JP2005188041A

JP2005188041A - 耐圧芯材を有する鋼製橋脚

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Publication number: JP2005188041A
Application number: JP2003427286A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiko Aoki; 徹彦青木; Masakazu Sakai; 正和酒井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP4283103B2

Abstract

【課題】橋脚本体を構成している鋼板製筒体に軸圧縮力を作用させないようにすると共にコストを抑制することができる鋼製橋脚を提供する。
【解決手段】車両が走行する上部工１１と、該上部工を載置する水平梁１２と、該水平梁に連結され、かつ、該水平梁を載置する橋脚本体１３と、地中に埋設された橋脚本体の基部に連結されたフーチング１６と、該フーチングに植設されている杭１７よりなる鋼製橋脚である。前記水平梁１１及び橋脚本体１３により橋脚部２１を構成すると共に、該橋脚部２１の中心部にプレストレスコンクリートパイルやコンクリート充填鋼管などの耐圧芯材２２を立設し、該耐圧芯材２２に上部荷重の全て又は一部を受け持たせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路橋や鉄道橋などに適用する耐圧芯材を有する鋼製橋脚に関するものである。

都市部の高架式高速道路は、主要交通路として重要度の大きい構造物であるため、高い安全性が要求されている。特に、地震発生時には、都市機能を維持するための主要交通路として、一層、その重要度が増すことになる。

この高架式高速道路を支持している橋脚には、一般に、鋼板製の橋脚が用いられているが、耐震安全性に関しては、阪神大震災以来、多くの実験的および理論的研究がなされてきたが、変形能（変形性能ともいう。）の大きい構造形式が実現できたとは言い難い。

鋼板製橋脚は、薄肉の鋼板で作られているため、圧縮力を受けてひとたび座屈を生じると、一般に、耐荷力が急速に低下する。そのため、コストを下げるために薄肉部材を用いると、地震発生時のように、圧縮力が繰り返し作用する状況下では、大地震時に特に必要とされる変形能がより低下することが従来の研究から知られている。逆に、軸力のない場合には、変形能は最も大きくなる。したがって、鋼板製橋脚の変形能を増加させるひとつの方法は、橋脚部に軸圧縮力を作用させないことである。

このような方法を発展させた発明の一つとして、例えば、図１３及び図１４に示すように、車両が走行する上部工１１と、該上部工１１を載置する水平梁１２と、該水平梁１２に連結され、かつ、該水平梁１２を載置する橋脚本体１３と、地中に埋設された橋脚本体１３の基部とアンカーフレーム１４及びアンカーボルト１５により一体的に連結されているフーチング１６と、該フーチング１６に植設されている杭１７からなる鋼製橋脚において、鋼板製筒体からなる橋脚本体１３（１）内に、この橋脚本体１の軸方向に間隔を空けて設置した複数の軸力伝達板３₁，３₁，・・・及び３₂，３₂，・・・を介して鋼管製核部材４を内臓させた橋脚が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２７３８２５号公報（第２−３頁、図１）

この特許文献１では、大地震により橋脚本体１に過大な水平力が加わった場合に、鋼板製筒体２は、軸力伝達板３₁，３₁，・・・及び３₂，３₂，・・・を設置していない領域Ｘでは塑性変形による地震のエネルギーを吸収し、軸力伝達板３₁，３₁，・・・及び３₂，３₂，・・・を設置している領域Ｙでは複数の軸力伝達板３₁，３₁，・・・及び３₂，３₂，・・・により鋼管製核部材４に軸力が伝達されるので、筒体２の座屈を防止することができるとしている。

しかしながら、特許文献１は、鋼板製筒体２内に内臓させた鋼管製核部材４によって上部工などの上部荷重を負担するように構成していないことから、筒体２自身も上部荷重を負担することとなり、軸力伝達板３₁，３₁，・・・及び３₂，３₂，・・・を設置していない領域Ｘでは、大地震が発生した場合に、塑性変形に起因する座屈が生ずることが考えられる。

また、特許文献１は、橋脚本体１の軸方向に間隔を空けて設置した複数の軸力伝達板３₁，３₁，・・・及び３₂，３₂，・・・を介して鋼管製核部材４を取り付けていることから、部品点数が多く、軸力伝達板３₁，３₁，・・・及び３₂，３₂，・・・や鋼管製核部材４の取り付け作業が面倒になる。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、軸圧縮力を、橋脚部に極力作用させないようにする一方、コスト上昇を抑制することができる耐圧芯材を有する鋼製橋脚を提供することにある。

