特開 2025-4599 透過型砂防堰堤の設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025004599

(43)【公開日】2025-01-15

(54)【発明の名称】透過型砂防堰堤の設計方法

(51)【国際特許分類】

   E02B 7/02 20060101AFI20250107BHJP

【ＦＩ】

E02B7/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023104386

(22)【出願日】2023-06-26

(71)【出願人】

【識別番号】000006839

【氏名又は名称】日鉄建材株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】514328975

【氏名又は名称】嶋 丈示

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】國領 ひろし

(72)【発明者】

【氏名】大隅 久

(72)【発明者】

【氏名】嶋 丈示

(57)【要約】

【課題】堰堤本体と、堰堤本体に取り付けられる緩衝部材と、を備えた透過型砂防堰堤の緩衝部材を適切に選定できる透過型砂防堰堤の設計方法を提供する。
【解決手段】実施形態における透過型砂防堰堤の設計方法は、本体鋼管により構成される堰堤本体と、前記堰堤本体に取り付けられる緩衝部材と、を備えた透過型砂防堰堤を設計する透過型砂防堰堤の設計方法であって、前記本体鋼管の外径Ｄを設定し、前記堰堤本体に作用する静荷重に基づいて、前記本体鋼管の板厚ｔ１を設定し、前記堰堤本体に作用する礫の衝突エネルギーＥに基づいて、前記本体鋼管の板厚ｔ２を設定する本体鋼管設定工程と、数式（１）～（３）に基づいて、前記緩衝部材を構成する緩衝鋼管の外径Ｄ´と板厚ｔ´とを設定する緩衝鋼管設定工程と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

本体鋼管により構成される堰堤本体と、前記堰堤本体に取り付けられる緩衝部材と、を備えた透過型砂防堰堤を設計する透過型砂防堰堤の設計方法であって、
前記本体鋼管の外径Ｄを設定し、
前記堰堤本体に作用する静荷重に基づいて、前記本体鋼管の板厚ｔ１を設定し、
前記堰堤本体に作用する礫の衝突エネルギーＥに基づいて、前記本体鋼管の板厚ｔ２を設定する本体鋼管設定工程と、
以下の数式（１）～（３）に基づいて、前記緩衝部材を構成する緩衝鋼管の外径Ｄ´と板厚ｔ´とを設定する緩衝鋼管設定工程と、を備えること
を特徴とする透過型砂防堰堤の設計方法。

【数12】

【数13】

【数14】

【請求項2】

前記本体鋼管設定工程は、設定した前記板厚ｔ１と前記板厚ｔ２とに基づき、前記本体鋼管の製造の可否を判定する製造可否判定工程を有し、
前記緩衝鋼管設定工程は、前記製造可否判定工程において前記本体鋼管が製造不可と判定された場合、前記緩衝鋼管の前記外径Ｄ´と前記板厚ｔ´とを設定すること
を特徴とする請求項１記載の透過型砂防堰堤の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、堰堤本体と、堰堤本体に取り付けられる緩衝部材と、を備えた透過型砂防堰堤を設計する透過型砂防堰堤の設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

土砂・流木による災害を防止する透過型砂防堰堤に関する技術として、ダム本体に緩衝部材が取り付けられた特許文献１～３の開示技術が開示されている。

【0003】

特許文献１の透過型砂防ダムは、洪水時の巨礫の衝突エネルギーを吸収するための断面形状が閉断面の緩衝手段がダム本体の上流面に、前記ダム本体に対して着脱自在に取り付けられ、前記緩衝手段には、巨礫の衝突による前記緩衝手段の変形を拘束するための変形拘束手段が設けられ、前記変形拘束手段は、前記緩衝手段の両端に設けられていることを特徴とする。

【0004】

特許文献２の透過型砂防ダムは、洪水時の巨礫の衝突エネルギーを吸収するための緩衝手段がダム本体の上流面に、前記ダム本体に対してブラケットを介して着脱自在に取り付けられ、前記ダム本体は、基礎コンクリート上または地盤上に固定された鋼製支柱と、前記支柱間に固定された鋼製梁材とからなり、前記支柱と前記梁材とは、多面体の鋼製箱型結合エレメントを介して互いに結合され、前記柱材および前記梁材の軸芯は、前記鋼製箱型結合エレメント内の一点に集中していることを特徴とする。

