JP2006207119A - 地震時における橋梁支承の機能維持方法、橋梁支承を下部構造に固定するためのボルト及び橋梁支承と下部構造との固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】想定外の地震動が発生したとき、取り替えが容易なヒューズ機能部分を壊すことにより支承全体の損壊を防止してその機能を維持し、上部構造や下部構造の損傷を防止すること。
【解決手段】橋梁において上部構造６と下部構造１４との間に設置される支承１が、想定外の地震動により損壊するのを防止して、その機能を維持する方法であって、想定外の地震動が発生したとき、支承１のベースプレート１２を下部構造に固定するための固定部材１３を破断させることによって、ベースプレート１２と下部構造１４との間で滑りが生じるようにした。具体的には、固定部材１３はボルトからなり、ベースプレート１２と下部構造１４との接合面に沿って該ボルト１３を破断させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、地震時における橋梁支承の機能維持方法、橋梁支承を下部構造に固定するためのボルト及び橋梁支承と下部構造との固定構造に関し、さらに詳細には、支承の一部にヒューズ機能を持たせ、想定外の地震動が発生したとき、このヒューズ機能を働かせてその部分のみを壊し、支承の機能を維持しながら上部構造や下部構造の損傷を防止する技術に関する。

一般に橋梁における支承は、想定される地震動に対してはベースプレート、アンカーボルト、下沓、サイドブロック、上沓、セットボルト、せん断キーなどの各部材は十分な耐力で設計されている。しかし、阪神淡路大地震、中越地震での橋梁の損傷状況をみると、支承が壊れないで頑張った場合、桁（上部構造）や脚（下部構造）が損傷するという現象が生じている。

他方、支承が壊れると、ローラー支承やピボット支承などの場合には、桁が下に沈むため路面に大きな段差が生じる。このため、近年は支承に段差防止装置が付加されている。いずれにしても、想定外の地震動が発生した場合には、支承の破損、上部構造、下部構造の破損が生じ、ライフラインが遮断されるというような大きな社会的影響をもたらす。また、復旧に時間がかかり、補修費用も多大なものとなる。

なお、この出願人による特許文献１には想定外の地震動が発生したとき、ゴム支承を拘束しているサイドブロックの固定を解除する技術が開示されている。これは、ゴム支承特有のもので、サイドブロックを下沓に固定するボルトを破断させることにより、サイドブロックによるゴム支承の拘束を解放する技術である。
特開平１１−２８７２２８号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、想定外の地震動が発生したとき、復旧の容易な支承の一部のみを壊すことにより支承全体が損壊するのを防止してその機能を維持し、上部構造や下部構造の損傷を防止することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、橋梁において上部構造と下部構造との間に設置される支承が、想定外の地震動により損壊するのを防止して、その機能を維持する方法であって、
前記想定外の地震動が発生したとき、前記支承のベースプレートを下部構造に固定するための固定部材を破断させることによって、前記ベースプレートと前記下部構造との間で滑りが生じるようにしたことを特徴とする地震時における橋梁支承の機能維持方法にある。

より具体的には、前記固定部材はボルトからなり、前記ベースプレートと前記下部構造との接合面に沿って該ボルトを破断させる。

また、この発明は、橋梁において上部構造と下部構造との間に設置される支承のベースプレートを、前記下部構造に固定するためのボルトであって、
ボルト軸部がボルト頭部側の大径軸部と、この大径軸部に段付き部を介して連設された小径軸部とからなり、
前記小径軸部の外周には前記段付き部側に所定長さの無ねじ部が存するように、雄ねじ部が形成されていることを特徴とする橋梁支承を下部構造に固定するためのボルトにある。

上記ボルトにおいて、前記ボルト軸部の先端から前記無ねじ部に亘って該軸部と軸線が一致する雌ねじ孔が形成され、この雌ねじ孔のねじと前記雄ねじ部のねじとは互いに逆ねじとなっている態様を採るとよい。

