｈ）を受け止めたときに発生するロープ張力Ｔが下記の不等式（５）の関係を満たすように、ロープの弾性係数ＥＷ、ロープ長Ｌ、ロープ断面積Ａをそれぞれ設定することが好ましい。

１．２Ｑ＋２０≦Ｔ≦１．８Ｑ＋８０ …（５）
この関係式（５）は上述した模擬落石試験を用いて求めたものである。さらに簡略的には、落下エネルギＱが大略５〜２０ｋＪの範囲において伸び値が３％以上を示すロープ条件（弾性係数ＥＷ、ロープ長Ｌ、ロープ断面積Ａ）を設定することも可能である。落下エネルギＱが５〜２０ｋＪの範囲では、近似的に上式（５）の関係を満たし得るからである。

なお、ロープ条件として更に、０．３０〜０．３５ｋＮ／ｍｍ²の静的荷重を受けたときの伸び値が２０〜６０％の範囲を示すという静的な機械特性をロープに加重することもできる。このように大きな静的伸び値は、落石のような衝撃荷重を受けたときの動的伸び値との間にはっきりした相関があるとは必ずしも言えないが、一定の金属材料に関してある程度の相関をもつことが予測されている。代表的なオーステナイト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２４などについては基本的な機械的特性のデータ蓄積量が年々増加しているので、近い将来において静的伸び値と動的伸び値との間の相関データが一般に公開されることが期待される。

次に、実施例１〜４を比較例１〜３と対比させて本発明の効果について説明する。

実施例１〜４と比較例１〜３のロープの静的引張試験結果を表１に示す。

実施例１〜４と比較例１〜３のロープの衝撃引張試験結果を表２に示す。

全試験ケースにおいてサンプルロープの破損は認められなかった。

（実施例１）
軟質ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４Ｌ）からなる３×７構造ロープ（径１８．２ｍｍ）を用いて静的引張り試験と模擬落石試験（衝撃引張試験）を実施した。模擬落石試験の条件は表２に示す通りである。

静的引張試験結果は、破断加重が８３．２ｋＮ、伸びが５４．６％であった。

衝撃引張試験結果は、発生張力Ｔが５８．０８ｋＮ、伸びが５．７％であった。

（実施例２）
軟質ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４Ｌ）からなる３×７構造ロープ（径１８．２ｍｍ）を用いて静的引張り試験と模擬落石試験を実施した。模擬落石試験の条件は表２に示す通りである。

静的引張試験結果は、破断加重が８３．２ｋＮ、伸びが５４．６％であった。

衝撃引張試験結果は、発生張力Ｔが５９．３５ｋＮ、伸びが３．１％であった。

（実施例３）
軟質ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４Ｌ）からなる３×７構造ロープ（径１８．３ｍｍ）を用いて静的引張り試験と模擬落石試験を実施した。模擬落石試験の条件は表２に示す通りである。

静的引張試験結果は、破断加重が８３．６１ｋＮ、伸びが５１．９％であった。

衝撃引張試験結果は、発生張力Ｔが６８．６８ｋＮ、伸びが６．３％であった。

（実施例４）
軟質ステンレス鋼線（ＳＵＳ３０４Ｌ）を普通撚りした３×７構造ロープ（径１８．３ｍｍ）を用いて静的引張り試験と模擬落石試験を実施した。模擬落石試験の条件は表２に示す通りである。

静的引張試験結果は、破断加重が８２．６１ｋＮ、伸びが５１．９％であった。

衝撃引張試験結果は、発生張力Ｔが７１．４３ｋＮ、伸びが１５．３％であった。

（比較例１）
亜鉛めっき鋼線を普通撚りした３×７構造ロープ（径１８．４ｍｍ）を用いて静的引張り試験と模擬落石試験を実施した。模擬落石試験の条件は表２に示す通りである。

静的引張試験結果は、破断加重が１３１．１４ｋＮ、伸びが７．３％であった。

衝撃引張試験結果は、発生張力Ｔが１３１．１４ｋＮ、伸びは無かった（０％）。

（比較例２）
亜鉛めっき鋼線を普通撚りした３×７構造ロープ（径１８．４ｍｍ）を用いて静的引張り試験と模擬落石試験を実施した。模擬落石試験の条件は表２に示す通りである。

静的引張試験結果は、破断加重が１５２．１３ｋＮ、伸びが７．３％であった。

衝撃引張試験結果は、発生張力Ｔが１５２．１３ｋＮ、伸びは０．６％であった。

（比較例３）
亜鉛めっき鋼線を普通撚りした３×７構造ロープ（径１８．４ｍｍ）を用いて静的引張り試験と模擬落石試験を実施した。模擬落石試験の条件は表２に示す通りである。

