JP2006291536A - 橋桁浮き上がり防止装置及び橋桁浮き上がり防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 橋脚と橋桁との間に相対的な大変位を生じさせる外力が作用する場合であっても、橋桁の浮き上がりを抑制できるようにする。
【解決手段】 橋桁１４に固定された一対の定着部３１と、両端部が両定着部３１に定着されたケーブル３３と、両定着部３１間で橋脚１１に固定されるとともにケーブル３３が掛けられ、このケーブル３３が長さ方向に相対変位するのを許容する一方、ケーブル３３が上方向へ相対変位するのを規制する引掛部とを備えている。引掛部は、サドル３５に固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、橋梁での橋桁の浮き上がりを防止するための橋桁浮き上がり防止装置及び橋桁浮き上がり防止方法に関するものである。

従来、橋桁の浮き上がりを防止するために橋梁に設けられる橋桁浮き上がり防止装置が知られている。この種の橋桁浮き上がり防止装置としては、橋台に対する橋桁の浮き上がりを防止するようにしたものが例えば下記特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されたものは、図７に示すように、第１ケーブル６０ａと第２ケーブル６０ｂとからなる耐震ケーブル６０を橋桁６５内に挿通させるとともに、この耐震ケーブル６０の両端部を橋台６６の竪壁部６６ａ及び胸壁部６６ｂに定着することで落橋と浮き上がりとの双方を防止しようとするものである。具体的には、橋桁６５内にケーブル挿通孔６８が設けられ、このケーブル挿通孔６８は、両端が下面と橋軸方向外面とに開口し、４分の１円弧状に湾曲した形状に形成されている。このケーブル挿通孔６８の下面側の端部は、下側ほど橋軸方向両側に広がる側面視台形状に形成されている。そして、ケーブル挿通孔６８に第１ケーブル６０ａが挿通され、この第１ケーブル６０ａの一端が竪壁部６６ａに定着される一方、他端が橋桁６５の橋軸方向外面に定着されている。また、第２ケーブル６０ｂは、一端が第１ケーブル６０ａの他端に接続される一方、他端がスプリング６９を介して胸壁部６６ｂに定着されている。そして、橋桁６５を橋軸内方（図７における右方）へ移動させる外力を受けたときには、スプリング６９で橋桁６５の変位を吸収するとともに、スプリング６９の弾性力以上の外力に対しては胸壁部６６ｂの反力により橋桁６５の橋軸方向の変位を規制し、これにより落橋を防止できるようになっている。また、橋桁６５を浮き上がらせる外力を受けたときには、竪壁部６６ａの反力によって橋桁の浮き上がりを規制している。

一方、橋桁の浮き上がりを防止するものではないが、下記特許文献２に開示されているように、橋脚にケーブルを巻き付けて落橋を防止するようにしたものも知られている。
特開２００４−９２２６９号公報 特開２００４−１０７９８８号公報

前記特許文献１に開示された橋桁浮き上がり防止装置では、橋桁６５の橋軸方向の変位を規制するとともに、ケーブル挿通孔６８の下端部を側面視台形状にすることにより橋桁６５が橋軸方向に変位しても第１ケーブル６０ａが竪壁部６６ａと干渉しないようにしている。しかしながら、ケーブル挿通孔６８内での変位が可能となっているのみであることから、橋軸方向の橋桁６５の許容変位は僅かであり、橋桁６５の相対変位が例えば１ｍ程度のように、大変位が生じる場合にも対処できるものではない。このため、大地震等のように橋台６６と橋桁６５とを大きく水平方向に相対変位させる外力が発生した場合には、前記特許文献１の構造では橋桁６５の浮き上がりを防止するのは困難となる。また、耐震ケーブル６０、胸壁部６６ｂの耐震強度を上げて変位を規制する方策も考えられるが、その場合、外力の影響を橋台６６の基礎部が受けることになり、橋台６６の倒壊を誘引する虞がある。特許文献１では橋桁６５と橋台６６との間に橋桁浮き上がり防止装置が介在しているが、この防止装置を橋桁と橋脚との間に介在させた場合も同様と考えられる。したがって、大地震等のように橋桁と橋脚とが水平方向に大きく相対変位する外力を受けた場合には、橋脚と橋桁との水平方向の相対変位を規制する構成では、橋梁の倒壊を確実に防止することは困難である。

