JP2000510923A - 橋の安定化技術 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 橋床（１０）は、引張支持体（１１、１２）により支持され、かつ橋床（１０）のほぼ長手方向に沿うそれぞれの軸線（２１）の回りに枢着された翼形スタビライザ（１９、２０）の付加により、橋床（１０）に作用する全空気力学的揚力を低減させるべく安定化される。スタビライザ（１９、２０）は、橋床（１０）と引張支持体（１１、１２）との間の傾動により作動される機構（２１〜２６）により駆動されて、横風の存在時に力を発生する位置へと関節運動され、橋床(10)に作用する全空気力学的揚力を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】 橋の安定化技術 技術分野 本発明は、引張支持体により支持される橋床を備えた橋の安定化技術に関しか つ既存の橋を安定化する構造および方法に関する。背景技術 種々の形式の橋は、橋の両端部または中間に立てられたタワーまたは同様な構 造から、引張支持体により支持される橋床を有している。吊り橋の場合には、引 張支持体は、一般に、橋床の長手方向側部を、タワー間に吊り下げられた対応す るカテナリー（懸垂曲線）に相互連結する垂直ケーブル、ロッドまたはチェーン である。斜張橋も、引張支持体により支持される橋床を有し、引張支持体は、通 常、橋床の長手方向側部からタワーまで直接延びているロッドまたはケーブルの 形態をなしている。 １９４０年に起きたタコマブリッジ(Tacoma bridge)の事故から、吊り橋は、 破壊が生じるまで漸進的に増大する橋床の共振を引き起こす持続的風荷重のパタ パタ揺れる不安定性による劇的な構造破壊を受けることがあることは良く知られ ている。吊り橋、および引張支持体により支持される橋床を有する実質的に全て の橋の風荷重に付随する問題は、橋床の径間（スパン）の増大につれて非常に厳 格なものとなっている。例えばStraights of the Messinaで提案されたような非 常に長い径間の場合には、径間に沿う風荷重が、非常に大きく変化しかつ橋床の 大きな非対称的ピッチングおよびヒービングを促進する。Tacoma bridgeの事故 以来、前記運動を低減させるため、橋桁の運動に応答して風のこのエネルギに対 処する種々の提案がなされており、例えば、制御面が橋の長手方向のセクション に分割され、橋桁の運動を測定するための複数の検出器が設けられ、かつ制御面 セクションに関連して局部制御ユニットが設けられ、該局部制御ユニットが、１ つ以上の検出器からの情報に応答して対象制御面セクションを制御するように なっている。これらの検出器は、対象位置での橋の運動すなわち加速度を測定し かつ信号をコンピュータのような制御ユニットに伝達するように構成されており 、コンピュータは、信号を、関連制御面セクションを回転させる油圧シリンダを 制御するサーボポンプに伝達するアルゴリズムを用いている。このようにして、 各制御面セクションは、加速度計の形態をなす検出器により、対象位置での橋桁 の運動に応答して連続的に調節される。この従来の発明は、橋桁に沿う大規模な 配線により接続された多数の加速度計および制御面を駆動する関連油圧システム からなる複雑な電子システムを設ける必要がある。 従って、これらの従来技術の文献から、橋に、引張支持体により支持される橋 床と、橋床の安定性を高める位置へと関節運動できるように橋床のほぼ長手方向 のそれぞれの軸線の回りで枢動する翼形スタビライザとを設けることは知られて いる。 また、これらの文献から、橋床のほぼ長手方向のそれぞれの軸線の回りに翼形 スタビライザを取り付けることからなる、引張支持体により支持される橋床を備 えた橋を安定化させる方法を提供することも知られている。発明の開示 本発明の目的は、大規模な電子検出・制御システムを用いることなく橋を安定 化できるようにすることにある。 本発明の１態様によれば、各スタビライザは、橋の長手方向軸線の回りで橋床 とこれに隣接する引張支持体との間の傾動により作動される機構により駆動され るように連結されており、前記各機構は、橋床の一部とこれに隣接する引張支持 体との間に傾動があるときに、関連するスタビライザが、横風の存在時に橋床に 作用する力を発生する位置へと関節運動されるように配置されている。