JP2003049406A - 耐震架構構造及びその設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ダンパーやＲＣ架構を大断面とせずとも、また
コストのかかる中間梁を配置したり鉄骨ブレースを使用
したりせずとも耐震性を向上させる。 【構成】本発明に係る高架橋の下部構造１は、互いに対
向する位置にて立設された橋脚状の一対の柱２，２と該
柱の頂部に架け渡された梁３とからなるＲＣラーメン架
構４と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダン
パー機構５とから概ね構成してある。ダンパー機構５
は、鉛直変位ダンパーとしての履歴減衰型せん断ダンパ
ー６と、該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側
方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体
９，９とから構成してあり、該各三角形状壁体の底辺に
相当する側方縁部を一対の柱２，２にそれぞれ接合して
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐震性が要求され
る耐震架構構造及びその設計方法、特に道路、鉄道等に
供される高架橋の下部構造に適用される耐震架構構造及
びその設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】道路、鉄道等の橋梁には、河川、海峡等
を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に
建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、
効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは
河川上の空間に連続して建設されるものであり、道路と
道路あるいは道路と鉄道とが平面で交差する場合にそれ
らのいずれかを高架橋とすることにより、交通渋滞を解
消することも可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる高架橋を構築す
るにあたり、従来は、ＲＣ架構からなる橋脚で下部構造
を構築するのが一般的であったが、最近では、該ＲＣ架
構にダンパーブレースを組み合わせた下部構造が研究開
発されている。

【０００４】この下部構造は、ＲＣ架構の構面内にダン
パーブレースを配置してなるものであり、耐震性を向上
させることができるという点で今後多いに期待されてい
るものである。

【０００５】しかしながら、ダンパーブレースを構成す
るダンパーを例えば鋼製ダンパーで構成する場合、材料
特性上、その許容変形量をあまり大きくとることができ
ず、大地震時においては、かかる鋼製ダンパーが先に破
断し、ＲＣラーメン架構の靭性能を十分に活かすことが
できないという問題を生じていた。

【０００６】また、ダンパーが比較的小さな変形で破断
してしまう場合には、ダンパーやＲＣ架構の耐力を増加
せざるを得ないが、その場合には、当然ながら基礎や杭
にも耐力増加が要求されることとなり、結局、全体とし
て大断面の構造となり、コスト面で問題を生じていた。

【０００７】また、比較的高さの高い高架橋では、強度
あるいは剛性確保の関係上、中間高さ位置に梁を架け渡
す必要があるが、かかる中間梁は、橋軸及びその直交方
向に配置されるため、配筋が複雑となってコストを押し
上げる原因となるという問題を生じていた。

【０００８】また、そもそもブレースを採用する場合に
は、鋼材を使用するのが一般的であるが、それによって
やはりコストが高くなるという問題も生じていた。

【０００９】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、ダンパーやＲＣ架構を大断面とせずとも、ま
たコストのかかる中間梁を配置したり鉄骨ブレースを使
用したりせずとも耐震性を向上させることが可能な耐震
架構構造及びその設計方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る耐震架構構造は請求項１に記載したよ
うに、互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該
柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラーメン架構
と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパー
機構とからなるとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダ
ンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側
方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体と
から構成し、該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁
部を前記一対の柱にそれぞれ接合したものである。

【００１１】また、本発明に係る耐震架構構造は請求項
２に記載したように、互いに対向する位置にて立設され
た一対のＲＣ柱を含む構面内にダンパー機構を配置する
とともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直
変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそ
れぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、前
記各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対
のＲＣ柱にそれぞれ接合したものである。

【００１２】また、本発明に係る耐震架構構造は、前記
鉛直変位ダンパーを、水平方向の強制変形を吸収可能な
ダンパーとしたものである。

【００１３】また、本発明に係る耐震架構構造の設計方
法は請求項４に記載したように、互いに対向する位置に
て立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁と
からなるＲＣラーメン架構と、該ＲＣラーメン架構の構
面内に配置されたダンパー機構とからなるとともに、該
ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパー
を挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合さ
れた一対の三角形状壁体とから構成し、該各三角形状壁
体の底辺に相当する側方縁部を前記一対の柱にそれぞれ
接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震
架構構造を、前記ＲＣラーメン架構の剛接点を回転バネ
に置換したＲＣ解析モデルと、前記柱及び前記梁をそれ
ぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合
するとともに前記仮想剛体柱の下端をピンとし前記各三
角形状壁体の側方縁部を前記各仮想剛体柱にそれぞれ接
合してなるダンパー解析モデルとに分解した状態で個別
にモデル化し、前記耐震架構構造に作用させる設計外力
Ｐのうち、前記ダンパー解析モデルの負担分Ｐdbを、Ｈ
を前記仮想剛体柱の高さ、Ｂを前記仮想剛体梁の長さ、
Ｑをダンパーの荷重変位特性として Ｐdb＝（Ｂ／Ｈ）Ｑ とするとともに、前記ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcを、 Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb とし、前記ダンパー解析モデルにＰdbを、前記ＲＣ解析
モデルにＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に
行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うものである。