また、前記特許文献２の落橋防止装置においても、橋脚と橋桁との水平方向の相対変位を規制しようとする点で特許文献１のものと同様である。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、橋脚と橋桁との間に相対的な大変位を生じさせる外力が作用する場合であっても、橋桁の浮き上がりを抑制できるようにすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、橋脚に橋桁が支承された橋梁に適用される橋桁浮き上がり防止装置を前提として、前記橋桁に固定された一対の定着部と、両端部が前記両定着部に定着されたケーブルと、前記両定着部間で前記橋脚に支持されるとともに前記ケーブルが掛けられ、このケーブルが長さ方向に相対変位するのを許容する一方、前記ケーブルが上方向へ相対変位するのを規制する引掛部とを備えている。

この構成では、橋脚と橋桁との間に水平方向の相対変位を生じさせる外力が橋梁に作用した場合には、橋脚と橋桁とが水平方向に相対変位するのに応じて、引掛部に対してケーブルがその長さ方向に相対移動する。このためケーブル及びその定着部に大きな負荷がかからずに橋脚と橋桁の相対変位に追従することができる。一方、前記外力とは別に橋桁を浮き上がらせる外力が橋梁に作用した場合には、ケーブルが引掛部に引っ掛かるので、ケーブルの両端が定着された橋桁が橋脚に対して浮き上がるのを防止することができる。また、水平方向の外力とともに橋桁を浮き上がらせる外力が作用した場合には、ケーブルが引掛部に沿ってケーブル長さ方向に移動することで橋脚と橋桁の水平方向変位を許容し、それと同時にケーブルの幅方向の移動を規制することで橋桁の浮き上がりを防止することができる。このため、水平方向外力と鉛直方向外力とが同時に作用する場合であっても橋桁の浮き上がりを防止することができる。しかも、橋脚と橋桁との水平方向の相対変位が許容されるために、橋脚と橋桁との水平方向変位を規制する構成と異なり、水平方向変位を生じさせる外力を受けて橋脚自体が倒壊するという事態を回避することも可能である。

ここで、前記ケーブルが、橋軸方向に配設されている場合には、橋脚と橋桁とが橋軸方向に相対変位するような外力が作用した場合に有効に作用する。

この場合において、橋軸と直交する方向における前記橋脚の両側に配設されていてもよい。こうすれば、橋桁が橋軸と直交する方向に傾くような外力が作用した場合に、橋桁のうち橋脚を挟む一方の部位が浮き上がろうとするが、それを有効に防止することができる。したがって、橋桁が橋軸方向に直交する方向に傾くような外力が作用すると想定される場合に有効となる。

また、前記引掛部が、前記両定着部よりも下方に配設されていれば、橋桁の浮き上がりを効率的に防止することができる。

また、前記引掛部は、前記橋脚から側方に張り出した張り出し部の下面に固定されていてもよい。

また、本発明は、橋脚に橋桁が支承された橋梁での橋桁の浮き上がりを防止する方法を前提として、前記橋脚に支持された引掛部に掛けられて、前記橋桁に固定された一対の定着部に両端部が定着されたケーブルを用い、前記ケーブルと前記引掛部とがケーブル長さ方向に相対変位することにより、前記橋脚と前記橋桁との水平方向の相対変位を許容し、前記引掛部と前記ケーブルとのケーブル幅方向の相対変位を阻止することにより、前記橋脚に対する前記橋桁の浮き上がりを抑制する。

この防止方法では、橋脚と橋桁との間に水平方向の相対変位を生じさせる外力が橋梁に作用した場合に、橋脚と橋桁の相対変位に追従してケーブルをその長さ方向に変位させることができる一方、橋桁を浮き上がらせる外力が橋梁に作用した場合には、ケーブルの両端が定着された橋桁が橋脚に対して浮き上がるのを防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、橋脚と橋桁との間に水平方向に相対的な大変位が生ずる場合であっても、橋桁の浮き上がりを抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る橋桁浮き上がり防止装置（以下、単に防止装置という）３０は、橋脚１１に橋桁１４が支承された構造の橋梁に適用されるものであり、図例では斜張橋に適用した状態を示している。この斜張橋は、橋脚１１と、橋脚１１間（又は橋台及び橋脚１１間）に架設された橋桁１４とを備えるとともに、橋脚１１と橋桁１４との間には支承部材１５が介装されている。この支承部材１５は、橋脚１１と橋桁１４とが水平方向に相対変位可能に橋桁１４を支承している。

橋桁１４における橋脚１１の真上に当たる部位には、主塔１６が立設されている。主塔１６は、図２に示すように、橋桁１４における橋軸と直交する方向の中央部に立設されている。主塔１６と橋桁１４との間には、多数のケーブル１８が架設されており、橋桁１４はこれらケーブル１８に懸架されている。

