JP2001288711A - 無補剛吊橋の耐風制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な構成によって横風による限定振動や発散
振動を確実かつ効率的に抑制することができる耐風制振
構造を有する無補剛吊橋を提供する。 【解決手段】索体によって懸吊される橋桁が、橋軸方向
に沿う複数の平行な縦桁６と、これに直交する方向に沿
う複数の平行な横桁７と、これらに支持された床版８と
を有する扁平な構造体とされる。空気力学的な耐風制振
手段として、床版８の幅方向中央位置に設けられ上下方
向の通風により上下面の圧力差を低減させるグレーチン
グなどの圧力差低減部１１と、床版８の幅方向端部側に
位置する縦桁６の橋梁断面中心側の下端部からプレート
を垂下し、横風による床版８下面側への空気流の剥離点
を床版８の幅方向端部下方に変移させる剥離点下方変移
部１２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば山間や渓谷
に架設される人道吊橋に適用される無補剛吊橋に係り、
無補剛吊橋の横風に対する制振機能を高めるための空気
力学的な耐風制振構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に吊橋は、補剛吊橋と無補剛吊橋と
に大別される。補剛吊橋は橋桁部分が上下桁および補剛
を有するトラス構造とされ、耐風性は良いが山間や渓谷
に架設される人道吊橋としては構成が大掛かりである。
一方、無補剛吊橋は索体によって懸吊される橋桁が、橋
軸方向に沿う複数の平行な縦桁と、これに直交する方向
に沿う複数の平行な横桁と、これらに支持された床版と
を有する扁平な構成で、山間地域の公園等に架設される
人道吊橋として好適であるが、桁部分が全体として平坦
であるため低速の風によっても振動を発生し易い面があ
る。

【０００３】近年、山間や渓谷に架設される地上高さの
大きい人道吊橋として、例えば長さ１００ｍ以上、幅２
ｍ以上の大規模吊橋の架設要請がある。このような人道
吊橋に前述の無補剛吊橋を適用する場合、谷合部で発生
する風、特に橋軸直角方向の風（横風）によるたわみあ
るいはねじれの大振動の振動が拡大し易く、これまで極
端な場合には過大な振動によって橋桁が破損するなどの
事例も報告されている。

【０００４】ところで、風による構造物の振動現象とし
ては、限定振動と発散振動とが知られている。限定振動
とは、主としてカルマン渦に代表されるような構造物後
流の周期的な変動空気力がもたらす振動と考えられ、振
動はある風速域でのみ発生し、強制加振的要素の強い振
動である。また、発散振動とは、ある限界風速に達した
時に振動が発生し、その後風速の上昇と共に振幅が増大
していく現象をいう。

【０００５】発散振動の殆どはフラッターと呼ばれる現
象であり、構造物自体の振動により、さらに振動を励起
する非定常空気力がもたらせる自励的な振動である。規
模が大きく、長周期で振動する橋梁で、桁断面の辺長比
（流下方向断面長さ／断面高）が例えば約１０と大きい
場合、低風速で曲げねじれフラッターと呼ばれる発散振
動が発生する可能性が高い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、カルマン渦によ
る渦励振やフラッターに対する耐風制振対策が種々提案
されており、例えば橋桁の側部に傾斜部を設け、横風を
傾斜部に沿って流線形状に流すことにより、後流の渦発
生力を小さくする技術（特公平７−６５２９２号公報
等）、あるいは橋桁の外側の渦発生部位に翼のような整
流板を配置して渦流を生起しにくくして振動を抑制する
技術（特公平６−６３２０６号公報等）が知られてい
る。