【0005】

特許文献３の透過型砂防ダムは、洪水時の巨礫の衝突エネルギーを吸収するための緩衝手段がダム本体の上流面に、前記ダム本体に対してブラケットを介して着脱自在に取り付けられ、前記ブラケットは、前記緩衝手段の下流面側に面して取り付けられ、上流面側には露出しておらず、前記緩衝手段は、縦方向に複数本に分割されていることを特徴とする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許３２７０７４４号公報

【特許文献2】特許３２８９８２７号公報

【特許文献3】特許３９４６０２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１～３の開示技術では、堰堤本体の上流側に緩衝部材を配置して、礫の衝撃を緩衝させる。しかしながら、緩衝部材を構成する緩衝鋼管の外径と板厚を設計する手法は、現在まで確立されていないのが現状である。このため、適切な緩衝部材が選定されず、礫の衝突によって堰堤本体が損傷を受けるおそれがある。したがって、緩衝鋼管を適切に選定できる透過型砂防堰堤の設計方法が求められる。

【0008】

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、堰堤本体と、堰堤本体に取り付けられる緩衝部材と、を備えた透過型砂防堰堤の緩衝部材を適切に選定できる透過型砂防堰堤の設計方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る透過型砂防堰堤の設計方法は、本体鋼管により構成される堰堤本体と、前記堰堤本体に取り付けられる緩衝部材と、を備えた透過型砂防堰堤を設計する透過型砂防堰堤の設計方法であって、前記本体鋼管の外径Ｄを設定し、前記堰堤本体に作用する静荷重に基づいて、前記本体鋼管の板厚ｔ１を設定し、前記堰堤本体に作用する礫の衝突エネルギーＥに基づいて、前記本体鋼管の板厚ｔ２を設定する本体鋼管設定工程と、以下の数式（１）～（３）に基づいて、前記緩衝部材を構成する緩衝鋼管の外径Ｄ´と板厚ｔ´とを設定する緩衝鋼管設定工程と、を備えることを特徴とする。

【0010】

【数1】

【0011】

【数2】

【0012】

【数3】

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、堰堤本体と、堰堤本体に取り付けられる緩衝部材と、を備えた透過型砂防堰堤の緩衝部材を適切に選定できる透過型砂防堰堤の設計方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態における透過型砂防堰堤の一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施形態における透過型砂防堰堤の一例を示す側面図である。

【図3】図３は、実施形態における透過型砂防堰堤の一例において、第１本体鋼管の近傍を第１本体鋼管の管軸方向に直交する断面で切った断面図である。

【図4】図４は、透過型砂防堰堤の設計方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を適用した透過型砂防堰堤の設計方法を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、上下方向Ｚとし、流下物の流下する方向を流下方向Ｘとし、上下方向Ｚと流下方向Ｘに交わる方向を幅方向Ｙとする。流下方向Ｘは、上流側Ｘ１と、下流側Ｘ２と、を有する。

【0016】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る透過型砂防堰堤１００の一例を示す斜視図である。図２は、第１実施形態における透過型砂防堰堤１００の一例を示す側面図である。

【0017】

透過型砂防堰堤１００は、礫、土砂等の流下物を捕捉する。透過型砂防堰堤１００は、堰堤本体８と、堰堤本体８の上流側Ｘ１及び上方側の少なくとも何れかに着脱自在に取り付けられる緩衝部材１と、を備える。図１の例では、緩衝部材１は、堰堤本体８の上流側Ｘ１に着脱自在に取り付けられる。

【0018】

緩衝部材１は、巨大な礫等が衝突した際の衝突エネルギーを吸収し、堰堤本体８に伝達される衝突エネルギーを緩和させるものである。緩衝部材１が堰堤本体８に着脱自在に取り付けられるため、礫が衝突して緩衝部材１が破損した場合であっても、破損した緩衝部材１を新たな緩衝部材１に容易に交換できる。

【0019】

（堰堤本体８）
堰堤本体８は、コンクリート基礎や地盤などの基礎部９に立設される。堰堤本体８は、複数の本体鋼管８０を有し、複数の本体鋼管８０が組み合わされて構成される。本体鋼管８０は、第１本体鋼管８１と、第２本体鋼管８２と、第３本体鋼管８３と、を有する。