この構成 では、橋床の回転運動と垂直運動との結合を最小にすることにより橋を安定化さ せ、これにより橋構造がパタパタ揺れるあらゆる傾向を減衰させる。 好ましくは、各機構はレバーを有し、該レバーは、これに関連する引張支持体 に固定されかつ関連するスタビライザの枢軸線に対してほぼ平行な軸線の回りで 枢動できるように橋床に枢着されている。各機構は、前記傾動に対する関連スタ ビライザの関節運動を増大させるように構成できる。 スタビライザの少なくとも幾つかは、これらのそれぞれの軸線の回りで枢動で きるように橋床に直接枢着されかつそれぞれのレバーに枢着されたそれぞれのリ ンクにより関節運動されるように構成できる。 スタビライザの少なくとも幾つかは、これらのそれぞれの軸線の回りで枢動で きるように橋床に直接枢着されかつ橋床の空気力学的特性を変えるように配置で きる。或いは、スタビライザの少なくとも幾つかは、引張支持体からまたはそれ ぞれのレバーから、それぞれの軸線の回りに枢着できる。この場合、各スタビラ イザは、橋床に枢着されたリンクを介して関節運動されるのが好ましい。 スタビライザの少なくとも１つには、独立して調整可能な制御面を設けること ができる。この態様では、スタビライザに対して制御面が調節され、これにより 、スタビライザにより発生されかつ橋床に加えられる力を変えることができる。 好ましくは、橋床の両側には１対のスタビライザが取り付けられ、該スタビラ イザは相互連結リンクにより釣合いがとられる。この場合、相互連結リンクは、 １対のスタビライザの機構間で作動するように配置されるのが好ましい。 本発明の他の態様によれば、引張支持体により支持された橋床と、該橋床のほ ぼ長手方向に延びるそれぞれの軸線の回りに枢着された翼形スタビライザとを有 する橋を安定化させる方法であって、橋の長手方向軸線の回りの橋床と引張支持 体との間の傾動を利用して、スタビライザを、横風の存在時に力を発生する位置 へと関節運動させ、橋床に作用する全空気力学的揚力を低減させる方法が提供さ れる。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して、本発明を単なる例示として説明する。 第１図は、本発明により安定化された橋床を通る概略横断面図である。 第２図は、橋の長手方向軸線の回りでの橋床と隣接引張支持体との間の１方向 への傾斜運動中の１対のスタビライザの運動を示す、第１図と同様な概略横断面 図である。 第３図は、橋床と隣接引張支持体との間の反対方向への傾斜運動中のスタビラ イザの運動を示す、第２図と同様な概略横断面図である。 第４図は、橋床と隣接引張支持体との間の傾斜運動により作動される機構の１ 形態を示す、第２図の左側部分の拡大図である。 第５図は、翼形スタビライザの変更態様を示す、第４図と同様な拡大図である 。 第６図は、１対のスタビライザの釣合わせを示す、第１図と同様な概略横断面 図である。 第７図は、別の橋床上のスタビライザの別の取付け方法を示す、第１図と同様 な概略横断面図である。説明 長径間吊り橋（long span suspension bridges）は、非常な強風条件下でパタ パタ揺れて不安定になる傾向があることが知られている。この問題に対する１つ のアプローチは、橋床の捩り剛性を高めて、不安定状態を引き起こす風速を高め ることである。これは慣用的な構造技術で行なわれており、必然的に橋床の重量 を増大させ、従って吊りケーブルおよびこれらの支持構造の重量を増大させる結 果を招く。能動制御形翼形スタビライザにより、橋床の安定性を増大させる他の アプローチがなされている。このような能動安定化は、航空機の制御システムに おいて既に採用されているプラクティスに厳格に従うものである。すなわち、翼 形スタビライザまたは他の制御装置が、航空機（橋の場合には、安定化すべき可 撓性橋床の局部）の検出した運動に応答して油圧、空気圧または電気的アクチュ エータにより適当に偏向されるように構成されたプラクティスに厳密に従うもの である。 本発明は、橋床懸架部材に連結されたリンク機構により翼形スタビライザを機 械的に制御することにより能動安定化に対する別のアプローチを提供する。