【０００７】ところが、これらの提案は大規模な構造物
であり、主として箱桁やトラス構造かつ補剛を有する補
剛吊橋を対象としている。このような技術は、前述した
大型の無補剛吊橋に必ずしも容易に適用することができ
ないものである。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、簡易な構成によって横風による限定振動や
発散振動を確実かつ効率的に抑制することができる無補
剛吊橋の耐風制振構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者の検討によると、
無補剛吊橋の橋桁は幅方向両端の上下縁に角部を有する
扁平な構造体となっており、床版の全面を鋼板や木床版
として上下方向の通風がない構成の橋桁においては、横
風が上下縁の角部から大きい角度で剥離し、床版中央位
置で厚い剥離せん断層が形成される。風洞実験におい
て、橋桁と物理的現象及び幾何学的形状が共通な相似性
模型として辺長比（幅員／桁高）が約１０の扁平断面の
扁平構造体を用いた２次元弾性支持応答試験を行ったと
ころ、低風速域で発散振動を生じ、曲げねじれフラッタ
ーの発生が認められた。このフラッターは、床版部分に
働く空気力によって発生するものである。

【００１０】これに対し、床版の中央部分にグレーチン
グ等を配置して上下方向の通風が可能な構成として床版
に働く空気力を軽減した場合には、上下面の圧力差が低
減され剥離せん断層が薄くなり、橋桁の振動は全面床版
とした場合に比べて抑制される。実験結果によると、構
造物のフラッター発振風速は高風速域側に移行した。し
かしながら、低風速域において、比較的大きい振幅の限
定振動の発生が認められた。

【００１１】発明者における第１の着眼は、フラッター
発振風速を高風速域に移行させると同時に限定振動振幅
を低減させ、これにより耐風安定性を高めることにあ
る。

【００１２】請求項１の発明は、かかる観点からなされ
たものであり、索体によって懸吊される橋桁が、橋軸方
向に沿う複数の平行な縦桁と、これに直交する方向に沿
う複数の平行な横桁と、これらに支持された床版とを有
する扁平な構造体とされた無補剛吊橋において、空気力
学的な耐風制振手段として、前記床版の幅方向中央位置
に設けられ、上下方向の通風により上下面の圧力差を低
減させるグレーチングなどの圧力差低減部と、前記床版
の幅方向端部側に位置する縦桁の橋梁断面中心側の下端
部からプレートを垂下し、横風による床版下面側への空
気流の剥離点を前記床版の幅方向端部下方に加える剥離
点下方追加部とを備えたことを特徴とする無補剛吊橋の
耐風制振構造を提供するものである。

【００１３】このような構成によると、剥離点下方追加
部によって床版下面の横風上流側での剥離点が下方に追
加され、下流側ではその分だけ早期に剥離境界層が薄く
なる。その結果、低風速域での限定振動の振幅が小さく
なるとともに、フラッター発振風速を高風速域に移行さ
せることができ、耐風安定性を向上することが可能とな
る。

【００１４】なお、前記の構成では限定振動が低減でき
るが、これを皆無とすることができれば、さらに低風速
域での耐風安定性向上を図るうえで望ましい。

【００１５】請求項２の発明は、この点に着目したもの
であり、索体によって懸吊される橋桁が、橋軸方向に沿
う複数の平行な縦桁と、これに直交する方向に沿う複数
の平行な横桁と、これらに支持された床版とを有する扁
平な構造体とされた無補剛吊橋において、空気力学的な
耐風制振手段として、前記床版の幅方向中央位置に設け
られ、上下方向の通風により上下面の圧力差を低減させ
るグレーチングなどの圧力差低減部と、前記床版の幅方
向端部側からプレートを突出し、横風による床版上面側
への空気流の剥離点をその空気流の上流側に加える剥離
点上流側追加部とを備えたことを特徴とする無補剛吊橋
の耐風制振構造を提供する。

【００１６】このような構成によると、床版中央部の圧
力差低減部の作用に加え、床版上面側での空気流の剥離
点をその空気流の上流側に加えることにより、床版上面
側での剥離せん断層を抑制することができる。この結
果、本発明によれば横風による限定振動の発生が皆無と
なり、低風速域での耐風安定性を向上することができ
る。