【００１４】また、本発明に係る耐震架構構造の設計方
法は請求項５に記載したように、互いに対向する位置に
て立設された一対のＲＣ柱を含む構面内にダンパー機構
を配置するとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパ
ーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に
頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから
構成し、前記各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部
を前記一対のＲＣ柱にそれぞれ接合してなる耐震架構構
造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記一対の
ＲＣ柱の下端を回転バネに置換したＲＣ解析モデルと、
前記一対のＲＣ柱を仮想剛体柱にそれぞれ置換して該各
仮想剛体柱の下端をピンとするとともに前記各三角形状
壁体の側方縁部を前記各仮想剛体柱にそれぞれ接合して
なるダンパー解析モデルとに分解した状態で個別にモデ
ル化し、前記耐震架構構造に作用させる設計外力Ｐのう
ち、前記ダンパー解析モデルの負担分Ｐdbを、Ｈを前記
仮想剛体柱の高さ、Ｂを前記仮想剛体柱の配置間隔、Ｑ
をダンパーの荷重変位特性として Ｐdb＝（Ｂ／Ｈ）Ｑ とするとともに、前記ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcを、 Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb とし、前記ダンパー解析モデルにＰdbを、前記ＲＣ解析
モデルにＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に
行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うものである。

【００１５】本発明に係る耐震架構構造においては、大
地震時において柱の上下端又は柱の下端に塑性ヒンジを
生じるようにしておけば、各柱は、その上下端又は下端
でのみ曲率が生じ、端部を除く中間位置ではほぼ直線状
に傾斜する変形状態となる。

【００１６】そして、鉛直変位ダンパーは、かかる直線
傾斜状態の柱から強制変形を受けることになるため、該
ダンパーに生じる相対鉛直変形量は、梁の長さ又はＲＣ
柱の配置間隔をＢ、柱の高さをＨとしたときの縦横比Ｂ
／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構又はＲＣ柱に生
じる水平変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨと
なる。例えば、縦横比Ｂ／Ｈが２分の１という細長い場
合であれば、鉛直変位ダンパーに生じる相対鉛直変形量
は、ＲＣラーメン架構やＲＣ柱に生じる水平変形量ΔＨ
のほぼ２分の１となる。

【００１７】したがって、この場合について言えば、Ｒ
Ｃラーメン架構やＲＣ柱が従来よりも二倍の変形量まで
変形することが可能となり、ＲＣラーメン架構やＲＣ柱
の靭性は十分に活用される。

【００１８】上述した本発明に係る耐震架構構造を設計
するには、まず、耐震架構構造をＲＣ解析モデルとダン
パー解析モデルの２つに分解した状態でモデル化する。
これは、ＲＣラーメン架構あるいは一対のＲＣ柱とダン
パー機構とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル
化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったり
して実用化に適さないことに鑑みたものである。

【００１９】ここで、ＲＣ解析モデルは、ＲＣラーメン
架構をその柱の上下端で塑性化させ、又はＲＣ柱の下端
を塑性化させることを前提とし、ＲＣラーメン架構の剛
接点（柱頭及び柱脚）又はＲＣ柱の下端を回転バネに置
換したものと考えてモデル化する。

【００２０】一方、ダンパー解析モデルは、上述の柱及
び梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互い
にピン接合し又はＲＣ柱を仮想剛体柱に置換してそれら
仮想剛体柱の下端をピンとするとともに、上述の各三角
形状壁体の側方縁部を各仮想剛体柱にそれぞれ接合して
なるものと考えてモデル化する。

【００２１】これは、ＲＣラーメン架構をその柱の上下
端で塑性化させ、又はＲＣ柱をその下端で塑性化させる
ことを前提とした場合、柱は、その上下端又は下端での
み曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態とな
るとともに、鉛直変位ダンパーにはかかる変形状態のＲ
Ｃラーメン架構又はＲＣ柱から強制変形が作用すること
となるため、結局、ＲＣラーメン架構又はＲＣ柱の全体
変形のうち、上述した縦横比Ｂ／Ｈに応じた比率分が鉛
直変位ダンパーに強制変形として入り、その結果とし
て、鉛直変位ダンパーが相対変形を生ずる。

【００２２】したがって、柱及び梁をそれぞれ仮想剛体
柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合し、該仮想剛
体柱にダンパー機構の各三角形状壁体を上述したように
接合されてなるものと考えてモデル化を行うこと、及び
ＲＣ柱を仮想剛体柱に置換してダンパー機構の各三角形
状壁体を上述したように接合されてなるものと考えてモ
デル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。

【００２３】このようにＲＣ解析モデルとダンパー解析
モデルのモデル化が終了したならば、耐震架構構造に作
用させるべき設計外力Ｐを、ＲＣ解析モデルとダンパー
解析モデルのそれぞれに分配する、すなわち、ダンパー
解析モデルにはＰdbを、ＲＣ解析モデルにはＰrcをそれ
ぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそ
れぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計
を行う。

【００２４】ここで、ダンパー解析モデルの負担分Ｐdb
は、Ｈを仮想剛体柱の高さ、Ｂを仮想剛体梁の長さ又は
一対のＲＣ柱の配置間隔、Ｑをダンパーの荷重変位特性
としたならば、 Ｐdb＝（Ｂ/Ｈ）Ｑ と表すことができるとともに、ＲＣ解析モデルの負担分
Ｐrcについては、 Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb と表すことができる。

