JP2000096516A - 橋脚構造 - Google Patents

橋脚構造

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JP2000096516A
JP2000096516A JP10262927A JP26292798A JP2000096516A JP 2000096516 A JP2000096516 A JP 2000096516A JP 10262927 A JP10262927 A JP 10262927A JP 26292798 A JP26292798 A JP 26292798A JP 2000096516 A JP2000096516 A JP 2000096516A
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column
pier
pier structure
force
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Katsuyoshi Nakanishi
克佳 中西
Atsushi Okada
淳 岡田
Katsuaki Takeda
勝昭 武田
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無駄な断面を省くことができ、橋脚構造の重
量を小さくできると共に、橋脚全体の繰り返し外力によ
る損傷を小さく抑えることのできる橋脚構造を得る。 【解決手段】 上部に頂部材21を有し、下部が基礎部
材11に立設された柱材15と、柱材15の周囲に配置
されて頂部材21と基礎部材11とを連結する複数の補
剛材17とを備えた橋脚構造であって、柱材15が軸方
向圧縮力とせん断力とを負担するとともに、複数の補剛
材17がせん断力、および橋脚の曲げ変形に伴う引張力
を負担するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は橋脚の構造に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】本発明に関する先行技術として、例えば
特開平6−313303号公報に記載された橋脚構造の
発明、および特開平7−42114号公報に記載された
コンクリート充填鋼管多柱式橋脚の施工方法の発明があ
る。特開平6−313303号公報のものは、図13に
示すように、複数個の橋脚形成ブロック50を前後幅方
向若しくは左右幅方向に間隔を開けて配置し、隣接する
各ブロック50同士を弾性バネ支持性能を有する連結体
により連結して橋脚形成ユニット51を形成し、同橋脚
形成ユニット51を複数個上方へ一体的に積み重ねて構
成するというものである。
【0003】また、特開平7−42114号公報のもの
は、図14に示すように、短尺の中空の鋼管に横構、ブ
レースを取り付けた結構鋼管55と、長尺の中空の鋼管
柱57とを使用し、基礎に鉛直に埋め込んだ基礎鋼管の
上部に結構鋼管55と鋼管柱57とを交互に接続して橋
脚を立ち上げ、最上部には橋座の型枠を取り付け、鋼管
内部にコンクリートを充填し、さらに橋座の型枠内部に
コンクリートを充填して構築するコンクリート充填鋼管
多柱式橋脚である。
【0004】そして、いずれの従来例においても、1本
柱形式の橋脚柱よりも、断面積を小さくすることができ
るので、橋脚柱の重量を軽減でき、基礎に比較的負担を
かけないという効果が得られるとしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の橋脚構造では、橋脚中心に配置される橋脚形成
ブロック又は鋼管柱とその周囲に配置されるものとで同
断面になっているので次のような問題がある。すなわ
ち、橋脚が地震力などの外力により曲げ変形したとき
に、中心よりも外側に配置されている橋脚形成ブロック
又は鋼管柱ほど大きな圧縮力及び引張力が作用すること
になるが、全て同じ断面に形成されていることから、外
側に配置したものを圧縮力及び引張力に耐え得るように
設計すれば、中心部は過剰設計となり力学的に無駄な断
面部分が多くなっている。
【0006】また、全ての橋脚形成ブロック又は鋼管柱
が、軸力、曲げ、せん断の全ての力を負担する構造のた