【００１７】ただし、この請求項２の発明の場合には、
フラッター発振風速が請求項１の発明に比較して低風速
域側となる。そこで、請求項１および２の両発明の要素
を取り入れることにより、限定振動の防止とフラッター
発振風速の一層の高風速域側への移行が可能となると想
定される。

【００１８】請求項３の発明では、このような想定に基
づき、索体によって懸吊される橋桁が、橋軸方向に沿う
複数の平行な縦桁と、これに直交する方向に沿う複数の
平行な横桁と、これらに支持された床版とを有する扁平
な構造体とされた無補剛吊橋において、空気力学的な耐
風制振手段として、前記床版の幅方向中央位置に設けら
れ、上下方向の通風により上下面の圧力差を低減させる
グレーチングなどの圧力差低減部と、前記床版の幅方向
端部側に位置する縦桁の橋梁断面中心側の下端部からプ
レートを垂下し、横風による床版下面側への空気流の剥
離点を前記床版の幅方向端部下方に加える剥離点下方追
加部と、前記床版の幅方向端部側からプレートを突出
し、横風による床版上面側への空気流の剥離点をその空
気流の上流側に加える剥離点上流側追加部とを備えたこ
とを特徴とする無補剛吊橋の耐風制振構造を提供する。

【００１９】本発明によると、まさに請求項１および２
の発明の複合的効果が発揮され、低風速域での限定振動
を皆無とすることができるうえ、発散振動を第２の発明
よりも高風速側に移動させることができる。

【００２０】なお、請求項１および３の発明において
は、剥離点下方追加部を、空気流を床版の下面に対して
２８〜３２度の俯角で下方に偏向させることが望ましい
（請求項４）。この場合、最も望ましい偏向角は、３０
度である。

【００２１】また、請求項２および３の発明において
は、剥離点上流側追加部を、空気流を床版の上面に対し
て２８〜３２度の仰角で上方に偏向させることが望まし
い（請求項５）。この場合においても、最も望ましい偏
向角は、３０度である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る無補剛吊橋の
耐風制振構造の一実施形態について、図面を参照して説
明する。図１は、吊橋全体を示す側面図であり、図２は
図１のＡ―Ａ線に沿う橋桁の拡大断面図である。

【００２３】この図１に示すように、本実施形態の無補
剛吊橋は人道吊橋（例えば幅２．２２ｍ、長さ１２０
ｍ）であり、基本的に、塔１およびアンカレッジ２等の
固定部と、主索３および支索４等の索体と、索体により
懸吊支持される橋桁５とを備えて構成される。

【００２４】橋桁５は図２に示すように、架設方向に沿
う複数の平行な縦桁６と、これに直交する方向に沿う複
数の平行な横桁７と、これらに支持された床版８とを有
し、補剛は設けられず、全体として扁平な構成とされて
いる。すなわち、最下部にＩ型鋼からなる横桁７が配置
され、この横桁７上にＩ型鋼からなる縦桁６が等間隔で
例えば４本搭載されている。横桁７の上下高さは約１９
ｃｍ、縦桁６の上下高さは約１５ｃｍである。そして、
縦桁６の上に高さ約７０ｃｍの根太９を介し、床版８が
支持されている。なお、床版８の幅方向両側には、横桁
７から立上る高欄１０が配置されている。

【００２５】このような基本構成のもとで、本実施形態
では床版８の幅方向中央位置に圧力差低減部として幅６
０ｃｍのグレーチング１１が配置され、これにより上下
方向の通風によって床版上下面の圧力差が低減するよう
になっている。グレーチング１１の両側部分には床版８
が配置されている。

【００２６】また、床版８を支持する縦桁６のうち、幅
方向両端部側に位置する１対の縦桁６ａの橋梁断面中心
側の下端部には、剥離点下方変移部として垂直プレート
１２が垂下し、横風による床版８下面側への空気流の剥
離点を幅方向端部下方に変移させるようにしている。こ
の垂直プレート１２の垂下長さは、例えば１０ｃｍであ
る。

