JP2001055704A - ラーメン橋脚 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震後にも橋桁を安全に支えることができ、
暫定的に供用できるラーメン橋脚を提供する。 【解決手段】 横梁５を柱材３の上端部で支えるラーメ
ン橋脚１において、柱材３の上端部に設置されて横梁５
を支持するせん断型ダンパー４１と、せん断型ダンパー
４１の周囲に設置されてせん断力に抵抗するウェブ材４
３と、せん断型ダンパー４１の周囲に設置されて曲げモ
ーメントに抵抗するフランジ材４５と、を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高架橋のラーメン
橋脚に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は地震時の水平荷重によって倒壊
する恐れのある従来の高架橋のラーメン橋脚を示す図で
あり、図１０（ａ）が正面図、図１０（ｂ）が側面図で
ある。ここに示したラーメン橋脚は、阪神大震災におい
て、横梁の側板（ウェブ）における中央３パネルにせん
断座屈が生じたものであり、論文：中井博、北田俊行、
西岡敬治、狩野正人、迫田治行、森昭紀：巨大地震によ
る鋼製ラーメン橋脚横梁腹板のせん断座屈損傷のシミュ
レーション、鋼製橋脚の非線形数値解析と耐震設計に関
する論文集、土木学会・構造工学委員会、構造工学震災
調査特別小委員会、pp．223-230 、1997年5 月、より引
用したものである。

【０００３】図１０において、１は門形のラーメン橋脚
であり、二層構造のものである。２は地上に所定の間隔
を離して設けられた基礎部、３は基礎部２に立設された
一対の柱材、５は一対の柱材３の上端側に両柱材３に亘
って設置された第１の横梁、７は一対の柱材３に連続し
て設けられた一対の柱部、９は一対の柱部７の上端に該
柱部７の両方に亘って設置された第２の横梁である。２
１、２３はそれぞれ第１の横梁５、第２の横梁９に設置
された橋桁である。

【０００４】図１１は図１０に示したラーメン橋脚１の
第１の横梁５の中央部の拡大図である。図１１に示すよ
うに、第１の横梁５は複数の鋼板をBOX 状（側板５ａ，
天板５ｂ，底板５ｃ）に溶接接合して構成され、内部に
は剛性を高めるためのダイヤフラム５ｄの他リブ（図示
なし）が適当に設置されている。

【０００５】図１２は図１０に示した従来のラーメン橋
脚１が地震力を受けた場合の横梁に生ずるせん断座屈の
メカニズムを説明する説明図である。ラーメン橋脚１
が、図１２（ａ）に示すように左側からの地震力３１を
受けた場合、第１の横梁５にはその端部に図１２（ｂ）
の様な曲げモーメント３３が作用する。この曲げモーメ
ント３３は第１の横梁５に図１２（ｃ）のようにせん断
力Ｑを作用させるので、側板５ａ（ウェブ）にはせん断
座屈２９（斜め方向の皺）に伴う斜張力Ｐが生じ斜張力
方向の塑性変形が生じる。

【０００６】地震力が図１２（ａ）と逆の右側から作用
すると、図１２（ｄ）に示すような斜張力場となるの
で、交番的に地震力が作用する場合には図１２（ｅ）に
示すようなＸ形の皺が寄る結果となる。中井らの論文で
は、せん断座屈に伴う塑性変形が効果的に地震エネルギ
ーを吸収した結果、橋脚基部１７や隅角部１５の変形を
緩和し、ラーメン橋脚は倒壊に至らなかったと結論付け
ている。なお、せん断を受ける側板（ウェブ）の効果的
なエネルギー吸収特性は、古くから実験的に確認されて
いる（例えばBasler,K.:Strength of plate girders in
shear,Journal of the Structural Division,Proceedin
gs of the American Society of Civil Engineers,ST7,
pp151-180,October,1961 ）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】確かに、横梁の繰り返
しせん断力に対する変形能は非常に優れているため、高
いエネルギー吸収能が期待される。しかし、高いエネル
ギー吸収能が期待されるとしても、ラーメン橋脚全体に
供給される地震エネルギーを十分に吸収できるまでは大
きくない可能性がある。なぜなら、ラーメン橋脚等の部
材は、薄板を集成したものであるため、薄板のエネルギ
ー吸収能には限界があるからである。したがって、従来
のラーメン橋脚では、地震エネルギーを十分に吸収しき
れずに、橋脚基部に破損が生じ、破損が大きい場合には
倒壊に至る危険性もある。

