JP2007023626A

JP2007023626A - 制震免震構造

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Publication number: JP2007023626A
Application number: JP2005208009A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Goto; 芳顯後藤; Kazumasa Ozawa; 一誠小澤
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】地震によって構造物に作用する力に対して制震機能だけでなく免震機能も発揮する制震免震構造を提供すること。
【解決手段】高さを有する建築物の柱部材３に対して設けられ、地震等による横揺れが生じた場合の運動エネルギを吸収し、柱部材３に作用する曲げモーメントや軸力を減少させる制震作用とともに、基礎部分１から柱部材３へ伝わる曲げモーメントや軸力を遮断して免震させるものであって、建築物の柱部材３が支承部又は柱の途中で軸方向に分割され、その分割上部２１と分割下部２２とが、軸方向に沿って複数配置された低降伏点鋼製の制震免震ロッド２６によって連結された制震免震構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁などの建築物の柱部材に対して設けられ、地震によって横揺れが生じた場合の運動エネルギを吸収し、柱部材に作用する曲げモーメントや軸力を減少させる制震作用とともに、基礎部分から柱部材へ伝わる曲げモーメントや軸力を遮断して免震させるようにした制震免震構造に関する。

近年、地震時等における建築・土木構造物の振動を抑制するため、様々な制震構造や免震構造が開発されおり、例えば次のようなものが提案されている。
先ず、特開２００３−１３６１４号公報には、既存の鉄筋コンクリート造架構を耐震補強するフレームが構成されている。それには、一方の柱の脚部と他方の柱の頭部との表面側にガセットプレートを有する脚部プレートと頭部プレートが固定され、脚部プレートと頭部プレートとの間にガセットプレートを介してブレースが架設される。こうしてブレースによる耐震補強を行い、梁より耐力が高い柱の脚部と頭部にブレースを接続するため、既存フレームの躯体に対する損傷を回避すると共に、格別な補強を要することなく、既存フレームの耐震性能が確保される。

そして、特開２００２−２７６０３５号公報には、鉄骨構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造の骨組みを構成する制震ブレースが提案されている。この制震ブレースは、十字形断面の軸部材に粘性高分子材料が貼り付けられ、それを包囲するようにして接着された角形鋼管が溶接されている。こうした制震ブレースは、柱や梁と組み合わせて建物を構築したとき、この建物に強風や大地震によって水平荷重が作用しても、その振動を制震ブレースが低減して居住性および構造安全性を改善することができる。
特開２００３−１３６１４号公報（第３−４頁、図１−図３）特開２００２−２７６０３５号公報（第２−３頁、図１）

しかしながら、こうした従来のブレースを使用する構造では、制震には効果を発揮するものの免震として機能するものではなかった。また、制震ブレースは、特許文献２に示されるように、鉄骨構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造の骨組みとして使用される他、例えば橋脚に対する耐震補強材としても使用される。そこで、橋脚などの補強材として制震ブレースを使用する場合は、足場を組んで制震ブレースを取り付け或いは取り替えを行う必要があったため作業の困難性などが問題であった。

ここで、図６は、門型の橋脚に橋桁が搭載された橋梁を、長手方向に見た状態を概念的に示した図である。橋梁１００に対して耐震補強を行う場合、制震ブレース２００は、橋桁１０１を支える橋脚１０２に対して取り付けられる。すなわち、この橋梁１００に対する耐震補強工事は、門型をした橋脚１０２の両方の柱（橋脚本体１１１，１１２）に対し、制震ブレース１２０が複数段にわたってクロスさせるようにして連結される。その際、数メートルの高さの橋脚１００の周りには足場が組まれ、作業員がそこに上がって作業を行わなければならなかった。従って、従来の耐震補強工事では、橋脚１０２毎に足場を組むための手間を要し、高所作業となるめ作業の困難性もあった。

また、従来のこうした耐震構造に対して仮に地震による横揺れが発生した場合、門型の橋脚１０２には例えば地震力Ｆによるモーメントが働く。すると、下端の支承部１２１，１２２には、支点となる一方の支承部１２１側に圧縮力ｆ１が作用し、他方の支承部１２２側に引張り力ｆ２が作用することになる。そして、制震ブレース２００を使用した従来の耐震構造では、制震ブレース２００が橋脚１０２を変形させようとする力を減少させる。この点で、制震ブレース１０２は制震効果を発揮するものの、地震力Ｆ及びしれによるモーメントによって橋脚本体１１１，１１２に作用する曲げモーメント（Ｍ１，Ｍ２）、軸力（圧縮力ｆ１、引張り力ｆ２）は、支承部１２１，１２２を介し、橋梁１００を支える基礎部分（フーチング１２５）が直接受けることになってしまう。