め、橋脚形成ブロック又は鋼管柱が曲げ変形により局部
座屈を起こすと軸方向圧縮力を支えきれなくなる。この
ため、地震力のような繰り返し荷重が作用した場合に
は、橋脚中心軸から遠い鋼管柱から順に曲げによる局部
座屈を起こし、最終的に、軸方向圧縮力を支えきれなく
なり、橋脚全体が破壊に至る可能性を有している。
【0007】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、無駄な断面を省くことができ、橋脚構
造の重量を小さくできると共に、橋脚全体の繰り返し外
力による損傷を小さく抑えることのできる橋脚構造を得
ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る橋脚構造
は、上部に頂部材を有し、下部が基礎部材に立設された
柱材と、該柱材の周囲に配置されて前記頂部材と前記基
礎部材とを連結する複数の補剛材とを備えた橋脚構造で
あって、前記柱材が軸方向圧縮力とせん断力とを負担す
るとともに、前記複数の補剛材がせん断力、および橋脚
の曲げ変形に伴う引張力を負担するように構成したもの
である。
【0009】また、前記補剛材が前記頂部材との連結部
において、前記頂部材との間で圧縮方向のみ移動可能に
設置されていることを特徴とするものである。
【0010】また、前記補剛材が、前記柱材の上端部か
ら下方に向かって放射状に配置された斜め材からなるこ
とを特徴とするものである。
【0011】また、前記補剛材が、前記柱材の周囲に垂
直方向に立設された複数の縦材と、前記柱材の周囲に放
射状に配置された斜め材とを有し、該斜め材と前記縦材
のうち同径方向に配置されたもの及び前記柱材相互間を
板材により連結してなることを特徴とするものである。
【0012】また、前記各補剛材と前記柱材の各下端部
をアンカーフレームで連結したことを特徴とするもので
ある。
【0013】また、前記柱材は鋼管柱からなり、該鋼管
柱の内部にコンクリートが充填されていることを特徴と
するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明の実
施の形態1の橋脚構造を具備する橋梁の部分斜視図、図
2は図1に示した橋脚構造の側面断面図、図3は図2に
おけるA−A線に沿う断面図である。以下、図1〜図3
に基づいて実施の形態1を説明する。図において、1は
本発明にかかる橋脚構造を有する橋梁であり、地面3に
構築された橋梁下部工5及び橋梁下部工5上に構築され
た橋梁上部工7から構成されている。
【0015】そして、橋梁下部工5は、地面3に設置さ
れた基礎杭9上に構築されたフーチング11と、該フー
チング11上に構築された橋脚13とから構成されてい
る。橋脚13は橋脚中心軸上に設置された鋼管柱15
と、鋼管柱15の周囲に複数配置した鋼管17とから構
成されている。そして、鋼管柱15及び複数の鋼管17
の下端部はアンカーフレーム19によって連結されて、
フーチング11内に埋め込まれている。
【0016】また、鋼管柱15の上端部はハンチ21に
固定連結されて、軸方向圧縮力とせん断力とを負担でき
る構造になっている。さらに、鋼管柱15には、図3に
示すように、コンクリート16が充填されている。ま
た、複数の鋼管17の上端部にはフランジ部17aが形
成され、該フランジ部17a上に例えば硬質ゴムからな
る弾性体23が設置されている。ここで、弾性体23を
設置する意味を説明する。本来、本発明の目的からすれ
ば、フランジ部17aの上端とハンチ21との間には一
定の空間を設けておけばよいのであるが、通常ハンチ2
1は型枠を作ってコンクリートを流し込むことによって
構築するため、フランジ部17aの上端とハンチ21と
の間に一定の隙間を設けることは難しい。そこで、フラ
ンジ部17aの上端部に予め弾性体23を設置しておけ
ば上記のようにしてハンチ21を構築した際にフランジ
部17aの上端とハンチ21との間に一定の隙間を設け
たのとほぼ同様の状態を極めて簡単な方法で実現できる
のである。
【0017】再び構成の説明に戻ると、鋼管17の周面
とハンチ21とは固着されておらず、ハンチ21は鋼管
17に対して下方に移動できる構造になっている。した
がって、片側の鋼管17だけに着目すると、例えばハン
