JP3973583B2

JP3973583B2 - 高速道路、橋梁、高速鉄道等における付帯設備の落下防止方法

Info

Publication number: JP3973583B2
Application number: JP2003075118A
Authority: JP
Inventors: 元司田代
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2004278256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速道路、橋梁、高速鉄道等における付帯設備の落下防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路や橋梁、高速鉄道等においては、付帯設備として遮音壁、標識，照明灯などが設備されており、このような設備は車両の衝突、地震、破壊疲労に対処するために落下防止索で落下を防止するのを通例としている。
【０００３】
前記落下防止索は、通常、ワイヤロープが用いられ、一端部を落下防止対象物に連結し、他端部を固定構造物にアンカーリングし、荷重がかかった時にエネルギーを吸収させるようにしている。
その場合、従来では、安全率を２以上に設計し、図１のようにロープの弾性域内（丸1の数字で示している）で落下エネルギーを吸収するようにしていた。そして、エネルギー吸収を１本のロープで許容しない場合には、複数本に増して張設していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにロープ弾性域内でエネルギーを吸収する方式では、エネルギー吸収効率の点から、ロープ径が大きくなり、かつ発生張力も増加する。
その結果、施工性が悪くなり、ロープ端部の発生張力の増加に対応すべく定着部としてのアンカーの強度を大きく、大型化しなければならなかった。このため、施工費用が増し、道路や橋梁などの本体に悪影響が生じていた。
【０００５】
本発明は前記問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、ロープのエネルギー吸収性能を最大限利用でき、ロープ径を小さくできるとともに発生張力を小さくできる高速道路や橋梁、高速鉄道等における遮音壁、標識，照明灯などの付帯設備の落下防止方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、常態において張力が発生しないように柱状、パネル状等をなした落下防止対象の付帯設備に一端が固定され、他端が落下防止対象物を支える構造物に固定されたワイヤロープを備えた落下防止装置において、前記ワイヤロープが、所定の長さの相対的に短いワイヤロープと、このワイヤロープの長さに伸び量を加えた以上の長さをもつ相対的に長いロープからなり、落下防止対象の付帯設備の落下時に、短いロープが伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域内で落下エネルギーを吸収させ、その後長いロープで短いロープが吸収した残りの落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収させることを特徴としている。
【０００７】
【作用】
従来の高速道路、橋梁、高速鉄道等における付帯設備の落下防止装置はロープによるエネルギー吸収を弾性域内で捉えていたが、本発明はその発想を転換し、塑性領域をエネルギー吸収範囲としたもので、そのため長さに長短のある複数本のロープを使用し、相対的に短いロープが塑性域に達し破断するまでエネルギーを吸収させた後、この相対的に短いロープが吸収し得なかった残りのエネルギーを相対的に長いロープで吸収させるようにしている。
このようにロープの塑性域をエネルギー吸収に利用することからエネルギー吸収量は弾性域の３〜４倍となり、したがって、使用するロープ径を細くすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２と図３は本発明を高速道路や橋梁、高速鉄道等における付帯設備の落下防止手段に適用した第１実施例を示しており、１は道路、２は対象設備、この例では標識柱であり、支柱２ａの上部に標識本体２ｂを固定している。前記支柱２ａは下端部が道路の路面から立ち上がる側壁（高欄）１０に固定金具２０により固定されている。
