JP2006241815A - 幾何剛性付加滑り型支承とその配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム支承や過大な変位を制限する機能ストッパーを必要とせず、支承構造が簡易であり、かつ施工コストを低減できる幾何剛性付加滑り型支承とその配置構造の提供。
【解決手段】橋桁などの上部構造２を可動的に支持し、橋脚、橋台などの下部構造１に上部構造２の荷重を伝達する構造物の滑り型支承１３であって、該滑り型支承１３は、下部構造１に固着した下沓１５と上部構造２に固着した上沓１４との滑り面１６に、傾斜面（イ）や曲面（ロ）からなる幾何剛性を有した移動制限機構を設けた構成であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に道路、鉄橋の橋桁などの上部構造を可動的に支持し、橋脚、橋台などの下部構造に上部構造の荷重を伝達する滑り型支承を備えてなる構造物において、構造物に過大な変位荷重が作用したとき、上部構造の移動を制限する移動制限機構として前記滑り型支承の滑り面に幾何剛性を付加した、幾何剛性付加滑り型支承とその配置構造に関する。

道路、鉄橋などの橋桁では、地震時や風荷重作用時に上部構造の振動を免震して下部構造に無理な応力を伝達しないよう、鋼製ピン支承や弾性支承、滑り支承などで上部構造を可動的に支持することが一般に行われている。前記各種の支承装置のなかで、最近、滑り型支承（滑り摩擦支承、滑り免震支承）の研究、開発が行われており、港大橋の耐震補強などでは実際に使用され始めている。

図１０は従来の滑り型支承系免震、分散橋を橋軸直角方向に示す説明図である。同図において、所定の間隔をあけて設けられた複数の橋脚１ａと橋台１ｂ（両者を含めて下部構造１という）の上部に滑り型支承３が設けられ、この滑り型支承３によって橋桁２ａ（以下、上部構造２という）が可動的に支持されている。滑り型支承３の詳細は、図１１に示されるように、上部構造２の下面に固着された鋼製の上沓４と下部構造１に固着された鋼製の下沓５が水平の平面からなる滑り面６で滑動自在に接して構成されている。図１０において、風荷重や地震動で上部構造２が橋軸直角方向に移動するときは、橋台１ｂの起立壁７が移動制限機構として機能し、上部構造２の両側部がこのの起立壁７に衝接することでその移動が制限される。

また、上部構造２の移動制限機構は、図１２のようにも構成される。同図において、上部構造２の下面の橋幅方向に間隔をあけて２組の滑り型支承３が設置されており、左右の滑り型支承３の中間部において、下部構造１の上面には水平剛性付加用ゴム支承８が設置されている。また、各滑り型支承３のそれぞれの両側において、下部構造１の上面には鋼製のストッパー１０が設置されている。前記の支承装置において、風荷重や地震動で上部構造２が橋軸直角方向に移動するとき、一体に水平剛性付加用ゴム支承８がせん断変形することで上部構造２の移動を制限する。さらにゴム支承８をせん断破壊するような過大な水平力が作用したときは、上沓４がストッパー１０と衝接することでその移動が制限され落橋を防止する。滑り型支承の従来技術としては、特開２００２−６１７０５（特許文献１）、特開２００４−７６３６４（特許文献２）、特開２００４−１６９７５９（特許文献３）がある。

滑り型支承を用いた橋梁は、滑り面の摩擦力によってのみ上部構造の地震時慣性力を伝達するため長周期化が図られ、耐震性能が向上するという特長を備えており、大重量の荷重を免震支持する支承として注目されている。しかしながら、従来の滑り型支承は滑り面が水平面のみで構成されており、この滑り型支承のみで上部構造を支持すると、上部構造が一方向に移動して下部構造から逸脱してしまう、いわゆる落橋の問題がある。このため従来、滑り型支承を用いる場合は、図１２のように該滑り型支承に水平剛性を付加するゴム支承８を併用し、或いは、滑り型支承の過大な変位を制限する機能を持ったストッパー１０を併用している。
特開２００２−６１７０５公報 特開２００４−７６３６４公報 特開２００４−１６９７５９公報