【0020】

第１本体鋼管８１は、上下方向Ｚに延び、例えば鉛直方向に延びる。第１本体鋼管８１は、堰堤本体８の最も上流側に配置され、下端が基礎部９に埋設固定される。第１本体鋼管８１は、幅方向Ｙに離間して複数配置される。第１本体鋼管８１は、幅方向Ｙに延びる横材８９が、上下方向Ｚに複数設けられてもよい。第１本体鋼管８１が横材８９を有することにより、捕捉した礫等が堰堤本体８の下流側に流下するのを更に抑制できる。横材８９は、例えば鋼管が用いられる。

【0021】

第２本体鋼管８２は、第１本体鋼管８１よりも流下方向Ｘの下流側Ｘ２に配置される。第２本体鋼管８２は、流下方向Ｘに沿って配置される。第２本体鋼管８２は、下流側Ｘ２に向かうにつれて下方に傾斜する斜材である。第２本体鋼管８２は、上端が第１本体鋼管８１に溶接等により連結され、下端が基礎部９に埋設固定される。第２本体鋼管８２は、幅方向Ｙに離間して複数配置される。

【0022】

第３本体鋼管８３は、幅方向Ｙに延びる。第３本体鋼管８３は、幅方向Ｙに離間した複数の第１本体鋼管８１同士を連結する。第３本体鋼管８３は、第１本体鋼管８１に溶接等により連結される。

【0023】

（緩衝部材１）
緩衝部材１は、緩衝鋼管１０と、取付機構２と、を有する。

【0024】

図３は、第１実施形態における透過型砂防堰堤１００の一例において、第１本体鋼管８１の近傍を第１本体鋼管８１の管軸方向に直交する断面で切った断面図である。図３に示すように、取付機構２は、本体鋼管８０に緩衝鋼管１０を着脱自在に取り付ける。取付機構２は、例えば本体鋼管８０に固定される第１取付鋼管２１と、緩衝鋼管１０に固定される第２取付鋼管２２と、を有する。第１取付鋼管２１と第２取付鋼管２２とは、端部にフランジ部が形成される。第１取付鋼管２１と第２取付鋼管２２とは、互いのフランジ部同士を接触させ、ボルトナット等の締結金具２３により接合される。このほか、取付機構２は、例えばＵ字ボルトであってもよい。

【0025】

緩衝鋼管１０は、本体鋼管８０に沿って配置される。緩衝鋼管１０は、例えば中空状であることが好ましい。これにより、緩衝鋼管１０の吸収エネルギーを更に向上させることができ、本体鋼管８０に伝達される支点反力を更に低減できる。

【0026】

緩衝鋼管１０の長手方向の長さは、例えば最大で４．０ｍ～６．０ｍ程度であることが好ましい。これにより、緩衝鋼管１０の車両での運搬性を向上でき、透過型砂防堰堤１００の施工性を向上させることが可能となる。緩衝鋼管１０の長手方向の長さは、例えば最小で１．０ｍ程度である。

【0027】

緩衝鋼管１０は、第１緩衝鋼管１１を有する。第１緩衝鋼管１１は、第１本体鋼管８１よりも上流側Ｘ１に配置される。第１緩衝鋼管１１は、下端が基礎部９から離間される。１本の第１緩衝鋼管１１には、取付機構２が例えば２箇所に設けられる。第１緩衝鋼管１１の外径Ｄ´は、第１本体鋼管８１の外径Ｄ以上である。第１緩衝鋼管１１の板厚ｔ´は、第１本体鋼管８１の板厚ｔ未満である。なお、緩衝鋼管１０は、下端が基礎部９から離間されてもよいし、下端が基礎部９に埋設されてもよい。

【0028】

透過型砂防堰堤１００では、第１緩衝鋼管１１の板厚ｔ´は、第１本体鋼管８１の板厚ｔ未満である。これにより、第１本体鋼管８１に先行して第１緩衝鋼管１１にへこみ変形を生じさせ、堰堤本体８に作用する土石流の衝突エネルギーを低減できる。すなわち、小さな荷重で大きな吸収エネルギーを得る緩衝効果を向上させることが可能となる。その結果、堰堤本体８の損傷を抑制できる。

【0029】

透過型砂防堰堤１００では、第１緩衝鋼管１１の外径Ｄ´は、例えば第１本体鋼管８１の外径Ｄ以上である。これにより、２つの第１緩衝鋼管１１の外面同士の純間隔Ｌ１１を、２つの第１本体鋼管８１の外面同士の純間隔Ｌ８１以下にできる。このため、流下方向に礫等が流下したとき、第１緩衝鋼管１１により礫等を捕捉し易くなり、第１本体鋼管８１に礫等が衝突するのを抑制できる。その結果、堰堤本体８の損傷を抑制できる。