【０００９】
３は前記標識の側壁１０からの落下を防止する落下防止索であり、複数本（図では２本）のワイヤロープ３ａ、３ｂが用いられているが、ワイヤロープ３ａ、３ｂは同じ長さではなく、片方のワイヤロープ３ｂは、他方のワイヤロープ３ｂの長さＬ１よりも相対的に大きな長さＬ２を有している。ワイヤロープ３ｂの長さＬ２は、少なくとも、ワイヤロープ３ａの長さＬ１にワイヤロープ３ａの破断までの伸び量を加算した長さが必要であり、それに適度な長さを加えてもよい。
【００１０】
前記ワイヤロープ３ａ、３ｂは、それぞれ一端が支柱２ａの中間部に取り付けた支持金具４に連結され、他端が側壁１０に固定した左右の固定金具５，５に連結されている。固定金具５，５は支柱ないし支持金具４から等距離に位置しているので、相対的に短いワイヤロープ３ａは略弓状に張られるが、相対的に長いワイヤロープ３ｂはＵターン状に垂れるがごとき余長をもっている。
【００１１】
図４は本発明の第２実施例を示しており、この実施例では、相対的に長いワイヤロープ３ｂは短いワイヤロープ３ａの外周を取り巻くようにコイル状に導かれている。
この態様は、固定金具が片側でたり、また外観上もあたかも１本の索を呈するので、体裁がよくなる。また長いロープの余長部分の揺れやそれによる騒音、他物との衝突による損傷も防止できる。
【００１２】
図示するものはあくまでも数例であり、これに限定されるものではない。
１）ワイヤロープ３ａ、３ｂの構成は任意である。ロープ太さは通常同一とするが、相違していてもよい。
２）ワイヤロープ３ａ、３ｂの数は、外観上では１本の状態を呈していてもよいが、実質的には少なくとも２本は必要である。しかし、吸収すべきエネルギーの大きさなどに応じて増加してもよい。すなわち、２本目のロープ張力が所定の安全率（通常２倍以上）を満足しない場合には、２本目のロープを破断域まで利用し、２本目のロープの長さ＋伸び以上の長さを持った３本目のロープを併設するのである。以下４本以上の場合も同じである。
３）本発明は、標識や照明灯の落下防止だけでなく、遮音壁の落下防止にも適用される。
【００１３】
【実施例の作用】
本発明の作用を、第１実施例を例にとって説明すると、正常な状態では、標識は図２，３の状態にあり、支柱２ａは固定金具２０で高強度構造物である側壁１０にしっかりと固設されているので、ワイヤロープ３ａ、３ｂには張力が発生していない。
いま、道路を走行中の車両が標識の支柱２ａに激突したり、地震が発生して、支柱２ａが固定金具ごとあるいは固定金具２０から離脱して転倒・落下しようとした場合、相対的に短いワイヤロープ３ａの両端に張力が発生する。この時、長いワイヤロープ３ｂは余長を有するためまだ張力が発生しない。
【００１４】
前記ワイヤロープにより落下エネルギー吸収がなされる過程のロープの荷重・伸び曲線を描くと図５のごとくであり、弾性域内は比例直線的に伸びが増加し，降伏点を過ぎるとカーブは寝てくる。従来では、直線部の途中までの部分をエネルギー吸収範囲として捉えていたが、本発明は、長いワイヤロープ３ｂが短いワイヤロープ３ａの伸び以上の長さを有しているので、短いワイヤロープ３ａが１次吸収作用を発揮し、伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域（丸２の数字で示す）内で落下エネルギーを吸収する。短いロープ３ａは補助ロープとして機能し、長いロープ３ｂは最終的に落下を防止するメインロープとして機能するということができる。
【００１５】
