JP2004092331A

JP2004092331A - 主桁と橋脚の接合構造

Info

Publication number: JP2004092331A
Application number: JP2002258404A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Okada; 岡田　淳; Shinji Kato; 加藤　真志; Katsuaki Takeda; 武田　勝昭; Yasuyuki Kurihara; 栗原　康行
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】地震時の橋梁の損傷が局部に集中して地震後の損傷箇所の特定が容易であり、地震後の復旧作業もまた容易な主桁と橋脚の接合構造を提供する。
【解決手段】橋脚１上に設置した支承３０の上方において主桁１０のウェブ１１に取替可能な鋼板材２０を接合し、又は取替可能な鋼材からなるブレース材を取付けると共に、主桁１０と橋脚１との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材３５を設置して主桁１０と橋脚１とを連結した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁における主桁と橋脚の接合構造に関すものである。
【０００２】
【従来の技術】
張り出し架設への対応あるいは構造の簡略化や工費の低減などを目的として、上下部一体構造の橋梁が建設されている。従来のこの種橋梁は、軸方向力を受ける下部工としてコンクリート系構造を採用するとともに、曲げモーメント力を受ける上部工として鋼構造を採用したもので、これら下部工及び上部工の接合部を鋼・コンクリートの複合構造とし、上部工を橋軸方向に張出すようにした上下部一体混合ラーメン構造としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１７７０３０号公報（第３頁、図１〜図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成した従来の橋梁は、支承をなくし、上部工と下部工とを剛結合して、地震に対しては、構造全体の弾性変形により持ちこたえるようにしたものである。しかしながら、ごくまれに生じる直下型のレベル２の地震が発生した場合には、上部工と下部工の接続部にせん断変形が集中し、剛結合したために大損傷となるおそれがある。そのような場合には、構造物全体を修復する必要があり、復旧に多大の時間と工費を必要とすることになる。
【０００５】
また、震災後に損傷が直接表面に出ない場合があり、そのような場合には、損傷箇所及び損傷の度合いを知ることが困難である。そのため、構造物全体にわたって非破壊検査などの検査を行う必要が生じる場合がある。さらに、モニタリングを行おうとしても、構造物全体に検知の機能を持たせる必要があり、大掛りなものとなる
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、地震時の橋梁の損傷が局部に集中して地震後の損傷箇所の特定が容易であり、地震後の復旧作業もまた容易な主桁と橋脚の接合構造を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る主桁と橋脚の接合構造は、橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに取替可能な鋼板材を接合すると共に、前記主桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記主桁と橋脚とを連結したものである。
【０００８】
（２）また、橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに鋼材からなる取替可能なブレース材を交差して取付けると共に、前記主桁と橋脚との間に橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記主桁と橋脚とを連結したものである。
【０００９】
（３）さらに、橋脚上に設置した支承の上方において隣接する単純桁の端部のウェブ間に、取替可能な鋼板材を接合し又は鋼材からなる取替可能なブレース材を取付けると共に、前記単純桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記単純桁と橋脚とを連結したものである。
【００１０】
（４）また、上記（１）〜（３）のいずれかの鋼板材又はブレース材と鋼せん断パネルとを、主桁より降伏点の低い鋼材で構成したものである。
【００１１】
