JP2000045225A - 建造物の免震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震による、横揺れ及び上下動の揺れのいず
れに対しても十分に効果的で、様々な建造物に適用でき
る、建造物の免震構造を提供する。 【解決手段】 地盤に対して固定されていて水が所定の
水位で満たされた水槽５、５…に、橋梁１の浮体４、４
…を、浮体４…の側部と水槽５…との間に隙間８、８…
がある状態で、埋没させる橋梁の免震構造であって、橋
梁１が水より受ける浮力は橋梁１の死荷重とほぼ等しく
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体が所定の深さ
で満たされた液体槽に、建造物の下部構造の少なくとも
一部を埋没させる建造物の免震構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地震による振動や衝撃を緩和する
ための建造物の免震構造として、建造物の基礎と上部構
造との間に、積層ゴム等を設置するものが挙げられる。
この構造においては、積層ゴム等を挟むことによって、
地震によるせん断力が上部構造に伝達されにくくなると
ともに、建造物の剛性が小さくなることから固有周期が
長くなり、地震振動に対して建造物が共振することを防
ぐという効果がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構造の
効果は、前記積層ゴム等が軟らかいほど向上する。しか
し、それによって建造物の固有周期が長くなると、地震
の際に、基礎に対する上部構造の水平方向の応答変位が
大きくなり、それによって建造物の内部が修復不可能な
程度にまで破壊されたり、さらには建造物の崩壊等の可
能性がある。そして、建造物ごとに許容できる水平方向
の変位量には限界があり、それに従い、固有周期の長さ
にも制限がある。よって、上記免震構造では、建造物ご
とに、許容できる固有周期の範囲内での免震効果しか得
ることができず、建造物によっては十分な免震効果を得
ることができないことがあった。従来においても、前記
積層ゴム等と併用して、ダンパーを設置することで、地
震エネルギーを減衰させ、水平方向の変位量を小さくす
る工夫はされてはいるものの、十分とは言えないもので
あった。

【０００４】また、上記免震構造は左右方向の揺れに対
応しているもので、衝撃的な上下動を有する直下型地震
に対しては、免震効果を期待することはできなかった。
加えて、前記免震構造に負の反力が発生するような建造
物には採用することができなかった。

【０００５】上記の問題点に鑑み、本発明は、地震によ
る、横揺れ及び上下動の揺れのいずれに対しても十分に
効果的で、様々な建造物に適用できる、建造物の免震構
造を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべ
く、本発明の請求項１に記載の発明は、地盤に対して固
定されていて液体が所定の深さで満たされた液体槽に、
建造物の下部構造の少なくとも一部を、前記下部構造の
側部と前記液体槽との間に隙間がある状態で、埋没させ
る建造物の免震構造であって、前記建造物が前記液体よ
り受ける浮力は前記建造物の死荷重とほぼ等しいことを
特徴とする。

【０００７】請求項１に記載の建造物の免震構造によれ
ば、地盤に対して固定されていて液体が所定の深さで満
たされた液体槽に、建造物の下部構造の少なくとも一部
を、前記下部構造の側部と液体槽との間に隙間がある状
態で、埋没させることから、下部構造の側部は液体槽と
直接接しておらず、これらの間に液体槽を満たす液体が
存在することになる。したがって、地震が発生した際
に、地盤を介して液体槽そのものが横方向に振動したと
しても、液体槽内の液体がダンパーの役割を果たし、揺
れを吸収することができ、地盤から建造物に伝達される
振動エネルギーを小さくすることができる。

【０００８】また、建造物が液体より受ける浮力は建造
物の死荷重とほぼ等しいことから、建造物に掛かる重力
はキャンセルされていることになるので、直下型地震が
発生し、地盤を介して液体槽が一瞬のうちに上下方向に
移動したとしても、建造物は共に瞬間的に上下方向に移
動するようなことはなく、建造物全体が上下動自在であ
れば、死荷重と等しい浮力を受ける位置までゆっくりと
上下に震動することになる。したがって、この場合に
も、地盤を介して伝達された振動を、そのまま建造物が
受けることはない。