【００２７】さらに、本実施形態では、床版８の幅方向
両端位置の下面位置から、剥離点上流側追加部として水
平プレート１３が突出しており、横風による床版８上面
側への空気流の剥離点を空気流の上流側に加えるように
している。この水平プレート１３の突出長さは、例えば
１０ｃｍである。

【００２８】次に、図３〜図８によって作用を説明す
る。

【００２９】なお、本実施形態では以下、床版のみで耐
風制振手段を何ら設けない従来構造（比較例１）、グレ
ーチング１１を設けただけの従来構造（比較例２）、耐
風制振手段としてグレーチング１１および鉛直プレート
１２を設けた本発明の構造（実施例１）、グレーチング
１１および水平プレート１３を設けた本発明の構造（実
施例２）、グレーチング１１、鉛直プレート１２および
水平プレート１３を全て設けた本発明の構造（実施例
３）について、相互に比較しながら順に説明する。

【００３０】比較例１（図３，図８） 図３は、床版８が床版のみであり、耐風制振手段を何ら
設けない従来構造とした場合の横風ａによる剥離せん断
層ａ１、ａ２の様子を示している。なお、この図３およ
び下記の図４〜図７は、風洞実験において、橋桁と物理
的現象及び幾何学的形状が共通な相似性模型として辺長
比（幅員／桁高）が約１０の扁平断面の扁平構造体を用
いた２次元弾性支持応答試験により実際に観察されたも
のである。

【００３１】この図３に示したように、耐風制振対策を
設けない場合には、空気流が床版８の幅方向端部の上面
角部および縦桁６下端の角部から大きく剥離し、床版８
の上下面に層の厚い剥離せん断層ａ１，ａ２が形成され
る。

【００３２】図８は、振動特性を示す特性図であり、横
軸に風速を表し、縦軸に無次元振幅を表している。この
図８に特性線Ａで示したように、比較例１の構成の場合
には、低風速域で発散振動が生じ、曲げねじれフラッタ
ーと呼ばれる自励振動が低風速で発生することが認めら
れた。

【００３３】比較例２（図４，図８） 図４は、床版８の中央部分にグレーチング１１を設けた
場合の横風ｂによる剥離せん断層ｂ１、ｂ２の様子を示
している。この図４に示したように、床面中央部にグレ
ーチング１１を配した場合には、上下方向の通風が可能
なことから床版８に働く空気力が軽減され、それにより
上下面の圧力差が低減するため、図３に示した全面床版
の場合に比べて剥離せん断層が薄くなる。したがって、
橋桁の振動は全面床版とした場合に比べて抑制され、橋
桁の空力特性が改善されていると考えられる。

【００３４】図８に示した実験結果においては、特性線
Ｂ（Ｂ１）で示したように、発散振動によるフラッター
発振風速は高風速域側に移行し、低風速でのフラッター
の発生はみられなくなった。しかしながら、同図に特性
線Ｂ（Ｂ２）で示したように、低風速域において、比較
的大きい振幅の限定振動の発生が認められた。

【００３５】実施例１（図５，図８） 図５は、本発明の実施形態において図２に示した耐風制
振手段のうち、床版８の中央にグレーチング１１を設け
るとともに、外側に位置する縦桁６（６ａ）に鉛直プレ
ート１２を設けた場合について、横風ｃによる剥離境界
層ｃ１、ｃ２の様子を示している。

【００３６】本構成の場合には、鉛直プレート１２によ
って床版８下面の横風上流側での剥離点が下方に追加さ
れ、下流側剥離点同志の干渉効果により剥離せん断層が
薄くなっている。このため、床版８のほぼ中央位置のグ
レーチング１１の位置では空気力が大幅に低減する。