【0030】

透過型砂防堰堤１００では、緩衝鋼管１０の外径Ｄ´は、例えば本体鋼管８０の外径Ｄよりも大きい。これにより、緩衝鋼管１０の外径Ｄ´が本体鋼管８０の外径Ｄと同じ場合と比べて、緩衝鋼管１０の吸収エネルギーを大きくしつつ、本体鋼管８０に伝達される支点反力を小さくできる。このため、小さな荷重で大きな吸収エネルギーを得る緩衝効果を更に向上させることが可能となる。その結果、堰堤本体８の損傷を抑制できる。

【0031】

＜透過型砂防堰堤の設計方法＞
次に、透過型砂防堰堤の設計方法について説明する。透過型砂防堰堤の設計方法は、堰堤本体８と、堰堤本体８に取り付けられる緩衝部材１と、を備えた透過型砂防堰堤１００を設計する。図４に示すように、透過型砂防堰堤の設計方法は、本体鋼管設定工程Ｓ１１と、緩衝鋼管設定工程Ｓ１２と、を備える。

【0032】

＜本体鋼管設定工程Ｓ１１＞
本体鋼管設定工程Ｓ１１では、堰堤本体８を構成する本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔを設定する。本体鋼管設定工程Ｓ１１は、静荷重確認工程Ｓ１１１と、礫衝突確認工程Ｓ１１２と、製造可否判定工程Ｓ１１３と、を有する。板厚ｔは、静荷重に基づいて設定される板厚ｔ１と、礫の衝突エネルギーＥに基づいて設定される板厚ｔ２と、を有する。

【0033】

＜静荷重確認工程Ｓ１１１＞
静荷重確認工程Ｓ１１１は、堰堤本体８に作用する静荷重に基づいて本体鋼管８０の板厚ｔ１を設定する。静荷重確認工程Ｓ１１１は、例えば「新編・鋼製砂防構造物設計便覧」（令和３年版 一般財団法人 砂防・地すべり技術センター）ｐ.１１０～１１４に基づき、堰堤本体８の静荷重に対する安全性を確認し、堰堤本体８に作用する静荷重に抵抗できる本体鋼管８０の板厚ｔ１を設定する。このほか、静荷重確認工程Ｓ１１１は、周知の方法により、静荷重に対する堰堤本体８の安全性を確認し、板厚ｔ１を設定すればよい。

【0034】

静荷重確認工程Ｓ１１１では、例えば以下の表１に示すように、堰堤本体８を構成する本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔ１として、最も上流側の本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔ１と、それ以外の本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔ１と、を設定する。また、静荷重の作用高さとなる堰堤本体８の高さも設定する。

【0035】

【表1】

【0036】

また、静荷重確認工程Ｓ１１１は、土石流の流体力と、土石流の水深と、土石流の流速と、土石流の単位体積重量と、堆積土の単位体積重量と、を設定する。静荷重確認工程Ｓ１１１では、例えば以下の表２に示すように、土石流の流体力と、土石流の水深と、土石流の流速と、土石流の単位体積重量と、堆積土の単位体積重量と、を設定する。

【0037】

【表2】

【0038】

そして、静荷重確認工程Ｓ１１１は、例えば上記「新編・鋼製砂防構造物設計便覧」に記載の構造計算法に基づき、本体鋼管８０に発生する発生応力度と、許容応力度と、を算出する。静荷重確認工程Ｓ１１１は、本体鋼管８０に発生する発生応力度が許容応力度以内の場合、堰堤本体８が静荷重に対して安全であると確認できる。静荷重確認工程Ｓ１１１は、本体鋼管８０に発生する発生応力度が許容応力度を超える場合、堰堤本体８が静荷重に対して安全でないと確認できる。

【0039】

静荷重確認工程Ｓ１１１では、堰堤本体８の安全性の確認は、上記「新編・鋼製砂防構造物設計便覧」に基づき、例えば以下の表３に示すように、土石流時と、満砂時と、温度変化時とのそれぞれの場合において、発生応力度が許容応力度以下であれば、静荷重に対する堰堤本体８の安全であるとして、次の礫衝突確認工程Ｓ１１２を行う。

【0040】

【表3】

【0041】

静荷重確認工程Ｓ１１１により判定した結果が安全でなかった場合、本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔ１を新たに設定して再度、静荷重確認工程Ｓ１１１を行う。静荷重確認工程Ｓ１１１により判定した結果が安全であった場合、その外径Ｄと板厚ｔ１とを設定し、次の礫衝突確認工程Ｓ１１２を行う。

