JP2006233591A - 橋梁における固定支承部の支承構造及び既設橋梁の耐震補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反力分散構造や免震構造の問題点を解消し、しかも工事費用が安価であって経済性に優れた、橋梁における固定支承部の支承構造及び既設橋梁の耐震補強方法を提供する。
【解決手段】橋梁における固定支承部の支承構造であって、上部構造１の鉛直荷重を支持するために上下部構造１，４間に設置される可動支承５と、上部構造１の水平変位を拘束して、可動支承５を固定支承として機能させるために、該可動支承と組み合わせて上下部構造１，４間に設置される変位拘束装置とからなり、変位拘束装置は低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ダンパー８と、ストッパ９とを備えてなる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、橋梁における固定支承部の支承構造及び既設橋梁の耐震補強方法に関し、さらに詳細には、低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ダンパーによる橋梁の耐震技術に関する。

兵庫県南部地震以来、新設橋梁においては橋脚の耐震性能が高められ、さらに落橋防止システムの適用、反力分散構造や免震構造の採用などが図られている。一方、既設橋梁においても、下部構造の補強や支承取り替え及び落橋防止システムの付加などの耐震補強工事が実施されている。しかし、既設橋梁の場合は、施工条件が困難である場合や既設構造の耐力や遊間が不足する場合なども多く、補強工事はいまだに完了していない。

図９は固定支承部Ｆ及び可動支承部Ｍを有する連続桁橋を示している。（ａ）は補強前の状態を示し、この連続桁橋を耐震補強する場合、（ｂ）に示すように固定支承部Ｆの橋脚を鋼板や繊維モルタルなどの補強部材１００で補強することが一般に行われている。しかし、固定橋脚の耐震補強は大規模な補強を必要とする場合があり、工事費用が増大するという問題がある。

また、反力分散構造や免震構造とする橋梁の耐震補強方法も知られている。これらの方法は、支承部を弾性支持構造とし、下部構造の水平反力を分散することや上部構造の固有周期を長周期化することで地震動との共振現象を避け、下部構造の負荷を減少させる方法である。

しかし、これらの方法は、(1) 橋脚の負荷を低減させるが上部構造の移動量が大きくなり、桁遊間確保が困難となる、(2) 軟弱地盤の橋梁への適用が困難となる、(3) 常時における活荷重による振動などが問題となる場合がある、(4) 特に既設橋梁への対応が難しい等の問題がある。

なお、この発明に関連する技術が記載された文献として特許文献１，２を挙げることができる。特許文献１には橋梁の可動支承部に低降伏点鋼を用いた棒状のダンパーを設置する技術が開示されている。また、特許文献２には積層ゴムからなるアイソレータと組み合わせて、低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ダンパーを設置する建物の免震装置が開示されている。このダンパーは常時はストッパから所定距離だけ離隔していて、地震時に基礎構造が変位したときにのみ機能する。
特開平９−４９２０９号公報 特開平１０−７７７５０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、反力分散構造や免震構造の問題点を解消し、しかも工事費用が安価であって経済性に優れた、橋梁における固定支承部の支承構造及び既設橋梁の耐震補強方法を提供することにある。

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、橋梁における固定支承部の支承構造であって、
上部構造の鉛直荷重を支持するために上下部構造間に設置される可動支承と、前記上部構造の水平変位を拘束して、前記可動支承を固定支承として機能させるために、該可動支承と組み合わせて上下部構造間に設置される変位拘束装置とからなり、
前記変位拘束装置は低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ダンパーを備えてなることを特徴とする橋梁における固定支承部の支承構造にある。

より具体的には、前記変位拘束装置は前記上下部構造の一方に設置される前記せん断ダンパーと、前記上下部構造の他方に設置され、前記せん断ダンパーを上下部構造間に固定するストッパとを備えてなる。

また、この発明は、固定支承部と可動支承部とを備えた既設橋梁の耐震補強方法であって、
前記固定支承部において、上部構造の鉛直荷重を支持するために、既設の固定支承に替えて可動支承を設置するとともに、
前記上部構造の水平変位を拘束して、前記可動支承を固定支承として機能させるために、該可動支承と組み合わせて変位拘束装置を設置し、
前記変位拘束装置は低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ダンパーを備えてなることを特徴とする既設橋梁の耐震補強方法にある。

より具体的には、前記変位拘束装置は前記上下部構造の一方に設置される前記せん断ダンパーと、前記上下部構造の他方に設置され、前記せん断ダンパーを上下部構造間に固定するストッパとを備えてなる。この補強方法は、例えば、連続桁橋からなる既設橋梁に適用でき、この場合、前記変位拘束装置は前記上部構造の橋軸方向変位を拘束するものとなる。また、前記固定支承部における既設の固定支承は金属支承であり、これを例えば可動ゴム支承に取り替える。

