ノ
＼
円弧を粗合 わせた越m 板 図1 . 1 −25
aa;水a l m
直 線 郎長 さ が 水 圧 荷 重 に 与え る影 饗 図1 . 1‑26
0
1 2 3 4 ti流木J ￡ m 越 流 水 脈 に 合 わ せ た 越 流 板 の 水 圧 荷lE 図1 . 1‑27
% 閤度 一 計 算値 十 実 験値 図1 . 1 −28 0.9
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 e.i 6
高圧 スライド ゲート のアップ リフト 係数CU 頂部止水が 有効の場 合
高 圧スライド ゲ ート のアップ リフト 係数CU 頂部止水が 有効 でな い鳩 合
C2A2 ÷ClAl‑
itwfis 図1 . 1 −29 0.9
e.8 0.7 0.6 0.5 0.4 8.3 0.2 0.1 e
グの上流壁面と扉体の上流面の間隙を通してヶ−ジンクの中に水が流入することはない。
流水によるヶ−ジンク内の圧力降下は管水路天井と扉体上流面で作る隅部に発生する渦が 原因である。図の中の計算値は、Naudascherに倣っ て、次の式 で計算した結果である。
Cu 一一 CC − （CC ）O
1 にc ）0
アップリフト係数アップリフト係数
I 1 文 献(I3) の 式(39) をCu = 1 ‑ Kr の 関 係 を 便 っ て 変 形 し た 式 で あ る1.1‑
^ 」 O.Hl コ ンデ ィ‑Jト 内ゲ ート ダ ウン プ ル試 験供 賦 ゲ ート形 状 図1 . 1 −30
Cc は縮流係 数で、von Hises の計算したコンジット面 に鉛直 にたて られた壁の スリットか らの流れの値゛を用 いる。（Cc ）o は開度O の時 の値 であ る。実験に用いた 扉体の底面形 状を図1 。1 −30 に示したが、底面形状 はアップ リフト にほと んど影響を与えないことが別の実 験f 1で確認され ている。図1 . 1 −2 9 は扉体の下流面 の水密 か維持さ れていない場 合のU 係数の計算結果であ る。この状態では ケーシン グの上流壁面と扉体の上流面 の間隙（面積A, 、流量 係数c, ）を通し て水がヶ− ジ ンクの中に流入し、扉 体下流面とヶ 一ジン クの下流壁面 の間隙（ 面積A2 、流量 係数Cp ） から流出する。ヶ−
ジン ク内 の圧力 は流入量と 流出量がバランスす る点 まで降下す る。この様な条件 から次の 式X2 を導き、 計算 に適用し た。 計算結果 には隅 部の渦による圧力降下は配慮さ れていない。O
2 ‑A. 2÷C,A, が十分 大き く、隅部からヶ一 ジン クに流 れ込む水が隅部 の渦を吸い込んで
Cu 一一
（
C C
1‑
,A
‑.A ）2 ＋1
しまって、渦がない状態では図一2 9 が正しく適用できるが、C 2 A 2÷C,A, が中庸以下 の値では図一28 と図一2 9 の混合した状態にあり、図一2 9 のCu イ 直は増加するであろ う゛3 ．混合状態における渦による圧力降下量の有効落差に対する割合をChe とすると、
△Cue ＝（
C C
,A
‑.A ）^x Che 2
Cu の 渦 に よ る 増 加 量 △C ueは 次 の 式 で 与 え ら れ る 。 渦 が な い 状 態 と 混 合 状 態 の 境 界 値 、
り 12 13
文 献(i3)
文 献(13) の 式(36) か らCu =1 −KT の 関 係 を 使 用し て 同じ 結果 が 得 ら れ る 。 文iK(l3) の 説 明(171 百) の 引 用であ る 。
1.1‑ 37
及び、混合状態におけるChe は水理実験にて用意する必要がある。ヶ− ジンク内に水の流 れがある場合は扉体の頂部を越える流れが存在するが。流速が小さいので、頂板
への影響は2 次的な程度と考えられる。
1‑3 ） ゲートシ ャフト内 の高圧 ゲート： 水位 低下 形
ゲート シャフト 内に設置される高圧 ゲートは、1 −2 ）項の高圧 スライド ゲートと同様 に、 動的成分への水路形状の影響を力学的 要素と切り 離し て論じること ができ る。扉体下 流面 とゲート シャフト の下流壁の間の水 密は維持さ れない ので、 シャフ ト内へ の水の流入 流出 が起こ り、流入量と流出量がバラン スする点 まで水位 が降下する。Cu の 計算式は1