従って、従来の耐震構造による橋梁１００では、フーチング１２５や柱部材１１５が地震の際に発生する大きな圧縮力ｆ１や引張り力ｆ２に耐えられるものである必要があり、そのフーチング１２５や柱部材１１５が大きくなってしまっていた。そして、フーチング１２５や柱部材１１５が大きくなることにより、橋梁施工にかかるコストが高くなることに加え、施工面積が広くなるため一般道の上に高架橋を通すような場合、大幅な車線規制や施工期間が長くなることによる交通渋滞などの影響も大きかった。
また、地震で損傷を受けた制震ブレース１２０は残留変形が生じているため、これを矯正して取り替えることが困難であった。

よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、地震によって構造物に作用する力に対して制震機能だけでなく免震機能も発揮する制震免震構造を提供することを目的とする。

本発明に係る制震免震構造は、高さを有する建築物の柱部材に対して設けられ、地震等による横揺れが生じた場合の運動エネルギを吸収し、柱部材に作用する曲げモーメントや軸力を減少させる制震作用とともに、基礎部分から柱部材へ伝わる軸力を遮断して免震させるものであって、前記建築物の柱部材が支承部又は柱の途中で軸方向に分割され、その分割上部と分割下部とが、軸方向に沿って複数配置された低降伏点鋼製の制震免震ロッドによって連結されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る制震免震構造は、前記柱部材の分割上部と分割下部には軸方向に直交するフランジが形成され、そこに固定されたロッドと前記制震免震ロッドとがカップラーによって連結されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る制震免震構造は、前記柱部材の分割上部と分割下部との間に弾性部材が挟み込まれたものであることが好ましい。
また、本発明に係る制震免震構造は、前記柱部材の分割上部と分割下部が、支承部に設けられた前記柱部材下端面に固定された上沓部材と、前記基礎部分に固定された下沓部材であって、前記弾性部材は、その上沓部材と下沓部材の周りを被い、前記柱部材下端面と基礎部分との間に挟み込まれたゴム材であることが好ましい。

一方、本発明に係る門型橋脚は、橋桁を搭載して橋梁を構成するものであって、起立した２本の橋脚本体の基礎部となるフーチング上に、上沓部材と下沓部材とによって分割された支承部が設けられ、下沓部材のフランジから突き出されたアンカーボルトと、橋脚本体に形成されたフランジに固定されたロッドとが、橋脚本体の軸方向に沿って複数配置された低降伏点鋼製の制震免震ロッドによって連結された制震免震構造を有するものであることを特徴とする。
また、本発明に係る門型橋脚は、前記上沓部材は前記橋脚本体の下端面に固定され、前記下沓部材は前記基礎部分の上に固定され、その上沓部材と下沓部材の周りを被い、前記橋脚本体の下端面と前記基礎部分との間にゴム材が挟み込まれたものであることが好ましい。

また、本発明に係る門型橋脚は、橋桁を搭載して橋梁を構成するものであって、起立した２本の橋脚本体は、下部又は中間部分に軸方向に分割された分割部が形成され、その分割上部と分割下部は、軸方向に直交するフランジが形成され、そこに固定された複数のロッドと、橋脚本体の軸方向に沿って複数配置された低降伏点鋼製の制震免震ロッドとがカップラーによって連結された制震免震構造を有することを特徴とする。
また、本発明に係る門型橋脚は、前記橋脚本体の分割上部と分割下部との間に弾性部材が挟み込まれたものであることが好ましい。

よって、本発明では、橋梁を構成する門型橋脚など、建築物の柱部材に地震などの揺れによって圧縮力や引張り力（軸力）が作用した場合、大きな引張り力によって分割上部が上方へ引っ張られると、分割下部との間で連結されている制震免震ロッドが塑性変形を起こして延び、分割下部に対する分割上部の浮き上がりが許容される。従って、橋脚などに形成された分割部分では、制震免震ロッドが粘りのある塑性変形を起こすことにより、運動エネルギを吸収し、柱部材の軸力や曲げモーメントを減少させるとともに、引張り力や圧縮力が大きな力のまま基礎部分から柱部材へ伝わらないようにして柱部材や基礎部分の構造を小さくすることができ、その分コストを抑えることもできる。また、従来の制震ブレースのように高い位置に取り付けるための足場が必要なくなり、この点でもコストを抑えることができ、高所作業でなくなったことで安全性を高めることにもなる。

次に、本発明に係る制震免震構造の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の制震免震構造は、例えば、図６に示す門型の橋梁１００における橋脚１０２の支承部１２１，１２２や橋脚本体１１１，１１２などに設けられるものである。図１は、そうした橋脚本体１２１，１２２の支承部１２１，１２２に対応する位置に設けられた制震免震構造の第１実施形態を簡略化して示した図である。
橋脚の基礎部分は、地盤に鉄筋コンクリートからなるフーチング１が構築され、内部にはアンカーフレーム２が埋設されている。そして、フーチング１上に設置された支承部５がアンカーフレーム２に連結され、その支承部５を介して橋脚本体３（図６における橋脚本体１１１，１１２に相当する。以下同じ）が立設されている。本実施形態の制震免震構造は、こうした支承部５に構成されている。