【００２５】この式からわかるように、ダンパー解析モ
デルの負担分Ｐdbは、（Ｂ/Ｈ）が決まれば、後はダン
パーの荷重変位特性Ｑによって一義的に決定されること
となり、本来であれば、ＲＣラーメン架構あるいは一対
のＲＣ柱とダンパー機構とが混在した複雑な構造モデル
として解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架
構あるいは一対のＲＣ柱とダンパー機構とを独立させて
個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて
有効な簡略設計方法となる。

【００２６】本発明で言うところの耐震架構構造がどの
部位に適用されるかは任意であり、例えば建築物の耐震
壁に適用してもよいし、高架橋の下部構造である橋脚に
適用してもよい。なお、高架橋は、鉄道用高架橋、道路
用高架橋などを含む概念であり、その用途が任意である
ことは言うまでもない。

【００２７】また、ＲＣラーメン架構の構面や一対のＲ
Ｃ柱を含む構面は、必ずしも橋軸方向に直交する面に限
るものではなく、橋軸方向に平行な構面でもよいし、橋
軸方向に対して斜めの角度を持つ構面でもよい。

【００２８】本発明でいう三角形状壁体は、頂点相当箇
所にて鉛直変位ダンパーの側方に接合され、該頂点相当
箇所から見たときの底辺相当部分がＲＣラーメン架構の
柱やＲＣ柱に接合される側方縁部となり得るものである
限り、その材質や形状は任意であり、材質面では、例え
ばプレキャストコンクリート板や鋼板で構成することが
考えられる。また、形状については、三角形のみなら
ず、上底が頂点となって鉛直変位ダンパーに接合され下
底が側方縁部となって柱に接合される台形でもかまわな
い。さらには、鉛直変位ダンパーの接合位置から柱の接
合位置までの三角形状壁体の上縁及び下縁が直線である
必要はなく、曲線を描くものでもかまわない。

【００２９】一方、本発明の三角形状壁体は字句通り壁
体であって、ブレースを含まないことは言うまでもな
い。

【００３０】鉛直変位ダンパーは、典型的には、極軟鋼
やスリット入り薄鋼板等で構成した履歴減衰型せん断ダ
ンパーが考えられるが、相対鉛直変形によって減衰力を
発揮できるものであればいかなる原理、構造のダンパー
でもよく、履歴減衰型曲げダンパーなども採用可能であ
る。

【００３１】ここで、鉛直変位ダンパーについては上述
の作用を奏するものである限り、水平方向に沿って生じ
る強制変形を考慮するかどうかは任意であるが、水平方
向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用すれば、該ダ
ンパーに軸力が発生しないため、上述した作用効果に加
えて、大変形時における軸力の影響を取り除くことがで
きるという作用効果も奏する。

【００３２】一方、ＲＣ柱の頂部には、例えば車両の通
過状況によって異なる上載荷重が作用するが、かかる状
況で地震波が入力した場合、各ＲＣ柱の頂部に作用する
上載荷重の違いによって振動性状は大きく異なり、各Ｒ
Ｃ柱は、異なる位相で振動することが考えられる。この
ような状況では、むしろ水平方向に沿って生じる強制変
形を吸収せず、一対の横Ｖ字状ブレースを鉛直変位ダン
パーを介して剛結するように構成するのが望ましい。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る耐震架構構造
及びその設計方法の実施の形態について、添付図面を参
照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品
等については同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３４】（第１実施形態）

【００３５】図１は、本実施形態に係る耐震架構構造と
しての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図であ
る。同図でわかるように、本実施形態に係る高架橋の下
部構造１は、互いに対向する位置にて立設された橋脚状
の一対の柱２，２と該柱の頂部に架け渡された梁３とか
らなるＲＣラーメン架構４と、該ＲＣラーメン架構の構
面内に配置されたダンパー機構５とから概ね構成してあ
り、柱２は、杭７を打ち込んだ上でその上に設けられた
フーチング８に立設してある。

【００３６】ダンパー機構５は、鉛直変位ダンパーとし
ての履歴減衰型せん断ダンパー６と、該鉛直変位ダンパ
ーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合
された一対の三角形状壁体９，９とから構成してあり、
該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を一対の柱
２，２にそれぞれ接合してある。

【００３７】履歴減衰型せん断ダンパー６は、地震時の
振動エネルギーを履歴減衰によって吸収し、橋軸に直交
する方向の高架橋の揺れを速やかに収斂させるようにな
っている。

【００３８】かかる履歴減衰型せん断ダンパー６は、通
常の薄鋼板にスリットを多数入れて構成したり、極軟鋼
で形成されたもので構成することが可能であり、必要に
応じて補剛リブを設け、局部座屈を防止するのが望まし
い。かかる履歴減衰型せん断ダンパー６は、メンテナン
ス時に交換できるよう、三角形状壁体９，９の間に着脱
自在に取り付けておくのがよい。

【００３９】三角形状壁体９は、例えばプレキャストコ
ンクリート板で構成することができる。なお、三角形状
壁体９の形状は、幾何学的な観点で厳密に言えば台形で
あり、該台形の上底が頂点となって履歴減衰型せん断ダ
ンパー６の側方に接合される一方、下底が側方縁部とな
って柱２に接合されるものであるが、全体として見れ
ば、三角形状であることには違いはない。