滑り型支承は、上部構造の荷重を円滑に支持して上部構造の振動を免震することができる特長があるが、従来の滑り型支承は水平面のみであるため、この滑り型支承で上部構造を支持すると、地震時や風荷重作用時に上部構造が一方向に移動して下部構造から逸脱してしまうこと、いわゆる落橋の問題がある。そのため水平剛性を付加するゴム支承や過大な変位を制限する機能ストッパーを併用する必要があり、そのために下部構造と上部構造との間に大きな空間が必要となると共に支承構造が複雑になり、特に、大橋の橋桁など大荷重の移動制限機構を構築するには施工コストが著しく増大する問題があった。

本発明は、滑り型支承に幾何剛性を付加することにより前記の問題を解決したもので、従来の水平剛性を付加するゴム支承や過大な変位を制限する機能ストッパーを必要とせず、それゆえに、下部構造と上部構造との間に大きな空間が必要でなく、また、支承構造が簡易であり、かつ施工コストを低減できる幾何剛性付加滑り型支承を提案するものである。

前記の目的を達成するため、本発明は、次のように構成する。

第１の発明は、橋桁などの上部構造を可動的に支持し、橋脚、橋台などの下部構造に上部構造の荷重を伝達する構造物の滑り型支承であって、前記滑り型支承を下部構造に固着した下沓と上部構造に固着した上沓とで構成し、該下沓と上沓の滑り面に幾何剛性を有する移動制限機構を付加したことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記上沓と下沓の滑り面を（１）傾斜面、（２）曲面、（３）傾斜面＋水平面、（４）曲面＋水平面の何れかで形成し、前記傾斜面と曲面には、必要とする復元力又は変位制限機能を確保できる傾斜角を設定して移動制限機構を構成したことを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、前記上沓と下沓の滑り面を（１）傾斜面、（２）曲面、（３）傾斜面＋水平面、（４）曲面＋水平面の何れかで形成し、かつ前記傾斜面の角度、曲面の半径、水平面の長さを変化させることで、下部構造の耐震性能に余裕のある方向に地震時慣性力を分担させるように前記滑り面に必要な復元力特性を設定して移動制限機構を構成したことを特徴とする。

第４の発明は、橋桁などの上部構造と橋脚、橋台などの下部構造の間に滑り型支承を配置して上部構造の荷重を下部構造に伝達する構造物の滑り型支承の配置構造において、第１発明〜第３発明の幾何剛性付加滑り型支承と水平面のみからなる滑り型支承とを組み合わせることにより、上部構造を橋軸直角方向に移動制限可能に配置したことを特徴とする。

第５の発明は、橋桁などの上部構造と橋脚、橋台などの下部構造の間に滑り型支承を配置して上部構造の荷重を下部構造に伝達する構造物の滑り型支承の配置構造において、受動土圧側に耐震性能の余裕がある橋台と上部構造の間に第１発明〜第３発明の幾何剛性付加滑り型支承を配置し、かつ該幾何剛性付加滑り型支承には、前記橋台の背面側の滑り面のみに傾斜面や曲面を付加して、上部構造を橋軸直角方向に移動制限可能に構成した。

第６の発明は、橋桁などの上部構造と橋脚、橋台などの下部構造の間に滑り型支承を配置して上部構造の荷重を下部構造に伝達する構造物の滑り型支承の配置構造において、第１発明〜第３発明の幾何剛性付加滑り型支承を下部構造と上部構造の間に複数設置することにより、各幾何剛性付加滑り型支承に橋軸直角方向の剛性を付加したことを特徴とする。

本発明によると、滑り面に（１）傾斜面、（２）曲面、（３）傾斜面＋水平面、（４）曲面＋水平面の何れかを形成してなる幾何剛性を付加したことで、滑り型支承そのものに復元剛性や移動制限機構（変位制限機能）を付加した支承構造としたので、地震時や風荷重作用時に上部構造が移動して円滑に免震でき、かつ上部構造が一方向に移動して下部構造から逸脱するおそれがなく、上部構造が橋桁であれば落橋のおそれをなくすことができ。さらに、従来の滑り型支承のように水平剛性を付加するゴム支承や過大な変位を制限する機能ストッパーを不要にでき、支承構造が簡易で、部材コストも安価であり、かつ施工コストを従来に比べて大幅に低減できる。