アンカーフレーム２は、複数のアンカーボルト１１が垂直方向に起立し、橋脚本体３の外側を囲むような位置に配置されており、こうした複数のアンカーボルト１１は、上下に配置されたアンカービーム１２，１３によって筒状に束ねられている。そして、アンカーフレーム２は、アンカーボルト１１の上端を地面から突き出すようにして地中に据え付けられ、型枠や鉄筋を設置したうえでコンクリートが打設され、アンカーフレーム２を埋設したフーチング１が構築される。そして、フーチング１から地上に突設されたアンカーボルト１１に対し、本実施形態の制震免震構造を備える支承部５が構成されている。

橋脚本体３の下端に設けられた支承部５は、図示するように、上沓部材２１と下沓部材２２が上下に重ね合わされている。橋脚本体３の下端にはフランジ２３が形成され、上沓部材２１は、そのフランジ２３から下方に溶接して突設し、橋脚本体３と一体に形成されている。一方、支承部５は、支承台２４がフーチング１上に配置され、地上に現れるようにして設置されている。そして、下沓部材２２は、その支承台２４に重なるようにして設けられている。すなわち、フーチング１からは、埋設されたアンカーボルト１１の上端部が地上に突き出され、支承台２４はそうしたアンカーボルト１１に対応して複数の貫通孔が穿設され、下沓部材２２には、フランジ２２ａが形成され、やはりそこにもアンカーボルト１１に対応した貫通孔が穿設されている。

従って、支承台２４と下沓部材２２は、その貫通孔にアンカーボルト１１の先端部が通るようにして重ねられ、下沓部材２２のフランジ２２ａから突き出したアンカボルト１１に対し、ワッシャを介してナット２５が締め付けられる。こうしてフーチング１に固定されたアンカーフレーム２に対し、支承台２４及び下沓部材２２が一体に取り付けられる。

上沓部材２１と下沓部材２２は、ともに四角いブロック体であって、その下沓部材２２には中心に半球状の位置決め突起２２ｂが突設され、もう一方の上沓部材２１には、中心に半球状の位置決め穴２１ｂが形成されている。そのため、この位置決め突起２２ｂが位置決め穴２１ｂに入るようにして上沓部材２１と下沓部材２２が重ねられ、橋脚本体３がアンカーフレーム２の中心に位置するように設置される。よって、本実施形態の橋脚の支承部５は、上沓部材２１と下沓部材２２とによって橋脚本体３とアンカーフレーム２とが切り離された状態になっており、この分割部分に制震免震構造を設けることによって連結されている。

本実施形態の制震免震構造は、上沓部材２１が一体になったフランジ２３と下沓部材２２のフランジ２２ａとが、短尺な制震免震ロッド２６によって連結されている。それには、先ず、前述したように下沓部材２２側のフランジ２２ａからはアンカーボルト１１が突設され、他方、上沓部材２１側のフランジ２３には、橋脚側ボルト２７が、フランジ２３を挟んで螺設された上下一対のナット２８によって固定されている。そのナット２８は、フランジ２３に対して金属ワッシャ２８ａとゴム材等からなる弾性ワッシャ２８ｂとが上下それぞれに重ねられ、それらを挟み込んで締め付けられている。なお、フランジ２３に固定された複数の橋脚側ボルト２７は、橋脚本体３の外側を囲む位置に配置したアンカーボルト１１と同軸上に位置するように同じ数だけ設けられている。

そして、こうした同軸上のアンカーボルト１１と橋脚側ボルト２７の間に制震免震ロッド２６が配置され、互いがカップラー２９によって締め付けられ一連のロッドが構成される。従って、制震免震ロッド２６もアンカーボルト１１と同じ数だけ用意され、橋脚本体３の外側を囲む位置において連結されている。カップラー２９は、内周面に雌ねじが刻設されており、他方、アンカーボルト１１、橋脚側ボルト２７および制震免震ロッド２６には雄ネジが刻設されてそれぞれが螺設される。

よって、支承部５は、上沓部材２１と下沓部材２２で分割される一方、アンカーボルト１１、橋脚側ボルト２７および制震免震ロッド２６によって、フーチング１に埋設されたアンカーフレーム２に橋脚本体３が支持される構造となっている。そして、例えば、アンカーボルト１１及び橋脚側ボルト２７の材質にＳ３５ＣＮ等が使用され、制震免震ロッド２６の材質には低降伏点鋼のＬＹ２２５等が使用される。こうした支承部５の制震免震ロッド２６は、橋脚本体３の地震による運動エネルギを吸収し、橋脚本体３に作用する曲げモーメントや軸力を減少させる制震材として機能するとともに、その反作用としてフーチング１に制震免震効果により減少した曲げモーメントや軸力が伝達されることを目的としている。