−2 ）項 で導いた結果 と同じ になる。従っ て。図1. エー2 9 とこ れに関する説 明がそ の ま ま適用 でき る。シャフト 内では扉体の頂部を越 える流 れが存在す るが、流速が小さい の で、 頂板への影響は2 次的なも のと考えられる。1 −2 ）項と 異な る点 はシャフト 内に設 け られるリセ スの影響 である。 高圧スライドゲートはケ ーシン グ上 の油圧シリン ダにより 開閉 が行われる。扉体 に作用す る水圧 はスライド板で堤体に 伝達さ れる。ピ スト ン はスラ イド板 の大きな摩擦力に打ち勝 つ力を持 ち、ピ ストンロット は太く、 且つ。短い。即ち。
開閉 機は 扉体を押 すも引くも 自由自在 で、 扉体に作用する水理的上下 向力が開 閉荷重に占 め る率は大きな値 とはならない。 ゲート シャフト 内の高圧ゲ ートの水圧力は 摩擦力の少な いロ ーラで伝達するのが一般的である。 従っ て、 開閉荷 重の中 で水理的上下向力 の占める 割 合が高く、 図1. エー2 2 のb で説明し たリ セスによ る静的成分の低 減努力も 経済的 に 見 合っ てくる。加えるに、ゲ ート シャフ ト 内の高 圧ゲート は大型で、且つ、開閉 機は静水 頭より高 い位置に置かれるので、自重による降下 が＝般的 であ る。それ故に大き な水理 的 上向力の 発生 は避け なければならない。扉 体底面 に作用す る水圧力は高開度で高 まるの で、
この時点 でのシャフト 内の水位降下は大き な上向力 を発生さ せる原因となる。こ の力を緩 和す る為 に、リセ スの上限位置をあ る範囲 に限定し、高開 度に於いて剥離点C を扉 体の 頂 部水密機 構の上に戻す 試みがなされている＊1．前述し た様に、 リセスで大きさを操 作す る 対象 は静的 成分であ るが、リセ スを設置す ることにより生じ る流出条件（ 面積Λ2 、流 量係 数Co ） の変化 は動的成 分の大きさ に現れると考 えて机上 計算 を行う。
木1 文 献( ＼2)
2 ）動 的成分（底 部）に影響を与 える 要素
動的成分（底部）は、上流水頭 による 静圧状態を 基準とし、扉体底面 に沿っ だ水の流れ により圧力減少が発生したとする見かけの下降力 である 。その大きさ は、流れに剥離が存 在しないな らば、速度水頭を底板上に沿って積分し た値 におお よそ等しいと考えられる。
本 論文ではこの力を ダウンプ ル と呼ぶ。扉体底面の流 れは大きな水路系 の一部と見な すことができる。扉体白身 が水路の一 部である。 ダウンプル は水路を構成する総ての形状 要素から影響を受け る。形状要素 には流 れの表面も 含まれる。 ダムの正面に設置さ れる高 圧 ゲート では水路 の中に自 由表面 が含 まれるが、水 の流 れに 伴う自由表面の変化は無視で きる 程度と 考えられる。河川 ゲート では、重力によ る変 形が扉体の上 流側の自由表面及び 下流 の縮流 に認め られる。しかし、自由表面の変形 の程 度は扉体底 部周辺の水の流れの方 向に著しい影響を及ぼすとは考え難い。縮流の変形 は流 量に大きく影響するが扉体底部周 辺の流れ の方向に大きく影響することはないと考 えられる。 従って、 動的成分（底部）に 対する水路形状の影響を力 学的要素から切り放し て論じ ることができ る。水路形状の影饗 を無次元 の係数で表し たも のがダンブル 係数と 呼ばれる 。これをCd で表し 、以後 はD 係
一 数と 呼ぶ。無次元化 の基準長 を扉 体の厚さ（t ＝上流端か ら剥 離点 迄の距離） にと り、単 位 体積の流水重量をy とし て、D 係数を次 の式 で定義する。式中の ダウンプル は単位 巾当
Cd ＝
ダ ウ ン プ ル t （r 有 効 落 差 ）
たりの値 であり、有効落差 はゲート前後 における実質的 な水頭落差を示す 。この定義を用 いれば、 ダウンプ ルの大きさ は（t xD 係数）と（Y X有 効落差） の積で与えられる。前 者は扉体の底面形状 と水路形状＊1に対し て定まる量 であ り、 後者は作用する水理力 の強さ を表す量である。従っ て、 ダウンプルに影響する要素は 有効落差とD 係数に分け て論じる ことができる。上流側水路の影響を加体上流面の静水頭と 速度水頭の和＝有効水頭で表す ことにすると、有効落差は扉 体より下流側の水路条件と有 効水頭で定まり、D 係数は上流 側の水路形状で定 まる。即ち、扉体より下流側の形状要素 は有効落差のみに関与し、D 係 数には関与しない。D 係数に影響する形状要素は扉体底面、 及び、扉体底面に流入する水
