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アーチダムは、上流に向かって湾曲した平面形状のコンクリートダムです。 [1]アーチダムは、静水圧と呼ばれる水の力がアーチに作用し、アーチがわずかにまっすぐになり、基礎や橋台に押し付けられる際に構造が強化されるように設計されています。アーチダムは、構造と応力を支えるために安定した岩の急勾配の壁がある狭い峡谷や渓谷に最適です。 [2]他のどのタイプのダムよりも薄いため、必要な建設資材が大幅に少なく、遠隔地でも経済的で実用的です。
分類
一般的に、アーチダムは基礎厚と構造高の比（b/h）に基づいて次のように分類されます。[1]
- 薄い、b/h 0.2未満の場合、
- 中厚、b/h 0.2～0.3、
- 厚い、b/h 比が 0.3 以上の場合。
アーチダムは構造高さに応じて次のように分類される: [1]
- 高さ100フィート（30メートル）までの低ダム、
- 100～300フィート（30～91メートル）の中高ダム、
- 高さ300フィート（91メートル）を超える高ダム。
歴史
歴史上、アーチダムの開発は紀元前1世紀のローマ人から始まり、いくつかの設計と技術が開発された後、20世紀に比較的均一なものが達成されました。最初のアーチダムとして知られるグラヌムダムは、ヴァロン・ド・ボームダムとしても知られ、フランスのローマ人によって建設され、紀元前1世紀に遡ります。[3] [4] [5]このダムは高さ約12メートル（39フィート）、長さ18メートル（59フィート）でした。半径は約14メートル（46フィート）で、2つの石積みの壁で構成されていました。ローマ人は近くのグラヌムに水を供給するためにこれを建設しました。
ポルトガルのモンテ・ノヴォ・ダムは、紀元300年にローマ人によって建設されたもう一つの初期のアーチダムである。高さ5.7メートル（19フィート）、長さ52メートル（171フィート）、半径19メートル（62フィート）であった。ダムの湾曲した端は2つの翼壁と接し、後に2つのバットレスによって支えられた。ダムには下流の水車を動かすための2つの水出口もあった。[6]
ダラダムはローマ人が建設したもう一つのアーチダムで、歴史家プロコピウスはその設計について次のように書いている。「この障壁は直線ではなく、三日月形に曲げられており、川の流れに逆らって曲がることで、流れの力にさらに抵抗できるようになっている。」[3]
モンゴル人は現代のイランにもアーチダムを建設した。最も古いものは1300年頃に建設されたケバルダムで、高さ26メートル（85フィート）、長さ55メートル（180フィート）、半径35メートル（115フィート）であった。2番目のダムは1350年頃に建設され、クリットダムと呼ばれている。1850年にダムに4メートル（13フィート）が追加された後、高さは64メートル（210フィート）になり、20世紀初頭まで世界で最も高いダムであり続けた。クリットダムは石積み設計で、非常に狭い峡谷に建設された。峡谷は非常に狭く、頂部の長さは高さの44％に過ぎない。ダムは下流側の下部の一部が崩れ落ちているにもかかわらず、今もなお立っている。[4]
スペインのティビにあるティビダムは、1579年から1594年にかけて建設された中世以降のアーチダムであり、ローマ時代以来ヨーロッパで最初のものである。ダムの高さは42.7メートル（140フィート）、長さは65メートル（213フィート）である。このアーチダムは山の斜面に位置している。[4]
20世紀初頭、世界初の可変半径アーチダムがアラスカ州ジュノー近郊のサーモンクリークに建設された。サーモンクリークダムの上流面は上流に向かって膨らんでおり、橋台近くのより強固で湾曲した下部アーチにかかる圧力を軽減していた。また、ダムの先端部はより大きくなっており、ダムの上流側の後端にかかる圧力を相殺し、後端は下流に向かってより湾曲していた。サーモンクリークダムの技術と経済的利点により、より大きく高いダムの設計が可能になった。このダムは革命的であり、同様の設計がすぐに世界中で採用され、特に米国開拓局によって採用された。[4]
