JP2007270550A - 部分免震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】断層変位に対する耐震性能が優れた部分免震構造を提供する。
【解決手段】基礎部のフーチングが、ベースフーチング１と、このベースフーチング１上に設置される上部フーチング２とからなる部分免震構造１０において、ベースフーチング１と上部フーチング２との接触面における摩擦係数を、中央部よりも端部の方が小さくなるようにするか、又は、上部フーチング２の底面における中央部は面接触支持とすると共に、端部を球ベアリング支持若しくは支承支持とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、橋梁及び大規模構造物等に適用される部分免震構造に関し、特に、２層分離型フーチングを適用した部分免震構造に関する。

従来、橋梁の免震構造としては、橋脚とフーチング又は橋桁との間に板状の弾性体を配置したり、フーチングと基礎との間にゴム材と鋼板とを交互に積層した積層ゴムブロックを配置したりする方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、近時、トルコ・コジャエリ地震及び台湾・集集地震等では、断層変位により５〜１０ｍもの極めて大きな地表変形が生じ、断層の直上域に位置する橋梁では、上部構造が落下する等の甚大な被害が発生している。このような断層変位に伴う地表変形は、我が国においても１８９１年に発生した濃尾地震等で発生しており、橋梁及び大規模建造物等にはこのような断層変位に対する耐震性能も求められている。しかしながら、前述の特許文献１に記載されているような従来の免震構造では、断層変位に対して十分な耐震性能が得られない。

そこで、従来、断層変位等の強制変位にも追従可能な免震基礎構造が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。図６は特許文献２に記載の基礎構造を示す図である。図６に示すように、特許文献２に記載の基礎構造では、フーチングを、ベースフーチング１０１と、これに支持されて地震時に分離可能な上部フーチング１０２との２層構造にすることにより、断層変位等の強制変位にも追従可能とすると共に、地震時に分離された上部フーチング１０２がロッキング振動することにより地震力を低減して、その上に設置される橋脚等を免震化している。また、この基礎構造では、上部フーチング１０２とベースフーチング１０１との間に、下部シート１０４及び上部シート１０５の２枚の分離用シートを敷設することにより、ベースフーチング１０１と上部フーチング１０２とが分離しやすくすると共に、上部フーチング１０２の四隅にレベル及び傾斜を調節するためのリフトアップ用スリーブ体１０３を設けることにより、強制変位に対する修復を容易にしている。

また、図７は特許文献３に記載の構築物免震基礎を示す図である。図７に示すように、特許文献３の基礎構造では、地盤中に構築した基礎１１１上に橋脚１１２を載置し、基礎１１１の上面と橋脚１１２のフーチング部１１３の下面との間に、緩衝材１１４ａを複数層積層した免震層１１４を介在させ、フーチング部１１３の下面を基礎１１１の上面に対して水平方向に相対移動可能とし、免震層１１４の履歴減衰効果及びロッキング振動減衰効果によって免震を図っている。

特開２００１−２００５０８号公報 特許第３７４６４６３号公報 特開２００４−２９３１５７号公報

しかしながら、前述した特許文献２に記載の基礎構造は、ベースフーチングと上部フーチングと接触面の全面にシート介在させた同一の支持構造となっているため、これらの間の摩擦係数が大きく、断層の直上域に橋脚及び大規模構造物等が位置しているような場合には、十分な耐震効果が得られないという問題点がある。また、特許文献３に記載の基礎構造のようにフーチングの全面に一様な免震層を設けた場合、フーチング、免震層及び基礎における各接触面の摩擦係数を０．１〜０．２程度まで低減しなければ、その直下域で生じた断層変位に追従することができず、十分な耐震効果が得られないという問題点がある。更に、各接触面の摩擦係数をこのように低くした場合、暴風及び中規模の地震等でもフーチングの滑動及び移動が生じるため、利用者に不快感を与える。

本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、断層変位に対する耐震性能が優れた部分免震構造を提供することを目的とする。

本発明に係る部分免震構造は、基礎部のフーチングが、ベースフーチングと、このベースフーチング上に設置され支持される上部フーチングとからなる部分免震構造において、前記ベースフーチングと前記上部フーチングとの間の摩擦係数が、その中央部よりも端部の方が小さいことを特徴とする。

この部分免震構造は、前記上部フーチングの中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、前記ベースフーチングと前記上部フーチングとの接触面における摩擦係数が、前記上部フーチングの端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域では０．３以下であり、それよりも内側の領域では０．５以上であってもよい。

又は、前記上部フーチングの中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、前記上部フーチングの底面における端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域は球ベアリングによって支持され、それよりも内側の領域は前記ベースフーチングと接触して支持されていてもよい。

又は、前記上部フーチングの中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、前記上部フーチングの底面における端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域は支承によって支持され、それよりも内側の領域は前記ベースフーチングと接触して支持されていてもよい。

前述した各部分免震構造は、ラーメン構造の構造物の基礎に適用することができる。

本発明によれば、２層分離型フーチングにおいて、上部フーチングと下部フーチングとの間の摩擦係数が中央部よりも端部の方が小さくなるようにしているため、レベル１程度の地震時におけるフーチングの滑動を抑制できると共に、断層変位に対してはフーチングの滑動を生じさせて、その上に構築された構造物の塑性化を防止することができる。