この ようにすれば、油圧、空気圧または電気的アクチュエータにより翼形スタビライ ザを関節運動させるのに提案されている複数の加速度計および関連する配線、コ ンピュータ制御システムおよびサービスシステムを使用することなく、安定化を 達成できる。 第１図、第２図および第３図に示すように、吊り橋は、２連の引張支持体１１ 、 １２（該引張支持体は、ロッドまたはケーブルとして形成するのが便利である） により１対のカテナリー（図示せず）から支持された橋床１０を有している。橋 床１０は当業界で知られた任意の便利な構造で構成でき、一般的には、隆起縁石 １６、１７、１８により分離された車道１４、１５を形成する箱桁１３からなる 。橋床１０は、その特殊な断面形状にも係わらず、横風にさらされたときの空気 力学的特性を有し、その安定性は橋床１０の各長手方向縁部に沿って配置された ２連の翼形スタビライザ１９、２０により制御される。各スタビライザは、橋床 １０のほぼ長手方向の軸線の回りで関節運動できるようにピボット２１により橋 床に連結されており、これにより、横風の存在時に力を発生する位置までスタビ ライザ１９、２０を関節運動させ、橋床１０の関連部分に作用する全空気力学的 揚力（lift）を低減させることができる。 引張支持体１１、１２の下端部は、レバー２２の端部に非常に頑丈に取り付け られる。レバー２２もそれぞれのピボット２３により橋床１０に固定されており 、これにより、ピボット２３の軸線（該軸線は、関連するスタビライザの軸線２ １に対してほぼ平行である）の回りでの、各引張支持体１１または１２と橋床１ ０との間の傾動が可能になる。 第４図から最も良く理解されようが、リンク２４は、ピボット２１から間隔を 隔てた所定位置でピボット２５によりスタビライザ１９に連結され、かつピボッ ト２３から間隔を隔てた所定位置でピボット２６によりレバー２２にも連結され ている。これらのピボット２１、２３、２５、２６は互いに平行である。これに より、橋床１０と引張支持体１１との間に何らかの傾動が生じると、ピボット２ ３の回りでのレバー２２の相対傾動が引き起こされ、これにより、リンク２４が この運動をスタビライザ１９に伝達し、該スタビライザ１９をピボット２１の回 りで同方向に回転させる。ピボット２３とピボット２６との間の有効レバーアー ムはピボット２１とピボット２５との間の有効レバーアームより大きく、このた め、レバー２２の相対傾動により、スタビライザ１９の増幅された運動が引き起 こされることに留意されたい。また、レバー２２およびリンク２４は、これらの 関連するピボット２１、２３、２５、２６と協働して、橋床１０と隣接引張支持 体１１との間の傾動により作動される機構を形成することにも留意されたい。 このように、任意の引張支持体１１または１２に対する橋床１０のいかなる捩 り運動によっても隣接するスタビライザ１９または２０の関節運動が引き起こさ れ、これにより、橋床１０の空気力学的特性が変えられる。かくして、第２図に 示すように、橋床１０の一部が反時計回り方向に回転すると同時に、左側スタビ ライザ１９が持ち上げられ、一方、右側スタビライザ２０が下降される。これに より、スタビライザ１９、２０は、横風が左側または右側からのいずれから吹い ているか否かに係わらず、復元用偶力を橋床１０に作用する。 第３図では、橋床１０が時計回り方向に回転され、スタビライザ１９、２０も 同様に反対方向に移動しているため、この場合にも復元用偶力が橋床１０に作用 することに留意されたい。 特に留意すべきは、スタビライザ１９、２０の偏向により、風向きが左側から であるか右側からであるかに係わらず、橋床１０の安定性が常に増大されること である。 ピボット２３とピボット２６との間の距離と、ピボット２１とピボット２５と の間の距離との比は、橋床１０およびその引張支持体１１、１２の動力学に基づ いて、風洞試験および／または理論的計算により定められる。この比は、或る橋 構造の場合には、特定スタビライザ１９または２０の径間方向の位置に基づいて 定められる。 第５図の殆どの構成部品は第４図の構成部品と同じであり、同じ機能を有する 構成部品については同じ参照番号で示されている。僅かな変更点は、スタビライ ザ１９の外端部に、独立調節可能な制御面１２６が設けられていることにあり、 該制御面１２６は、ピボット２１の軸線に対して平行なピボット２７によりスタ ビライザ１９に連結されている。