このような課題を解決するため、本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚は、車両が走行する上部工と、該上部工を載置する水平梁と、該水平梁に連結され、かつ、該水平梁を載置する橋脚本体と、地中に埋設された橋脚本体の基部に連結されたフーチングと、該フーチングに植設されている杭からなる鋼製橋脚において、前記水平梁及び橋脚本体により橋脚部を構成すると共に、該橋脚部の内部に耐圧芯材を立設し、該耐圧芯材に圧縮荷重を担持させることを特徴とするものである。

また、本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚は、前記橋脚部内に設けた耐圧芯材に軸圧縮力を負担させることによって前記橋脚部に作用する軸圧縮力を軽減又は零にするか、或いは前記橋脚部に予めプレテンションを付与することを特徴とするものである。

また、本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚は、前記橋脚部内に設けた耐圧芯材を、クサビやジャッキなどの軸圧縮力調整手段によって軸芯方向に突っ張らせ、前記橋脚部の軸圧縮力を軽減又は零にするか、或いは前記橋脚部に予めプレテンションを付与することを特徴とするものである。

また、本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚は、前記耐圧芯材を、ヒンジなどの係止手段を介して前記橋脚部内に取り付けることを特徴とするものである。

また、本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚は、前記耐圧芯材を、板材などの塑性変形を許容する部材を介して前記橋脚部内に取り付けることを特徴とするものである。

また、本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚は、前記耐圧芯材を、プレストレスコンクリートパイル、コンクリート充填鋼管、鉄筋コンクリートパイル、鋼管などの耐圧性に富む柱状部材によって構成してなるものである。

上記のように、本発明は、車両が走行する上部工と、該上部工を載置する水平梁と、該水平梁に連結され、かつ、該水平梁を載置する橋脚本体と、地中に埋設された橋脚本体の基部に連結されたフーチングと、該フーチングに植設されている杭からなる鋼製橋脚において、前記水平梁及び橋脚本体により橋脚部を構成すると共に、該橋脚部の内部に耐圧芯材を立設し、該耐圧芯材に圧縮荷重を担持させることを特徴とするものである。

上記のように、本発明は、橋脚部内に内臓させた耐圧芯材に軸圧縮力を負担させることにより、前記橋脚部に作用する軸圧縮力を軽減又は零とするように構成されていることから、地震が発生した場合には、上部工やその上を走行している車両などの上部荷重による軸圧縮力の全て又は一部は、橋脚部内に内蔵させた耐圧芯材により支持される。

一方、上部工に水平方向の力Ｐが作用して橋脚部が揺動すると、通常は、橋脚部、特に、橋脚本体に負担がかかるのであるが、本発明は、上記のように、橋脚部に作用する軸圧縮力が軽減され、橋脚部、特に、橋脚本体には、通常、上部工などの上部荷重がほとんど作用しないことから、橋脚部、なかんずく橋脚本体の部分は、軸圧縮力に起因する座屈が生じなくなる。

換言すれば、本発明は、軸方向圧縮力と、曲げに対する抵抗とを分離した機能分離型の鋼製橋脚であるから、大きな地震にも、十分、耐えることができる。

また、本発明は、橋脚部に予めプレテンションを付与することによっても同様の効果を得ることができる。また、本発明は、従来のように、耐圧芯材を複数の支持板、つまり、軸力伝達板によって支持していないため、構造がシンプルであり、部品点数も少なく、比較的安価に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明に係る鋼製橋脚の断面図、図２は図１のＣ−Ｃ’断面図である。

図１において、２０は、鋼板製の橋脚であり、車両が走行する上部工１１と、この上部工１１を載置する水平梁１２と、この水平梁１２に連結され、かつ、この水平梁１２を載置する橋脚本体１３と、地中に埋設された橋脚本体１３の基部とアンカーフレーム１４及びアンカーボルト１５により一体的に連結されているフーチング１６と、このフーチング１６に植設されている杭１７により構成されている。

図２に示すように、上記橋脚本体１３は、薄肉の鋼板により筒形に形成され、その内面には、多数のリブ１８が溶接されている。図２の橋脚本体１３は、断面形状が正方形であるが、例えば、長方形、多角形、円形などの各種の形状がある。円形断面の場合は、一般に、リブがない。

この発明は、図１に示すように、水平梁１２と橋脚本体１３により構成されたＴ字形の橋脚部２１の中心部（軸芯部）に耐圧芯材２２を設け、この耐圧芯材２２に軸圧縮力を担持させることにより、橋脚部２１に作用する軸圧縮力を軽減又は零にするようにした点に特徴がある。