そこで、地震によって図６に示す門型をした橋脚１０２の橋梁１００に横揺れが生じて地震力Ｆが働くと、橋脚本体１１１，１１２には圧縮力ｆ１と引張り力ｆ２、更に曲げモーメントＭ１，Ｍ２が作用し、図１に示す本実施形態で構成されたものの場合にも、橋脚本体３に圧縮力や引張り力ｆ２といった軸力が作用することになる。特に軸力として引張り力ｆ２が作用した橋脚本体３側の支承部５では、その橋脚本体３に固定された上沓部材２１が下沓部材２２から引き離される方向に軸力が作用する。なお、本実施形態では、上沓部材２１と下沓部材２２とが半球状の位置決め突起２２ｂと位置決め穴２１ｂで重なり合い、橋脚本体３が基礎のフーチング１と切り離された状態で傾くため、図６に示すような曲げモーメントＭ１，Ｍ２は働かない。

地震力Ｆが働き、橋脚本体３の引張り力ｆ２が支承部５を構成する制震免震ロッド２６の降伏応力以下の場合には、制震免震ロッド２６は弾性変形し、橋脚本体３にかかる引張り力ｆ２はアンカーフレーム２にまで伝えられ、フーチング１で受け止められることになる。一方、大きな地震によって橋脚本体３に作用する引張り力ｆ２が低降伏点鋼の降伏応力を超えるような場合には、塑性変形した制震免震ロッド２６が塑性流れを起こして引き延ばされる。このとき支承部５は、上沓部材２１と下沓部材２２とが分離しているため、引張り力ｆ２に応じて制震免震ロッド２６は十分延びる。そして、低降伏点鋼からなる制震免震ロッド２６は、塑性変形するものの粘りが大きい性質を有するものであるため容易に破断することはない。

従って、支承部５の制震免震ロッド２６では、こうした粘りのある塑性変形を起こすことにより、橋梁１００に対して生じた地震による横揺れの運動エネルギを吸収し、橋脚本体３に作用する引張り力ｆ２を減少させることによって制震させ、更には基礎であるフーチング１から橋脚本体３へ伝わる引張り力ｆ２を遮断して免震が行われることになる。よって、支承部５を構成する本実施形態の制震免震構造では、地震によって大きな引張り力ｆ２が作用するような場合でも、制震を行うとともに免震によって引張り力ｆ２がそのまま橋脚本体３とアンカフレーム２及びフーチング１との間で伝わることがなくなった。そのため、引張り力ｆ２がほぼそのまま伝えられていた従来のものに比べ、橋梁１００のフーチングを小さくすることができるようになった。それ故、フーチング１ひいては橋梁１００全体の施工に伴うコストを抑えることができ、基礎部分の施工面積を小さくすることによって渋滞を緩和させることになる。

また、本実施形態の制震免震構造は、橋脚本体３の下端に設けられた支承部５を構成するものであるため、従来の制震ブレースのように高い位置で作業を行うための足場を組む必要がない。従って、制震免震構造を備える支承部５の設置作業や、その制震免震ロッド２６の交換作業が容易になり、高所作業でなくなったことで安全性が高まるとともに、足場を組む必要がなくなったことでコストを抑えることにもなった。
また、本実施形態の制震免震ロッド２６は、応力集中の起きる部位を無くすように円柱形状をしているので、大きな引張り力ｆ２が作用した場合にでも粘りがあって延性的であることに加え更に破断し難くなっている。

次に、本発明に係る制震免震構造の第２実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図２は、橋脚下部に設けた制震免震構造を簡略化して示した図である。第１実施形態のものと同じ構成については同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、第１実施形態と同様に橋脚の下端には上沓部材３１と下沓部材３２とが重ね合わされた支承部３０が構成されているが、その上沓部材３１と下沓部材３２とは図示するように断面がコの字の嵌合材３３によって連結されている。そして、この上沓部材３１と下沓部材３２とは、半球状の位置決め穴内に同じ半球状の位置決め突起が嵌め合わされている。こうした下沓部材３２には、アンカーボルト１１が通され、支承台２４と共にナット２５によって締め付けられ、支承部３０全体がフーチング１に固定されている。

そして、本実施形態の橋脚本体３には、分離された分割下部３ａが設けられ、その上に橋脚本体３を重ねた構成がとられている。橋脚本体３は、その下端面と分割下部３ａの上端面とが突き合わされ、分割下部３ａに形成された突起部３４ａが橋脚本体３に形成された凹部３４ｂに嵌め合わされて位置決めされている。そして、橋脚本体３には、下端面から離れた上方にフランジ３５が形成され、分割下部３ａにも、その下端面に下沓部材３１が一体になったフランジ３６が形成されている。