この発明によれば、固定支承部において可動支承と組み合わせてせん断パネル型ダンパーを備えた変位拘束装置を設置するので、常時やレベルの低い地震動時までは可動支承が固定支承として機能し、レベルの高い地震動時においてせん断パネル型ダンパーが降伏点に達した後に、はじめて可動支承が可動支承として機能する。したがって、反力分散構造や免震構造の問題点を有することなく、下部構造に加わる地震応答を保有耐力以下に低減することができる。また、既設橋梁については、下部構造の補強の必要がないので、工事費用を安価に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。この発明の支承構造は、新設橋梁の固定支承部にも適用できるが、以下、既設橋梁の固定支承部に適用して耐震補強する場合を例にとって説明する。

図１は、固定支承部Ｆ及び可動支承部Ｍを有する既設の連続桁橋を示している。既設の連続桁橋で支承部に用いられている支承の多くは、固定支承部Ｆ及び可動支承部Ｍともに金属支承である。この発明によれば、耐震補強は固定支承部Ｆの支承構造を変えることによって行われる。すなわち、固定支承部Ｆにおいて既設の固定支承に替えて可動支承を設置するとともに、この可動支承と組み合わせてせん断パネル型ダンパー（以下、単にせん断ダンパーという）を備えた変位拘束装置を設置する。

図２〜図４は耐震補強された固定支承部の詳細構造を示し、図２は橋軸方向矢視図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図（橋軸直角方向矢視断面図）である。上部構造を構成する桁は、１対の主桁１，１と横桁２とからなっている。主桁１，１の下部フランジ３と下部構造（橋脚）４との間に、それまで上部構造の鉛直荷重を支持するために設置されていた固定支承に替えて可動支承５が設置される。可動支承としては、図示の実施形態ではゴム支承５が用いられているが、支承板支承やローラ支承などの金属支承を用いてもよい。

図５に示すように、ゴム支承５が設置されるベースプレート６には、橋軸方向に沿う両側部にサイドブロック７がそれぞれ設けられる。ゴム支承５は、このサイドブロック７により橋軸直角方向のせん断変形が制限される。したがって、仮に、以下で説明するせん断ダンパーによる変位拘束装置が無いとすれば、ゴム支承５は橋軸方向にせん断変形して上部構造が橋軸方向に変位することが可能である。

再び図２〜図４を参照し、変位拘束装置はせん断ダンパー８とストッパ９とからなっている。せん断ダンパー８は可動支承５，５間における橋脚４上に、この実施形態では２基設置されている。せん断ダンパー８は、Ｈ型の鋼材からなり、ウェブ１０の部分が鉛直方向かつ橋軸方向を向くようにして、ベースプレート１１上に溶接などによって固定されている。このウェブ１０の部分がダンパー本体であり、この部分が低降伏点鋼からなっている。低降伏点鋼は、普通鋼に比べて適度な低降伏性を有し、延性が極めて高い鋼材（SM400 の２〜３倍以上の伸び性能を有する）である。なお、ダンパー本体であるウェブ１０の両側面上部には補強リブ１２が設けられている。

ストッパ９は主桁１の下部フランジ３に両端部が固定される橋軸直角方向の固定梁であり、せん断ダンパー８を橋軸方向に挟むように１対設けられる。これらのストッパ９は、せん断ダンパー８のフランジ１３に当接し（この当接とは実質的に当接しているという意味であり、微少な隙間がある場合も含まれる）、せん断ダンパー８を上下部構造１，４間に固定している。したがって、可動支承５は橋軸方向のせん断変形をすることができず、上部構造１の橋軸方向変位が拘束される。すなわち、可動支承５は常時やレベル１地震動時までは固定支承として機能し、図１に示した連続桁橋は固定支承部Ｆ及び可動支承部Ｍをもつ橋梁構造のままである。なお、レベル１地震動とは、「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）に示されている地震動のことである（以下に記載するレベル２地震動も同様）。

ここで、レベル２地震動に相当する地震によってせん断ダンパー８に大きな水平荷重が加わると、せん断ダンパー８は降伏点に達し、せん断塑性変形する。これに伴い、ゴム支承５もせん断変形が可能となることから、上部構造１が橋軸方向に変位する。これにより、地震応答を既設橋脚の保有耐力以下に低減することができる。すなわち、固定橋脚４を補強することなく、レベル２地震動に対応することができる。また、低降伏点鋼を用いたせん断ダンパー８は、せん断塑性変形時に履歴減衰性をもつことから、地震動のエネルギーを吸収し、振動を減衰させることができる。

上記実施形態では、固定支承部Ｆの固定支承（金属支承）のみ可動ゴム支承に替えたが、可動支承部Ｍの可動支承（金属支承）も全て可動ゴム支承に替えてもよい。この場合、図１に示した橋梁は、レベル２地震動時にのみ反力分散構造の橋梁と同様の挙動をすることになる。また、固定支承部Ｆ及び可動支承部Ｍの支承を全て免震支承に替えてもよい。この場合、図１に示した橋梁は、レベル２地震動時にのみ免震構造の橋梁と同様の挙動をすることになる。