【０００９】また、建造物そのものに振動が直接伝達さ
れない構造であることから、建造物の固有周期や地盤種
別に関係なく、様々な建造物に適用できる免震構造とな
る。これに加えて、建造物から地盤そのものには直接重
量がかからず、液体槽を介して、液体槽の自重と建造物
に掛かる活荷重分の重量のみが地盤に作用することか
ら、軟弱な地盤であっても建設可能であり、建設される
地盤にあまり制約がないという点からも、様々な建造物
に適用できるものである。

【００１０】加えて、請求項１の免震構造では、平常時
における、温度変化やクリープ現象によって生じる応力
も、建造物と液体槽との隙間で吸収できる。

【００１１】ここで、液体槽は、地盤に対してどのよう
に固定されていてもよいが、たとえば、地盤表面に対し
て設置した状態で固定されてもよいし、また、地盤中に
液体槽の少なくとも一部を埋め込んだ状態で固定されて
もよい。また、液体槽は１つであってもよいし、前記建
造物の下部構造が複数に分割されていたり複雑な形状で
ある場合には、それに応じて複数設けられ、それぞれの
液体槽に下部構造が浸されている状態であってもよい。
加えて、液体槽に満たす液体は特に限定されないが、取
り扱いやすさやコストの点から水などが挙げられる。さ
らに、建造物に掛かる活荷重によって動かないようにす
る必要がある建造物であれば、建造物の下部構造の底
が、液体槽の底等と軽く接触しているような状態である
ように、液体の深さ等を調節すればよい。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の建造物の免震構造において、前記隙間には外力によっ
て変形可能な変形部材が介設されていることを特徴とす
る。

【００１３】請求項２に記載の建造物の免震構造によれ
ば、建造物の下部構造の側部と液体槽との隙間に、外力
によって変形可能な変形部材が介設されているので、液
体槽を介して伝達される横方向の揺れを、液体と、さら
にこの変形部材によって吸収することができ、より一
層、高い免震効果を発揮することができる。また、揺れ
が激しい場合にも、液体槽と建造物の下部構造の側部が
直接衝突することはなく、これらの破損等が起きにくく
なる。

【００１４】ここで、変形部材としては、軟質ゴム、各
種バネ、油圧を用いたショックアブソーバ等が挙げられ
る。また、変形部材は、下部構造の側部を被うように連
続的に介設されていてもよいし、下部構造の側部に沿っ
て断続的に複数、介設されていてもよい。

【００１５】請求項１または２に記載の建造物の免震構
造は、請求項３に記載の発明のように、前記建造物は橋
梁であって、前記下部構造は前記橋梁の橋脚を支持する
複数の浮体であってもよい。請求項３では、前記液体槽
は、橋脚の１つ１つに対応して、複数設けられていても
よいし、いくつかの橋脚に１つの液体槽が設けられてい
てもよい。

【００１６】橋梁に従来の固有周期に基づいた免震構造
を組み込む場合には、水平方向の揺れによって橋桁等に
過大な応答変位が生じないように、固有周期の長さが制
限される場合があった。加えて、軟弱地盤に建設された
橋梁や橋脚が高く、固有周期がもともと長い橋梁では、
望ましい免震効果が得られるような免震構造とすること
が難しい場合があった。しかし、請求項３に記載の建造
物の免震構造によれば、橋梁の固有周期や地盤の種類と
は無関係に、十分な免震効果を得ることができるように
なり、高い耐震性を有する橋梁となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明につ
いて説明する。図１は、本発明の免震構造を組み込んだ
建造物としての一例である、橋梁の一部を示したもので
ある。図１において、１は橋梁、２は橋桁、３は橋脚、
４は浮体、５は水槽であり、橋梁１は、水槽５、５…
に、浮体４、４…を入れた状態で、水槽５…内の水の浮
力によって支持されているものである。

【００１８】橋梁１は、たとえば、鉄道などの高架橋と
して用いられるコンクリート製のもので、４径間連続ラ
ーメン構造を有する。すなわち、５本の橋脚３、３…に
対し橋桁２が一体あるいは剛結されているもので、図示
の４径間については剛直な構造となっている。橋脚３そ
れぞれの下部には、浮体（下部構造）４が橋脚３に連続
して設けられていて、浮体４は、水槽５内において十分
な浮力を受けることができるように、橋脚３よりも太く
形成されている。また、橋梁１全体の死荷重を小さくす
るために、浮体４、４…内部には空洞４ａ…が形成され
ている。なお、浮体４、４…は鋼製としてもよい。

