JP2005207111A - 制震橋脚 - Google Patents

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Abstract

【課題】地震時に大きな損傷を受けやすい橋脚そのものの構造に制震効果を取り込み、組柱構造や組壁構造の橋脚に制震装置を工夫して組み込むことで、比較的簡易な橋脚構造で確実に地震力の低減を図ることができる制震橋脚を提供する。
【解決手段】複数の柱2をトラス3で連結してトラス構造の組柱を構成し、柱間のトラス3を柱間の中央で上下方向に連続するトラス格点位置で左右に分離し、トラス格点aに相対変位でエネルギー吸収を行うハニカムダンパ等の制震装置5をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置5で左右のトラス3Aと3Bとを連結し、地震時の組柱の水平方向のずれをトラス格点位置の上下方向のずれに変換し、この部分の制震装置5の上下方向の相対変位により地震エネルギーを吸収する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、橋脚自体に制震効果を持つ制震橋脚に関するものである。
橋梁構造の免震工法は、主として、支承構造に免震効果を持たせたものである。これに対して、本発明による橋脚は、免震支承に代表されるデバイスによる免震工法ではなく、地震時に大きな損傷を受けやすい橋脚そのものの構造に制震効果を取り込んだ新しい橋脚構造である。
このような橋脚自身に制震効果を持たせた先行技術文献としては、例えば特許文献1、特許文献2がある。特許文献1の発明は、橋梁の制震構造であり、橋桁をトラス組橋脚で支持し、このトラス組橋脚に橋梁振動時のトラス変形を抑制するダンパを組み込み、このトラス組橋脚の近傍の橋桁を可動支承を有する細橋脚で垂直荷重のみ支持するものである。特許文献2の発明は、耐震橋梁であり、断面保持のための複数のダイヤフラムによって仕切られた橋脚内部に、相対変形に抗するオイルダンパまたは粘性ダンパを斜めに配置したものである。
また、本発明に関連する先行技術文献として、例えば特許文献3、特許文献4がある。特許文献3の発明は、ラーメン橋梁の耐震補強構造であり、基礎部から立ち上がる両側の橋脚と上部工の桁によって囲まれる構面内に、補剛材と、エネルギー吸収装置としての鋼製弾塑性ダンパ(ハニカムダンパ)を設置したものである。特許文献4の発明は、建物に接合されるメガストラクチャー架構の制震構造であり、メガ柱とメガ梁とメガブレースからなるメガストラクチャー架構にブレースを介してダンパーユニットを組み込んだものである。
特開平5ー140911号公報 特開平9ー296413号公報 特開平10ー298916号公報 特許第3260473号公報
従来の橋脚自身に制震効果を持たせた特許文献1、2の発明の場合、特別な構造のトラス組橋脚やダイヤフラム内蔵の橋脚を構築する必要があり、また可動支承を有する細橋脚が別途必要になり、あるいは別途免震工法を採用して固有周期の長周期化を図る必要がある。
本発明は、地震時に大きな損傷を受けやすい橋脚そのものの構造に制震効果を取り込んだ新しい橋脚構造であり、組柱構造や組壁構造の橋脚に制震装置を工夫を凝らして組み込むことにより、比較的簡易な橋脚構造で確実に地震力の低減を図ることができる制震橋脚を提供することを目的としている。
本発明の請求項1は、複数の柱または壁をトラスで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のトラスを柱間または壁間の中央で上下方向に連続するトラス格点位置で左右に分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で左右のトラスを連結してなることを特徴とする制震橋脚である。
この請求項1は、例えばダブルワーレントラスのように、弦材としての柱間または壁間の中央にトラス格点があるトラスにおいて、前記中央位置のトラス格点に制震装置を組み込む場合に適用される。制震装置の上下方向に相対変位する部材のそれぞれに左右の腹材としてのトラス材を取り付ける。
本発明の請求項2は、複数の柱または壁をトラスで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のトラスを柱または壁に沿って上下方向に連続するトラス格点位置でトラスと柱または壁とに分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置でトラスと柱または壁とを連結してなることを特徴とする制震橋脚である。