*1 同 度 及 び 上 流 木 面 も 水 路 形 状 要 素に 含め て 考 え る。
39
分類できる。以下に有効落差の計算方法及びD 係数に対する水路形状の影響について詳し く論じる。
2 −1 ） 有 効 落 差 の 計 算 方 法
有 効 落 差 は ゲ ー ト 前 後 に お け る 実 質 的 な 水 頭 落 差 の こ と で あ っ て 、 次 の 式 で 定 義 さ れ る 。Vc2 有 効 落 差 ＝ 有 効 水 頭 一 下 流 の 静 水 頭 ＝ −
2g
有 効 水 頭 は 扉 体 の す ぐ 上 流 側 に 於 け る 速 度 水 頭 と 静 水 頭 を 加 算 し た 値 で あ る 。 下 流 の 静 水 頭 は 扉 体 下 流 の 縮 流 中 の 最 も 薄 い 部 分 の 静 水 頭 で あ る 。Vc は 縮 流 の 中 の 最 大 流 速 であ る 、 従 っ て 、 有 効 落 差 は 縮 流 中 の 最 大 速 度 水 頭 と 定 義 す る こ と も で き る＊1． そ の 大 き さ は 、 貯 水 池 の 設 定 水 位 は 勿 論 の こ と 、 ゲ ー ト の 上 流 側 及 び 下 流 側 の 管 水 路 の 摩 擦 損 出 と 断 面 変 化 、 及 び 、 下 流 端 に 設 け ら れ る ゲ ー ト 。 バ ル ブ 、 水 車 な ど の 様 に 、 水 路 の 流 量 に 影 響 を 与 え る 総 て の 要 因 の 影 響 が 集 積 さ れ た 結 果 で あ る か ら 、 水 路 系 全 体 の 流 量 計 算 が な さ れ て い て 、 縮 流 係 数 が 分 か っ て い れ ば 、 上 式 よ り 算 出 す る こ と が で き る 。 し か し 、 設 計 現 場 に お い て 水 理 デ ー タ が 整 っ て い る こ と は 希 であ り 、 断 片 的 な 情 報 か 、 類 似 プ ロ ジ ェ ク ト の 水 理 デ ー タ 、 或 い は 、 も っ と 不 確 か な 情 報 を 頼 り に 有 効 落 差 を 捻 り 出 さ な け れ ば な ら な い 場 合 が 多 い の で 、 精 度 は 若 干 下 が っ て も 、 デ ー タ の 入 手 状 況 に 柔 軟 に 対 応 で き る 方 法 が 必 要 であ る 。 上 流 側 の 水 路 条 件 を 有 効 水 頭 で 置 き 換 え る 作 業 に 困 難 は な い 。 下 流 側 水 路 条 件 へ の 対 応 に 工 夫 が 必 要 で あ る 。 計 算 方 法 は ゲ ー ト か ら の 流 出 条 件 に よ っ て 異 な る 。 採 用 し た 方 法 は 。
一
算 式 が 簡 単 に 表 せ る 流 出 条 件 を 基 本 条 件 に 選 び 、 基 本 条 件 の 算 式 を 設 定 し 、 他 の 流 出 条 件 は 基 本 条 件 の 計 算 値 を 修 正 し て 求 め る 考 え 方 で あ る 。 表 工。 工 一2 は 上 に 述 べ た 有 効 落 差 の 定 義 式 を こ の 考 え 方 に 沿 っ て 書 き 改 め た 結 果 で あ っ て 。 不 備 な デ ー タ に 対 し よ り 柔 軟 に 対 応 す る こ と が 可 能 で あ る 。 流 出 条 件 は 、 基 本 条 件 に 選 ん だ自 由 流 出 の 他 に 、 匿 流 状 態 。 空 気 補 給 な ど が あ る 。 下 流 水 路 の 個 々 の 要 素 の 影 響 は こ れ 等 の 条 件 に 集 約 さ れ る 。 し か し 、 ゲ ー ト が 水 路 呑 み 口 の 前 面 に 設 置 さ れ る 場 合 は 。 自 由 流 出 に お い て も 、 呑 み 口 形 状 が 流 量 に 影 響 す る の で 、 そ の 形 状 要 素 を 流 出 条 件 の 一 つ と し て 考 慮 す る 必 要 が あ る 。 呑 み 口 要 素 は 水 路 の 傾 斜 度 （ 直 角 、 上 傾 斜 、 下 傾 斜 ） 、 リ ッ プ 形 状 （ 基 本 、 変 形 ） 、 種 類 （ 二 次 元 、 三 次 元 ） な ど で あ る 。 表1.1 −2 で 選 ん だ 基 本 条 件 は 二 次 元 の 呑 み 口 面 に 直 角 な 水 路 に ー
* 1E. Naudasch・rの 擢cg に よ る 。文 献（13) 。
1.1‑ 40