具体的に説明すると、この発明は、橋脚部２１内に立設させた耐圧芯材２２をクサビやジャッキなどの軸圧縮力調整手段１９（図３参照。）によって軸芯方向に突っ張らせ、それによって橋脚部２１の初期応力がほぼ零になるように耐圧芯材２２に軸圧縮力を受け持たせるのである。

このような構成によって上部工１１などの上部荷重の全部又は一部を耐圧芯材２２が受け持つと共に、上部荷重が全く作用しないか、或いは作用するとしても極く僅かな上部荷重しか作用しない橋脚部２１、特に、橋脚本体１３によって地震発生時の曲げモーメントを受け持つことが可能となるのである。

耐圧芯材としては、例えば、プレストレスコンクリートパイル、コンクリート充填鋼管、鉄筋コンクリートパイル、鋼管などの耐圧性に富み、かつ、比較的安価な柱状部材が好ましい。

軸圧縮力調整手段としては、例えば、クサビ式、ゴム板式、ジャッキ式などを挙げることができる。クサビ式の場合には、図３に示すように、上下一対のクサビ２３と、各クサビ２３に装着させたボルト２４によって軸圧縮力調整手段１９が構成されている。これらのボルト２４は、橋脚本体１３の底板２５上に固定させた支持体２６に螺合されており、その先端部は、図５に示すように、クサビ２３の後端部に設けたＴ形溝２７内に挿入されている。尚、ボルト２４の先端には、それぞれ、円板状の抜け止め２８が設けられている。

そして、各ボルト２４を締め付けて上下一対のクサビ２３を互いに耐圧芯材２２の下部空間に食い込ませると、耐圧芯材２２が橋脚部２１の抗力に抗して軸芯方向に押し上げられ、橋脚部２１の初期応力をほぼ零に設定することができるのである。

従って、上部工１１などの上部工荷重の全部又は一部をプレストレスコンクリートパイルなどの耐圧芯材２２によって支えると共に、上部工荷重が全く作用しないか、或いは作用するとしても極く僅かな上部工荷重しか作用しない橋脚部２１、特に、橋脚本体１３によって地震時の水平繰返し荷重による曲げモーメントを吸収することが可能となるのである。

ところで、図１に示すように、耐圧芯材２２の上下両端は、係止手段３０を介して橋脚部２１内に取り付けられている。この係止手段３０は、図３及び図４に示すように、カップ状や凹レンズ状に形成された係止体３３から成り、その球面状の凹部３１によって半球状に形成された耐圧芯材２２の先端部２９を支持するようになっている。

上記係止手段３０の一方は、図４に示すように、橋脚部２１の上端部内面に直接取り付けられ、他方の係止手段３０は、図３に示すように、軸圧縮力調整手段１９によって担持されている。尚、係止体３３の周囲には、耐圧芯材２２の離脱を防ぐため、リング状の離脱防止手段３２が設けられている。

上記のように、軸圧縮力調整手段１９のボルト２４を操作して上下一対のクサビ２３を耐圧芯材２２の下部隙間に押し込み、耐圧芯体２２を橋脚部２１の抗力に抗して軸芯方向に押し上げると、上部工１１などの上部荷重の全部又は一部を耐圧芯材２２によって担持することができる。その結果、橋脚部２１、特に、橋脚本体１３は、上部荷重が全く作用しないか、或いは作用するとしても極く僅かな上部荷重しか作用しないため、地震時の水平繰返し荷重による曲げモーメントに、十分、対向することができる。

上記のように、本発明は、橋脚部２１内に内臓させた耐圧芯材２２に軸圧縮力を負担させていることから、地震が発生した場合には、上部工１１やその上を走行している車両などの上部荷重による軸圧縮力の全て又は一部が橋脚部２１内に内蔵させた耐圧芯材２２により支持されるのである。

そして、図６に示すように、上部工１１に水平方向の力Ｐが作用して橋脚部２１が横方向に揺動すると、通常は、橋脚部２１、特に、橋脚本体１３に大きな負担がかかり橋脚本体１３に座屈が生ずることがあるが、本発明では、上記のように、橋脚部２１に作用する軸圧縮力が耐圧芯材２２によって軽減され、橋脚部２１、特に、橋脚本体１３には、上部工１１などの上部荷重がほとんど作用しないことから、橋脚本体１３の部分には、軸圧縮力に起因する座屈の発生が激減する。

換言すれば、本発明は、耐圧芯材２２によって軸方向圧縮力を負担し、橋脚部２１、つまり、橋脚本体１３がほぼ曲げに対する抵抗を担っているので、大きな地震にも、十分、耐えることができるのである。