この請求項2は、例えばシングルワーレントラスやダブルワーレントラスにおいて、弦材としての柱または壁のトラス格点に制震装置を組み込む場合に適用される。制震装置の上下方向に相対変位する部材のそれぞれを腹材としてのトラス材と柱または壁に取り付ける。
本発明の請求項3は、複数の柱または壁をパネルで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のパネルを柱間または壁間で左右に分離し、分離した左右のパネル間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で左右のパネルを連結してなることを特徴とする制震橋脚である。
この請求項3は、トラスの代わりにコンクリート製や鋼製等のパネルを用いる場合であり、対向する一対の柱や壁にそれぞれパネルを対向する柱や壁に向って一体的に突設し、この一対のパネルを柱間または壁間の中央で制震装置により連結する。上下方向については、複数個のパネルを点在配置してもよいし、上下方向に連続したパネルでもよい。
本発明の請求項4は、複数の柱または壁をパネルで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のパネルを柱または壁から分離し、分離したパネルと柱または壁との間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置でパネルと柱または壁とを連結してなることを特徴とする制震橋脚である。
この請求項4も、トラスの代わりにコンクリート製や鋼製等のパネルを用いる場合であり、柱間または壁間のパネルの両側あるいはいずれか一方を柱または壁から分離し、柱または壁と分離したパネルとを制震装置で連結する。この場合も、上下方向については、複数個のパネルを点在配置してもよいし、上下方向に連続したパネルでもよい。
本発明の請求項5は、複数の壁を上下方向のスリットを介して組み合わせてなる組壁構造の橋脚であり、前記スリットに、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で隣合う壁同士を連結してなることを特徴とする制震橋脚である。
この請求項5は、トラスやパネルを用いない壁スリット構造であり、橋脚周方向に複数に分割した壁を上下方向のスリットを介して組み合わせ、このスリットに制震装置を配置し、隣合う壁同士を連結して、組壁構造の橋脚を構成する。
本発明の請求項6は、請求項1から5までのいずれか一つに記載の制震橋脚において、制震装置は、鋼製弾塑性ダンパ(軟鋼製のハニカムダンパ等) 、オイルダンパ、粘弾性ダンパ、摩擦ダンパ、鉛ダンパ、または積層ゴム(通常型、鉛入り、高減衰など)であることを特徴とする制震橋脚である。
本発明は、パッシブ制震であり、部材の相対変位で減衰即ちエネルギー吸収を行うパッシブ制震装置を用いることができる。また、この制震装置は、必要に応じて橋軸方向のトラスやパネル等にのみ、橋軸直角方向のトラスやパネル等にのみ、橋軸と橋軸直角の両方向のトラスやパネル等に配置することができる。また、上下方向に関しては、全てのトラス格点等に配置してもよいし、必要な部分のトラス格点等に配置してもよい。
以上のような本発明によれば、トラスやパネル等を用いた組柱構造や組壁構造の橋脚を左右に分離すると共に、分離した部分に相対変位即ちエネルギー吸収が上下方向の制震装置を組み込んでいるため、地震時の組柱または組壁の水平方向のずれが分離部分で上下方向のずれに変換され、この部分に配置された制震装置の上下方向の相対変位により地震エネルギーが吸収され、地震力が低減される。また、組柱構造または組壁構造は、もともと柔構造で長周期化が図れるため、これによる地震力の低減も期待できる。
本発明の制震橋脚は、以上のように構成されているので、次のような効果を有する。
(1) トラスやパネル等を用いた組柱構造や組壁構造の橋脚を左右に分離すると共に、分離した部分に相対変位即ちエネルギー吸収が上下方向の制震装置を組み込んでいるため、橋脚自体で確実に地震力の低減を図ることができる。
(2) 従来のような特別な橋脚を構築することなく、組柱または組壁に制震装置を組み込むだけでよいため、地震力の確実な低減を図ることができる橋脚構造を簡易に低コストで得ることができる。
(3) 組柱または組壁は柔構造で長周期化が図れるため、従来の免震工法を不要とすることも可能となる。
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図1は本発明の組柱構造の制震橋脚の一実施形態とその地震時の変形状況を示す正面図である。図2はその具体例を示す斜視図である。図3は本発明の組柱構造の制震橋脚の他の実施形態を示す正面図である。図4は本発明の組壁構造の制震橋脚の一実施形態を示す平面図である。図5は組柱構造の種々の形態を示す平面図である。