【００３７】この結果、図８に特性線Ｃ（Ｃ２）で示す
ように、低風速域での限定振動の振幅が比較例２の場合
に比して小さくなるとともに、特性線Ｃ（Ｃ１）で示す
ように、フラッター発振風速が高風速域に移行すること
が認められた。これにより、本実施例１の構成による
と、振動抑制効果が高くなり、耐風安定性を従来技術に
比較して向上することができる。

【００３８】実施例２（図６，図８） 図６は、本発明の実施形態において図２に示した耐風制
振手段のうち、床版８の中央にグレーチング１１を設け
るとともに、床版８の幅方向端部の下面側に水平プレー
ト１３を突出させた場合の横風ｄによる剥離せん断層ｄ
１、ｄ２の様子を示している。

【００３９】本構成の場合には、床版８中央部のグレー
チング１１の作用に加え、水平プレート１３によって床
版８上面側での空気流の剥離点が空気流の上流側に追加
され、これにより床版８上面側での剥離せん断層ｄ１が
抑制されている。すなわち、水平プレート１３により断
面上流側に剥離点が追加されたことから、床版８上面の
剥離せん断層ｄ１がグレーチング設置時よりもさらに小
さくなり、限定振動に対する空力特性が改善されている
ものと考えられる。

【００４０】この結果、図８に特性線Ｄで示すように、
横風による限定振動の発生は皆無となることが認められ
た。したがって、低風速域での耐風安定性を向上するこ
とが分かる。ただし、特性線Ｄで示すように、本構成の
場合にはフラッター発振風速が比較例２および実施例１
の場合に比べて低速側へ移行した。

【００４１】実施例３（図７，図８） 図７（ａ）は、本発明の実施形態において図２に示した
グレーチング１１、鉛直プレート１２および水平プレー
ト１３を全て設けた場合の横風ｅによる剥離せん断層ｅ
１、ｅ２の様子を示している。

【００４２】本構成の場合には、実施例１および実施例
２の複合的効果が発揮され、鉛直プレート１２によって
床版８下面の横風上流側での剥離点が下方に追加され、
下面側２箇所の剥離点同志の干渉効果により剥離せん断
層が薄くなり、床版８のほぼ中央位置のグレーチング１
１の位置では空気力が大幅に低減するとともに、水平プ
レート１３によって床版８上面側での空気流の剥離点が
空気流の上流側に追加され、これにより床版８上面側で
の剥離せん断層ｄ１がフラット化している。

【００４３】この結果、図８に特性線Ｅで示すように、
横風による限定振動の発生は皆無となり、かつフラッタ
ー発振風速が実施例２に比較して高風速域に移行するこ
とが認められた。

【００４４】なお、図７（ｂ）に示したように、実施例
２および実施例３の水平プレート１３については、空気
流の偏向角θ１が床版上面に対して２８〜３２度の範囲
の仰角であることが望ましい。特に望ましい偏向角θ１
は、３０度である。

【００４５】また、図７（ｃ）に示したように、実施例
１および実施例３の鉛直プレート１２については、空気
流の偏向角θ２は床版下面に対して２８〜３２度の範囲
の俯角であることが望ましい。特に望ましい偏向角θ２
は、３０度である。

【００４６】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明に係る無
補剛吊橋の耐風制振構造によれば、剥離点下方追加部に
よる床版下面の横風上流側での剥離点の下方追加、剥離
点上流側追加部による床版上面側での空気流の剥離点の
上流側への追加等を、グレーチングなどの圧力差低減部
と結合することにより、低風速域での限定振動の振幅低
減または防止、フラッター発振風速の高風速域への移行
等を可能とし、比較的簡易な構成により横風に対する耐
風安定性を従来に比して大幅に向上することができると
いう優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無補剛吊橋の実施形態の全体構成
を示す側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う橋桁部分の拡大断面図で
ある。