【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に係る主桁と橋脚の接合構造の正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１の分解斜視図、図４は本実施の形態を実施した橋梁の全体図である。
図において、１は鉄筋コンクリート橋脚（以下、単に橋脚という）、１０は橋脚１上に架設された主桁である鋼箱桁で、隣接する鋼箱桁１０ａ，１０ｂの端部が、後述する支承３０上において当接又は近接して設置されている。この鋼箱桁２０のウェブ１１の端部近傍の上下方向には複数のボルト挿通穴１３が設けられており、また、下フランジ１２の幅方向の両端部近傍の橋軸方向には、複数のボルト挿通穴１４が設けられている。
【００１２】
２０ａ，２０ｂは例えばじん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い材料によって形成された鋼板材（以下、単に２０と記すことがある）で、その高さは鋼箱桁１０のウェブ１１のせいとほぼ等しく形成されており、両側縁部近傍には、鋼箱桁１０のウェブ１１に設けたボルト挿通穴１３に対応してボルト挿通穴２１が設けられている。
【００１３】
３０は例えばゴム板と鋼板とを交互に積層してなり、橋脚１と鋼箱桁１０との間に設置され、鋼箱桁１０からの鉛直荷重を受ける１個又は複数個の支承である。
３５ａ，３５ｂは例えばじん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い材料によって形成された鋼せん断パネルを有する構造部材（以下、鋼せん断パネル部材といい、単に３５と記すことがある）で、高さが支承３０の高さとほぼ等しいかこれより若干低く形成されており、上下のフランジには鋼箱桁１０の下フランジ１２に設けたねじ挿通穴１４に対応してねじ挿通穴３６が設けられている。そして、この鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂは支承３０の両側において、橋脚１と鋼箱桁１０との間に橋軸方向に設置されている（図３には一方の鋼せん断パネル部材３５ａのみが示してある）。なお、鋼板材２０と鋼せん断パネル部材３５とは降伏点の等しい鋼材で構成してもよく、あるいは鋼せん断パネル部材３５を鋼板材２０より降伏点の低い材料で構成してもよい。
【００１４】
上記のような本実施の形態においては、例えば、橋脚１の上面中央部に支承３０を設置し、鋼箱桁１０ａ及び１０ｂを、その端部を支承３０の上面の中央部又はその近傍に位置させて支承３０上に載置する。ついで、鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂの下フランジに設けたボルト挿通穴３６を橋脚１の橋軸方向に設けたアンカーボルトに挿入して固定し、橋脚１上に設置する。また、鋼せん断パネル部材３５の上フランジのボルト挿通穴３６から、鋼箱桁１０ａ，１０ｂの下フランジ１２に設けたボルト挿通穴１４にボルト挿通し、固定する。
このようにして、鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂは橋脚１と鋼箱桁１０ａ，１０ｂに取替可能に取付けられる。
【００１５】
次に、両鋼箱桁１０ａ，１０ｂのウェブ１１に跨って外面に鋼板材２０ａ，２０ｂを当接し、そのボルト挿通穴２１から鋼箱桁１０ａ，１０ｂのウェブ１１に設けたボルト挿通穴１２にボルトを挿通し、一体にかつ取替可能に固定する。なお、上記の説明では、鋼板材２０ａ，２０ｂ及び鋼せん断パネル部材３５を、鋼箱桁１０にボルトで接合した場合を示したが、取替可能であれば他の手段によって接合してもよく、また、施工手順も状況に応じて適宜変更してもよい。
【００１６】
図５は本実施の形態の他の例を示す図１のＡ−Ａ断面に対応した断面図である。図１〜図３の例では、橋脚１と鋼箱桁１０との間にＩ形断面の鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂを設置した場合を示したが、本例は、支承３０の両側において、橋脚１の橋軸方向に設けた複数のアンカーボルトに、Ｌ形断面の取付部材３７ａを固定すると共に、鋼箱桁１０の下面にこの取付部材３７ａに対向してＬ形断面の取付部材３７ｂを固定する。そして、これら対向する上下の取付部材３７ａ，３７ｂの間に、じん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０の降伏点より低い降伏点の鋼せん断パネル３８をボルト等により接合して鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂを構成したものである。その他の構成は、図１〜図３の場合と同様である。
【００１７】