両方のフランジ３５，３６には、橋脚本体３を囲むように複数の貫通孔が形成され、そこに上ボルト３７と下ボルト３８がそれぞれ同じ数、そして同じ位置にナットの締め付けにより固定されている。複数の上ボルト３７と下ボルト３８は、上下に同じ位置にあるもの同士が同軸上に配置され、その同軸上にある上ボルト３７と下ボルト３８に対して制震免震ロッド２６がカップラー２９によって連結されている。本実施形態では、橋脚本体４１と分割下部３ａとの連結部６に、こうした制震免震ロッド２６を設けることによって制震免震構造が構成されている。

そこで、こうした橋脚本体３からなる図６に示すような橋梁１００に地震による横揺れが生じた場合、橋脚本体３に圧縮力ｆ１と引張り力ｆ２や曲げモーメントＭ１，Ｍ２とが作用する。そこで、大きな地震によって橋脚本体３に作用する引張り力ｆ２が低降伏点鋼の降伏応力を超えるような場合には、本実施形態でも塑性変形した制震免震ロッド２６が塑性流れを起こして引き延ばされる。そして、連結部６の制震免震ロッド２６が粘りのある塑性変形を起こすことにより、橋梁１００に生じる横揺れによる運動エネルギを吸収し、橋脚本体３に作用する引張り力ｆ２を減少させて制震させ、更にはフーチング１から橋脚本体３へ伝わる引張り力ｆ２を遮断して免震が行われる。

よって、連結部６を構成する本実施形態の制震免震構造でも、地震によって橋脚本体３に大きな引張り力ｆ２が作用するような場合、制震を行うとともに免震によって引張り力ｆ２がそのままアンカフレーム２及びフーチング１に伝わることがなくなった。そのため、引張り力ｆ２がほぼそのまま伝えられていた従来のものに比べ、橋梁１００のフーチングを小さくすることができるようになった。それ故、フーチング１ひいては橋梁１００全体の施工に伴うコストを抑えることができ、基礎部分の施工面積を小さくすることによって渋滞を緩和させることになる。
また、本実施形態の制震免震構造は、橋脚本体３の下部に設けられた連結部６を構成するものであるため、従来の制震ブレースのように高い位置で作業を行うための足場を組む必要がない。従って、制震免震構造を備える連結部６の設置作業や、その制震免震ロッド２６の交換作業が容易になり、高所作業でなくなったことで安全性が高まるとともに、足場を組む必要がなくなったことでコストを抑えることにもなった。

次に、本発明に係る制震免震構造の第３実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図３は、橋脚中間部に設けた制震免震構造を簡略化して示した図である。第１及び第２実施形態のものと同じ構成については同じ符号を付して説明する。
本実施形態では、橋脚本体３が上方材４１と下方材４２とに分割され、突き合わせ部分には一方の突起部４３ａが他方の凹部４３ｂに嵌め合わされて位置決めされている。ここでは、突起部４３ａと凹部４３ｂとの間には多少のガタが生じるように隙間が形成されている。そして、上方材４１と下方材４２の間にはゴム材等からなる弾性シート４９が挟み込まれている。

上方材４１には、下端面から離れた位置にフランジ４５が形成され、下方材４２にも、その下端面から離れたに位置にフランジ４６が形成されている。両方のフランジ４５，４６には、橋脚本体３を囲むように複数の貫通孔が形成され、そこに上ボルト４７と下ボルト４８がそれぞれ同じ数、そして同じ位置にナットの締め付けにより固定されている。複数の上ボルト４７と下ボルト４８は、上下に同じ位置にあるもの同士が同軸上に配置され、その同軸上にある上ボルト４７と下ボルト４８に対して制震免震ロッド２６がカップラー２９によって連結されている。本実施形態では、上方材４１と下方材４２との連結部７に、こうした制震免震ロッド２６を設けることによって制震免震構造が構成されている。

そこで、こうした橋脚本体３からなる図６に示すような橋梁１００に地震による横揺れが生じた場合、この橋脚本体３には、地震力Ｆによって曲げモーメントＭ１，Ｍ２、圧縮力ｆ１や引張り力ｆ２が作用する（図６参照）。そのため、大きな地震によって橋脚本体３に作用する引張り力ｆ２が低降伏点鋼の降伏応力を超えるような場合には、本実施形態でも塑性変形を起こした制震免震ロッド２６が塑性流れを起こして引き延ばされる。そして、連結部７の制震免震ロッド２６が粘りのある塑性変形を起こすことにより、橋梁１００に対して生じた地震による横揺れの運動エネルギを吸収し、橋脚本体３に作用する曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２を減少させることによって制震させ、更には基礎であるフーチング１から橋脚本体３へ伝わる引張り力ｆ２を遮断して免震が行われることになる。

よって、連結部７を構成する本実施形態の制震免震構造でも、地震によって橋脚本体３に大きな曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２が作用するような場合、制震を行うとともに免震によって曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２がそのままアンカフレーム２及びフーチング１に伝わることがなくなった。そのため、曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２がほぼそのまま伝えられていた従来のものに比べ、橋梁１００のフーチングを小さくすることができるようになった。それ故、フーチング１や柱部材３ひいては橋梁１００全体の施工に伴うコストを抑えることができ、基礎部分の施工面積を小さくすることによって渋滞を緩和させることになる。