【0042】

表１～表３の計算例では、堰堤本体８に作用する静荷重に基づいて、外径Ｄを６００ｍｍとし、板厚ｔ１を２２ｍｍとして設定できる。

【0043】

＜礫衝突確認工程Ｓ１１２＞
礫衝突確認工程Ｓ１１２は、堰堤本体８に作用する礫の衝突エネルギーＥに基づき、本体鋼管８０の板厚ｔ２を設定する。透過型砂防堰堤１００の上流側から大型の礫が流下した場合、礫は透過型砂防堰堤１００の最も上流側に衝突する。このため、礫衝突確認工程Ｓ１１２では、堰堤本体８の最も上流部に配置される本体鋼管８０に作用する礫の衝突エネルギーＥに基づき、最も上流部に配置される本体鋼管８０の板厚ｔ２を設定する。

【0044】

礫衝突確認工程Ｓ１１２は、以下の数式（４）に基づき、本体鋼管８０の板厚ｔ２を設定する。本体鋼管８０の吸収エネルギーＥ_dが礫の衝突エネルギーＥ以上の場合、堰堤本体８の最も上流側の本体鋼管８０が礫の衝突に対して安全であると確認できる。礫衝突確認工程Ｓ１１２は、本体鋼管８０の吸収エネルギーＥ_dが礫の衝突エネルギーＥ未満の場合、堰堤本体８の最も上流側の本体鋼管８０が礫の衝突に対して安全でないと確認できる。礫衝突確認工程Ｓ１１２では、本体鋼管８０の外径Ｄは、静荷重確認工程Ｓ１１１で設定したものを用いる。

【0045】

【数4】

【0046】

ここで、本体鋼管８０の吸収エネルギーＥ_dは、「新編・鋼製砂防構造物設計便覧 参考資料」のｐ１７の記載の鋼管の吸収エネルギーに基づくものであり、以下の数式（５）で表される。

【0047】

【数5】

【0048】

本体鋼管８０のへこみ変形量δ_dは、本体鋼管のへこみ率ｑとしたとき、以下の数式（６）を満たす。したがって、本体鋼管８０のへこみ変形量δ_dは、本体鋼管８０のへこみ率ｑに基づいて設定することもできる。本体鋼管８０の（動的）降伏応力度σ_ydは、鋼管の種類等によって適宜設定する。

【0049】

【数6】

【0050】

礫の衝突エネルギーＥは、例えば以下の数式（７）で表すことができる。なお、ρを礫の単位体積重量とし、ｇを重力加速度とし、Ｗを礫の重量とし、礫の半径ｒ＝Ｄ₀／２としたとき、礫の質量ｍ＝Ｗ／ｇであり、Ｗ＝４πｒ³ρ／３であるから、ｍ＝４π（Ｄ₀／２）³ρ／３ｇと表すことができる。このため、礫の衝突エネルギーＥは、礫の径Ｄ₀に基づいて設定することもできる。

【0051】

【数7】

【0052】

礫衝突確認工程Ｓ１１２により判定した結果が安全であった場合、堰堤本体８の最も上流側に配置される本体鋼管８０が礫の衝突に耐えられることになるから、次の製造可否判定工程Ｓ１１３を行う。

【0053】

礫衝突確認工程Ｓ１１２により判定した結果が安全でなかった場合、堰堤本体８の最も上流側に配置される本体鋼管８０が礫の衝突に耐えられないことになるから、本体鋼管８０の板厚ｔ２が更に大きくなるように新たな本体鋼管８０の板厚ｔ２を設定して再度、礫衝突確認工程Ｓ１１２を行う。

【0054】

このように、静荷重確認工程Ｓ１１１と礫衝突確認工程Ｓ１１２とを行うことで、緩衝鋼管１０が取り付けられる候補とすべき本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔを絞り込むことができる。このため、透過型砂防堰堤１００の設計をより短時間で行うことができる。

【0055】

礫衝突確認工程Ｓ１１２では、例えば以下の表４に示すように、礫の径Ｄ₀と、礫の衝突エネルギーＥと、土石流の流速と、を設定する。また、礫衝突確認工程Ｓ１１２では、例えば本体鋼管８０のへこみ率ｑを１０％と設定する。これにより、数式（４）に基づき、本体鋼管８０のへこみ変形量δ_dを設定できる。