【０００８】また、横梁の一部品にせん断変形を過度に
集中させると、その部分が損傷する可能性があるため、
橋桁２１，２３を支える本来の役目を果たさなくなって
しまう可能性もある。そして、このような場合には、地
震後にラーメン橋脚を暫定的に供用できなくなり、復旧
が急がれる状況に対し、大きな障害を社会に与えてしま
うことも考えられる。

【０００９】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、地震後にも橋桁を安全に支えること
ができ、暫定的に供用できるラーメン橋脚を提供するこ
とを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るラーメン橋
脚は、横梁を柱材の上端部で支えるものにおいて、前記
柱材の上端部に設置されて前記横梁を支持するせん断型
ダンパーと、該せん断型ダンパーの周囲に設置されてせ
ん断力に抵抗するウェブ材と、前記せん断型ダンパーの
周囲に設置されて曲げモーメントに抵抗するフランジ材
と、を備えたものである。

【００１１】また、前記ウェブ材に降伏点の低い極軟鋼
を用いたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態の説
明図であり、ラーメン橋脚の正面を模式的に表してい
る。図２は図１における円で囲んだＡ部の拡大図、図３
はＡ部の側面図、図４は図２における矢視Ａ−Ａ線に沿
った断面図、図５は斜視図である。図において、従来例
を示した図１０と同一部分又は相当部分には同一の符号
を付している。

【００１３】まず、図１に基づいて全体の構成を概説す
ると、１は門形のラーメン橋脚であり、単層構造のもの
である。２は地上に所定の間隔を離して設けられた基礎
部、３は基礎部２に立設された一対の柱材、５は一対の
柱材３の上端に両柱材３に亘って設置された横梁、２１
は横梁５の上に設置された橋桁である。

【００１４】次に、図２〜図５に基づいて、柱材５と横
梁５の接合部の構造について説明する。４１は柱材３の
上端部に設置されたせん断型ダンパーであり、横梁５は
せん断型ダンパー４１を介して柱材３の上端に設置され
ている。せん断型ダンパーとは、せん断変形によってエ
ネルギーを吸収するタイプのダンパーであり、材質はゴ
ムあるいはゴムと鉛を積層構造にしたもの等種々のもの
がある。

【００１５】４３は、ラーメン橋脚１の前面及び後面に
柱材と梁材に亘って設置された降伏点の低い極軟鋼から
なるウェブ材、４５は両側面に柱材と梁材に亘って設置
された普通鋼又は高張力鋼からなるフランジ材である。
ウェブ材４３は、比較的頻繁に起こるプレート型の小規
模な地震（レベル１の地震）においては弾性にとどまり
塑性変形しないが、希に起こる直下型の大規模な地震
（レベル２の地震）においては他の部分よりも先にせん
断降伏するような板厚に設定する。

【００１６】以上のように、柱材３と横梁５の接合部
は、柱材３の上端に設置されたせん断型ダンパー４１
と、これを囲むように設置されたウェブ材４３及びフラ
ンジ材４５によって構成されている。

【００１７】次に、上記のように構成された本実施の形
態の作用について説明する。ラーメン橋脚１に図６中左
方向からレベル１の地震力４７が作用した場合、ウェブ
材４３がせん断によって地震力４５に抵抗し、フランジ
材４５が曲げによって地震力４７に抵抗する。そして、
この場合にはウェブ材４３は弾性域にとどまり、塑性変
形しない。この場合の曲げモーメント図は図６に示すよ
うになり、基部１７に作用する曲げモーメントは低減さ
れている。これは、せん断型ダンパー４１の周囲をウェ
ブ材４３とフランジ材４５で囲んだことにより、これら
の部材が地震力４７に対してせん断及び曲げによって抵
抗するためである。

【００１８】この点、せん断型ダンパー４１の周囲をウ
ェブ材４３とフランジ材４５で囲わない場合には、横梁
４と柱材３はせん断型ダンパー４１のみによって接合さ
れることになり、地震力４７に対して抵抗できないの
で、曲げモーメントは図７に示すようになり、基部１７
に大きな曲げモーメントが作用することになる。

【００１９】図８のように、レベル２の地震力４９が作
用した場合には、降伏点の低い極軟鋼のウェブ材４３は
他の部分よりも先にせん断降伏しウェブ材４３は板とし
てせん断変形し、かつ、せん断型ダンパー４１も同様に
せん断変形する。レベル２の地震力４９による変形は、
この極軟鋼のウェブ材４３がヒューズとなって変形が進
行し、ウェブ材４３の塑性変形とせん断ダンパー４１の
変形によってエネルギー吸収するため、基部１７や横梁
５の塑性変形を抑えることができる。