制御面１２６は、動力アクチュエータ２８によ りスタビライザ１９に対してピボット２７の回りで枢動されるように関節連結さ れている。アクチュエータ２８は、図示のようにスタビライザ１９内に収容され ており、リンク２９を介して制御面１２６を駆動する。動力アクチュエータ２８ は、スタビライザ１９が、これが取り付けられた橋床の部分に所望の特性を付与 する位置に制御面１２６を設定すべく機械的に作動されるか、電気、空気圧また は油圧により作動されて、スタビライザ１９の特性を連続的に調節することがで きる。 第１図〜第４図に関連して説明したような機械的にリンクされたスタビライザ 構造の長所は、ハリケーンの風力が作用する最中でも連続的利用可能なエネルギ 源を必要とすることが明らかな大形の動力アクチュエータが不要であること、お よびコンピュータおよび加速度計が不要なことにある。しかしながら、同等の航 空機システムと同様に、能動制御アプローチは、制御システムに対する変化が比 較的容易に適応されるように非常にフレキシブルであり、かつ必要に応じて機能 的複雑さを与えることができる。 第５図に示す組合せ形実施形態の魅力は、両アプローチの最良の特徴を保有し ていることにある。この実施形態では、機械的に駆動される大きなスタビライザ １９、２０の長所が達成され、かつこれらの機能は、航空機の昇降舵のトリムタ ブと同様に、能動的に制御される小さな制御面１２６により増大される。このよ うに、安定化の大部分は、機械的に作動される大きなスタビライザ１９、２０に より遂行され、一方、能動的に制御される小さい制御面１２６は微調節の機能を 有すると同時に、独立型能動制御システムに比べ、サイズ、コスト、動力条件お よび一体性に関して厳格さを必要としない。 第６図は、第１図〜第４図に関して既に説明した構造とほぼ同じ構造を有し、 従って同等の構成部品には同じ参照番号が使用されている。相違点は、スタビラ イザ１９、２０の質量が、相互連結リンク３０により釣合いがとられることにあ る。相互連結リンク３０の外端部は、ピボット２１、２３と平行な軸線を有する それぞれのピボット３２を介して、スタビライザマウンティングの延長部３１に 連結されている。リンク３０の内端部は、共通ピボット３３を介して、橋床１０ により支持されたピボット３５の回りで回転できるリンク３４に連結されている 。これにより、横方向に整合したスタビライザ１９、２０の対の質量が、該スタ ビライザの関節連結の如何に係わらず、釣合いがとられる。 第７図の橋床１０は、レバー２２が橋床１０の長手方向外縁部から中心寄りに 位置するピボット２３に取り付けられており、歩道３6、３７を形成している点 で幾分異なる構造を有する。翼形スタビライザ１９、２０は、橋床１０の長手方 向に延びかつそれぞれのレバー２２により支持されたピボット３８の回りに関節 連結されるように移動されている。スタビライザ１９、２０は、図示のように橋 床１０とスタビライザ１９、２０との間に枢着されたそれぞれのリンク３９によ り関節連結されている。リンク３９はレバー２２と交差しており、これにより、 橋床１０と隣接する引張支持体１１、１２との間の傾動によって、スタビライザ １９、２０が適当な方向に確実に関節運動されることに留意されたい。この構成 により、橋床１０の空気力学的特性を変えることなく、スタビライザ１９、２０ が、それぞれのレバー２２を介して橋床１０に補償力を加えることに留意された い。或いは、所望ならば、スタビライザ１９、２０を、引張支持体１１、１２に 直接取り付けることもできる。 引張支持体が懸架ロッドで形成される場合には、ロッド自体を、ピボット２３ を受け入れる適当なトラニオンに連結することもでき、これにより、引張支持体 １１または１２がレバー２２の上方アームと置換され、トラニオンはピボット２ ６のマウントを形成するように設計される。 第４図および第７図に示された機構は、必要に応じて、スタビライザ19、20を 駆動する任意の他の便利な機構またはギアに置換できる。 所望ならば、橋床１０に、第４図および第７図の両図面に示すスタビライザ１ ９、２０を設けることができる。 新規な安定化形態をもつ橋構造を提供することに加え、本願に示す構造は、引 張支持体により支持された橋床を備えた既存の橋を改良するのに使用でき、かつ このことは橋を完全に取り外す必要なくして達成できることに留意されたい。