次に、本発明に係る制震免震構造の第４実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図４は、橋脚下方に設けた制震免震構造を簡略化して示した図である。第１乃至第３実施形態のものと同じ構成については同じ符号を付して説明する。
本実施形態の橋脚本体３は、不図示の支承部に固定された下弦材４１上に連結されている。下弦材５１には上端にフランジ５２が形成され、その上に橋脚本体３が下端面を突き当てられている。その突き合わせ部分には下弦材５１からの突起部５３ａが橋脚本体３の凹部５３ｂに嵌め合わされて位置決めされている。ここでは、突起部５３ａと凹部５３ｂとの間には多少のガタが生じるように隙間が形成されている。そして、橋脚本体３と下弦材５１の間にはゴム材等からなる弾性シート５９が挟み込まれている。そして、橋脚本体３には、下端面から離れた位置にフランジ５５が形成されている。

両方のフランジ５２，５５には、橋脚本体３を囲むように複数の貫通孔が形成され、そこに上ボルト５６と下ボルト５７がそれぞれ同じ数、そして同じ位置にナットの締め付けにより固定されている。複数の上ボルト５６と下ボルト５７は、上下に同じ位置にあるもの同士が同軸上に配置され、その同軸上にある上ボルト４７と下ボルト４８に対して制震免震ロッド２６がカップラー２９によって連結されている。本実施形態では、橋脚本体３と下弦材５１との連結部８に、こうした制震免震ロッド２６を設けることによって制震免震構造が構成されている。

そこで、こうした橋脚本体３からなる図６に示すような橋梁１００に地震による横揺れが生じた場合、この橋脚本体３には、地震力Ｆによって曲げモーメントＭ１，Ｍ２、圧縮力ｆ１や引張り力ｆ２が作用する（図６参照）。そのため、大きな地震によって橋脚本体３に作用する引張り力ｆ２が低降伏点鋼の降伏応力を超えるような場合には、本実施形態でも塑性変形を起こした制震免震ロッド２６が塑性流れを起こして引き延ばされる。そして、連結部８の制震免震ロッド２６が粘りのある塑性変形を起こすことにより、橋梁１００に対して生じた地震による横揺れの運動エネルギを吸収し、橋脚本体３に作用する曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２を減少させることによって制震させ、更には基礎であるフーチング１から橋脚本体３へ伝わる引張り力ｆ２を遮断して免震が行われることになる。

よって、連結部８を構成する本実施形態の制震免震構造でも、地震によって橋脚本体３に大きな曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２が作用するような場合、制震を行うとともに免震によって曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２がそのままアンカフレーム２及びフーチング１に伝わることがなくなった。そのため、曲げモーメントＭ２や引張り力ｆ２がほぼそのまま伝えられていた従来のものに比べ、橋梁１００のフーチングを小さくすることができるようになった。それ故、フーチング１や柱部材３ひいては橋梁１００全体の施工に伴うコストを抑えることができ、基礎部分の施工面積を小さくすることによって渋滞を緩和させることになる。
また、本実施形態の制震免震構造は、橋脚本体３を下弦材５１に連結した連結部８を構成するものであるため、従来の制震ブレースのように高い位置で作業を行うための足場を組む必要がない。従って、制震免震構造を備える連結部６の設置作業や、その制震免震ロッド２６の交換作業が容易になり、高所作業でなくなったことで安全性が高まるとともに、足場を組む必要がなくなったことでコストを抑えることにもなった。

次に、本発明に係る制震免震構造の第５実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図５は、橋脚下方に設けた制震免震構造を簡略化して示した図である。本実施形態の制震免震構造は、前記第１実施形態と同様に橋脚本体の支承部に構成されているものである。従って、第１実施形態のものと同じ構成については同じ符号を付して説明する。
橋脚の基礎部であるフーチング１にはアンカーフレーム２及びアンカーボルト１１が埋設され、そのフーチング１から地上に突設されたアンカーボルト１１に対し、本実施形態の制震免震構造を備える支承部５が構成されている。そして、そのフーチング１上に設置された支承部５を介して橋脚本体３（図６における橋脚本体１１１，１１２に相当する。以下同じ）が立設されている。

橋脚本体３の下端に設けられた支承部５は、図示するように、上沓部材６１と下沓部材６２が上下に重ね合わされている。上沓部材６１は、橋脚の下端面に固定されて橋脚本体３と一体に形成され、その橋脚本体３には、下端面から離れた上方にフランジ６３が形成されている。また、フーチング１からはアンカーボルト１１が地上に突き出され、フーチング１上に重ねて配置された支承台２４とベースプレート６６が、ワッシャを介してナット２５によって締め付けられている。そして、そのベースプレート６６上に重なるようにして下沓部材６２が固定されている。