【００２０】なお、図９に示すように、地震後もせん断
変形が残留する場合があるが、その場合でも横梁５自体
の損傷が抑えられていると共に、横梁５は基部１７が破
損していない健全な柱材３によってせん断型ダンパー４
１を介して支えられているため、ラーメン橋脚として暫
定的に供用することができる。また、ウェブ材４３やフ
ランジ材４５の損傷がひどい場合であっても、せん断型
ダンパー４１が横梁５を支えるので、せん断型ダンパー
４１を囲むウェブ材４３やフランジ材４５をガス切断
し、せん断型ダンパー４１のせん断変形をジャッキ等で
戻して、新たなウェブ材とフランジ材で囲めば元のよう
に戻すことができ、再び大地震に備えることができる。

【００２１】以上のように本実施の形態によれば、柱材
３と横梁５との接合部をせん断型ダンパー、極軟鋼のウ
ェブ材及び普通鋼のフランジ材から構成し、この部分に
変形を集中させてエネルギーを吸収するようにしたの
で、ラーメン橋脚１の主構造である柱材３や横梁５に過
大な塑性変形を与えることなく、ラーメン橋脚全体の健
全性を維持させることができる。

【００２２】なお、本実施の形態においては、ウェブ材
として極軟鋼を用いた例を示したが、本発明はこれに限
られるものではなく、極軟鋼と同様にエネルギー吸収能
の高い部材を用いることができるのは言うまでもなく、
極軟鋼よりもエネルギー吸収能の低い普通鋼を用いるこ
とも可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、以
下に示すような効果を奏する。

【００２４】柱材の上端部に設置されて横梁を支持する
せん断型ダンパーと、該せん断型ダンパーの周囲に設置
されてせん断力に抵抗するウェブ材と、前記せん断型ダ
ンパーの周囲に設置されて曲げモーメントに抵抗するフ
ランジ材と、を備えたことにより、せん断型ダンパー、
フランジ材及びフランジ材に曲げモーメントを負担させ
ると共にエネルギー吸収をさせるようにしたので、レベ
ル１の地震動の際には基部のモーメントを低下させるこ
とができ、またレベル２の地震動の際には基部及び横梁
の塑性変形を低減することができる。この結果、レベル
２の地震動があっても、横梁は健全度を保つことができ
ると共に柱材の基部の損傷も防止でき、ラーメン橋脚と
して暫定的に供用することができる。また、せん断変形
した部分の損傷が激しい場合でも、横梁はせん断型ダン
パーによって支えられているので、せん断型ダンパーを
囲うウェブやフランジを容易に交換することができ、迅
速な復旧ができる。

【００２５】また、ウェブ材に降伏点の低い極軟鋼を用
いたので、ラーメン橋脚の地震エネルギー吸収能をさら
に効率的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態の説明図である。

【図２】 図１のＡ部の拡大図である。

【図３】 図１のＡ部の側面図である。

【図４】 図２の矢視Ａ−Ａ線に沿った断面図である。

【図５】 図１のＡ部の斜視図である。

【図６】 本発明の一実施の形態の曲げモーメント図で
ある。

【図７】 柱材と横梁との接合をせん断型ダンパーのみ
とした場合の曲げモーメント図である。

【図８】 本発明の一実施の形態の作用の説明図であ
る。

【図９】 本発明の一実施の形態における地震後の残留
変形が残った状態の説明図である。

【図１０】 従来のラーメン橋脚の説明図である。

【図１１】 従来のラーメン橋脚の梁の構造を説明する
説明図である。

【図１２】 ラーメン橋脚の横梁における側板のせん断
座屈のメカニズムの説明図である。

【符号の説明】

１ ラーメン橋脚 ３ 柱材 ５ 横梁 ４１ せん断型ダンパー ４３ ウェブ材 ４５ フランジ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 定弘 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 (72)発明者 栗原 康行 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 BB37 GG01 GG55

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横梁を柱材の上端部で支えるラーメン橋
   脚において、 前記柱材の上端部に設置されて前記横梁を支持するせん
   断型ダンパーと、 該せん断型ダンパーの周囲に設置されてせん断力に抵抗
   するウェブ材と、 前記せん断型ダンパーの周囲に設置されて曲げモーメン
   トに抵抗するフランジ材と、を備えたことを特徴とする
   ラーメン橋脚。
2. 【請求項２】 前記ウェブ材に降伏点の低い極軟鋼を用
   いたことを特徴とする請求項１記載のラーメン橋脚。