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．引張支持体（１１、１２）により支持された橋床（１０）と、該橋床（１０ ）の安定性を向上させる位置に関節運動させるため、橋床（１０）のほぼ長手 方向に延びるそれぞれの軸線（２１、３８）の回りに枢着された翼形スタビラ イザ（１９、２０）とを有する橋において、各スタビライザ（１９、２０）が 、橋の長手方向軸線の回りで橋床（１０）とこれに隣接する引張支持体（１１ 、１２）との間の傾動により作動される機構により駆動されるように連結され ており、前記各機構は、橋床（１０）の一部とこれに隣接する引張支持体（１ １、１２）との間に傾動があるときに、関連するスタビライザ（１９、２０） が、横風の存在時に橋床（１０）に作用する力を発生する位置へと関節運動さ れるように配置されていることを特徴とする橋。 ２．前記各機構はレバー（２２）を有し、該レバー（２２）は、これに関連する 引張支持体（１１、１２）に固定されかつ関連するスタビライザ（１９、２０ ）の枢軸線（２１、３８）に対してほぼ平行な軸線（２３）の回りで枢動でき るように橋床（１０）に枢着されていることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の橋。 ３．前記各機構は、前記傾動に対する関連スタビライザ（１９、２０）の関節運 動を増大させるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の橋。 ４．前記スタビライザ（１９、２０）の少なくとも幾つかが、これらのそれぞれ の軸線（２１）の回りで枢動できるように橋床（１０）に直接枢着されかつそ れぞれのレバー（２２）に枢着されたそれぞれのリンク（２４）により関節運 動されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の橋 。 ５．前記スタビライザ（１９、２０）の少なくとも幾つかが、これらのそれぞれ の軸線（２１）の回りで枢動できるように橋床（１０）に直接枢着されかつ橋 床（１０）の空気力学的特性を変えるように配置されていることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の橋。 ６．前記スタビライザ（１０、２０）の少なくとも幾つかが、引張支持体（１１ 、 １２）から、それぞれの軸線（３８）の回りに枢着されていることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の橋。 ７．前記スタビライザ（１９、２０）の少なくとも幾つかが、それぞれのレバー （２２）から、それぞれの軸線（３８）の回りに枢着されていることを特徴と する請求の範囲第２項に記載の橋。 ８．前記各スタビライザ（１９、２０）は、橋床（１０）に枢着されたリンク （３９）を介して関節運動されるように構成されていることを特徴とする請求 の範囲第７項に記載の橋。 ９．前記スタビライザ（１９、２０）の少なくとも１つには、独立して調整可能 な制御面（１２６）が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の橋。 10．前記橋床（１０）の両側には１対のスタビライザ（１９、２０）が取り付け られており、該スタビライザ（１９、２０）は相互連結リンク（３０、３４） により釣合いがとられることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の橋。 11．前記相互連結リンク（３０、３４）は、１対のスタビライザ（１９、２０） の機構間で作動するように配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０ 項に記載の橋。 12．引張支持体（１１、１２）により支持された橋床（１０）と、該橋床（１０ ）のほぼ長手方向に延びるそれぞれの軸線（２１、３８）の回りに枢着された 翼形スタビライザ（１９、２０）とを有する橋を安定化させる方法において、 橋の長手方向軸線の回りの橋床（１０）と引張支持体（１１、１２）との間の 傾動を利用して、スタビライザ（１９、２０）を、横風の存在時に力を発生す る位置へと関節運動させ、橋床（１０）に作用する全空気力学的揚力を低減さ せることを特徴とする方法。