チ21が下方に移動しようとした場合には、弾性体23
が圧縮されてハンチ21は下方に移動することができ、
鋼管17には圧縮力が作用しない。一方、ハンチ21が
上方に移動しようとした場合には鋼管17のフランジ部
17aのあごの部分がハンチ21と係合することにな
り、ハンチ21は鋼管17を引っ張ることになり、鋼管
17には引張力が作用する。また、鋼管17とハンチ2
1とはせん断方向に拘束されているので、ハンチ21が
水平方向に移動しようとした場合には、鋼管17にはせ
ん断力が作用する。
【0018】すなわち、鋼管17とハンチ21とはせん
断方向及び引張方向には拘束されているが、圧縮方向に
は拘束されていない構造になっており、鋼管17にはせ
ん断力と引張力とは作用するが圧縮力は作用しない構造
である。
【0019】次に、上記のように構成された橋脚構造の
作用を例えば地震力のような繰り返し荷重が作用した場
合を例に挙げて説明する。図2中左側から地震力を受け
た場合には、橋脚13には鋼管柱15を中心に右方向に
曲げ変形し、図2中左側に設置された鋼管17が引張
側、右側の鋼管17が圧縮側になる。このとき、引張側
においては、鋼管17の上端フランジ部17aのあごの
部分がハンチ21に拘束されているので鋼管17には引
張力が作用し、曲げに対して抵抗する。このとき、鋼管
17の下端部がアンカーフレーム19に固定されている
ので、引張に対して強い抵抗力を有することになる。
【0020】一方、右側の圧縮側においては、鋼管17
の上端フランジ部17aの上部には伸縮可能な弾性体2
3が設置されており、しかも鋼管17とハンチ21とは
圧縮方向には拘束されておらず相対移動できるので、曲
げ変形によりハンチ21が下方に移動したときには弾性
体23が縮むだけで鋼管17には圧縮力が作用せず、局
部座屈を起こすことがない。なお、橋脚中心軸状に設置
されている鋼管柱15には曲げ変形に伴う曲げ応力はほ
とんど発生しない。
【0021】次に、図中右からの地震力の場合には上記
と全く逆になり、右側に配置された鋼管17には引張力
が作用するが、左側に配置された鋼管17には圧縮力は
作用しない。このように、地震力のような繰り返し荷重
を受ける場合に、鋼管17には引張力とせん断力とのみ
が作用し圧縮力は作用しない。このため、繰返し外力が
作用しても、部材の圧縮時に生じる座屈による引張強度
の劣化が鋼管17には生じないため、橋脚全体の損傷を
小さく抑えることができるのである。
【0022】以上のように、曲げ変形に伴う曲げ応力が
ほとんど発生しない中央部の鋼管柱15のみで圧縮荷重
を負担させるようにしているので、鋼管柱15について
は曲げ変形に伴う圧縮荷重をほとんど考慮することなく
設計することが可能となり太さを細くすることができ、
また基礎全体を小さくすることができる。また、鋼管柱
15の周囲に配置した鋼管17には、圧縮荷重が作用せ
ず引張力とせん断力とだけであるので、鋼管17自体を
細くできると共に、座屈による劣化がないので、繰り返
し荷重に対しての損傷が少なくなる。
【0023】また、各鋼管17の下端部はアンカーフレ
ーム19により鋼管柱15の下端部と連結されているの
で、引張力に抵抗するために基礎自体を大きくする必要
がない。
【0024】実施の形態2.図4は本発明の実施の形態
2を説明する説明図である。本実施の形態においては、
鋼管柱15と各鋼管17とを連結支持部材25によって
連結したものである。この連結支持部材25を設けるこ
とにより、鋼管柱15の全体座屈を防止することができ
る。この実施の形態2は特に高さの高い橋脚に有効であ
る。
【0025】実施の形態3.図5は本発明の実施の形態
3を説明する説明図である。本実施の形態においては、
実施の形態1の鋼管17に代えて、下端部を中央の鋼管
柱15の周囲に設置すると共に上端部を鋼管柱15の上
端部に接合した傾斜鋼管18を設置したものである。な
お、傾斜鋼管18全体としてみれば鋼管柱15の上端側
を中心として放射状に配置した構造である。このように
傾斜鋼管18を設置することによって中央の鋼管柱1
5、アンカーフレーム19、および傾斜鋼管18がトラ
ス構造を形成し曲げ変形及びせん断力に対して大きな抵
抗力を有することになる。なお、傾斜鋼管18の上端部
を、鋼管柱15の上端部に接合することなく、鋼管柱1