【図３】本発明に対する比較例１を示す作用説明図であ
る。

【図４】本発明に対する比較例２を示す作用説明図であ
る。

【図５】本発明の実施例１を示す作用説明図である。

【図６】本発明の実施例２を示す作用説明図である。

【図７】（ａ）は本発明の実施例３を示す作用説明図で
あり、（ｂ），（ｃ）は部分構成説明図である。

【図８】本発明の各実施例および比較例の特性を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 塔 ２ アンカレッジ ３ 主索 ４ 支索 ５ 橋桁 ６ 縦桁 ７ 横桁 ８ 床版 ８ａ 床版 ９根太 １０ 高欄 １１ グレーチング １２ 垂直プレート １３ 水平プレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細見 雅生 千葉県富津市新富33番10号 駒井鉄工株式 会社富津工場内 (72)発明者 露野 公則 宮城県岩沼市下野郷字新関迎230番地 東 北鉄骨橋梁株式会社岩沼工場内 Ｆターム(参考） 2D059 BB06 BB08 GG06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 索体によって懸吊される橋桁が、橋軸方
   向に沿う複数の平行な縦桁と、これに直交する方向に沿
   う複数の平行な横桁と、これらに支持された床版とを有
   する扁平な構造体とされた無補剛吊橋において、空気力
   学的な耐風制振手段として、前記床版の幅方向中央位置
   に設けられ、上下方向の通風により上下面の圧力差を低
   減させるグレーチングなどの圧力差低減部と、前記床版
   の幅方向端部側に位置する縦桁の橋梁断面中心側の下端
   部からプレートを垂下し、横風による床版下面側への空
   気流の剥離点を前記床版の幅方向端部下方に加える剥離
   点下方追加部とを備えたことを特徴とする無補剛吊橋の
   耐風制振構造。
2. 【請求項２】 索体によって懸吊される橋桁が、橋軸方
   向に沿う複数の平行な縦桁と、これに直交する方向に沿
   う複数の平行な横桁と、これらに支持された床版とを有
   する扁平な構造体とされた無補剛吊橋において、空気力
   学的な耐風制振手段として、前記床版の幅方向中央位置
   に設けられ、上下方向の通風により上下面の圧力差を低
   減させるグレーチングなどの圧力差低減部と、前記床版
   の幅方向端部側からプレートを突出し、横風による床版
   上面側への空気流の剥離点をその空気流の上流側に加え
   る剥離点上流側追加部とを備えたことを特徴とする無補
   剛吊橋の耐風制振構造。
3. 【請求項３】 索体によって懸吊される橋桁が、橋軸方
   向に沿う複数の平行な縦桁と、これに直交する方向に沿
   う複数の平行な横桁と、これらに支持された床版とを有
   する扁平な構造体とされた無補剛吊橋において、空気力
   学的な耐風制振手段として、前記床版の幅方向中央位置
   に設けられ、上下方向の通風により上下面の圧力差を低
   減させるグレーチングなどの圧力差低減部と、前記床版
   の幅方向端部側に位置する縦桁の橋梁断面中心側の下端
   部からプレートを垂下し、横風による床版下面側への空
   気流の剥離点を前記床版の幅方向端部下方に加える剥離
   点下方追加部と、前記床版の幅方向端部側からプレート
   を突出し、横風による床版上面側への空気流の剥離点を
   その空気流の上流側に加える剥離点上流側追加部とを備
   えたことを特徴とする無補剛吊橋の耐風制振構造。
4. 【請求項４】 剥離点下方変移部は、空気流を床版の下
   面に対して２８〜３２度の俯角で下方に偏向させるもの
   である請求項１または３記載の無補剛吊橋の耐風制振構
   造。
5. 【請求項５】 剥離点上流側追加部は、空気流を床版の
   上面に対して２８〜３２度の仰角で上方に偏向させるも
   のである請求項２または３記載の無補剛吊橋の耐風制振
   構造。