なお、上述の鋼板材２０及び鋼せん断パネル部材３５は、前述のように、じん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い鋼材からなっており、比較的頻繁に発生するあまり大きくないプレート型のレベル１の地震が作用する場合においては、弾性範囲に留まって塑性変形しないような板厚に設定されている。
【００１８】
次に、図６、図７により本実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態を実施した橋梁に、あまり大きくないプレート型のレベル１の地震力が作用した場合は、図６に実線で示すように、橋梁全体が一体になって弾性変形し、地震に対して持ちこたえることができる。
また、ごく希に生ずる直下型のレベル２の地震力が作用した場合は、橋梁全体が一体となって弾性変形するのに加えて、鋼せん断パネル部材３５が他の部分より先にせん断降伏する。
【００１９】
この場合、横せん断力に対しては、図７（ａ）に示すように、鋼せん断パネル部材３５が塑性変形して地震エネルギーを吸収する。また、縦せん断力に対しては、図７（ｂ）に示すように、鋼板材２０が塑性変形して地震エネルギーを吸収する。さらに、曲げ変形に伴って生ずるせん断力に対しては、鋼板材２０及び鋼せん断パネル部材３５の両方で地震エネルギーを吸収する。
このように、地震外力を鋼板材２０及び鋼せん断パネル部材３５がヒューズとなってエネルギーを吸収するので、主桁である鋼箱桁１０、支承３０、橋脚１などの主要部材が損傷するのを防止することができる。
【００２０】
本実施の形態によれば、地震時の橋梁の損傷が局部に集中するため、地震後における損傷箇所の特定が容易であり、橋梁全体の検査を行うことなく損傷箇所を特定することができる。このため、光ファイバー、歪ゲージなどを設置する箇所を狭い範囲に集中させることができ、結果的に損傷モニタリングが容易になる。また、地震後の復旧作業においても、損傷した鋼板材２０及び鋼せん断パネル部材３５を交換することで元の状態に戻すことができるので、少ない時間と工費で復旧を行うことができる。
【００２１】
［実施の形態２］
図８は本発明の実施の形態２に係る主桁と橋脚の接合構造の正面図、図９は図８のＢ−Ｂ断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
図において、４０ｂ，４０ｂはブレース材（以下、単に４０と記すことがある）で、例えば、じん性や延性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い材料からなり、支承３０を介して橋脚１上に設置した鋼箱桁１０ａ，１０ｂの両側のウェブ１１の表面側に、一端が一方の鋼箱桁１０ａに設けたブレース定着部４１に、他端が他方の鋼箱桁１０ｂに設けたブレース定着部４１にそれぞれ取替可能に取付けられ、交差して設置されて両鋼箱桁１０ａ，１０ｂを連結している。なお、鋼箱桁１０のウェブ１１には、ボルト挿通穴１３は設けられていない。
【００２２】
上記のような本実施の形態において、鋼せん断パネル部材３５及びブレース材４０は、比較的頻繁に発生するあまり大きくないプレート型のレベル１の地震が作用する場合においては、弾性範囲に留まって塑性変形しないような板厚又は断面積に設定されている。
【００２３】
本実施の形態を実施した橋梁に、あまり大きくないプレート型のレベル１の地震力が作用した場合は、橋梁全体が一体となって弾性変形し、地震に対して持ちこたえることができる。
また、直下型のレベル２の地震力が作用した場合は、橋梁全体が一体となって弾性変形するのに加えて、鋼せん断パネル部材３５が他の部分より先にせん断降伏する。
【００２４】
この場合、横せん断力に対しては、鋼せん断パネル部材３５が塑性変形して地震エネルギーを吸収し、縦せん断力に対しては、ブレース材４０が軸方向に塑性変形して地震エネルギーを吸収する。また、曲げ変形を伴って生ずるせん断力に対しては、ブレース材４０及び鋼せん断パネル部材３５の両方で地震エネルギーを吸収する。
このように、地震外力をブレース材４０及び鋼せん断パネル部材３５がヒューズとなってエネルギーを吸収するので、主桁である鋼箱桁１０、支承３０、橋脚１などの主要部材が損傷するのを防止することができる。
本実施の形態によれば、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００２５】
［実施の形態３］
図１０は本発明の実施の形態３に係る主桁と橋脚の接合構造を実施した橋梁の全体図、図１１は図１０のＣ部の拡大図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、複数の橋脚１上に、主桁１０を構成する単純桁１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ（図には、単純桁１０ｃ〜１０ｅを鋼箱桁で構成した場合を示してある）が、それぞれ両端部が支承３０を介して橋脚１上に架設された橋梁において、隣接する単純桁１０ｃと１０ｄ、１０ｄと１０ｅ（以下、単純桁１０ｄと１０ｅの場合について説明する）の両端部のウェブ１１の両面に、それぞれ鋼板材２０を取替可能に接合すると共に、橋脚１と単純桁１０ｄ，１０ｅの間において、支承３０の両側の橋軸方向に、鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂを取替可能に固定して、主桁１０と橋脚１を連結したものである。