【００４０】本実施形態に係る耐震架構構造としての高
架橋の下部構造１においては、まず、大地震時において
柱２，２の上下端に塑性ヒンジを生じるようにしておく
ことを前提とする。このようにすれば、各柱２は、その
上下端でのみ曲率が生じ、端部を除く中間位置ではほぼ
直線状に傾斜する変形状態となる。

【００４１】そして、履歴減衰型せん断ダンパー６は、
かかる直線傾斜状態の柱２から強制変形を受けることに
なるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛
直変形量δdは、図２に示すように、梁の長さをＢ、柱
の高さをＨとしたときのＲＣラーメン架構４の縦横比Ｂ
／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構４に生じる水平
変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。

【００４２】すなわち、ＲＣラーメン架構４のせん断変
形角をθとすると、 δｄ＝２・tanθ・Ｂ／２、tanθ＝ΔＨ／Ｈ であるので、δｄは（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。

【００４３】例えば、縦横比Ｂ／Ｈが２分の１の細長い
ＲＣラーメン架構であれば、鉛直変位ダンパーに生じる
相対鉛直変形量δｄは、ＲＣラーメン架構４に生じる水
平変形量ΔＨのほぼ２分の１となる。

【００４４】したがって、この場合について言えば、履
歴減衰型せん断ダンパー６が先行破断することなく、Ｒ
Ｃラーメン架構４が従来よりも二倍の変形量まで変形す
ることが可能となり、ＲＣラーメン架構４の靭性は十分
に活用される。

【００４５】次に、本発明に係る耐震架構構造としての
高架橋の下部構造１を設計するには、まず、耐震架構構
造である高架橋の下部構造１を、図３に示すようにＲＣ
解析モデル１１と、ダンパー解析モデル１２の２つに分
解した状態でモデル化する。これは、ＲＣラーメン架構
４とダンパー機構５とが混在した全体系で考えた場合に
そのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長
くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものであ
る。

【００４６】ここで、ＲＣ解析モデル１１は、ＲＣラー
メン架構４をその柱２の上下端で塑性化させることを前
提とし、ＲＣラーメン架構の剛接点（柱頭及び柱脚）を
同図に示すように回転バネ２１に置換したものと考えて
モデル化する。

【００４７】なお、回転バネ２１は、変位（回転量）に
関して非線形のバネであって、回転量が小さい領域、つ
まり弾性領域では、剛接に相当する大きな剛性を持つ
が、変形が進むにつれて塑性化し、大変形領域では、剛
性が小さな塑性ヒンジとなるような特性として付与され
るものである。

【００４８】一方、ダンパー解析モデル１２は、上述の
柱２及び梁３をそれぞれ仮想剛体柱２２、仮想剛体梁２
３に置換して互いにピン接合するとともに各仮想剛体柱
２２の下端をピンとし、三角形状壁体９，９の側方縁部
を仮想剛体柱２，２にそれぞれ接合してなるものと考え
てモデル化する。

【００４９】これは、ＲＣラーメン架構４をその柱２の
上下端で塑性化させることを前提とした場合、柱２は、
その上下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に
傾いた状態となるとともに、履歴減衰型せん断ダンパー
６にはかかる変形状態のＲＣラーメン架構４から強制変
形が作用することとなるため、結局、ＲＣラーメン架構
４の全体変形ΔＨのうち、上述した縦横比Ｂ／Ｈに応じ
た比率分が履歴減衰型せん断ダンパー６に強制変形とし
て入り、その結果として、履歴減衰型せん断ダンパー６
に生ずる相対変形δｄは、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。

【００５０】したがって、柱２及び梁３をそれぞれ仮想
剛体柱２２、仮想剛体梁２３に置換して互いにピン接合
し、該仮想剛体柱にダンパー機構５の各三角形状壁体
９，９を上述したように接合されてなるものと考えてモ
デル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。

【００５１】このようにＲＣ解析モデル１１とダンパー
解析モデル１２のモデル化が終了したならば、耐震架構
構造である高架橋の下部構造１に作用させるべき設計外
力Ｐを、ＲＣ解析モデル１１とダンパー解析モデル１２
のそれぞれに分配する、すなわち、ダンパー解析モデル
１２にはＰdbを、ＲＣ解析モデル１１にはＰrc（Ｐrc＝
Ｐ―Ｐdb）をそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行
い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架
構構造の断面設計を行うとともに、高架橋の下部構造１
の全体性能については、それぞれの解析結果を重ね合わ
せたものとして評価する。

【００５２】ここで、履歴減衰型せん断ダンパー６の荷
重変位特性（相対変形量ΔＨに対する荷重）をＱと定義
したならば、該ダンパーに強制的な相対変形（Ｂ／Ｈ）
ΔＨが入るのであるから、ダンパー解析モデル１２の負
担分Ｐdbは、その強制変形から自ずと定まり、（Ｂ／
Ｈ）Ｑと表すことができる。

【００５３】この式からわかるように、ダンパー解析モ
デル１２の負担分Ｐdbは、（Ｂ/Ｈ）が決まれば、後は
ダンパーの荷重変位特性Ｑによって一義的に決定される
こととなる。

【００５４】以上説明したように、本実施形態に係る高
架橋の下部構造１によれば、履歴減衰型せん断ダンパー
６は、直線傾斜状態の柱２から強制変形を受けることに
なるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛
直変形量δdは、ＲＣラーメン架構４の縦横比Ｂ／Ｈの
大きさに応じてＲＣラーメン架構４に生じる水平変形量
ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。