【0056】

【表4】

【0057】

礫衝突確認工程Ｓ１１２では、例えば以下の表５に示すように、板厚ｔ２を板厚ｔ１と同じ値とした場合、表４の値と、数式（５）に基づいて、本体鋼管８０の吸収エネルギーＥ_dを算出する。本体鋼管の（動的）降伏応力度σ_ydとして、３１５（Ｎ／ｍｍ²）を用いた。

【0058】

【表5】

【0059】

板厚ｔ２を板厚ｔ１と同じ値とした場合、表５に示すように、礫衝突確認工程Ｓ１１２では、最も上流側の本体鋼管８０の吸収エネルギーＥ_dは３７．９３ｋＮ・ｍであり、表４に示す礫の衝突エネルギーＥである３８２．８６ｋＮ・ｍ未満である。このため、礫衝突確認工程Ｓ１１２は、本体鋼管８０の吸収エネルギーＥ_dが礫の衝突エネルギーＥ以上になるように、板厚ｔ２を板厚ｔ１よりも大きくする必要がある。

【0060】

その結果、以下の表６に示すように、板厚ｔ２を７０ｍｍとした場合、最も上流側の本体鋼管８０の吸収エネルギーＥ_dは３８３．９９ｋＮ・ｍであり、表４に示す礫の衝突エネルギーＥである３８２．８６ｋＮ・ｍ以上となった。よって、表４～表６の計算例では、堰堤本体８の最も上流側の本体鋼管８０に作用する礫の衝突エネルギーＥに基づいて板厚ｔ２を７０ｍｍと設定する。

【0061】

【表6】

【0062】

＜製造可否判定工程Ｓ１１３＞
ところで、礫衝突確認工程Ｓ１１２において本体鋼管８０が礫の衝突に対して安全であったとしても、本体鋼管８０の外径Ｄに対して板厚ｔ１や板厚ｔ２が極端に厚過ぎる場合や製造コストが高すぎる場合には、本体鋼管８０を実際には製造が困難な場合がある。そこで、製造可否判定工程Ｓ１１３では、設定した板厚ｔ１及び板厚ｔ２に基づき、本体鋼管８０の製造の可否を判定する。

【0063】

製造可否判定工程Ｓ１１３では、本体鋼管８０の外径Ｄに対して製造限界を予め設定しておき、製造限界に基づいて、本体鋼管８０の製造の可否を判定する。製造限界は、例えば製造限界となる板厚ｔの最大値である板厚ｔ_maxを設定する。製造限界となる板厚ｔ_maxは、例えば本体鋼管８０の外径Ｄの１０％等、鋼管を製造する工場によって適宜設定できる。製造限界は、本体鋼管８０の製造の可否の判定指標になるものであればよく、例えば本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔの関係や本体鋼管８０の製造コストに基づいて、適宜設定してもよい。

【0064】

板厚ｔ１及び板厚ｔ２の少なくとも何れか一方が製造限界となる板厚ｔ_maxを超える場合、実際には本体鋼管８０が製造できないことになる。そこで、製造可否判定工程Ｓ１１３において本体鋼管８０が製造不可と判定された場合、堰堤本体８の上流側に緩衝鋼管１０を設置するための緩衝鋼管設定工程Ｓ１２を行う。

【0065】

なお、製造可否判定工程Ｓ１１３は、板厚ｔ１が板厚ｔ_max以下であり、かつ、板厚ｔ２が板厚ｔ_max以下の場合には、本体鋼管８０の製造可能ということになるから、堰堤本体８の上流側に緩衝鋼管１０の設置は不要とし、ここで透過型砂防堰堤の設計方法は終了してもよい。

【0066】

このように、設定した本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔ１と板厚ｔ２とに対して、製造可否判定工程Ｓ１１３を行うことで、緩衝鋼管１０が取り付けられる候補とすべき本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔを絞り込むことができる。このため、透過型砂防堰堤１００の設計をより短時間で行うことができる。