図1の実施形態において、本発明の制震橋脚1は、数本の柱2からなる組柱構造を基本とする。この組柱構造を一体化するためには、隣合う一対の柱同士をトラスで連結する必要があり、例えばダブルワーレントラス3を用いる。この場合、隣合う一対の柱間に正面視X字状のトラス材4を配設することで、一対の柱2を弦材としトラス材4を腹材とするダブルワーレントラス3が形成される。
このダブルワーレントラス3は、腹材同士のトラス格点aが柱2,2間の中央で上下方向に連続して点在配置され、この上下方向に連続するトラス格点位置でトラス3を左右に分離し、各トラス格点aに相対変位により減衰即ちエネルギー吸収を行う制震装置5をその相対変位が上下方向となるように組み込み、この制震装置5で左右のトラス3A、3Bを連結して一体化する。なお、弦材と腹材のトラス格点は例えば柱2内にあり、コンクリート製、鋼製、鋼コンクリート複合構造等の柱2にトラス材4の端部が埋設あるいは接合される。
図1(b) に示すように、上述のように分離したトラス構造により、地震時の組柱橋脚の水平方向の変位がトラス格点aの位置で上下方向の変位となり、その部分に相対変位が上下方向の制震装置5を配置することで、制震装置5がそのエネルギー吸収能による制震効果を発揮し、地震力が低減される。また、組柱構造はもともと柔構造であり、長周期化を図れるため、そのことによる地震力の低減も期待できる。
なお、この図1の実施形態は、ダブルワーレントラス3を用いる場合について例示したが、これに限らず、弦材間の中央に腹材のトラス格点があるその他のトラスを用いることができる。
制震装置5としては、せん断変形で制震効果を発揮する軟鋼からなるハニカムダンパのようなものが望ましいが、相対変位で制震効果をもたらすものであれば、どのようなデバイスでも使用可能である。例えば、調圧弁等を備えたシリンダ型のオイルダンパ、粘弾性体による粘性抵抗力を利用する粘弾性ダンパ、摩擦力を利用する摩擦ダンパ、鉛ダンパ、通常型・鉛入り・高減衰の積層ゴムなどのパッシブ制震装置がある。
このような制震装置5は、全てのトラス格点aに配置してもよいし、上部等の必要な部分のトラス格点aのみに配置してもよい。また、橋軸方向または橋軸直角方向のトラスに組み込むが、橋軸と橋軸直角の両方向に組み合わせることにより、両方向の地震に対して制震効果を発揮できる構造となる。
図2の具体的な実施形態においては、4本の柱2による組柱構造で橋軸方向と橋軸直角方向のトラス構造に制震装置5を配置し、この制震装置にハニカムダンパを用いている。ハニカムダンパは、ハニカム状に加工した軟鋼プレート6の両側に取付板7を設け、この取付板7にトラス材4の端部を取り付ける。これにより、上下方向に相対変位即ちせん断変形することになる。
図3の実施形態は、シングルワーレントラス8を用いた場合であり、この場合、トラス格点bは柱2に沿って上下方向に点在配置されているため、この上下方向に連続するトラス格点位置でトラス8と柱2とに分離し、柱2の各トラス格点bに制震装置5をその相対変位が上下方向となるように組み込み、この制震装置5で左右一対の柱2とトラス8を連結して一体化する。その他の構成は、図1の実施形態と同様である。その作用効果も、制震がトラスの両側で行われる点が異なるだけで、図1の実施形態と同様である。
なお、図3の実施形態は、シングルワーレントラス8を用いる場合を例示したが、弦材と腹材のトラス格点に制震装置を配置するため、ダブルワーレントラス3やその他のあらゆるトラスを用いることができる。
図4の実施形態は、平行に配置した複数の壁9を複数のトラスで連結してなる組壁構造の制震橋脚である。図示例では、2つの壁9を橋軸直角方向と平行に配置し、橋軸方向と平行な4つのダブルワーレントラス3で連結している。シングルワーレントラス8等を用いることもできる。壁等の数や方向等は図示例に限定されない。その他の構成および作用効果は、図1、図3の実施形態と同様である。
図5の実施形態は、組柱構造の水平断面の形状を変えたものであり、図5(a) では、3本の柱2により三角断面組柱とし、柱・トラス・制震装置の数の低減を図っている。図5(b) では、6本の柱2により長方形断面組柱とし、橋桁の幅員が大きい場合に適用される。組壁構造においても、同様に種々の断面のものが考えられる。
さらに、以上のようなトラス部材を用いない組柱構造、組壁構造とすることもできる。図6は、トラス部材の代わりにコンクリートパネルを用いた場合であり、対向する一対の柱2,2の対向面にそれぞれ相手側の柱2に向って突出する側面視台形のコンクリートパネル10を一体的に設け、この一対のコンクリートパネル10、10を柱間の中央で制震装置5により連結して一体化する。