さらに、本発明の構造は、ゴム支承のように両方向のみでなく、片方のみに復元剛性を設定することが可能であり、橋台などの方向によって耐震性能が異なる場合などに合理的な設計が可能となる。さらに、上部構造と下部構造の間に大きな空間を必要とせず、桁高が制限された場所での支承の設置が可能となる。

さらに、本発明の滑り型支承は、滑り傾斜面の角度、曲面の半径、水平面の長さを変化させることで、多様な復元力特性を設定することが可能である。また、傾斜面や曲面を一方向のみに設置した場合、その方向のみに復元力を生じさせることができ、耐震性能に余裕のある方向に地震時慣性力を分担させることが可能である。

以下、本発明の実施形態として、幾何剛性により復元力や移動制限機構を付加した滑り型支承を図１〜図９を参照して説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の滑り型支承に復元力を発生させる機構説明図である。各図に示すように傾斜面（イ）および曲面（ロ）に反力Ｒのある物体（ニ）を置くと、傾斜角度θに応じて復元力Ｆ＝Ｒｓｉｎθが作用する。図１（ａ）に示すように一定の傾斜面の場合、反力Ｒが変化しない場合は、図１（ｂ）に示すように復元力Ｆは一定である。一方、図１（ｃ）のように曲面の場合は、図１（ｄ）に示すように復元力Ｆは移動量に応じて非線形的に増加する。このような復元力を幾何剛性と呼ぶ。

本発明は、図２、図３以下に示すように滑り型支承１３の上沓１４と下沓１５の滑り面１６に傾斜面（イ）または曲面（ロ）からなる幾何剛性を形成することで、該上沓１４と下沓１５の移動制限機構（変位制限機構）を構成したものである。このように本発明は、滑り面１６が幾何剛性を有する構成とした点に特徴があるので、本発明に係る滑り支承を「幾何剛性付加滑り型支承」と呼ぶ。前記の幾何剛性を滑り型支承に組み込んで構成するとき、滑り型支承の移動を制限するだけの機構とし、または移動を制限すると共に復元力も有した機構とする、両者何れの形態でも実施できる。したがって、本発明で移動制限機構というときは、前記両者の意味で用いる。

図２、図３以下において、幾何剛性を付加するための上沓１４と下沓１５の滑り面１６における傾斜面（イ）の傾斜角および曲面（ロ）の半径等は、滑り型支承１６が設置される橋の設置条件に応じて設定する。また、図２に示すように、滑り面１６は傾斜面（イ）または曲面（ロ）と水平面（ハ）を組み合わせることで、上沓１４と下沓１５に一定の移動量が相対的に生じた後に復元力が作用する構造とすることができる。

図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の滑り型支承の第１〜第４の実施形態の例である。各図において、左右方向が橋軸直角（橋幅）方向を示す。図３（ａ）は、上沓１４の滑り面の橋幅方向両側に幾何剛性を付加するための曲面（ロ）を形成した例を示し、図３（ｂ）は、下沓１５の滑り面の橋幅方向両側に幾何剛性を付加するための曲面（ロ）を形成した例を示す。前記において、曲面（ロ）を形成した上沓１４又は下沓１５と対面する側の上沓１４又は下沓１５の滑り面の両側には、前記曲面（ロ）と同じ曲率半径の曲面（ロ）を付形しておくのがよい。前記のように構成することで風荷重や地震動で上部構造２および下部構造１と一体の上沓１４と下沓１５が橋幅方向に移動するとき、曲面（ロ）のない側の上沓１４又は下沓１５が、対向する上沓１４又は下沓１５の曲面（ロ）に移動したとき幾何剛性の原理により、それ以上の移動が制限され、さらに復元力も付加される。