さらに、この発明は、橋梁において上部構造と下部構造との間に設置される支承のベースプレートと下部構造との固定構造であって、
前記下部構造に上端面が該下部構造と面一となるように埋め込まれる筒状カプラーと、このカプラーの下部に固定されて前記下部構造に埋め込まれるアンカーボルトと、前記ベースプレートに形成されたボルト孔に挿入されて前記カプラーに固定されるボルトとを備え、
前記筒状カプラーの内周には上部に無ねじ部が存するように雌ねじ部が形成され、
前記アンカーボルトはその上端部が前記筒状カプラーの前記雌ねじ部に螺着され、
前記ボルトは、そのボルト軸部が前記ベースプレートのボルト孔に挿入されるボルト頭部側の大径軸部と、この大径軸部に段付き部を介して連設され、前記カプラーに固定される小径軸部とからなり、
前記小径軸部の外周には前記段付き部側に所定長さの無ねじ部が存するように、雄ねじ部が形成され、
このボルトは前記小径軸部の前記無ねじ部中間部に前記カプラーの上端が位置するように、該無ねじ部が前記カプラーの前記無ねじ部に嵌合されるとともに、前記小径軸部の前記雄ねじ部が前記カプラーの前記雌ねじ部に螺着されていることを特徴とする橋梁支承と下部構造との固定構造にある。

上記固定構造において、前記ボルト軸部の先端から前記無ねじ部に亘って該軸部と軸線が一致する雌ねじ孔が形成され、この雌ねじ孔のねじと前記雄ねじ部のねじとは互いに逆ねじとなっている態様を採るとよい。

ここで、想定外の地震動とは、支承の設計に要求される地震強度を超える地震動のことであり、この地震動は例えば「道路橋示方書（Ｖ耐震設計編）・同解説」（社団法人 日本道路協会編）に示されているレベル２（Ｌ２）を越える地震動である。しかし、支承の設計に要求される地震強度は、今後変更されることも考えられ、同書に示されるＬ２地震動に限定されるものではない。

この発明によれば、想定外の地震動時に支承のベースプレートを下部構造に固定するための固定部材を破断させ、ベースプレートと下部構造との間で滑りが生じるようにしたので、支承は損壊を免れ、上部構造を支持する機能が維持される。このため、上部構造が沈下することがなく、路面の段差発生が防止される。また、下部構造には過大な水平荷重が加わることがないので、その破損が防止される。さらに、ベースプレートが下部構造との間で滑るときに発生する摩擦力により、上部構造の振動は大きく減衰し、その過大な変位を抑えることができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。橋軸方向矢視である図１及び橋軸直角方向矢視である図２には、橋梁支承の一例として、密閉ゴム支承板支承１が示されている。この密閉ゴム支承板支承１は、ポットベアリングとも称される周知のものである。すなわち、密閉ゴム支承板支承１はポット２を有する下沓３及び上沓４を備え、ポット２の内部にはゴムプレート及び中間プレートが収容されている。符号５で示す部材は中間プレートの外周に装着されたシールリングである。

上沓４は桁（上部構造）６の下面にソールプレート７を介して、セットボルト８により固定される。符号９で示す部材はせん断キーである。下沓３には上端が上沓４に係合可能なサイドブロック１０がボルト１１により固定されている。下沓３は溶接によりベースプレート１２に固定され、このベースプレート１２は複数の固定ボルト１３により橋脚（下部構造）の沓座モルタル１４に固定される。

以上のような密閉ゴム支承板支承の構造により、上部構造６は橋軸方向に移動可能であり、またポット２内のゴムプレートが圧縮変形することにより回転可能である。また、上部構造６はサイドブロック１０により橋軸直角方向の移動を拘束されるとともに、上揚移動が拘束される。

この発明によれば、ベースプレート１２は、より具体的には、次のようにして沓座モルタル１４に固定される。すなわち、アンカーボルト１６の上端部が固定された筒状カプラー１５が、沓座モルタル１４に埋め込まれている。筒状カプラー１５は上端面が沓座モルタル１４と面一となるように埋め込まれ、固定ボルト１３はベースプレート１２に設けられたボルト孔１７に挿入されて筒状カプラー１５に固定される。

ここで、固定ボルト１３の強度は、支承１を構成する他の部材、セットボルト８やせん断キー９、サイドブロック１０の固定ボルト１１などよりも小さく設定されている。すなわち、ベースプレート１２を沓座モルタル１４に固定する固定ボルト１３にヒューズ機能を持たせてある。したがって、想定外の地震動が発生すると、ベースプレート１２とカプラー１５との間の接合面に作用するせん断力により固定ボルト１３が破断する。固定ボルト１３が破断すると、ベースプレート１２の沓座モルタル１４への固定が解除され、ベースプレート１２は上部構造６の動きに追従して沓座モルタル１４の上を自由に滑動する。