1920年、スイスの技術者でダム設計者のアルフレッド・スタッキーはアーチダムの新しい計算方法を開発し、[7]スイスのモンサルヴェンスアーチダムの建設中に弾性の概念を導入し、円形アーチ形状の代わりに放物線アーチ形状を使用することで垂直方向のダムプロファイルを改善しました。
ペンサコーラダムは1940年にオクラホマ州で完成し、米国最長の多重アーチダムとみなされた。WRホルウェイが設計し、51のアーチがあり、川床からの最大高さは150フィート（46メートル）である。ダムとそのセクションの全長は6,565フィート（2,001メートル）で、多重アーチセクションの長さは4,284フィート（1,306メートル）、放水路セクションとの組み合わせは5,145フィート（1,568メートル）である。ダムの各アーチの有効スパンは60フィート（18メートル）、各バットレスの幅は24フィート（7.3メートル）である。[8]
アーチダムの設計は、二重曲線や多重曲線などの新しい限界や設計をテストし続けました。アルフレッド・スタッキーと米国開拓局は1960年代に重量と応力の分散方法を開発し、1968年に完成したコロラド州の143メートルの二重曲線のモローポイントダムなどのダムで、米国におけるアーチダム建設は最後の急増を迎えました。 [9] 20世紀後半までには、アーチダムの設計は世界中で比較的統一された設計になりました。[4] 現在、世界で最も高いアーチダムは、2013年に完成した中国の305メートル（1,001フィート）のジンピンIダムです。 [10]世界最長のバットレス付き多重アーチダムは、カナダのケベック州にあるダニエル・ジョンソンダムです。高さは214メートル（702フィート）、頂上までの長さは1,314メートル（4,311フィート）である。1968年に完成し、1970年に運用が開始された。[11]
ペンサコーラダムは、米国で最後に建設された多重アーチ型ダムの1つです。NRHP申請書には、このタイプのダム3つが崩壊したためと記載されています。(1) ジェムレイクダム、セントフランシスダム（カリフォルニア州）、レイクホッジスダム（カリフォルニア州）。これらの崩壊は、多重アーチ設計に固有のものではありませんでした。[8]
デザイン
アーチダムの設計は非常に複雑なプロセスです。初期のダムレイアウトから始まり、設計基準内で設計目標が達成されるまで継続的に改善されます。[1] [12]
負荷
アーチダムが設計される主な荷重は以下のとおりである: [1] [12]
- デッドロード
- 貯水池と放水路によって発生する静水圧荷重
- 温度負荷
- 地震荷重
ダムに影響を与えるその他の荷重には、氷やシルトの荷重、浮上圧力などがある。[1] [12]
ほとんどの場合、アーチダムはコンクリートで作られ、V字型の谷に設置されます。アーチダムの基礎または橋台は、非常に安定していて、コンクリートと釣り合いが取れていなければなりません。アーチダムには、一定の曲率半径を持つ定半径ダムと、上流と下流の両方の曲線が頂上の下で半径が系統的に減少する可変半径ダムの2つの基本的な設計があります。水平面と垂直面の両方で二重に曲がっているダムは、ドームダムと呼ばれることがあります。連続したアーチまたは平面が複数あるアーチダムは、多重アーチダムと呼ばれます。初期の例としては、ローマのエスパラガレホダムがあり、後の例としては、ダニエル・ジョンソンダム（1968年）やイタイプダム（1982年）などがあります。しかし、1923年に建設されて間もなくグレノダムが崩壊したため、新しい多重アーチダムの建設は人気がなくなりました。[13]
アーチダムには通常20mごとに収縮目地が設けられ、その後、収縮目地が冷却して硬化した後にグラウトが充填される。 [14]
種類
- 一定半径アーチダム
- ダムの上流面は一定の半径を持ち、ダムの高さ全体にわたって直線的な形状の面を形成します。しかし、内側の曲線は、上部標高から下部に下がるにつれて半径が小さくなるため、断面では三角形の形状になります。
- 可変アーチダム
- ダムのアーチの内側面と外側面の半径は、下から上に向かって変化します。アーチの半径は上部で最大になり、低い標高では最小になります。アーチの中心角も、上に行くにつれて広くなります。