橋脚１１の上端部には、側方に張り出した張り出し部１２が設けられている。この張り出し部１２は、橋軸と直交する方向に両側に張り出すように形成されている。

本実施形態の防止装置３０は、主塔１６（橋脚１１）を挟むように橋軸方向と直交する方向の両側に配設されている。各防止装置３０は、一対の定着部３１と、これら定着部３１に端部が定着されたケーブル３３と、サドル３５とをそれぞれ備えている。なお、図２中に仮想線で示す符号３４は、ケーブル３３の軸線を示している。

定着部３１は、主塔１６を挟んで橋軸方向の両側にそれぞれ配置されており、各定着部３１は、主塔１６の立設部からそれぞれ等距離のところに配置されて橋桁１４の下端部に固定されている。定着部３１は、図３にも示すように、鋼板を組み合わせた構成のものであり、橋桁１４に締結固定された基板３１ａと、この基板３１ａの下面に固定された支持プレート３１ｂと、この支持プレート３１ｂを補強する補強プレート３１ｃとを備えている。支持プレート３１ｂは、鉛直方向から下端部が主塔１６の立設部から離れる方向に傾くように傾斜した姿勢で配置されている。この支持プレート３１ｂには、貫通孔が形成されている。

ケーブル３３は、ケーブル本体３３ａと、このケーブル本体３３ａの端部に設けられたアンカー部３３ｂとを備えている。このようなケーブル３３として、例えば、橋脚１１から橋桁１４が脱落するのを防止するために用いられる落橋防止ケーブル３３を使用することができる。

ケーブル本体３３ａは、例えばＰＣ鋼線もしくはＰＣ鋼撚り線をポリエチレン被覆した構成のものを使用できるが、これに代え、カーボン材、アラミド材のものを使用することも可能である。この場合には、ケーブル本体３３ａが錆びないのでメンテナンスが楽になる。

ケーブル本体３３ａの端部は、支持プレート３１ｂの貫通孔に挿通されており、この状態でアンカー部３３ｂが支持プレート３１ｂに係合している。これにより、ケーブル３３は、両定着部３１間に架け渡された状態で保持されている。

ケーブル本体３３ａの端部には、支持プレート３１ｂとの間に緩衝材３３ｃが配設されており、これによりケーブル３３は数度程度の範囲で偏向可能となっている。

前記サドル３５は、図２に示すように、張り出し部１２の下面に固定されている。すなわち、張り出し部１２の下面には下方に延設される延設部１３が設けられていて、サドル３５は、水平面に形成された延設部１３の下面に固定されている。

サドル３５は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、サドル本体３６と、このサドル本体３６に固定された引掛部３７とを備えている。サドル本体３６は、鋼板を組み合わせた構造のものであり、天板３６ａと、この天板３６ａの下面に固定された支持部３６ｂとを備えている。天板３６ａは、延設部１３の下面に締結固定されていて、水平に配置されている。支持部３６ｂは、天板３６ａから下方に延びるように配置されている。支持部３６ｂは、間隔をおいて配置される複数の台形板３６ｃと、台形板３６ｃに直交する方向に配置されて台形板３６ｃ間に架設される接続板３６ｄとからなる。

各台形板３６ｃの下端部には、上方に向かって切り欠かれている切欠き部３６ｅがそれぞれ２つずつ形成されている。各台形板３６ｃの高さは、中央に配置される台形板３６ｃが最も大きく、端に配置される台形板３６ｃほど小さくなっている。切欠き部３６ｅの上端部は、それぞれ円弧状に形成されている。

前記引掛部３７は２つ設けられていて、それぞれ切欠き部３６ｅに嵌め込まれている。各引掛部３７は、上に凸の円弧部を有する逆Ｕ字状断面を有する（図４（ｂ）参照）とともに、ケーブル長さ方向で下に凸の湾曲状に構成されている（図４（ａ）参照）。そして、引掛部３７は、各台形板３６ｃの切欠き部３６ｅの上端部に沿うように台形板３６ｃ間に架け渡されている。引掛部３７の円弧部断面は、ケーブル本体３３ａの外径に応じた円弧状に形成されている。

ケーブル３３は、ケーブル本体３３ａが引掛部３７に下から掛けられていて、引掛部３７の下面に沿うように配設されている。このため、ケーブル３３は、引掛部３７に対してケーブル長さ方向に相対的に変位可能となっている一方、ケーブル３３は、引掛部３７によってケーブル幅方向（上方）に変位できないように規制されている。すなわち、ケーブル３３が引掛部３７に対して上方向へ変位できないように規制されているために、ケーブル端部が定着された橋桁１４が、橋脚１１に対して上方向へ変位しようとするのを抑制するようになっている。