この結果、支承１は損壊を免れ、上部構造６を支持する機能は維持されることとなる。このため、上部構造６が沈下することがなく、路面の段差発生が防止される。また、下部構造には過大な水平荷重が加わることがないので、その破損が防止される。さらに、ベースプレート１２が沓座モルタル１４との間で滑るときに発生する摩擦力により、上部構造６の振動は大きく減衰し、その過大な変位を抑えることができる。なお、必要以上にベースプレート１２が滑動しないように、変位制限構造を併用するようにしてもよい。

図３はベースプレート１２を沓座モルタル１４に固定するための固定ボルト１３及びカプラー１５の詳細を示す図であり、図４はこれらの部材による固定構造を示す断面図である。固定ボルト１３は、図３（ａ）に示すように、ボルト軸部２０がボルト頭部２３側の大径軸部２１と、この大径軸部２１に段付き部２４を介して連設された小径軸部２２とからなっている。小径軸部２２の外周には段付き部２４側に所定長さの無ねじ部２５が存するように、雄ねじ部２６が形成されている。また、軸部２０の先端から無ねじ部２５さらには大径軸部２１の先端部に亘って、軸部２０と軸線が一致する雌ねじ孔２７が形成されている。そして、この雌ねじ孔２７のねじと雄ねじ部２６のねじとは、互いに逆ねじとなっている。

カプラー１５は、図３（ｂ）に示すように、その内周には上部に無ねじ部２８が存するように雌ねじ部２９が形成されている。この雌ねじ部２９に固定ボルト１３の雄ねじ部２６が螺着されるとともに、無ねじ部２８に固定ボルト１３の無ねじ部２５が嵌合される。無ねじ部２５，２８どうしが嵌合した状態で、カプラー１５の上端が固定ボルト１３の無ねじ部２５の中間部に位置するようになる。図３における鎖線Ａは、無ねじ部２５，２６が嵌合した際に、カプラー１５の上端と一致する固定ボルト１３の無ねじ部２５の位置を示している。この位置は後述する破断位置である。

図４に示すように、カプラー１５にはその雌ねじ部２９の下部に、アンカーボルト１６の上端部が螺着される。このカプラー１５は、前述したように、沓座モルタル１４に上端面が面一となるように埋め込まれる。ベースプレート１２に設けられたボルト孔１７に固定ボルト１３が挿入され、その雄ねじ部２６がカプラー１５の雌ねじ部２９の上部に螺着される。固定ボルト１３がカプラー１５に螺着された状態で、前述のように固定ボルト１３の無ねじ部２５がカプラー１５の無ねじ部２８に嵌合され、カプラー１５の上端が無ねじ部２５の中間部に位置する。また、ボルト孔１７は固定ボルト１３の大径軸部２１よりも径が大きくなっていて、大径軸部２１はボルト孔１７に遊隙をもって嵌合される。

想定外の地震動が発生すると、固定ボルト１３が破断することは前述したところであるが、上記のような固定ボルト１３を用いたベースプレートの固定構造とすることにより、固定ボルト１３を確実に破断させることができる。すなわち、ベースプレート１２と沓座モルタル１４との接合面に沿って固定ボルト１３に加わるせん断力は、固定ボルト１３の小径となっている無ねじ部２５に作用し、固定ボルト１３は図３に示した鎖線Ａの位置で破断する。図４のジグザグ線Ｂは、破断面を示している。

固定ボルト１３が破断すると、ベースプレート１２が上部構造６の動きに追従して沓座モルタル１４の上を自由に滑動するのは、前述したとおりである。固定ボルト１３の破断後の復旧措置は、次のようにして行われる。
(1) 先ず、上部構造（桁）６を動かして上下沓３，４とともにベースプレート１２を定位置に戻す。このとき、上記固定構造によりボルト孔１７はカプラー１５の孔（無ねじ部）２８よりも必然的に大きなものとなっていることから、容易に位置決めをすることができる。
(2) 破断して残ったボルト部分は雌ねじ孔２７が開口しているので、この雌ねじ孔２７にこれと適合する図示しないボルトをねじ込む。そして、ボルトを最大限ねじ込んだ後もさらに同方向に回転させると、雌ねじ孔２７と雌ねじ部２６のねじは逆方向であることから、破断して残ったボルト部分がカプラー１５から抜け出てくる。