静的引張試験結果は、破断加重が２１６．６５ｋＮ、伸びが７．３％であった。

衝撃引張試験結果は、発生張力Ｔが２１６．６５ｋＮ、伸びは無かった（０％）。

（伸び試験結果）
図１９は、横軸に伸びをとり、縦軸にロープ張力（ｋＮ）をとって、両者の相関について調べた特性線図である。図中の特性線Ｂは比較例１〜３の結果を、特性線Ａは実施例１〜４の結果を示す。図から明らかなように、実施例１〜４のロープは、比較例１〜３のロープに比べて伸びが非常に大きくなることが認められた。

本発明は、落石や土砂崩壊等の防護工として山間部の道路に沿って設置される落石防護柵に用いることができる。

落石防護柵の斜視図。 他の落石防護柵の斜視図。 本発明の高エネルギ吸収落石防護柵の全体概要を示す正面図。 （ａ）は図３のＡ部分を拡大して示す斜視図、（ｂ）は図３のＡ部分を側方から見て示す図。 図３のＢ部分を拡大して示す斜視図。 （ａ）は図１の落石防護柵の支柱を側方から見て示す図、（ｂ）は図２の落石防護柵の支柱を側方から見て示す図。 （ａ）はロープホルダの縦断面図、（ｂ）はロープホルダの側面図。 （ａ）はロープホルダの一部を切り欠いて示す部分切欠断面図、（ｂ）は他の実施形態のロープホルダの一部を切り欠いて示す部分切欠断面図。 （ａ）は抵抗部材とロープホルダを示す縦断面図、（ｂ）は他の抵抗部材とロープホルダを示す縦断面図。 横張りワイヤロープの横断面図。 落石モデルを用いて防護柵の高さを設定するときの模式図。 落石モデルから横張りワイヤロープが受ける力を求めるための模式図。 落石モデルから支柱が受ける力を求めるための模式図。 模擬落石荷重を受けたときの発生張力を測定する試験装置を示す模式図。 （ａ）は歪ゲージを貼り付けたテンションバーを示すブロック模式図、（ｂ）は歪ゲージを貼り付けたテンションバーを示す模式図。 テンションバーと被検体ロープとの取り付け部分を示す分解図。 実施例と比較例とを比べて落下エネルギ（落石の衝突エネルギ）とロープ発生張力との相関を示す特性線図。 ロープの伸びと張力との相関を模式的に示す特性線図。 実施例と比較例とを比べてロープの伸びと張力との相関を示す特性線図。

符号の説明

１…道路側、２…コンクリート基礎、３…山側、４…落石、
１０…落石防護柵、
１１，１２，１２Ａ，１３…支柱、
１４…間隔保持部材、
１５…金網支持ワイヤ、
１６…防護網、
１７…Ｕボルト、
１９…索端金具、
２０…横張りワイヤロープ、２０ａ…ロープ端末部、
２１…構成ワイヤ、２２…ストランド、
２５…ロープホルダ、２５ａ…スリーブ部、２５ｂ…拡径開口部、
２６…固定部材（番線）、
２７…抵抗部材。

Claims (2)

1. 山間部の道路の山側に沿って互いに間隔をあけて立設された複数の支柱と、
   前記支柱の相互間に張設され、落下物を受けたときに非弾性的に塑性変形伸びを生じて前記落下物の運動エネルギを吸収する複数の横張りワイヤロープと、
   前記複数の横張りワイヤロープと前記複数の支柱とで形成される面を覆うように設けられた防護網と、
   前記支柱の相互間において少なくとも２本以上の前記横張りワイヤロープを横断するように取り付けられ、前記少なくとも２本以上の横張りワイヤロープを所定の間隔に保持する複数の間隔保持部材と、
   前記支柱および前記間隔保持部材の少なくとも一方に所定の間隔に取り付けられ、その内径が実質的に一様であり、前記横張りワイヤロープに直接または間接に接触して前記横張りワイヤロープとの間に生じる摩擦力により前記横張りワイヤロープを半拘束状態に保持するスリーブ部を有し、その内径が前記スリーブ部の内径よりも大きくなるように漸次増加し、前記落下物を受けて前記横張りワイヤロープが変位したときに前記横張りワイヤロープを傷付けないように滑らかに案内する拡径開口部を有する金属からなる複数のロープホルダと、
   を具備し、
   前記横張りワイヤロープは、前記落下物を受けたときに下式の関係を満たすことを特徴とする高エネルギ吸収落石防護柵。
   １．２Ｑ＋２０≦Ｔ≦１．８Ｑ＋８０
   但し、Ｔ：横張りワイヤロープに生じる発生張力（ｋＮ）
   Ｑ：衝突時の落下物の運動エネルギ（ｋＪ）
2. 前記横張りワイヤロープと前記ロープホルダとの間に挿入され、前記横張りワイヤロープと前記ロープホルダとの間に生じる摩擦力を増加させるゴム、ゴム系複合材料、樹脂、樹脂系複合材料、不織布のいずれかからなる抵抗部材をさらに有することを特徴とする請求項１記載の落石防護柵。

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