【００２６】
本実施の形態においても、実施の形態１の場合とほぼ同様の作用を有し、効果を得ることができる。なお、図示してないが、鋼板材２０に代えて、実施の形態２で説明したブレース材４０により、隣接する単純桁１０ｃと１０ｄ、１０ｄと１０ｅをそれぞれ連結してもよい。
【００２７】
上記の説明では主桁１０に鋼箱桁を用いた場合について説明したが、これに代えて、Ｉ形断面、Ｈ形断面等の鋼材からなる主桁を用いてもよく、この場合には、主桁１０のウェブの両面に鋼板材２０を接合し、又はブレス材４０を設置することが望ましいし。
【００２８】
また、上記の説明では、橋脚１上に設置した支承３０の直上に、隣接する主桁１０の端部を位置させ、そのウェブ１１に鋼板材２０を接合し、又はブレース材４０を取付けた場合を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、支承３０の直上であれば、主桁１０のウェブ１１に鋼板材２０を接合し、又はブレース材４０を取付けてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る主桁と橋脚の接合構造は、橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに取替可能な鋼板材を接合し、又は取替可能な鋼材からなるブレース材を設けると共に、前記主桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記主桁と橋脚とを連結したので、地震時の橋梁の損傷が局部に集中する。このため、地震後における損傷箇所の特定が容易であり、橋梁全体の検査を行うことなく損傷箇所を特定することができる。
また、地震後の復旧作業においても、損傷した鋼板材又はブレース及び鋼せん断パネルを交換することで元の状態に戻すことができるので、少ない時間と工費で復旧を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る主桁と橋脚の接合構造の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の分解斜視図である。
【図４】本実施の形態を実施た橋梁の全体図である。
【図５】本実施の形態の他の例の断面図である。
【図６】本実施の形態の作用説明図である。
【図７】本実施の形態の作用説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る主桁と橋脚の接合構造の正面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る主桁と橋脚の接合構造を実施した橋梁の全体図である。
【図１１】図１０のＣ部の拡大図である。
【符号の説明】
１　橋脚
１０　主桁
１０ａ，１０ｂ　鋼箱桁
１０ｃ〜１０ｅ　単純桁
１１　ウェブ
２０　鋼板材
３０　支承
３５ａ，３５ｂ　鋼せん断パネル部材
４０ａ，４０ｂ　ブレース材

Claims

橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに取替可能な鋼板材を接合すると共に、前記主桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記主桁と橋脚とを連結したことを特徴とする主桁と橋脚の接合構造。
橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに鋼材からなる取替可能なブレース材を交差して取付けると共に、前記主桁と橋脚との間に橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記主桁と橋脚とを連結したことを特徴とする主桁と橋脚の接合構造。
橋脚上に設置した支承の上方において隣接する単純桁の端部のウェブ間に、取替可能な鋼板材を接合し又は鋼材からなる取替可能なブレース材を取付けると共に、前記単純桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記単純桁と橋脚とを連結したことを特徴とする主桁と橋脚の接合構造。
鋼板材又はブレース材と鋼せん断パネルとを、主桁より降伏点の低い鋼材で構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の主桁と橋脚の接合構造。