(3) 新たな固定ボルト１３をボルト孔１７に挿入し、カプラー１５に螺着する。
(4) 以上のようにして、復旧が完了する。

この発明によるベースプレートの固定構造は、通常時における支承のメンテナンスの際にも利点を発揮する。すなわち、カプラー方式であるので、支承の交換が必要となったときには、固定ボルト１３を抜き取ることができる。そして、上部構造をせん断キー９の高さ分ジャッキアップすれば、上下沓３，４をベースプレート１２とともに沓座１４から引き出すことができる。また、新たな支承を据え付けるときも、ボルト孔１７がカプラー１５の孔２８よりも大きいので容易に位置決めをすることができる。したがって、支承の交換作業が容易である。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では、支承として密閉ゴム支承板支承が示されているが、これに限らず、ピン支承やピボット支承などの他の鋼製支承の場合も、この発明を適用できる。

この発明の実施形態を示す橋軸方向矢視である。 同実施形態を示す橋軸直角方向矢視である。 ベースプレートを下部構造に固定するための固定ボルト及びカプラーの詳細を示す図である。 ベースプレートと下部構造との固定構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 密閉ゴム支承板支承
２ ポット
３ 下沓
４ 上沓
６ 桁（上部構造）
７ ソールプレート
８ セットボルト
９ せん断キー
１０ サイドブロック
１２ ベースプレート
１３ 固定ボルト
１４ 沓座モルタル（下部構造）
１５ カプラー
１６ アンカーボルト
１７ ボルト孔
２０ ボルト軸部
２１ 大径軸部
２２ 小径軸部
２４ 段付き部
２５ 無ねじ部
２６ 雄ねじ部
２７ 雌ねじ孔
２８ 無ねじ部
２９ 雌ねじ部

Claims (6)

1. 橋梁において上部構造と下部構造との間に設置される支承が、想定外の地震動により損壊するのを防止して、その機能を維持する方法であって、
   前記想定外の地震動が発生したとき、前記支承のベースプレートを下部構造に固定するための固定部材を破断させることによって、前記ベースプレートと前記下部構造との間で滑りが生じるようにしたことを特徴とする地震時における橋梁支承の機能維持方法。
2. 前記固定部材はボルトからなり、前記ベースプレートと前記下部構造との接合面に沿って該ボルトを破断させることを特徴とする請求項１記載の地震時における橋梁支承の機能維持方法。
3. 橋梁において上部構造と下部構造との間に設置される支承のベースプレートを、前記下部構造に固定するためのボルトであって、
   ボルト軸部がボルト頭部側の大径軸部と、この大径軸部に段付き部を介して連設された小径軸部とからなり、
   前記小径軸部の外周には前記段付き部側に所定長さの無ねじ部が存するように、雄ねじ部が形成されていることを特徴とする橋梁支承を下部構造に固定するためのボルト。
4. 前記軸部の先端から前記無ねじ部に亘って該軸部と軸線が一致する雌ねじ孔が形成されて、この雌ねじ孔のねじと前記雄ねじ部のねじとは互いに逆ねじとなっていることを特徴とする請求項３記載の橋梁支承を下部構造に固定するためのボルト。
5. 橋梁において上部構造と下部構造との間に設置される支承のベースプレートと下部構造との固定構造であって、
   前記下部構造に上端面が該下部構造と面一となるように埋め込まれる筒状カプラーと、このカプラーの下部に固定されて前記下部構造に埋め込まれるアンカーボルトと、前記ベースプレートに形成されたボルト孔に挿入されて前記カプラーに固定されるボルトとを備え、
   前記筒状カプラーの内周には上部に無ねじ部が存するように雌ねじ部が形成され、
   前記アンカーボルトはその上端部が前記筒状カプラーの前記雌ねじ部に螺着され、
   前記ボルトは、そのボルト軸部が前記ベースプレートのボルト孔に挿入されるボルト頭部側の大径軸部と、この大径軸部に段付き部を介して連設され、前記カプラーに固定される小径軸部とからなり、
   前記小径軸部の外周には前記段付き部側に所定長さの無ねじ部が存するように、雄ねじ部が形成され、
   このボルトは前記小径軸部の前記無ねじ部中間部に前記カプラーの上端が位置するように、該無ねじ部が前記カプラーの前記無ねじ部に嵌合されるとともに、前記小径軸部の前記雄ねじ部が前記カプラーの前記雌ねじ部に螺着されていることを特徴とする橋梁支承と下部構造との固定構造。
6. 前記ボルト軸部の先端から前記無ねじ部に亘って該軸部と軸線が一致する雌ねじ孔が形成され、この雌ねじ孔のねじと前記雄ねじ部のねじとは互いに逆ねじとなっていることを特徴とする請求項５記載の橋梁支承と下部構造との固定構造。

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