【0067】

なお、透過型砂防堰堤の設計方法では、製造可否判定工程Ｓ１１３を省略することもできる。

【0068】

例えば、製造可否判定工程Ｓ１１３では、本体鋼管８０の外径Ｄに対して製造限界となる板厚ｔ_maxを外径Ｄ：６００ｍｍの１０％である６０ｍｍと予め設定しておく。この場合、静荷重確認工程Ｓ１１１において設定した表１に示す本体鋼管８０の板厚ｔ１は２２ｍｍであり、板厚ｔ_maxである６０ｍｍ以下である。一方、礫衝突確認工程Ｓ１１２において設定した表６に示す本体鋼管８０の板厚ｔ２は７０ｍｍであり、板厚ｔ_maxである６０ｍｍを超えることになる。このため、製造可否判定工程Ｓ１１３において、板厚ｔ２が７０ｍｍの本体鋼管８０は製造不可と判定されることになる。したがって、本体鋼管８０の上流側に緩衝鋼管１０を設置する必要があるため、次の緩衝鋼管設定工程Ｓ１２を行う。

【0069】

＜緩衝鋼管設定工程Ｓ１２＞
緩衝鋼管設定工程Ｓ１２は、製造可否判定工程Ｓ１１３において本体鋼管８０が製造不可と判定された場合、上記の数式（１）～数式（３）に基づいて緩衝鋼管１０の外径Ｄ´と板厚ｔ´とを設定する。

【0070】

まず、数式（１）について説明する。数式（１）に示すように、緩衝鋼管１０の板厚ｔ´は、静荷重確認工程Ｓ１１１において設定した板厚ｔ１未満となるように設定する。計算例でいえば、緩衝鋼管１０の板厚ｔ´は、静荷重確認工程Ｓ１１１において設定した表５に示される板厚ｔ：２２ｍｍ（板厚ｔ１）未満となるように設定する。

【0071】

次に、数式（２）について説明する。まず、緩衝鋼管１０の吸収エネルギーＥ_d´は、「新編・鋼製砂防構造物設計便覧 参考資料」のｐ１７の記載の鋼管の吸収エネルギーに基づくものであり、以下の数式（８）で表される。

【0072】

【数8】

【0073】

緩衝鋼管１０のへこみ変形量δ_d´は、緩衝鋼管１０のへこみ率ｑ´としたとき、以下の数式（９）を満たす。したがって、緩衝鋼管１０のへこみ変形量δ_d´は、緩衝鋼管１０のへこみ率ｑ´に基づいて設定することもできる。なお、緩衝鋼管１０のへこみ変形量δ_d´は、本体鋼管８０のへこみ変形量δ_dよりも大きな値とすることが好ましい。これにより、緩衝鋼管１０が礫の衝突に対してより大きな変形を許容できる。また、緩衝鋼管１０の（動的）降伏応力度σ_yd´は、鋼管の種類等によって適宜設定できる。

【0074】

【数9】

【0075】

そして、数式（５）と数式（８）とに基づき、以下の数式（１０）が導かれる。

【0076】

【数10】

【0077】

そして、数式（１０）において、本体鋼管８０の（動的）降伏応力度σ_ydと、緩衝鋼管１０の（動的）降伏応力度σ_yd´と、が等しいと仮定する。また、係数Ｋは、礫の径Ｄ₀と本体鋼管８０の外径Ｄとの関数であり、係数Ｋ´は、礫の径Ｄ₀と緩衝鋼管１０の外径Ｄ´との関数であるから、（係数Ｋ／係数Ｋ´）を係数αとする。したがって、数式（１０）から数式（２）が導かれる。

【0078】

更に、本体鋼管８０の外径Ｄと緩衝鋼管１０の外径Ｄ´とが等しい場合には、係数α＝１であるから、数式（２）は、以下の数式（１１）と表記できる。

【0079】

【数11】

【0080】

次に、数式（３）について説明する。緩衝鋼管１０の吸収エネルギーＥ_d´は、礫の衝突エネルギーＥ以上であることが求められることから、数式（３）が導かれる。

【0081】

このように、緩衝鋼管設定工程Ｓ１２では、数式（１）～数式（３）に基づき、緩衝鋼管１０の外径Ｄ´と板厚ｔ´と設定する。緩衝鋼管設定工程Ｓ１２では、数式（１）～数式（３）を満たすように、緩衝鋼管１０の外径Ｄ´と板厚ｔ´と設定する。なお、本体鋼管８０としては、少なくとも静荷重に対して抵抗できればよいことから、本体鋼管８０の板厚ｔは、板厚ｔ１を用いればよい。

【0082】

表１～表６を参照しながら、緩衝鋼管設定工程Ｓ１２を計算例で説明する。表７に示すように、緩衝鋼管設定工程Ｓ１２において、例えば緩衝鋼管１０の外径Ｄ´として６００ｍｍに設定したとする。また、緩衝鋼管１０のへこみ率ｑ´として５０％に設定したとする。