【００５５】したがって、例えばＢ／Ｈ＝１／２となる
ような場合には、ＲＣラーメン架構４を従来よりも二倍
の変形量まで変形させてその靭性を十分に活用すること
が可能となり、履歴減衰型せん断ダンパー６の履歴減衰
による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計
とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐
震性を確保することが可能となる。ここで、従来のよう
な中間梁を省略することができることは言うまでもな
い。

【００５６】また、本実施形態に係る高架橋の下部構造
１によれば、各三角形状壁体９，９を例えばプレキャス
トコンクリート板で構成することができるので、鉄骨ブ
レースを使用する場合に比べて、製造及び施工コストを
低減することが可能となる。

【００５７】なお、本実施形態に係る高架橋の下部構造
１によれば、ＲＣラーメン架構４の構面内に三角形状壁
体９，９を配置してあるため、基礎梁を設置せずとも、
橋軸に直交する水平方向の剛性を十分に確保することが
可能となる。

【００５８】また、本実施形態に係る耐震架構構造の設
計方法によれば、本来であれば、ＲＣラーメン架構４と
ダンパー機構５とが混在した複雑な構造モデルとして解
析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構４とダ
ンパー機構５とを独立させて個別に解析できるようにな
り、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法とな
る。

【００５９】本実施形態では、三角形状壁体として三角
形、厳密には台形の形態をなす三角形状壁体９，９を採
用したが、本発明の三角形状壁体はかかる幾何学形状に
限定されるものではなく、例えば図４に示すように、上
縁及び下縁が曲線をなす三角形状壁体９ａ，９ａを採用
し、これらの頂点を履歴減衰型せん断ダンパー６の両側
方に接合するとともに、底辺相当部分である側方縁部を
柱２，２に接合してダンパー機構５ａを構成するように
してもかまわない。

【００６０】また、本実施形態では、鉛直変位ダンパー
として履歴減衰型せん断ダンパー６を採用したが、鉛直
相対変位に対して減衰力を発揮するものであればどのよ
うなダンパーでもよく、例えば履歴減衰型曲げダンパー
を使用することも可能である。

【００６１】また、本実施形態では特に言及しなかった
が、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用す
れば、該ダンパーに軸力が発生しないため、上述した作
用効果に加えて、大変形時における軸力の影響を取り除
くことができるという作用効果も奏する。

【００６２】図５乃至図１０は、このような水平変位吸
収型ダンパーを示したものである。なお、これらはすべ
て履歴減衰型曲げダンパーで構成してあるが、せん断ダ
ンパーでも同様に構成可能であることは言うまでもな
い。

【００６３】まず、図５に示した水平変位吸収型ダンパ
ー２４は、三角形状壁体９，９の頂部にそれぞれダンパ
部材２５ａ、２５ｂを対向配置し、それらの先端を、三
角形状壁体９，９の鉛直相対変位に対しては曲げ変形が
生じるようにかつ水平相対変位（同図矢印方向）に対し
てはこれを許容できるように相互に連結してある。

【００６４】すなわち、ダンパ部材２５ａ、ダンパ部材
２５ｂの先端にはそれぞれ凹部２６、凸部２７を形成し
てあり、凹部２６内に凸部２７を進退自在に嵌め込むこ
とによって、三角形状壁体９，９の水平相対変位を吸収
しつつ、鉛直力を相互に伝達可能な構造となっている。

【００６５】次に、図６に示した水平変位吸収型ダンパ
ー３０は、三角形状壁体９，９の頂部に円筒状凹部３１
が形成されたダンパ部材３２と、円筒状凸部３３が形成
されたダンパ部材３４をそれぞれ設け、ダンパ部材３２
の円筒状凹部３１にダンパ部材３４の円筒状凸部３３を
進退自在に挿入してなる。

【００６６】本変形例の作用効果については、上述した
変形例とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略
する。

【００６７】次に、図７に示した水平変位吸収型ダンパ
ー４０は、一方の三角形状壁体９の頂部に水平に突設さ
れた一対のダンパ部材４２、４２で他方の三角形状壁体
９の頂部に水平に突設されたダンパ部材４１を挟み込ん
でなる。かかる構造は、基本的には、図５に示したもの
と同じであり、その作用効果については繰り返し説明す
ることは省略するが、図５の変形例とは異なり、鉛直方
向の繰り返し強制変形によってダンパ部材４２、４２の
間隔が拡がり、ダンパ部材４１との接触が維持できなく
なる懸念がある。

【００６８】そのため、ダンパ部材４２、４２に設けら
れた丸孔４５及びダンパ部材４１に形成された長孔４３
にボルト４４を通し、これらダンパ部材の曲げ変形が拘
束されない程度になおかつ三角形状壁体９，９同士の水
平相対変位の吸収が妨げられることがない程度にナット
４６で緩く締め付けてある。したがって、鉛直方向の繰
り返し強制変形によってダンパ部材４２、４２の間隔が
拡がる懸念がないのであれば、ボルト４４及びナット４
６による締結を省略してもよい。

【００６９】次に、図８に示した水平変位吸収型ダンパ
ー４７は、図７で用いたダンパ部材４２、ダンパ部材４
１を交互に配置して櫛状構造としてある。かかる構成に
おける作用効果は、図７の変形例とほぼ同様であるので
その内容については省略するが、ダンパ部材４１やダン
パ部材４２の配置組数を変更することによって、エネル
ギー減衰量や曲げ剛性を適宜設定することが可能となる
という作用効果も奏する。