上沓部材６１と下沓部材６２は、ともにブロック体であって、その上沓部材６１には中心に半球状の位置決め突起６１ａが突設され、もう一方の下沓部材６２には、中心に半球状の位置決め穴６２ａが形成されている。そのため、この位置決め突起６１ａが位置決め穴６２ａに入るようにして上沓部材６１と下沓部材６２が重ねられ、橋脚本体３がアンカーフレーム２の中心に位置するように設置される。本実施形態では、こうした橋脚本体３とアンカーフレーム２とが切り離された状態になっているが、上沓部材６１と下沓部材６２との周りには積層ゴム６５が設けられ、橋脚本体３の下端面と支承台２４との間に挟み込まれている。

本実施形態の制震免震構造では、橋脚本体３のフランジ６３とフーチング１に固定されたベースプレート６６が、短尺な制震免震ロッド２６によって連結されている。それには、橋脚本体３のフランジ６３に対し、複数の橋脚側ボルト２７が上下一対のナット２８によって固定されている。その橋脚側ボルト２７は、フーチング１から突設されたアンカーボルト１１と同軸上に位置するように同じ数だけ設けられている。そのため、アンカーボルト１１と橋脚側ボルト２７の間に制震免震ロッド２６が配置され、互いがカップラー２９によって締め付けられ一連のロッドが構成される。

本実施形態の支承部５は、上沓部材６１と下沓部材６２で分割されているが、その周りの積層ゴム６５によって支えられ、更にはアンカーボルト１１、橋脚側ボルト２７および制震免震ロッド２６によって橋脚本体３がフーチング１に埋設されたアンカーフレーム２に支持される構造となっている。こうした支承部５の制震免震ロッド２６は、橋脚本体３の地震による運動エネルギを吸収し、橋脚本体３に作用する曲げモーメントや軸力を減少させる制震材として機能するとともに、その反作用としてフーチング１に制震免震効果により減少した曲げモーメント、や軸力が伝達されることを目的としている。また、本実施形態では、支承部５に設けた積層ゴム６５によって上沓部材６１及び下沓部材６２を保護し、また積層ゴム６５がいわゆる長周期化手段となって免震対象たる橋梁１００（図６参照）など、構造物の固有周期を地盤から入力される主たる地震動の周期よりも長周期化し、これによって地盤から構造物へと入力される振動を低減することを目的としている。

そこで、地震によって図６に示す門型をした橋脚１０２の橋梁１００に横揺れが生じて地震力Ｆが働くと、橋脚本体１１１，１１２には圧縮力ｆ１と引張り力ｆ２、更に曲げモーメントＭ１，Ｍ２が作用し、図１に示す本実施形態で構成されたものの場合にも、橋脚本体３に圧縮力や引張り力ｆ２といった軸力が作用することになる。特に軸力として引張り力ｆ２が作用した橋脚本体３側の支承部５では、その橋脚本体３に固定された上沓部材６１が下沓部材６２から引き離される方向に軸力が作用する。なお、本実施形態では、上沓部材６１と下沓部材６２とが半球状の位置決め突起６１ａと位置決め穴６２ａで重なり合い、水平荷重を伝達すると共に、積層ゴム６５によって図６に示す曲げモーメントＭ１，Ｍ２を柔らかく弾性的に支えることになる。また、積層ゴム６５を設置することで橋脚を自立させることが可能で、大地震により制震免震ロッド２６が塑性変形した後もこの積層ゴム６５を利用して制震免震ロッド２６を取り替えることができる。

地震力Ｆが働き、橋脚本体３の引張り力ｆ２が支承部５を構成する制震免震ロッド２６の降伏応力以下の場合には、制震免震ロッド２６は弾性変形し、橋脚本体３にかかる引張り力ｆ２はアンカーフレーム２にまで伝えられ、フーチング１で受け止められることになる。一方、大きな地震によって橋脚本体３に作用する引張り力ｆ２が低降伏点鋼の降伏応力を超えるような場合には、塑性変形した制震免震ロッド２６が塑性流れを起こして引き延ばされる。このとき支承部５は、上沓部材６１と下沓部材６２とが分離しているため、引張り力ｆ２に応じて制震免震ロッド２６は十分延びる。そして、低降伏点鋼からなる制震免震ロッド２６は、塑性変形するものの粘りが大きい性質を有するものであるため容易に破断することはない。

また、本実施形態では、いわゆる長周期化手段である積層ゴム６５が設けられているため、地震によって橋梁１００（図６参照）に揺れが生じた場合でも、その固有周期を地盤から入力される振動の周期よりも長周期化し、橋脚本体３へ入る振動を低減させている。そのため、橋梁１００の大きな揺れが抑えられ、地震の際の破損を防止するようになっている。そして、通常時は、支承部５に設けたその積層ゴム６５が上沓部材６１及び下沓部材６２を保護している。
また、本実施形態の制震免震構造は、橋脚本体３の下端に設けられた支承部５を構成するものであるため、従来の制震ブレースのように高い位置で作業を行うための足場を組む必要がない。従って、制震免震構造を備える支承部５の設置作業や、その制震免震ロッド２６の交換作業が容易になり、高所作業でなくなったことで安全性が高まるとともに、足場を組む必要がなくなったことでコストを抑えることにもなった。
更に、本実施形態の制震免震ロッド２６は、応力集中の起きる部位を無くすように円柱形状をしているので、大きな引張り力ｆ２が作用した場合にでも粘りがあって延性的であることに加え更に破断し難くなっている。