【0083】

数式（１）において、緩衝鋼管１０の板厚ｔ´は、本体鋼管８０の板厚ｔ１である２２ｍｍ未満である。

【0084】

数式（２）において、緩衝鋼管１０の外径Ｄ´は、本体鋼管８０の外径Ｄと等しいから、α＝１．０である。また、本体鋼管８０の板厚ｔ２は、７０ｍｍであり、本体鋼管のへこみ変形量δ_dは、６０ｍｍである。緩衝鋼管のへこみ変形量δ_d´は、３００ｍｍである。これらにより、数式（２）から緩衝鋼管１０の板厚ｔ´は、１６．５ｍｍ以上であると算出される。

【0085】

そうすると、数式（１）と数式（２）とに基づき、１６．５ｍｍ≦板厚ｔ´＜２２ｍｍが得られる。これにより、例えば市場に広く流通している鋼管として、緩衝鋼管１０の板厚ｔ´を１９ｍｍと設定する。緩衝鋼管の（動的）降伏応力度σ_yd´として、３１５（Ｎ／ｍｍ²）を用いる。

【0086】

そして、緩衝鋼管の板厚ｔ´を１９ｍｍとしたとき、数式（３）の左辺から、緩衝鋼管１０の吸収エネルギーは、５１２．６０ｋＮ・ｍと算出される。数式（３）の右辺である礫の衝突エネルギーＥは、３８２．８６ｋＮ・ｍである。そうすると、数式（３）を満たす。

【0087】

以上のように、緩衝鋼管設定工程Ｓ１２では、数式（１）～数式（３）に基づき、外径Ｄ´を６００ｍｍとし、緩衝鋼管の板厚ｔ´を１９ｍｍと設定できる。この場合、本体鋼管８０の外径Ｄは、６００ｍｍであり、板厚ｔは、板厚ｔ１である２２ｍｍとすればよい。

【0088】

【表7】

【0089】

同様に、緩衝鋼管設定工程Ｓ１２において、例えば緩衝鋼管１０の外径Ｄ´として７００ｍｍと設定した場合の結果を以下の表８に示す。

【0090】

【表8】

【0091】

本実施形態によれば、数式（１）～（３）に基づいて、緩衝部材１を構成する緩衝鋼管１０の外径Ｄ´と板厚ｔ´とを設定する緩衝鋼管設定工程Ｓ１２を備える。これにより、堰堤本体８と、緩衝部材１と、を備えた透過型砂防堰堤１００の緩衝部材１の外径Ｄ´と板厚ｔ´を適切に選定できる。その結果、透過型砂防堰堤１００の設計を効果的かつ経済的にできる。

【0092】

本実施形態によれば、本体鋼管設定工程Ｓ１１は、本体鋼管８０の製造の可否を判定する製造可否判定工程Ｓ１１３を有し、緩衝鋼管設定工程Ｓ１２は、製造可否判定工程Ｓ１１３において本体鋼管８０が製造不可と判定された場合、緩衝鋼管１０の外径Ｄ´と板厚ｔ´とを設定する。これにより、候補とすべき本体鋼管８０の外径Ｄと板厚ｔを絞り込むことができる。その結果、透過型砂防堰堤１００の設計を更に効果的かつ経済的にできる。

【0093】

以上、この発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。さらに、この発明は、上記の実施形態の他、様々な新規な形態で実施することができる。したがって、上記の実施形態は、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。このような新規な形態や変形は、この発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0094】

１００ ：透過型砂防堰堤
１ ：緩衝部材
２ ：取付機構
１０ ：緩衝鋼管
１１ ：第１緩衝鋼管
２１ ：第１取付鋼管
２２ ：第２取付鋼管
２３ ：締結金具
８ ：堰堤本体
８０ ：本体鋼管
８１ ：第１本体鋼管
８２ ：第２本体鋼管
８３ ：第３本体鋼管
８９ ：横材
９ ：基礎部
Ｓ１１ ：本体鋼管設定工程
Ｓ１１１ ：静荷重確認工程
Ｓ１１２ ：礫衝突確認工程
Ｓ１１３ ：製造可否判定工程
Ｓ１２ ：緩衝鋼管設定工程
Ｘ ：流下方向
Ｘ１ ：上流側
Ｘ２ ：下流側
Ｙ ：幅方向
Ｚ ：上下方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】