【００７０】次に、図９に示した水平変位吸収型ダンパ
ー５０は、図７や図８のようにダンパ部材４１とダンパ
部材４２とを直接接触させて鉛直力を伝達させるのでは
なく、ダンパ部材４１とダンパ部材４２との間にボルト
５１及びナット５２を介在させ、該ボルトのせん断力を
介してダンパ部材４１とダンパ部材４２で鉛直力を伝達
させるようになっている。ちなみに、本変形例は、図７
に示す構造を水平軸線廻りに直角に回転させたものに相
当する。

【００７１】次に、図１０(a)に示した水平変位吸収型
ダンパー６０は、一方の三角形状壁体９の頂部に取り付
けられた基部６１と該基部から突設されたダンパ本体６
２ａとからなるダンパ部材６３ａと、他方の三角形状壁
体９の頂部に取り付けられた基部６１と該基部から突設
されたダンパ本体６２ｂとからなるダンパ部材６３ｂと
からなるとともに、ダンパ部材６３ａ及びダンパ部材６
３ｂをそれらの先端にて互いに嵌合して構成してあり、
基部６１は、ダンパ本体６２ａ、６２ｂよりも拡幅形成
してある。

【００７２】かかる構成によれば、基部６１において曲
げモーメントが最大となるものの、該基部での引張応力
が低減されるため、接合箇所での破断を未然に防止する
ことが可能となる。

【００７３】また、同図(b)に示す水平変位吸収型ダン
パー７０のように、基部断面を徐々に拡幅してテーパ状
としたダンパ部材７１ａ、ダンパ部材７１ｂを使用すれ
ば、引張応力が同じ領域、ひいては曲げ降伏域が拡が
り、エネルギー吸収性能を向上させることも可能とな
る。

【００７４】（第２実施形態）

【００７５】次に、第２実施形態について説明する。な
お、上述した実施形態と実質的に同一の部品等について
は同一の符号を付してその説明を省略する。

【００７６】図１１は、本実施形態に係る耐震架構構造
としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図で
ある。同図でわかるように、本実施形態に係る高架橋の
下部構造８１は、互いに対向する位置にて立設された橋
脚状の一対のＲＣ柱８２，８２と、該ＲＣ柱８２，８２
の構面内に配置されたダンパー機構５とから概ね構成し
てあり、ＲＣ柱８２は、杭７を打ち込んだ上でその上に
設けられたフーチング８に立設してある。

【００７７】ダンパー機構５は第１実施形態と同様、鉛
直変位ダンパーとしての履歴減衰型せん断ダンパー６
と、該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に
頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体９，９
とから構成してあり、該各三角形状壁体の底辺に相当す
る側方縁部を一対のＲＣ柱８２，８２にそれぞれ接合し
てあるが、三角形状壁体９や履歴減衰型せん断ダンパー
６に関する説明は、ここでは省略する。

【００７８】本実施形態に係る耐震架構構造としての高
架橋の下部構造８１においては、まず、大地震時におい
てＲＣ柱８２の下端に塑性ヒンジを生じるようにしてお
くことを前提とする。このようにすれば、各ＲＣ柱８２
は、その下端でのみ曲率が生じ、端部を除く中間位置で
はほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。

【００７９】そして、履歴減衰型せん断ダンパー６は、
かかる直線傾斜状態のＲＣ柱８２から強制変形を受ける
ことになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる
相対鉛直変形量δdは図２を参照して説明した第１実施
形態と同様、ＲＣ柱８２，８２の配置間隔をＢ、ＲＣ柱
８２の高さをＨとしたときの縦横比Ｂ／Ｈの大きさに応
じてＲＣ柱８２，８２に生じる水平変形量ΔＨよりも低
減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。

【００８０】次に、本実施形態に係る耐震架構構造とし
ての高架橋の下部構造８１を設計するには、まず、耐震
架構構造である高架橋の下部構造８１を、図１２に示す
ようにＲＣ解析モデル８３と、ダンパー解析モデル８４
の２つに分解した状態でモデル化する。これは、ＲＣ柱
８２，８２とダンパー機構５とが混在した全体系で考え
た場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析
時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みた
ものである。

【００８１】ここで、ＲＣ解析モデル８３は、ＲＣ柱８
２，８２をそれらの下端で塑性化させることを前提と
し、それらの柱脚を同図に示すように回転バネ２１に置
換したものと考えてモデル化する。

【００８２】一方、ダンパー解析モデル８４は、上述の
ＲＣ柱８２，８２をそれぞれ仮想剛体柱２２，２２に置
換するとともに、三角形状壁体９，９の側方縁部を仮想
剛体柱８２，８２にそれぞれ接合してなるものと考えて
モデル化する。

【００８３】これは、ＲＣ柱８２，８２をそれらの下端
で塑性化させることを前提とした場合、ＲＣ柱８２，８
２は、それらの下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、
直線状に傾いた状態となるとともに、履歴減衰型せん断
ダンパー６にはかかる変形状態のＲＣ柱８２，８２から
強制変形が作用することとなるため、結局、ＲＣ柱８
２，８２の全体変形ΔＨのうち、上述した縦横比Ｂ／Ｈ
に応じた比率分が履歴減衰型せん断ダンパー６に強制変
形として入り、その結果として、履歴減衰型せん断ダン
パー６に生ずる相対変形δｄは、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとな
る。