図３（ｃ）（ｄ）に示すように、幾何剛性付加のための傾斜面や曲面（図では曲面（ロ）の例を示す）を上沓１４と下沓１５の片方のみに配置することで、一方向のみに復元力を作用させることも可能である。前記において、曲面（ロ）を形成した上沓１４又は下沓１５と対面する側の上沓１４又は下沓１５の滑り面は片側のみ前記曲面（ロ）と同じ曲率半径の曲面（ロ）を付形しておくのがよい。その他の構成と作用は図３（ａ）（ｂ）と同じである。

図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の滑り型支承の第５〜第８の実施形態の例であり、各図は図３（ａ）〜（ｄ）に対応し図示している。図４（ａ）は、上沓１４の滑り面の橋幅方向中間部を頂点として、その両側に幾何剛性を付加するための傾斜面（イ）を形成した例を示し、図４（ｂ）は、下沓１５の滑り面の橋幅方向中間部を頂点として、その両側に幾何剛性を付加するための傾斜面（イ）を形成した例を示す。前記において、傾斜面（イ）を形成した上沓１４又は下沓１５と対面する側の上沓１４又は下沓１５の滑り面の両側には、互いに略同一の傾斜角からなる傾斜面（イ）を付形しておくのがよい。前記構成による作用は、図３（ａ）〜（ｄ）と同様である。すなわち、前記のように構成することで風荷重や地震動で上部構造２および下部構造１と一体の上沓１４と下沓１５が橋幅方向に移動するとき、傾斜面（イ）のない側の上沓１４又は下沓１５が、対向する上沓１４又は下沓１５の傾斜面（イ）に移動したとき幾何剛性の原理により、それ以上の移動が制限され復元力も付加される。

また、図５に示すように、幾何剛性付加滑り型支承１３は、従来の滑り面が平面の滑り型支承３と組み合わせることで、下部構造の作用力を調整できる。図５において、左右両側の橋台１ｂと上部構造２の間に、それぞれ傾斜面（イ）の上部側が橋桁の中央側に傾斜した幾何剛性付加滑り型支承１３が設置され、内側の２つの橋脚１ａと上部構造２との間には、従来型の滑り型支承３が設置された例を示す。これは橋台１ｂに設置の滑り型支承１３のみに橋軸直角方向の移動制限と復元力を作用させた事例である。

本発明の幾何剛性付加滑り型支承１３は、ゴム支承と異なり一方向のみに復元力を作用させるように構成することが可能である。したがって、図６に示すように、両側の橋台１ｂの受動土圧側に耐震性能の余裕がある場合は、左右両側の橋台１ｂと上部構造２に設置する幾何剛性付加滑り型支承１３において、橋台１ｂの背面側のみに傾斜面（イ）や曲面（ロ）を設けることができる（図には傾斜面（イ）の例を示す）。

また、上部構造２を落橋させないための変位制限構造として、図７に示すように、橋台１ｂの前面側のみに傾斜面（イ）や曲面（ロ）を設けることができる（図には傾斜面（イ）の例を示す）。

図８および図９は、下部構造１と上部構造２の間に複数の幾何剛性付加滑り型支承１３を設置し、該幾何剛性付加滑り型支承１３に橋軸直角方向の剛性を付加すると共に変位を制限した例を示す。図８は、上沓１４の滑り面の橋幅方向両側に幾何剛性を付加するための傾斜面（イ）を形成した例を示し、図９は、下沓１５の滑り面の橋幅方向両側に幾何剛性を付加するための傾斜面（イ）を形成した例を示す。前記において、傾斜面（イ）を形成した上沓１４又は下沓１５と対面する側の上沓１４又は下沓１５の滑り面の両側には、前記傾斜面（イ）と略同一の傾斜角からなる傾斜面（イ）を付形しておくのがよい。前記のように複数の幾何剛性付加滑り型支承１３を設置することで、両滑り型支承１３が協働して大荷重の上部構造２の変位制限機能を奏すことになる。