5の上端部の近傍に配置してもよい。
【0026】実施の形態4.図6は本発明の実施の形態
4を説明する説明図である。本実施の形態においては、
図5に示した各傾斜鋼管18を鋼管柱15の上端側を中
心として放射状に立設したものに、下端部を中央の鋼管
柱15の周囲に設置すると共に上端部を鋼管柱15の中
央部に接合した複数の支持鋼管27を設置したものであ
る。このように支持鋼管27を配置することによって鋼
管柱15の全体座屈を防止できると共に曲げ変形に対す
る抵抗力を増すことができる。
【0027】実施の形態5.図7は本発明の実施の形態
5を説明する説明図である。本実施の形態においては、
図1に示した実施の形態1の各鋼管17と鋼管柱15と
を鋼板29によって接合したものである。このような構
造にすることによって、実施の形態1の効果に加えて鋼
管柱15の全体座屈を防止できると共にせん断力に対す
る抵抗力を増すことができる。
【0028】実施の形態6.図8は本発明の実施の形態
6を説明する説明図である。本実施の形態においては、
図5に示した実施の形態2の各傾斜鋼管18と鋼管柱1
5とを鋼板31によって接合したものである。このよう
な構造にすることによって、実施の形態2の効果に加え
て鋼管柱15の全体座屈を防止できると共にせん断力に
対する抵抗力を増すことができる。
【0029】実施の形態7.図9は本発明の実施の形態
7を説明する説明図である。本実施の形態においては、
図6に示した実施の形態3の各傾斜鋼管18と支持鋼管
27及び鋼管柱15とを鋼板33によって接合したもの
である。このような構造にすることによって、実施の形
態3の効果に加えて鋼管柱15の全体座屈をさらに防止
できると共にせん断力に対する抵抗力を増すことができ
る。
【0030】実施の形態8.図10は本発明の実施の形
態8を説明する説明図、図11は図10の脚部の拡大図
である。本実施の形態においては、図1に示した実施の
形態1の各鋼管17と鋼管柱15との間に図5に示した
実施の形態3の傾斜鋼管18を設置し、さらに同径方向
に配置された各鋼管17と各傾斜鋼管18及び鋼管柱1
5とを鋼板35で接合したものである。
【0031】本実施の形態によれば、鋼管柱15の全体
座屈をさらに防止できると共にせん断力に対する抵抗力
をさらに増すことができる。なお、鋼管柱15及び鋼管
17の形状としては、図11に示した全て丸形であって
もよいし、図12に示すように鋼管柱15のみ角形にし
てもよく、あるいは両方とも角形にしてもよい。
【0032】なお、上記の各実施の形態においては、橋
脚中心軸に設置する柱材として鋼管柱15を設置した例
を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、中
実の鋼棒のようなものや鉄筋コンクリート柱であっても
よい。なお、発明の趣旨からは、柱材には曲げ変形によ
る曲げ応力ができるだけ発生しないようにすることが必
要であり、そのためには断面二次モーメントを小さく設
定できる部材が好ましい。
【0033】また、上記の各実施の形態においては、柱
材の周囲に設置する補剛材として鋼管17を例に挙げて
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例
えば鋼棒のようなものであってもよい。ただ、本発明に
おいては、補剛材に引張力とせん断力とを負担させる構
造であるので、これらに対する抵抗力に優れた部材が好
ましい。
【0034】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したの
で以下に示すような効果を奏する。
【0035】柱材が軸方向圧縮力とせん断力とを負担す
るとともに、複数の補剛材がせん断力、および橋脚の曲
げ変形に伴う引張力を負担するように構成したので、橋
脚を構成する各部材の力学的役割分担が明確となり、無
駄な断面を省くことができ、橋脚構造の重量が、大幅に
小さくなる。
【0036】また、補剛材が頂部材との連結部におい
て、頂部材との間で圧縮方向のみ移動可能に設置されて
いるので、橋脚が曲げ変形した場合にも補剛材に圧縮力
が作用しない構造となり、繰返し外力が作用しても、部
材の圧縮時に生じる座屈による引張強度の劣化がなく、
橋脚全体の繰返し外力による損傷も小さくなる。