【００８４】したがって、ＲＣ柱８２，８２を仮想剛体
柱２２，２２に置換し、該仮想剛体柱にダンパー機構５
の各三角形状壁体９，９を上述したように接合されてな
るものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な
妥当性を持つ。

【００８５】このようにＲＣ解析モデル８３とダンパー
解析モデル８４のモデル化が終了したならば、耐震架構
構造である高架橋の下部構造８１に作用させるべき設計
外力Ｐを、ＲＣ解析モデル８３とダンパー解析モデル８
４のそれぞれに分配する、すなわち、ダンパー解析モデ
ル８４にはＰdbを、ＲＣ解析モデル８３にはＰrc（Ｐrc
＝Ｐ―Ｐdb）をそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に
行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震
架構構造の断面設計を行うとともに、高架橋の下部構造
８１の全体性能については、それぞれの解析結果を重ね
合わせたものとして評価する。

【００８６】ここで、履歴減衰型せん断ダンパー６の荷
重変位特性（相対変形量ΔＨに対する荷重）をＱと定義
したならば、該ダンパーに強制的な相対変形（Ｂ／Ｈ）
ΔＨが入るのであるから、ダンパー解析モデル８４の負
担分Ｐdbは、その強制変形から自ずと定まり、（Ｂ／
Ｈ）Ｑと表すことができる。

【００８７】この式からわかるように、ダンパー解析モ
デル８４の負担分Ｐdbは、（Ｂ/Ｈ）が決まれば、後は
ダンパーの荷重変位特性Ｑによって一義的に決定される
こととなる。

【００８８】以上説明したように、本実施形態に係る高
架橋の下部構造８１によれば、履歴減衰型せん断ダンパ
ー６は、直線傾斜状態のＲＣ柱８２，８２から強制変形
を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパー
に生じる相対鉛直変形量δdは、ＲＣ柱８２，８２の縦
横比Ｂ／Ｈの大きさに応じて該ＲＣ柱に生じる水平変形
量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。

【００８９】したがって、例えばＢ／Ｈ＝１／２となる
ような場合には、ＲＣ柱８２，８２を従来よりも二倍の
変形量まで変形させてその靭性を十分に活用することが
可能となり、履歴減衰型せん断ダンパー６の履歴減衰に
よる振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計と
せずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震
性を確保することが可能となる。ここで、従来のような
中間梁を省略することができることは言うまでもない。

【００９０】ちなみに、本実施形態に係る高架橋の下部
構造８１は、図１１のように梁を設ける必要がないプレ
キャスト桁形式の橋梁に適する。

【００９１】また、本実施形態に係る高架橋の下部構造
８１によれば、各三角形状壁体９，９を例えばプレキャ
ストコンクリート板で構成することができるので、鉄骨
ブレースを使用する場合に比べて、製造及び施工コスト
を低減することが可能となる。

【００９２】なお、本実施形態に係る高架橋の下部構造
８１によれば、ＲＣ柱８２，８２の構面内に三角形状壁
体９，９を配置してあるため、基礎梁を設置せずとも、
橋軸に直交する水平方向の剛性を十分に確保することが
可能となる。

【００９３】また、本実施形態に係る耐震架構構造の設
計方法によれば、本来であれば、ＲＣ柱８２，８２とダ
ンパー機構５とが混在した複雑な構造モデルとして解析
しなければならないものが、ＲＣ柱８２，８２とダンパ
ー機構５とを独立させて個別に解析できるようになり、
設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。

【００９４】本実施形態では、鉛直変位ダンパーとして
履歴減衰型せん断ダンパー６を採用したが、鉛直相対変
位に対して減衰力を発揮するものであればどのようなダ
ンパーでもよく、例えば履歴減衰型曲げダンパーを使用
することも可能である。

【００９５】また、本実施形態では特に言及しなかった
が、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用す
れば、該ダンパーに軸力が発生しないため、上述した作
用効果に加えて、大変形時における軸力の影響を取り除
くことができるという作用効果も奏する。

【００９６】ここで、図５乃至図１０で説明した水平変
位吸収型ダンパーを第２実施形態でも使用することがで
きるが、詳細な説明はここでは省略する。

【００９７】また、本実施形態では、三角形状壁体とし
て三角形、厳密には台形の形態をなす三角形状壁体９，
９を採用したが、本発明の三角形状壁体はかかる幾何学
形状に限定されるものではなく、例えば図１３に示すよ
うに、上縁及び下縁が曲線をなす三角形状壁体９ａ，９
ａを採用し、これらの頂点を履歴減衰型せん断ダンパー
６の両側方に接合するとともに、底辺相当部分である側
方縁部をＲＣ柱２，２に接合してダンパー機構５ａを構
成するようにしてもかまわない。

【００９８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る耐震架
構構造によれば、ＲＣラーメン架構又はＲＣ柱を従来よ
りも変形させてその靭性を十分に活用することが可能と
なり、ダンパーの減衰による振動エネルギー吸収作用と
相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設
計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能とな
る。