以上説明したように、本発明の幾何剛性付加滑り型支承は、従来に比べて剛性付加機能および変位制限機能兼ね備えた滑り型支承であり、（１）支承部構造が簡易で安価である。（２）傾斜角や曲率半径、水平面との組み合わせで多様な復元力を設定できる。（３）一方向のみの復元力を作用できるなどの長所を有するものである。なお、本発明は、道路、鉄橋の他に土木構造や各種建築構造物の移動制限機構付き滑り型支承にも適用できる。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の滑り型支承に復元力を発生させる機構の説明図である。 滑り面に幾何剛性を付加した滑り型支承の基本形態を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、幾何剛性付加滑り型支承の第１〜第４の実施形態の説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、幾何剛性付加滑り型支承の第５〜第８の実施形態の説明図である。 幾何剛性付加滑り型支承と従来型滑り型支承を組み合わせた配置構造の説明図である。 幾何剛性付加滑り型支承の他の配置構造の例を示す説明図である。 幾何剛性付加滑り型支承のさらに他の配置構造の例を示す説明図である。 幾何剛性付加滑り型支承のさらに他の配置構造の例を示す説明図である。 幾何剛性付加滑り型支承のさらに他の配置構造の例を示す説明図である。 従来の滑り型支承系免震、分散橋の説明図である。 図１０の滑り型支承の詳細図である。 従来の滑り型支承の他の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 下部構造
１ａ 橋脚
１ｂ 橋台
２ 上部構造
２ａ橋桁
３ 滑り型支承
４ 上沓
５ 下沓
６ 滑り面
７ 起立壁
８ 水平剛性付加用ゴム支承
１０ 鋼製のストッパー
１３ 滑り型支承
１４ 上沓
１５ 下沓
１６ 滑り面

Claims (6)

1. 橋桁などの上部構造を可動的に支持し、橋脚、橋台などの下部構造に上部構造の荷重を伝達する構造物の滑り型支承であって、前記滑り型支承を下部構造に固着した下沓と上部構造に固着した上沓とで構成し、該下沓と上沓の滑り面に幾何剛性を有する移動制限機構を付加したことを特徴とする幾何剛性付加滑り型支承。
2. 前記上沓と下沓の滑り面を（１）傾斜面、（２）曲面、（３）傾斜面＋水平面、（４）曲面＋水平面の何れかで形成し、前記傾斜面と曲面には、必要とする復元力又は変位制限機能を確保できる傾斜角を設定して前記移動制限機構を構成したことを特徴とする請求項１記載の幾何剛性付加滑り型支承。
3. 前記上沓と下沓の滑り面を（１）傾斜面、（２）曲面、（３）傾斜面＋水平面、（４）曲面＋水平面の何れかで形成し、かつ前記傾斜面の角度、曲面の半径、水平面の長さを変化させることで、下部構造の耐震性能に余裕のある方向に地震時慣性力を分担させるように前記滑り面に必要な復元力特性を設定して移動制限機構を構成したことを特徴とする請求項１記載の幾何剛性付加滑り型支承。
4. 橋桁などの上部構造と橋脚、橋台などの下部構造の間に滑り型支承を配置して上部構造の荷重を下部構造に伝達する構造物の滑り型支承の配置構造において、請求項１〜３の何れか１項に記載の幾何剛性付加滑り型支承と水平面のみからなる滑り型支承とを組み合わせることにより、上部構造を橋軸直角方向に移動制限可能に配置したことを特徴とする幾何剛性付加滑り型支承の配置構造。
5. 橋桁などの上部構造と橋脚、橋台などの下部構造の間に滑り型支承を配置して上部構造の荷重を下部構造に伝達する構造物の滑り型支承の配置構造において、受動土圧側に耐震性能の余裕がある橋台と上部構造の間に請求項１〜３の何れか１項に記載の幾何剛性付加滑り型支承を配置し、かつ該幾何剛性付加滑り型支承には、前記橋台の背面側の滑り面のみに傾斜面や曲面を付加して、上部構造を橋軸直角方向に移動制限可能に構成した幾何剛性付加滑り型支承の配置構造。
6. 橋桁などの上部構造と橋脚、橋台などの下部構造の間に滑り型支承を配置して上部構造の荷重を下部構造に伝達する構造物の滑り型支承の配置構造において、請求項１〜３の何れか１項に記載の幾何剛性付加滑り型支承を下部構造と上部構造の間に複数設置することにより、各幾何剛性付加滑り型支承に橋軸直角方向の剛性を付加したことを特徴とする幾何剛性付加滑り型支承の配置構造。

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