コンクリートパネル10は、制震装置5に向って幅が狭まる側面視台形であり、これをトラス部材と同様に上下方向に点在配置する。これに限らず、側面視が四角形等のコンクリートパネルでもよいし、上下方向に連続する縦長のコンクリートパネルでもよい。また、コンクリート製に限らず、鋼製等のパネルでもよい。制震装置5は、トラスの場合と同様の構造であり、またトラスの場合と同様に、上下方向の全てのパネル連結点に配置してもよいし、上部等の必要な部分のみに配置してもよい。
また、トラスの場合と同様に、コンクリートパネル10を一対の柱2あるいは一方の柱2から分離し、コンクリートパネル10と柱2とを制震装置5により連結することもできる。なお、以上は組柱構造の橋脚にコンクリートパネルを用いた場合であるが、組壁構造の橋脚にも同様に適用することができる。
図7は、トラスやパネルを用いない壁スリット構造の組壁構造の橋脚の場合であり、断面がL字型の壁11を4つ組み合わせて四角断面とし、隣合う壁11,11間に上下方向に連続するスリット12が形成されるようにしている。このスリット12に制震装置5を配置し、隣合う壁11,11同士を連結一体化している。この場合も、制震装置5は、上下方向の全体にわたって点在配置してもよいし、上部等の必要な部分のみに配置してもよい。なお、壁11は、コンクリート製や鋼製等を用いることができる。また、壁11や橋脚の断面形状、スリットの位置等は図示例に限定されないことは言うまでもない。
なお、本発明は以上のような図示例に限定されないことは言うまでもない。
本発明の組柱構造の制震橋脚の一実施形態であり、(a) は正面図、(b) は地震時の変形状況を示す概略正面図である。 図1の具体例を示す斜視図である。 本発明の組柱構造の制震橋脚の他の実施形態を示す正面図である。 本発明の組壁構造の制震橋脚の一実施形態を示す平面図である。 本発明の組柱構造の種々の形態を示す平面図である。 本発明のトラスの代わりにパネルを用いた組柱構造の一実施形態を示す斜視図である。 本発明のトラスやパネルを用いない壁スリット構造の組壁構造の一実施形態を示す斜視図である。
符号の説明
1……制震橋脚
2……柱
3……ダブルワーレントラス
4……トラス材
5……制震装置
6……軟鋼プレート
7……取付板
8……シングルワーレントラス
9……壁
10……コンクリートパネル
11……壁
12……スリット

Claims (6)

  1. 複数の柱または壁をトラスで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のトラスを柱間または壁間の中央で上下方向に連続するトラス格点位置で左右に分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で左右のトラスを連結してなることを特徴とする制震橋脚。
  2. 複数の柱または壁をトラスで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のトラスを柱または壁に沿って上下方向に連続するトラス格点位置でトラスと柱または壁とに分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置でトラスと柱または壁とを連結してなることを特徴とする制震橋脚。
  3. 複数の柱または壁をパネルで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のパネルを柱間または壁間で左右に分離し、分離した左右のパネル間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で左右のパネルを連結してなることを特徴とする制震橋脚。
  4. 複数の柱または壁をパネルで連結してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記柱間または壁間のパネルを柱または壁から分離し、分離したパネルと柱または壁との間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置でパネルと柱または壁とを連結してなることを特徴とする制震橋脚。
  5. 複数の壁を上下方向のスリットを介して組み合わせてなる組壁構造の橋脚であり、前記スリットに、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で隣合う壁同士を連結してなることを特徴とする制震橋脚。
  6. 請求項1から5までのいずれか一つに記載の制震橋脚において、制震装置は、鋼製弾塑性ダンパ、オイルダンパ、粘弾性ダンパ、摩擦ダンパ、鉛ダンパ、または積層ゴムであることを特徴とする制震橋脚。
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