【0037】また、補剛材が、柱材の上端部から下方に
向かって放射状に配置された斜め材からなるように構成
したので、曲げ変形及びせん断変形に対して大きな抵抗
力を発揮することができる。
【0038】また、補剛材が、柱材の周囲に垂直方向に
立設された複数の縦材と、柱材の周囲に放射状に配置さ
れた斜め材とを有し、該斜め材と前記縦材のうち同径方
向に配置されたもの及び前記柱材相互間を板材により連
結してなる構造にしたので、柱材の全体座屈を防止でき
ると共に、曲げ変形及びせん断変形に対して大きな抵抗
力を発揮することができる。
【0039】また、各補剛材と柱材の各下端部をアンカ
ーフレームで連結したので、各部材に引張力が作用した
際に強い抵抗力を発揮できる。
【0040】また、柱材は鋼管柱からなり、該鋼管柱の
内部にコンクリートを充填したので、コンクリートが鋼
管柱の局部座屈を防止すると共に、鋼管がコンクリート
を拘束して高い圧縮強度を実現できるという優れた複合
構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の橋脚構造を具備する
橋梁の部分斜視図である。
【図2】 図1に示した橋脚構造の側断面図である。
【図3】 図2におけるA−A線に沿う断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態2の説明図である。
【図5】 本発明の実施の形態3の説明図である。
【図6】 本発明の実施の形態4の説明図である。
【図7】 本発明の実施の形態5の説明図である。
【図8】 本発明の実施の形態6の説明図である。
【図9】 本発明の実施の形態7の説明図である。
【図10】 本発明の実施の形態8の説明図である。
【図11】 図10の一部を拡大して示す拡大図であ
る。
【図12】 本発明の実施の形態8の他の態様の説明図
である。
【図13】 従来例の説明図である。
【図14】 他の従来例の説明図である。
【符号の説明】
1 橋梁 13 橋脚 15 鋼管柱 16 コンクリート 17 鋼管 18 傾斜鋼管 19 アンカーフレーム 21 ハンチ 23 弾性部材 25 連結支持部材 27 支持鋼管 29 鋼板
フロントページの続き (72)発明者 武田 勝昭 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 2D059 AA03 GG55

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上部に頂部材を有し、下部が基礎部材に
    立設された柱材と、該柱材の周囲に配置されて前記頂部
    材と前記基礎部材とを連結する複数の補剛材とを備えた
    橋脚構造であって、 前記柱材が軸方向圧縮力とせん断力とを負担するととも
    に、前記複数の補剛材がせん断力、および橋脚の曲げ変
    形に伴う引張力を負担するように構成したことを特徴と
    する橋脚構造。
  2. 【請求項2】 前記補剛材が前記頂部材との連結部にお
    いて、前記頂部材との間で圧縮方向のみ移動可能に設置
    されていることを特徴とする請求項1記載の橋脚構造。
  3. 【請求項3】 前記補剛材が、前記柱材の上端部から下
    方に向かって放射状に配置された斜め材からなることを
    特徴とする請求項1または2記載の橋脚構造。
  4. 【請求項4】 前記補剛材が、前記柱材の周囲に垂直方
    向に立設された複数の縦材と、前記柱材の周囲に放射状
    に配置された斜め材とを有し、該斜め材と前記縦材のう
    ち同径方向に配置されたもの及び前記柱材相互間を板材
    により連結してなることを特徴とする請求項1又は2記
    載の橋脚構造。
  5. 【請求項5】 前記各補剛材と前記柱材の各下端部をア
    ンカーフレームで連結したことを特徴とする請求項1〜
    4のいずれかに記載の橋脚構造。
  6. 【請求項6】 前記柱材は鋼管柱からなり、該鋼管柱の
    内部にコンクリートが充填されていることを特徴とする
    請求項1〜5のいずれかに記載の橋脚構造。
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