長いワイヤロープ３ｂは設置状態で短いワイヤロープ３ａの伸び以上の長さを有しているため、前記短いワイヤロープ３ａの破断まで伸びた直後あるいは破断直前から張力が発生し、短いワイヤロープ３ａが吸収した残りのエネルギーを自らの破断までのあいだ吸収する。すなわち、対象物（ここでは標識）の残落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収するのである。言い換えると、落下エネルギー＝弾性域内でのエネルギー吸収＋塑性域内でのエネルギー吸収の関係とするのであり、図５における丸付き数字１，２及び３によって、エネルギーを吸収するのである。図６は落下パターンを示している。
したがって、各ロープの可能吸収エネルギーを最大限利用することができ、従来と同等の荷重吸収エネルギーを得る場合には、細い径のロープで足りることになる。
【００１６】
詳述すると、本発明は、最後のロープ（ｎ＋１）は弾性域で落下重量を支持できることが必須条件であり、次式を満足するロープ長さとエネルギー吸収を実現するものである。
式（１）Ｗ・Ｓ＜Ｅｓ１＋Ｅｓ２＋．．．＋Ｅｓｎ＋Ｅｓ（ｎ＋１）
式（２）Ｅｓｎ＝１／２・σ・Ｐ・△Ｌｎ＋α・Ｐ・ＬＲｎ・γ
式（３） △Ｌｎ＝（１＋ε０）・ＬＲｎ・σ・Ｐ／（Ｅ・Ａ）
式（４）Ｅｓ（ｎ＋１）＝１／２・Ｐ／△Ｌ（ｎ＋１）／ＳＦ
式（５） △Ｌ（ｎ＋１）＝（１＋ε０）・ＬＲ（ｎ＋１）・Ｐ／ＳＦ／（Ｅ・Ａ）
【００１７】
ここで、Ｗは落下重量（Ｎ）、Ｓは落下高さ（ｍｍ）で、ｓ１は１本目のロープでの落下高さ、s２は２本目のロープでの落下高さ、ｓｎは最終の１本前のロープでの落下高さ、ｓ（ｎ＋１）は最終ロープでの落下高さ、Ｅはロープの弾性係数（Ｎ／ｍｍ^２）、σは弾性限での係数であり、通常、０．３≦α≦１．０である。Ｐはロープ規格破断荷重（Ｎ）、αは塑性域での効率つまりロープ破断までの塑性変形安全率であり、通常、０．３≦α≦１．０である。△Ｌはロープの弾性伸び（ｍｍ）、ＬＲはロープ長（ｍｍ）、γは塑性域でのロープの伸び率（％）、ε０はロープの初期歪（％）、ＳＦはロープの安全率、Ａはロープの断面積である。
【００１８】
いま、対象物を標識あるいは照明柱（以下標識柱という）とし、これの落下を長短の２本のロープを使用して落下エネルギーを吸収したとする。すなわち短（補助）ロープを破断させて落下エネルギーを吸収させ、その後、長（メイン）ロープで柱の残落下エネルギーを吸収させるとする。
【００１９】
標識柱の落下エネルギーとロープの吸収エネルギー（塑性域を含む）が等価であるとすると、標識柱の落下エネルギーは、Ｅｓ１＝Ｗ・Ｓ１，Ｅｓ２＝Ｗ・ｓ２、ΣＥｓ＝Ｅｓ１＋Ｅｓ２となる。
短ロープの吸収エネルギーは塑性域なので、次式で求められる。
Ｅｒ１＝１／２・σ・Ｐ・△Ｌ１＋α・Ｐ・ＬＲ１・ｒ
△Ｌ１＝（１＋ε_０）・ＬＲ１・σ・Ｐ／（Ｅ・Ａ）
長ロープの吸収エネルギーは、弾性域内なので、次式で求められる。
Ｅｒ２＝１／２・Ｐ・△Ｌ２／ＳＦ
△Ｌ２＝（１＋ε_０）・ＬＲ２・Ｐ／ＳＦ／（Ｅ・Ａ）、
ＬＲ１は短ロープのロープ長（ｍｍ）、ＬＲ２は長ロープのロープ長（ｍｍ）である。
【００２０】
いま、落下重量Ｗを２３００Ｎ、落下高さｓ１（一次落下距離）を２９８５ｍｍ、落下高さｓ２（二次落下距離）を６２６ｍｍとし、落下防止索として、構成が６×１９、ロープ径：１６ｍｍ、規格破断荷重：１１７０００Ｎ、有効断面積：８９ｍｍ^２ _、短ロープとしてロープ長（ＬＲ１）が２５００ｍｍのもの、長ロープとしてロープ長（ＬＲ２）が３０００ｍｍのものを使用し、塑性域でのロープの伸び率ｒを１．５％、弾性限での係数σを０．７とし、塑性域での効率αを０．９とし、ロープの初期歪ε_０を０．５％、安全率ＳＦを２とすると、標識柱の落下エネルギーは、Ｅｓ１＝Ｗ・Ｓ１＝６８６．６ｋＮ・ｃｍとなり、Ｅｓ２＝Ｗ・Ｓ２＝１４４ｋＮ・ｃｍとなり、ΣＥｓ＝Ｅｓ１＋Ｅｓ２＝８３０．５ｋＮ・ｃｍとなる。
【００２１】
落下防止索の吸収エネルギーは、短ロープにおいて、△Ｌ１＝６８ｍｍであり、Ｅｒ１＝６７３．３ｋＮ・ｃｍとなる。長ロープにおいて、△Ｌ２＝５８．３ｍｍとなり、Ｅｒ２＝１７０．５ｋＮ・ｃｍとなる。したがって、総合吸収エネルギーΣＥｒは８４３．９ｋＮ・ｃｍとなる。これは、標識柱の落下エネルギーΣＥｓの８３０．５ｋＮ・ｃｍよりも大きいので、安全に落下防止を図ることができることがわかる。
【００２２】