【００１９】水槽５、５…は、鋼製またはコンクリート
製であり、有底円筒形状に形成されていて、内部に所定
の水位で水（液体）が満たされている。その内径は、浮
体４、４…の直径よりも太く、水槽５…と浮体４…との
間には隙間８、８…がある。

【００２０】前記隙間８には、図２に示すように浮体４
の外周面（側部）に沿って、変形部材としての衝撃吸収
部材７、７、７…が取り付けられている。これら衝撃吸
収部材７、７…は、軟質ゴムや、各種バネ、あるいは油
圧を用いたショックアブソーバ等の外力によって変形で
きるものであり、地震が発生し水槽５が振動した場合
に、それに応じて変形し、水槽５から浮体４に伝達され
る振動をある程度吸収するものである。また、地震時だ
けでなく、平常時の温度変化やクリープ現象によって橋
梁１に発生した、応力も吸収できるものである。

【００２１】水槽５それぞれの底には、図１及び図３に
示すように、積層ゴムと摩擦係数の小さいテフロン板な
どからなる支承６が固定されている。平常時は、この支
承６…に対して浮体４…の底はほぼ全面が軽く接触した
状態であり、橋梁１は、風や活荷重等の外力によって揺
動したりすることはなく、安定した状態である。しか
し、支承６…に浮体４…は固定されてはいないので、地
震による水平力が作用すれば、これらは互いに滑りなが
らずれることができるようになっている。また、この橋
梁１では、水槽５…の水全体から橋梁１が受ける浮力
と、橋梁１の死荷重がほぼ釣り合うようになっているた
め、支承６には橋梁１を通る車両等の活荷重のみが掛か
ることになる。

【００２２】なお、上記水槽５…の深さは、浮体４の直
径を３メートルとした場合、具体的な細部構造等によっ
て異なるが、１５メートル程度にすれば、橋梁１の死荷
重を支持することができるようになる。

【００２３】上記橋梁１の施工方法を以下に説明する。
まず、地盤を一般的に用いられている方法、たとえば地
中連続壁工法等で掘削して、穴を形成し、その穴に水槽
５、５…を構築する。このとき、水槽５、５…の上部が
地面（図１中、ＧＬ線）から突出するように埋める。次
に、各水槽５内の底に支承６を設置する。この支承６上
に、浮体４を築造する。次に、水槽５と浮体４との間
に、衝撃吸収部材７、７…を取り付ける。そして、浮体
４、４…上に、橋脚３、３…と橋桁２を構築する。最後
に、水槽５、５…内に、図１における逆三角形の印のと
ころまで、水を入れ浮力を発生させる。

【００２４】以上の本発明の免震構造を組み込んだ橋梁
１によれば、地盤に対して固定されていて水が所定の水
位で満たされた水槽５に、橋梁１の浮体４を、その側部
と水槽５との間に隙間８がある状態で、埋没させている
ことから、浮体４の外周面は水槽５と直接接しておら
ず、これらの間に水が存在することになる。したがっ
て、地震が発生した際に、地盤を介して水槽５そのもの
が横方向に振動したとしても、水槽５内の水がダンパー
の役割を果たし、揺れを吸収することができ、橋梁１に
伝達される振動エネルギーを小さくすることができる。
しかも、隙間８には、衝撃吸収部材７、７…が介設され
ているので、水槽５を介して伝達される横方向の揺れ
を、これら衝撃吸収部材７…によっても吸収することが
でき、より一層、高い免震効果を発揮する。また、揺れ
が激しい場合には、衝撃吸収部材７…の存在によって、
水槽５と橋梁１の浮体４が直接衝突することはなく、こ
れらの破損等が起きにくくなる。

【００２５】また、橋梁１が水より受ける浮力はその死
荷重とほぼ等しいことから、橋梁１に掛かる重力はキャ
ンセルされていることになるので、直下型地震が発生
し、地盤を介して水槽５が一瞬のうちに上下方向に移動
して、水槽５と橋梁１が離間した状態になっても、橋梁
１は一瞬のうちに重力によって下方向に落下することは
なく、死荷重と等しい浮力を受ける位置まで、つまり、
支承６と接触するところまで、ゆっくりと下方に移動す
ることになる。したがって、この場合にも、地盤を介し
て伝達された上下振動をそのまま橋梁１が受けることは
ない。