本実施形態のサドル３５は、引掛部３７が２つ並んで設けられた構成としているが、これに限られるものではなく、例えば引掛部３７が１つだけ設けられた構成であっても、３つ以上設けられた構成であってもよい。また、両防止装置３０間で引掛部３７の数が異なっていてもよい。すなわち、各防止装置３０にかかる負荷に応じてケーブル数を適宜設定し、それに応じて引掛部３７の数を設定すればよい。

なお、引掛部３７を例えば下に凸の湾曲状に形成された円筒状に形成し、ケーブル３３がこの中に挿通される構成としてもよい。

ここで、ケーブル３３の選定に当たっては、図５に示すように、ケーブル３３の橋桁１４への定着点３８Ａ、引掛部３７によるケーブル３３の押え点３８Ｂの配置関係を考慮した上で、ケーブル３３に生ずる引張力Ｐｃを導出し、それに基づいてケーブル３３を選定すればよい。すなわち、定着点３８Ａ，３８Ａ間の距離を２Ｌとし、定着点３８Ａと押え点３８Ｂとの高さの差をＨとし、ケーブル３３の水平面からの傾き角度をθとし、初期ケーブル長をＬｃとすると、両定着点３８Ａ，３８Ａ及び押え点３８Ｂの配置関係が二等辺三角形となっていることから、
θ＝ｔａｎ^-1（Ｈ／Ｌ）
Ｌｃ＝２Ｌ／ｃｏｓθ
の関係がある。そして、定着点３８Ａにおいてケーブル端部を鉛直に持ち上げる方向に働く力Ｐｖが作用した場合、ケーブル３３に作用する引張力Ｐｃは、
Ｐｃ＝Ｐｖ／（２ｓｉｎθ・ｎ）
で表すことができる。なお、ｎはケーブル本数であり、本実施形態ではｎ＝４である。そして、この引張力Ｐｃに引掛部３７との摩擦力を考慮した安全率をかけることにより、ケーブル３３の許容応力を求めることができ、これを基準としてケーブル３３を選定することができる。

以上説明したように、本実施形態では、橋脚１１と橋桁１４とを水平方向に相対変位させる外力が橋梁に作用した場合には、橋脚１１と橋桁１４とが水平方向に相対変位するのに応じて、引掛部３７に沿ってケーブル３３がその長さ方向に移動する。このためケーブル３３及びその定着部３１に大きな負荷がかからずに橋脚１１と橋桁１４の相対変位に追従することができる。一方、前記外力とは別に橋桁１４を浮き上がらせる外力が橋梁に作用した場合には、ケーブル３３が引掛部３７に引っ掛かるので、ケーブル３３の両端が定着された橋桁１４が橋脚１１に対して浮き上がるのを防止することができる。また、水平方向の外力とともに橋桁１４を浮き上がらせる外力が作用した場合には、ケーブル３３が引掛部３７に沿ってケーブル長さ方向に移動することで橋脚１１と橋桁１４の水平方向変位を許容し、それと同時にケーブル３３の幅方向の移動を規制することで橋桁１４の浮き上がりを防止することができる。このため、水平方向外力と鉛直方向外力とが同時に作用する場合であっても橋桁１４の浮き上がりを防止することができる。しかも、橋脚１１と橋桁１４との水平方向の相対変位が許容されるために、橋脚１１と橋桁１４との水平方向変位を規制する構成と異なり、水平方向変位を生じさせる外力を受けて橋脚１１自体が倒壊するという事態を回避することも可能である。

また、本実施形態では、ケーブル３３が橋軸方向に配設されているので、橋脚１１と橋桁１４とが橋軸方向に相対変位するような外力が作用した場合に有効に作用する。

また、本実施形態では、防止装置３０が橋軸と直交する方向における前記橋脚１１の両側に配設されているので、橋桁１４が橋軸と直交する方向に傾くような外力が作用した場合には、橋桁１４のうち橋脚１１を挟む一方の部位が浮き上がろうとするが、それを有効に防止することができる。したがって、橋桁１４が橋軸方向に直交する方向に傾くような外力が作用すると想定される場合に有効となる。このため、地震等により主塔１６が橋軸と直交する方向に傾くのに伴って橋桁１４が浮き上がろうとするのを有効に防止することができる。