図６は別の実施形態を示す平面図である。上記実施形態では、上部構造１の橋軸直角方向の移動を制限するためにサイドブロック７を設けた。この実施形態はサイドブロック７によらず、上記と同様のせん断ダンパーによって、上部構造１の橋軸方向の移動を制限するようにしたものである。このため、１対のストッパ９，９間に別の１対のストッパ１４が固定されている。このストッパ１４，１４間にせん断ダンパー１５が設置される。これにより、上部構造は常時及びレベル１地震動時までは橋軸直角方向の変位が拘束されるが、レベル２地震時においてせん断ダンパー１５がせん断塑性変形することから、橋軸直角方向にも変位することが可能となる。

図７は、さらに別の実施形態を示す図である。この実施形態はアーチ橋に、この発明の支承構造を適用したものである。図７（ａ）に全体を示す上路式アーチ橋、あるいは中路式アーチ橋において、常時の橋軸方向の変位を抑えるために補剛桁２０の端部を固定支承部Ｆとする場合がある。この場合、図７（ｂ）に示すように、橋台２１と端横桁２２との間に図示しない可動支承を設置するとともに、これと組み合わせてせん断ダンパー８とストッパ９とを備えた変位拘束装置を設置することができる。

図８は、さらに別の実施形態を示す図である。この実施形態は、斜長橋や吊橋などの長大橋において、橋軸直角方向の変位を拘束するためにウィンドタングが設けられる部分にこの発明の支承構造を適用したものである。図示しない可動支承と組み合わせて設置されるせん断ダンパー８は主塔柱２３，２３間の主塔横梁２４上に設けられ、ストッパ９は補剛桁２５に設けられる。

上記各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、上記各実施形態ではせん断ダンパー８を下部構造にストッパを上部構造にそれぞれ設置したが、これとは逆にせん断ダンパーを上部構造にストッパを下部構造にそれぞれ設置することも可能である。

この発明の適用例としての連続桁橋を示す図である。 固定支承部の詳細構造を示す橋軸方向矢視図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 ゴム支承の橋軸直角方向の変位を制限する手段としてサイドブロックを用いた例を示す図である。 別の実施形態を示す図である。 さらに別の実施形態を示す図である。 さらに別の実施形態を示す図である。 従来の補強方法を示す図である。

符号の説明

１ 主桁（上部構造）
４ 橋脚（下部構造）
４ 固定橋脚
５ ゴム支承（可動支承）
７ サイドブロック
８ せん断ダンパー
９ ストッパ
１０ ウェブ（ダンパー本体）
Ｆ 固定支承部
Ｍ 可動支承部

Claims (6)

1. 橋梁における固定支承部の支承構造であって、
   上部構造の鉛直荷重を支持するために上下部構造間に設置される可動支承と、前記上部構造の水平変位を拘束して、前記可動支承を固定支承として機能させるために、該可動支承と組み合わせて上下部構造間に設置される変位拘束装置とからなり、
   前記変位拘束装置は低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ダンパーを備えてなることを特徴とする橋梁における固定支承部の支承構造。
2. 前記変位拘束装置は前記上下部構造の一方に設置される前記せん断ダンパーと、前記上下部構造の他方に設置され、前記せん断ダンパーを上下部構造間に固定するストッパとを備えてなることを特徴とする請求項１記載の橋梁における固定支承部の支承構造。
3. 固定支承部と可動支承部とを備えた既設橋梁の耐震補強方法であって、
   前記固定支承部において、上部構造の鉛直荷重を支持するために、既設の固定支承に替えて可動支承を設置するとともに、
   前記上部構造の水平変位を拘束して、前記可動支承を固定支承として機能させるために、該可動支承と組み合わせて変位拘束装置を設置し、
   前記変位拘束装置は低降伏点鋼を用いたせん断パネル型ダンパーを備えてなることを特徴とする既設橋梁の耐震補強方法。
4. 前記変位拘束装置は前記上下部構造の一方に設置される前記せん断ダンパーと、前記上下部構造の他方に設置され、前記せん断ダンパーを上下部構造間に固定するストッパとを備えてなることを特徴とする請求項３記載の既設橋梁の耐震補強方法。
5. 前記既設橋梁は連続桁橋からなり、前記変位拘束装置は前記上部構造の橋軸方向変位を拘束するものであることを特徴とする請求項３又は４記載の既設橋梁の耐震補強方法。
6. 前記固定支承部における既設の固定支承は金属支承であり、これを可動ゴム支承に取り替えることを特徴とする請求項３又は４記載の既設橋梁の耐震補強方法。

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