【００２６】また、橋梁１は剛直な連続ラーメン構造で
あるので、温度変化やクリープ現象によって応力が発生
しやすいが、浮体４と水槽５との間の隙間８や衝撃吸収
部材７…によって、前記応力を吸収することができる。

【００２７】なお、本発明は、連続ラーメン構造以外の
構造を有する橋梁に適用してもよく、たとえば、連続桁
橋、単純桁橋、トラス橋等にも適用できる。加えて、本
発明の免震構造を橋梁に適用することで、地盤そのもの
に橋梁の重量はかからず、水槽と水の自重と橋梁の活荷
重分の重量のみが地盤にかかるようになることから、軟
弱な地盤であっても合理的に免震橋梁を建設できる。

【００２８】また、上記実施の形態では浮力を水によっ
て得たが、他の液体であってもよく、この場合、水より
も比重の大きい液体（たとえば、水銀）を用いれば、よ
り少ない容量で橋梁を支持することが可能となり、水槽
も浮体も短く形成することができる。

【００２９】さらに、前記実施の形態では、一例として
橋梁を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、様々な建造物に適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、地震が
発生した際に、地盤を介して液体槽そのものが横方向に
振動したとしても、水槽内の液体がダンパーの役割を果
たし、揺れを吸収することができ、建造物に伝達される
振動エネルギーを小さくすることができる。また、建造
物が液体より受ける浮力は建造物の死荷重とほぼ等しい
ことから、建造物に掛かる重力はキャンセルされている
ことになるので、直下型地震が発生し、地盤を介して液
体槽が一瞬のうちに上下方向に移動したとしても、建造
物は共に瞬間的に上下方向に移動するようなことはな
く、建造物が上下動自在であれば、死荷重と等しい浮力
を受ける位置まで、ゆっくりと上下に震動することにな
る。したがって、この場合にも、地盤を介して伝達され
た振動をそのまま建造物が受けることはない。以上のよ
うに、地震による、横揺れ及び上下方向の揺れのいずれ
に対しても十分に効果的な免震構造となる。

【００３１】また、従来の固有周期に基づいた免震構造
とは異なり、建造物そのものに振動が直接伝達されない
構造であることから、建造物の地震応答特性等に関係な
く、様々な建造物に適用できる免震構造となる。これに
加えて、建造物から地盤そのものには直接重量がかから
ず、液体槽を介して、液体槽の自重と建造物に掛かる活
荷重分の重量のみが地盤にかかることから、軟弱な地盤
であっても合理的に免震構造物が建設可能であり、建設
される地盤にあまり制約がないという点からも、様々な
建造物に適用できるものである。

【００３２】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えて、液体槽を介して伝達される横方
向の揺れを、液体と、さらに変形部材によって吸収する
ことができ、より一層、高い免震効果を発揮する。加え
て、この変形部材は、平常時の活荷重、風、あるいは温
度変化等の外力による応力を吸収する役目も兼ねること
ができる。

【００３３】請求項３に記載の発明によれば、衝撃的な
上下動を含む直下型地震に対しても高い耐震性を有する
橋梁となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例としての橋梁の一部を示す断面図
である。

【図２】図１の水槽と浮体の水平方向の断面図である。

【図３】図１の水槽底部の支承部分の拡大図である。

【符号の説明】

１ 橋梁（建造物） ２ 橋桁 ３ 橋脚 ４ 浮体（下部構造） ５ 水槽（液体槽） ６ 支承 ７ 衝撃吸収部材（変形部材） ８ 隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤に対して固定されていて液体が所定
   の深さで満たされた液体槽に、建造物の下部構造の少な
   くとも一部を、前記下部構造の側部と前記液体槽との間
   に隙間がある状態で、埋没させる建造物の免震構造であ
   って、 前記建造物が前記液体より受ける浮力は前記建造物の死
   荷重とほぼ等しいことを特徴とする建造物の免震構造。
2. 【請求項２】 前記隙間には外力によって変形可能な変
   形部材が介設されていることを特徴とする請求項１に記
   載の建造物の免震構造。
3. 【請求項３】 前記建造物は橋梁であって、前記下部構
   造は前記橋梁の橋脚を支持する複数の浮体であることを
   特徴とする請求項１または２に記載の建造物の免震構
   造。