- 定角アーチダム
- これは建設上最も経済的な方法です。ただし、3 番目のタイプのアーチ ダムでは、橋台セクションに張り出しがあるため、より強固な基礎が必要です。定角アーチ ダムは、水平アーチ リングの中心角がすべての標高で同じ大きさであるものです。
アーチダムの例
- ブキャナンダム（多重アーチ型の例）
- コントラダム
- ダニエル・ジョンソンダム
- デリナーダム
- エル・アタザールダム
- エングリダム
- フレイミング・ゴージ・ダム
- グレンキャニオンダム
- ハートビースポートダム
- イドゥッキダム
- カリバダム
- カルン3ダム
- ルッツォーネダム
- モーヴォワザンダム
- ムラティニェダム
- ニューブラーズバーダム
- ペンサコーラダム
- セントフランシスダム
- ビクトリアダム
- 西洛渡ダム
- フーバーダム
- プミポンダム
参照
参考文献
- ^ abcdef アーチダムの設計 - コンクリートアーチダムの設計マニュアル、デンバーコロラド州：開拓局、1977年
- ^ 「Arch Dam Forces」. PBS . 2007年2月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年2月5日閲覧。
- ^ ab スミス、ノーマン（1971）、ダムの歴史、ロンドン：ピーター・デイヴィス、ISBN 0-432-15090-0
- ^ abcde 「アーチダムの歴史における重要な発展」。Cracking Dams。SimScience。2012年7月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年9月20日閲覧。archive.orgより
- ^ Patrick JAMES、Hubert CHANSON。「アーチダムの歴史的発展。切石アーチから現代のコンクリート設計まで」。Barrages.org 。 2010年7月18日閲覧。
- ^ Chaason, Hubert. 「オーストラリアにおける極度の貯水池沈殿：レビュー」（PDF）。Resources Journal。p . 101。2010年7月18日閲覧。
- ^ チェン・シェン・ホン（2015-06-09）。油圧構造。シュプリンガー。ISBN 9783662473313。
- ^ ab 「国家歴史登録財。ペンサコーラダム」。2010年6月26日にWayback Machineにアーカイブ。2016年1月3日にアクセス。
- ^ 「アーチダムの設計コンセプトと基準」 ダラム大学2010年7月18日閲覧。
- ^ 「世界最高の高さを誇るアーチダム 金平初の生産ユニット」（中国語）Economic Times Network。2013年9月2日。2013年9月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年9月9日閲覧。
- ^ ギモン、アンドレアンヌ (2010 年 8 月 3 日)。 「マニック 5 : 巨大な技術と水力発電」。スイート101.fr。 2010 年 8 月 17 日のオリジナルからアーカイブ。2010 年9 月 30 日に取得。
- ^ abc アーチダム設計 - エンジニアリングマニュアル EM 1110-2-2201、ワシントン DC: 米国陸軍工兵隊、1994
- ^ Herzog, Max AM (1999). 実践的なダム分析. ロンドン: Thomas Telford Publishing. pp. 115, 119–126. ISBN 3-8041-2070-9。
- ^ 「収縮ジョイント」。アーチダム。ダラム大学。 2010年7月18日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、アーチダムに関連するメディアがあります。
- PBS.org: ダムの基礎
- アーチダムの歴史的発展。切石アーチから現代のコンクリート設計まで
- アーチダムの歴史における重要な発展、archive.org より