以上、本発明の制震免震構造の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では図６に示す門型の橋脚１０２について制震免震構造を備えた場合について説明したが、本発明の制震免震構造は、耐震構造を必要とするその他の建築物についても適用することができる。
また、例えば制震免震構造を構成する制震免震ロッド２６に対して、その軸方向の変形を妨げないようにした円筒体でカバーし、制震免震ロッド２６が座屈しないようにするようにすることも有効である。
また、例えば、前記第４実施形態では、上沓部材６１及び下沓部材６２の周りにあって、橋脚本体３の下端面と支承台２４との間に積層ゴム６５が挟み込まれているが、この他の弾性部材としてコイルバネなどを設けるようにしてもよい。

橋脚の支承部に設けられた制震免震構造の第１実施形態を簡略化して示した図である。橋脚下部に設けた制震免震構造の第２実施形態を簡略化して示した図である。橋脚中間部に設けた制震免震構造の第３実施形態を簡略化して示した図である。橋脚下方に設けた制震免震構造の第４実施形態を簡略化して示した図である。橋脚下方に設けた制震免震構造の第４実施形態を簡略化して示した図である。門型の橋脚に橋桁が搭載された橋梁を、長手方向に見た状態を概念的に示した図である。

符号の説明

１フーチング
２アンカーフレーム
３橋脚本体
５支承部
１１アンカーボルト
１２，１３アンカービーム
２１上沓部材
２２下沓部材
２３フランジ
２６制震免震ロッド
２７橋脚側ボルト
２９カップラー

Claims

高さを有する建築物の柱部材に対して設けられ、地震等による横揺れが生じた場合の運動エネルギを吸収し、柱部材に作用する曲げモーメントや軸力を減少させる制震作用とともに、基礎部分から柱部材へ伝わる軸力を遮断して免震させる制震免震構造において、
前記建築物の柱部材が支承部又は柱の途中で軸方向に分割され、その分割上部と分割下部とが、軸方向に沿って複数配置された低降伏点鋼製の制震免震ロッドによって連結されたものであることを特徴とする制震免震構造。
請求項１に記載する制震免震構造において、
前記柱部材の分割上部と分割下部は、軸方向に直交するフランジが形成され、そこに固定されたロッドと前記制震免震ロッドとがカップラーによって連結されたものであることを特徴とする制震免震構造。
請求項１又は請求項２に記載する制震免震構造において、
前記柱部材の分割上部と分割下部との間に弾性部材が挟み込まれたものであることを特徴とする制震免震構造。
請求項３に記載する制震免震構造において、
前記柱部材の分割上部と分割下部は、支承部に設けられた前記柱部材下端面に固定された上沓部材と、前記基礎部分に固定された下沓部材であって、前記弾性部材は、その上沓部材と下沓部材の周りを被い、前記柱部材下端面と基礎部分との間に挟み込まれたゴム材であることを特徴とする制震免震構造。
橋桁を搭載して橋梁を構成する門型橋脚において、
起立した２本の橋脚本体の基礎部となるフーチング上に、上沓部材と下沓部材とによって分割された支承部が設けられ、下沓部材のフランジから突き出されたアンカーボルトと、橋脚本体に形成されたフランジに固定されたロッドとが、橋脚本体の軸方向に沿って複数配置された低降伏点鋼製の制震免震ロッドによって連結された制震免震構造を有するものであることを特徴とする門型橋脚。
請求項５に記載する門型橋脚において、
前記上沓部材は前記橋脚本体の下端面に固定され、前記下沓部材は前記基礎部分の上に固定され、その上沓部材と下沓部材の周りを被い、前記橋脚本体の下端面と前記基礎部分との間にゴム材が挟み込まれたものであることを特徴とする門型橋脚。
橋桁を搭載して橋梁を構成する門型橋脚において、
起立した２本の橋脚本体は、下部又は中間部分に軸方向に分割された分割部が形成され、その分割上部と分割下部は、軸方向に直交するフランジが形成され、そこに固定された複数のロッドと、橋脚本体の軸方向に沿って複数配置された低降伏点鋼製の制震免震ロッドとがカップラーによって連結された制震免震構造を有することを特徴とする門型橋脚。
請求項７に記載する門型橋脚において、
前記橋脚本体の分割上部と分割下部との間に弾性部材が挟み込まれたものであることを特徴とする門型橋脚。