【００９９】また、本発明に係る耐震架構構造の設計方
法によれば、本来であれば、ＲＣラーメン架構あるいは
ＲＣ柱とダンパー機構とが混在した複雑な構造モデルと
して解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構
あるいはＲＣ柱とダンパー機構とを独立させて個別に解
析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡
略設計方法となる。

【０１００】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る耐震架構構造としての高架
橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。

【図２】第１実施形態に係る耐震架構構造としての高架
橋の下部構造の作用を示した概念図。

【図３】第１実施形態に係る耐震架構構造の設計方法の
基本的な考え方を示した概念図。

【図４】変形例に係る三角形状壁体９ａを用いて構成し
た高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。

【図５】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であ
り、(a)は正面図、(b)は(a)のＡ−Ａ線に沿う鉛直断面
図。

【図６】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。

【図７】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であ
り、(a)は正面図、(b)は平面図。

【図８】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。

【図９】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であ
り、(a)は正面図、(b)は(a)のＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面
図。

【図１０】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。

【図１１】第２実施形態に係る耐震架構構造としての高
架橋の下部構造８１を橋軸方向から見た正面図。

【図１２】第２実施形態に係る耐震架構構造の設計方法
の基本的な考え方を示した概念図。

【図１３】変形例に係る三角形状壁体９ａを用いて構成
した高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。

【符号の説明】

１、８１ 高架橋の下部構造（耐震
架構構造） ２ 柱 ３ 梁 ４ ＲＣラーメン架構 ５ ダンパー機構 ６ 履歴減衰型せん断ダンパ
ー（鉛直変位ダンパー） ９、９ａ 三角形状壁体 １１、８３ ＲＣ解析モデル １２、８４ ダンパー解析モデル ２１ 回転バネ ２２ 仮想剛体柱 ２３ 仮想剛体梁 ２４、３０、４０、４７、５０、６０、７０ 水平変位吸収型ダンパー ８２ ＲＣ柱

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する位置にて立設された一対
   の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラー
   メン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置された
   ダンパー機構とからなるとともに、該ダンパー機構を鉛
   直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにして
   その両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形
   状壁体とから構成し、該各三角形状壁体の底辺に相当す
   る側方縁部を前記一対の柱にそれぞれ接合したことを特
   徴とする耐震架構構造。
2. 【請求項２】 互いに対向する位置にて立設された一対
   のＲＣ柱を含む構面内にダンパー機構を配置するととも
   に、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダ
   ンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ
   接合された一対の三角形状壁体とから構成し、前記各三
   角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対のＲＣ
   柱にそれぞれ接合したことを特徴とする耐震架構構造。
3. 【請求項３】 前記鉛直変位ダンパーを、水平方向の強
   制変形を吸収可能なダンパーとした請求項１又は請求項
   ２記載の耐震架構構造。
4. 【請求項４】 互いに対向する位置にて立設された一対
   の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラー
   メン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置された
   ダンパー機構とからなるとともに、該ダンパー機構を鉛
   直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにして
   その両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形
   状壁体とから構成し、該各三角形状壁体の底辺に相当す
   る側方縁部を前記一対の柱にそれぞれ接合してなる耐震
   架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記
   ＲＣラーメン架構の剛接点を回転バネに置換したＲＣ解
   析モデルと、前記柱及び前記梁をそれぞれ仮想剛体柱、
   仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに前記
   仮想剛体柱の下端をピンとし前記各三角形状壁体の側方
   縁部を前記各仮想剛体柱にそれぞれ接合してなるダンパ
   ー解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、 前記耐震架構構造に作用させる設計外力Ｐのうち、前記
   ダンパー解析モデルの負担分Ｐdbを、Ｈを前記仮想剛体
   柱の高さ、Ｂを前記仮想剛体梁の長さ、Ｑをダンパーの
   荷重変位特性として Ｐdb＝（Ｂ／Ｈ）Ｑ とするとともに、前記ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcを、 Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb とし、前記ダンパー解析モデルにＰdbを、前記ＲＣ解析
   モデルにＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に
   行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うことを特徴と
   する耐震架構構造の設計方法。
5. 【請求項５】 互いに対向する位置にて立設された一対
   のＲＣ柱を含む構面内にダンパー機構を配置するととも
   に、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダ
   ンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ
   接合された一対の三角形状壁体とから構成し、前記各三
   角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対のＲＣ
   柱にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であ
   って、該耐震架構構造を、前記一対のＲＣ柱の下端を回
   転バネに置換したＲＣ解析モデルと、前記一対のＲＣ柱
   を仮想剛体柱にそれぞれ置換して該各仮想剛体柱の下端
   をピンとするとともに前記各三角形状壁体の側方縁部を
   前記各仮想剛体柱にそれぞれ接合してなるダンパー解析
   モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、前記耐震
   架構構造に作用させる設計外力Ｐのうち、前記ダンパー
   解析モデルの負担分Ｐdbを、Ｈを前記仮想剛体柱の高
   さ、Ｂを前記仮想剛体柱の配置間隔、Ｑをダンパーの荷
   重変位特性として Ｐdb＝（Ｂ／Ｈ）Ｑ とするとともに、前記ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcを、 Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb とし、前記ダンパー解析モデルにＰdbを、前記ＲＣ解析
   モデルにＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に
   行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うことを特徴と
   する耐震架構構造の設計方法。