開閉操作に対するラジアルゲート脚柱の耐荷力実験
○（財）電力中央研究所 正会員 塩竈 裕三
1．はじめに
ラジアルゲート（図 1）は，ダムに設置される洪 水吐ゲートの主要な構造形式であり，ヒンジ支承部 を中心にワイヤーロープ等を用いてゲート全体を回 転させることにより水位を調整する．
ラジアルゲートの限界状態には，過大な水圧荷重 による脚柱の軸圧縮座屈，水圧荷重による軸圧縮力 と開閉時の支承部の摩擦抵抗に起因したモーメント 荷重との組み合わせによる脚柱の座屈などがある．
軸圧縮力による脚柱の座屈については，齋藤ら 1) により，地震時の動水圧荷重増加を対象とした耐荷 力実験が行われている．
一方，開閉時のモーメント荷重による脚柱の座屈 については，国内外のラジアルゲート損傷事例にお いて原因のひとつと考えらてきたが，実験的にこれ を確かめた事例は著者が把握する限り見当たらない．
そこで本研究では，ラジアルゲート脚柱の開閉時 の座屈現象に対して，耐荷力を実験的に確認する方 法としてワイヤロープによる載荷機構を提案し，実 験の成立性を確認した．
2．実験概要
載荷方法としては，水圧荷重を模擬した荷重をか けた状態で支承部に曲げモーメントを直接与える方 法（図2 上側）と，支承部を固定して模型全体を回 転させることにより反力として曲げモーメントを与 える方法（図2下側）が考えられる．
本研究では，実構造物に近い開閉条件を再現する ため，後者の支承部を固定条件にして模型全体を回 転させる方法と採ることとした．
この場合，水圧荷重を模擬した荷重の載荷点が模 型の回転により移動してしまうことから，模型の回 転に対しても安定して載荷が行えるよう，ワイヤー ロープと滑車を利用した載荷方法を採ることとした．
まず，図 3，写真1 のように，模型の支承部とス キンプレート側に滑車を設け，この間にワイヤーロ ープを配した．ワイヤーロープの端は架台に固定し，
ロープの中間を別途準備した吊り下げ式の錘に接続 することによりロープを緊張させ水圧荷重を模擬し た載荷を行うこととした．荷重の大きさは，写真 2 の左側のように，錘，錘吊り上げ用チェーンブロッ
脚柱 支承部
開閉装置 ワイヤロープ
水圧荷重
ダム越流部 ダム堤体
への固定部
主桁
スキンプレート
摩擦抵抗による 曲げモーメント
図1 ラジアルゲート
キーワード 座屈，ワイヤロープ，ダムゲート，摩擦抵抗モーメント，支承部
連絡先 〒270-1194千葉県我孫子市我孫子1646 (財)電力中央研究所 地球工学研究所 構造工学領域 Tel：070-6568-9672，Fax：04-7183-2962，E-mail：[email protected]
摩擦抵抗モーメントを模擬した
曲げモーメントを直接与える 水圧荷重を
模擬した荷重
反力として 曲げモーメントを与える
開閉を模擬して 支承部を固定したまま
模型を回転させる
載荷方法1
載荷方法2
支承部 脚柱
水圧荷重を 模擬した荷重
図2 開閉時を模擬した載荷方法
土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
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クの重さをロードセルで測定するとともに，写真 2 の右側のように，滑車取付治具にひずみゲージを貼 り付けて，各滑車位置での荷重を測定した．
一方，円弧状のスキンプレート側外面に別途開閉 用のワイヤロープを配し，一端を模型に固定，もう 一端をスクリュージャッキに接続して開閉を模擬す ることとした．開閉荷重，開閉量については，写真3 のように，それぞれロードセル，スキンプレート部 外面に沿わせるように配置した巻込型変位計により 測定した．
3．実験結果
まず，錘とチェーンブロックの合計14.1kNを吊り 載荷用ワイヤを緊張させた．8つの滑車位置での荷重 は合計で95.9kN，平均で12.0kNであった．8つのう ち最大，最小はそれぞれ12.4kN，11.6kNであり，平 均に対して±3%程度の差となった．
続いて，スクリュージャッキにより模型を回転さ せた．図4 に，模型変位と開閉用ワイヤの張力の関 係を示す．模型変位が240mmのところでワイヤ張力 が最大6.43kNとなった．
模型変位が368mmとなった後，開閉用ワイヤ張力 が0kNとなるまでジャッキを戻した．図4の一連の 実験の間，8つの滑車位置での荷重の変化は，実験中 の平均に対して最大で±5%であった．
以上，ワイヤロープを用いた載荷方法により耐荷 力評価が可能と判断し，今後，脚柱の座屈パラメー タを変えた模型により実験を行っていく予定である．
参考文献
1) 齋藤潔, 山本広祐. ラジアルゲート脚柱の耐荷力 評価法に関する検討. 土木学会論文集Ａ. 2010, vol.66, no.4, p.596-612.
滑車
滑車 載荷用ワイヤ
架台に 固定
錘へ
開閉用ワイヤ
スクリュージャッキへ
錘へ
架台に 固定
模型平面図
模型側面図 2,600mm
図3 ワイヤロープと滑車を用いた載荷機構
開閉用ワイヤ スクリュージャッキ
載荷用ワイヤ
滑車
滑車 錘へ
架台 架台固定部
写真1 ラジアルゲート模型
錘
チェーン ブロック ロードセル 載荷用
ワイヤ
模型へ
滑車
滑車 取付治具
ひずみゲージ
写真2 水圧模擬荷重の測定
スクリュー ジャッキ
ロッド ロードセル
開閉用ワイヤ
巻込型変位計 変位計ワイヤ ラジアルゲート模型
写真3 開閉荷重，開閉量の測定
0 1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350 400
開閉用ワイヤ張力(kN)
模型変位(mm)
ワイヤにすべりが生じ，
一旦ジャッキを戻す．
266mm
368mm 240mm，6.43kN
図4 模型変位とワイヤ張力の関係
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