また、本実施形態では、前記引掛部３７が前記両定着部３１よりも下方に配設されているので、橋桁１４の浮き上がりを効率的に防止することができる。

（その他の実施形態）
なお、前記実施形態では、ケーブル端部が定着部３１に弾性的に支持される構成としたが、これに代え、図６に示すようにケーブル端部が定着部３１にピン定着される構成としてもよい。具体的に、定着部３１は、橋桁１４に締結固定された基板３１ａと、この基板３１ａに固定された略逆三角形状の支持プレート３１ｂと、この支持プレート３１ｂを補強する補強プレート３１ｃとを備えている。支持プレート３１ｂは、橋軸方向に延びる姿勢で配設されるとともに橋軸方向と直交する方向に間隔をおいて並設されている。そして、支持プレート３１ｂ間に補強プレート３１ｃが接合されることにより、支持プレート３１ｂの支持剛性が高められている。ケーブル３３は、ケーブル本体３３ａと、このケーブル本体３３ａの端部に設けられたピン定着型ソケット３３ｄとを備えている。ピン定着型ソケット３３ｄは、支持プレート３１ｂ間に配置されて、支持プレート３１ｂのピン孔に挿通されたピン４０に回動可能に支持されている。これにより、ケーブル３３は、鉛直面内を偏向可能となっている。

また、前記実施形態では、二等辺三角形を構成するように定着部３１、サドル３５を配置したが、これに限られるものではない。例えば、片振りの相対変位が予想される場合には、一方の定着部３１が他方よりもサドル３５に近づいて配置される構成としてもよい。

また、前記実施形態では、橋桁１４の両側にそれぞれ防止装置３０を配設する構成としたが、これに限られるものではなく、どちらか一方にのみ配設してもよい。

また、本発明に係る防止装置３０は、斜張橋に適用されるものに限られず、つり橋、アーチ橋等、橋桁１４が橋脚１１に支承される構成の橋梁であればどのような橋梁にも適用することが可能である。ただし、橋桁１４に主塔１６が立設された構成の橋梁等のように橋桁１４を傾けさせる力が働きやすい橋梁に本発明を適用すると、特に本発明よる作用効果を有効に発揮することができる。

本発明の実施形態に係る橋桁浮き上がり防止装置が適用された斜張橋を部分的に示す側面図である。 図１の斜張橋の正面図である。 図１の橋桁浮き上がり防止装置の構成を示す側面図である。 サドルの構成を示しており、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は下面図である。 ケーブルに生ずる引張力を説明するための概念図である。 その他の実施形態に係る橋桁浮き上がり防止装置の図３相当図である。 従来の橋桁浮き上がり防止装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１１ 橋脚
１２ 張り出し部
１４ 橋桁
３１ 定着部
３３ ケーブル
３７ 引掛部

Claims (6)

1. 橋脚に橋桁が支承された橋梁に適用される橋桁浮き上がり防止装置であって、
   前記橋桁に固定された一対の定着部と、
   両端部が前記両定着部に定着されたケーブルと、
   前記両定着部間で前記橋脚に支持されるとともに前記ケーブルが掛けられ、このケーブルが長さ方向に相対変位するのを許容する一方、前記ケーブルが上方向へ相対変位するのを規制する引掛部とを備えている橋桁浮き上がり防止装置。
2. 前記ケーブルは、橋軸方向に配設されている請求項１に記載の橋桁浮き上がり防止装置。
3. 橋軸と直交する方向における前記橋脚の両側に配設されている請求項２に記載の橋桁浮き上がり防止装置。
4. 前記引掛部は、前記両定着部よりも下方に配設されている請求項１から３の何れか１項に記載の橋桁浮き上がり防止装置。
5. 前記引掛部は、前記橋脚から側方に張り出した張り出し部の下面に固定されている請求項１から４の何れか１項に記載の橋桁浮き上がり防止装置。
6. 橋脚に橋桁が支承された橋梁での橋桁の浮き上がりを防止する方法であって、
   前記橋脚に支持された引掛部に掛けられて、前記橋桁に固定された一対の定着部に両端部が定着されたケーブルを用い、
   前記ケーブルと前記引掛部とがケーブル長さ方向に相対変位することにより、前記橋脚と前記橋桁との水平方向の相対変位を許容し、
   前記引掛部と前記ケーブルとのケーブル幅方向の相対変位を阻止することにより、前記橋脚に対する前記橋桁の浮き上がりを抑制する
   橋桁浮き上がり防止方法。

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