これに対して、汎用の方式では、ロープの吸収エネルギーは、対象物（この例では標識柱）の落下エネルギーとロープの吸収エネルギー（塑性域を含む）が等価であるとすると、下記の基本式（１）（２）が成り立つ。
式（１）Ｗ・Ｓ＝１／２・Ｐ・△Ｌ・ＳＦ
式（２）（１＋ε_０）・ＬＲ・Ｐ／（Ｅ・Ａ）
【００２３】
図７のように、落下防止索として前記本発明と同じ仕様で、長さがそれぞれ２５００ｍｍの２本のワイヤロープ３ａ、３ａを用いた場合（比較例）、吸収エネルギーは次のごとくである。図８はこの比較例の場合の落下パターンを示している。
【００２４】
標識柱の落下エネルギーＷ・Ｓは６８６．６ｋＮ・ｃｍとなり、落下防止索の吸収エネルギーＥｒは、△Ｌ＝９７．１ｍｍであるから、２８４ｋＮ・ｃｍとなる。
これは標識柱の落下エネルギーＷ・Ｓ：６８６．６ｋＮ・ｃｍよりも著しく低いため、不適格であり、太さを増して強度を高めなければ対応できない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した本発明の請求項１によるときには、常態において張力が発生しないように柱状、パネル状等をなした落下防止対象付帯設備に一端が固定され、他端が落下防止対象物を支える構造物に固定されたワイヤロープを備えた落下防止装置であって、前記ワイヤロープが、所定の長さの相対的に短いワイヤロープと、このワイヤロープの長さに伸び量を加えた以上の長さをもつ相対的に長いロープからなり、付帯設備の落下時に、短いロープが伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域内で落下エネルギーを吸収させ、その後長いロープで短いロープが吸収した残りの落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収させるので、ロープのエネルギー吸収性能を最大限利用でき、ロープ径を小さくできるとともに発生張力を小さくでき、したがって、高速道路や橋梁、高速鉄道等における付帯設備としての遮音壁、標識，照明灯などに対する落下防止効果が高く、しかも施工が容易で安価に実施できるというすぐれた効果が得られる。
【００２６】
請求項２によれば、外観上１本のロープのような形態を呈するので体裁がよく、余長部分の揺れやそれによる騒音、他物との衝突による損傷を防止できるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のロープによるエネルギー吸収メカニズムを示す荷重―伸び曲線図である。
【図２】本発明を適用した落下防止設備の一例を示す正面図である。
【図３】（ａ）は本発明を適用した落下防止設備の側面図、（ｂ）は使用するワイヤロープの側面図である。
【図４】落下防止設備の他例を示す正面図である。
【図５】本発明のエネルギー吸収原理を示す荷重―伸び曲線図である。
【図６】本発明の落下パターンを示す説明図である。
【図７】（ａ）は比較例の落下防止設備の正面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】比較例の落下パターンを示す説明図である。
【符号の説明】
２対象設備
３ａ短ロープ
３ｂ長ロープ

Claims

常態において張力が発生しないように柱状、パネル状等をなした落下防止対象の付帯設備に一端が固定され、他端が落下防止対象物を支える構造物に固定されたワイヤロープを備えた落下防止装置において、前記ワイヤロープが、所定の長さの相対的に短いワイヤロープと、このワイヤロープの長さに伸び量を加えた以上の長さをもつ相対的に長いロープからなり、落下防止対象の付帯設備の落下時に、短いロープが伸びて降伏点に達しさらに伸びが持続するように塑性変形して破断するまでの塑性域内で落下エネルギーを吸収させ、その後長いロープで短いロープが吸収した残りの落下エネルギーと２次落下エネルギーを吸収させることを特徴とする高速道路、橋梁、高速鉄道等における付帯設備の落下防止方法。
長さ大きなワイヤロープが、短いロープの周りを巡るように位置している形態を含む請求項1に記載の高速道路、橋梁、高速鉄道等における付帯設備の落下防止方法。