以上の説明では、軸圧縮力調整手段１９によって橋脚部２１の初期応力がほぼ零になるように調整する場合について説明したが、例えば、この軸圧縮力調整手段１９によって耐圧芯材２２に軸芯方向に突っ張らせることによって橋脚部２１に予めプレテンションを付与させるようにしても同様の効果を得ることができる。

また、軸圧縮力調整手段としては、クサビ式のほか、例えば、ジャッキ式などを挙げることができる。ジャッキ式の場合は、図７に示すように、基板３８に複数本のボルト３９を植立させることにより形成することができる。

また、耐圧芯材の係止方式としては、凹面体による係止方式のほか、例えば、板材４１やＰＣ鋼棒４２などの塑性変形を許容する部材によって接続させることも可能である（図８及び図９参照。）。

ところで、一般に、道路橋や鉄道橋の橋桁２０は、上部工１１によって連続的に接続されているため、上部工１１の車両進行方向に対してその直角方向に揺れ易い。そこで、図１０に示すように、耐圧芯材２２の先端部２９ａをカマボコ型にすることも考えられる。この場合は、ヒンジ３０の凹部３１ａを樋型にする必要がある。また、図１１に示すように、上記係止手段３０の代わりにゴム製のブロック３４内に鋼板３５を多段に設けた所謂免振ブロック３６を適用すると、耐震性が向上する。

更に、橋脚部２１にセンサー（図示せず）を取り付け、設定値以上の地震に遭遇した時に軸圧縮力調整手段を自動制御して耐圧芯材２２の圧縮荷重を自動調整することも考えられる。また、本発明は、図１２に示すように、ラーメン形式（構造）の橋脚にも適用することができる。

本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚の断面図である。図１のＣ−Ｃ’断面図である。図１のＤ部拡大断面図である。図１のＥ部拡大断面図である。クサビとボルトの結合部分の拡大平面図である。本発明に係る鋼製橋脚の作用説明図である。ジャッキ式プレテンション付与手段の一部断面を含む側面図である。係止手段の一例を示す一部断面側面図である。係止手段の他の一例を示す一部断面側面図である。耐圧心材先端部の他の一例を示す要部拡大断面図である。係止手段の代わりに免振ブロックを適用した要部拡大断面図である。本発明に係る耐圧芯材を有する鋼製橋脚の他の実施形態を示す断面図である。従来の鋼製橋脚の断面図である。（ａ）図１３のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）図１３のＢ−Ｂ’断面図である。

符号の説明

１１上部工
１２水平梁
１３橋脚本体
１６フーチング
１７杭
２０橋脚
２１橋脚部
２２耐圧芯材

Claims

車両が走行する上部工と、該上部工を載置する水平梁と、該水平梁に連結され、かつ、該水平梁を載置する橋脚本体と、地中に埋設された橋脚本体の基部に連結されたフーチングと、該フーチングに植設されている杭からなる鋼製橋脚において、前記水平梁及び橋脚本体により橋脚部を構成すると共に、該橋脚部の内部に耐圧芯材を立設し、該耐圧芯材に圧縮荷重を担持させることを特徴とする耐圧芯材を有する鋼製橋脚。
前記橋脚部内に設けた耐圧芯材に軸圧縮力を負担させることによって前記橋脚部に作用する軸圧縮力を軽減又は零にするか、或いは前記橋脚部に予めプレテンションを付与することを特徴とする請求項１記載の耐圧芯材を有する鋼製橋脚。
前記橋脚部内に設けた耐圧芯材を、クサビやジャッキなどの軸圧縮力調整手段によって軸芯方向に突っ張らせ、前記橋脚部の軸圧縮力を軽減又は零にするか、或いは前記橋脚部に予めプレテンションを付与することを特徴とする請求項１又は２記載の耐圧芯材を有する鋼製橋脚。
前記耐圧芯材を、ヒンジなどの係止手段を介して前記橋脚部内に取り付けることを特徴とする請求項１、２又は３記載の耐圧芯材を有する鋼製橋脚。
前記耐圧芯材を、板材などの塑性変形を許容する部材を介して前記橋脚部内に取り付けることを特徴とする請求項１、２又は３記載の耐圧芯材を有する鋼製橋脚。
前記耐圧芯材を、プレストレスコンクリートパイル、コンクリート充填鋼管、鉄筋コンクリートパイル、鋼管などの耐圧性に富む柱状部材によって構成してなる請求項１、２、３、４又は５記載の耐圧芯材を有する鋼製橋脚。