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。前述の特許文献２に記載されているような２層分離型フーチングが設けられた免震構造の耐震性能を向上させるためには、フーチングが滑動するような構造とすることが望ましい。しかしながら、フーチングを滑動しやすくするためにフーチング底面の摩擦係数及び／又はせん断剛性を低下させると、台風時の暴風及び頻繁に発生するレベル１程度の中規模地震等でもフーチングの滑動及び移動が生じるため、通常の利用状態でも固有周期が長くなり、利用者に不快感を与えてしまう。このため、橋梁及び大型建築構造物の免震構造には、頻繁に発生する水平力に対しては滑動せず、稀に発生するレベル２程度の大規模な地震力に対して免震機能を発揮する構造が望まれる。

そこで、本発明者は、２層分離型フーチングにおいて、水平力の大きさとフーチングの回転（ロッキング）角度との関係に着目して鋭意実験研究を行った結果、以下に示す知見を得た。図１（ａ）及び（ｂ）は水平力の大きさとフーチングのロッキング角度との関係を模式的に示す図であり、図１（ａ）は中規模地震及び暴風等により生じる水平力に対するロッキング角度を示し、図１（ｂ）は大規模地震及び断層変位等により生じる水平力に対するロッキング角度を示す。図１（ａ）に示すように、中規模地震及び暴風等のように基礎に負荷される水平力が小さい場合は、フーチングのロッキング角度が小さく、ベースフーチング１と上部フーチング２とが接触している部分（接触部３）の面積はが大きくなる。一方、図１（ｂ）に示すように、大規模地震及び断層変位等のように基礎に負荷される水平力が大きい場合は、フーチングのロッキング角度が大きく、ベースフーチング１と上部フーチング２とが接触している部分（接触部３）の面積は小さくなる。即ち、フーチングのロッキング角度は水平力の大きさに依存し、水平力が大きい程、フーチングのロッキング角度は大きくなる。

以上の知見から、本発明者は、ベースフーチング１と上部フーチング２との接触面における摩擦係数又はせん断剛性を部分的に低減することにより、中規模地震及び暴風等のように基礎に負荷される水平力が小さい場合には、フーチングの滑動及び移動を抑制し、大規模地震及び断層変位等のように基礎に負荷される水平力が大きい場合には、フーチングに滑動及び移動が生じて地震力等を低減できることを見出し、本発明に至った。

以下、本発明の部分免震構造について、ＰＣ連続ラーメン橋の中間橋脚に適用した場合を例にして説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る部分免震構造について説明する。図２は中間橋脚に本実施形態の部分免震構造を適用したＰＣ連続ラーメン橋を模式的に示す図であり、図３は図２に示すＰＣ連続ラーメン橋の中間橋脚の基礎部の構成及び地震時の地盤反力分布を示す図である。本実施形態の部分免震構造１０は、例えば、図２に示す鉄筋コンクリート等からなる橋脚４上に橋体５が一体に設けられたＰＣ連続ラーメン橋における中間橋脚４ａの基礎６に適用され、図３に示すように、鉄筋コンクリート等からなり、基礎６と一体で形成されたベースフーチング１と、このベースフーチング１上に配置され、中間橋脚４ａの下部に一体で形成された上部フーチング２とにより構成されている。

そして、本実施形態の部分免震構造１０においては、ベースフーチング１と上部フーチング２との間の摩擦係数が、周端部と中心部とで相互に異なっている。具体的には、上部フーチング２の中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、ベースフーチング１と上部フーチング２との間の摩擦係数を、上部フーチング２の端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域では０．３以下とし、それよりも内側の領域では０．５以上としている。なお、摩擦係数が０．３以下の低摩擦領域の範囲が（１／３）Ｔ未満である場合、ベースフーチング１と上部フーチング２と接触面全体における平均摩擦係数が大きくなり、断層変位時に十分な耐震性能が得られない。一方、摩擦係数が０．３以下の低摩擦領域の範囲が（１／２）Ｔを超えると、ベースフーチング１と上部フーチング２との接触面全体における平均摩擦係数が小さくなり、暴風及びレベル１程度の地震の際に、フーチングに滑動が生じる。また、上部フーチング２の端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域の摩擦係数が０．３を超えると、断層変位時に十分な耐震性能が得られず、この領域よりも内側の領域の摩擦係数が０．５未満の場合は、暴風及びレベル１程度の地震の際に、フーチングに滑動が生じる。

次に、上述の如く構成された本実施形態の部分免震構造１０の動作について説明する。図３に示すように、レベル１程度の中規模地震においては、鉛直方向に小さく、水平方向に大きい地盤反力が生じる。その場合、本実施形態の部分免震構造１０では、ベースフーチング１と上部フーチング２との間の全体の平均摩擦係数が大きくなるため、フーチングの滑動が抑制される。一方、断層変位においては、鉛直方向に大きく、水平方向に小さい地盤反力が生じる。その場合、本実施形態の部分免震構造１０では、ベースフーチング１と上部フーチング２との間の全体の平均摩擦係数が小さくなるため、フーチングが滑動して橋脚４及び橋体５の塑性化を防止することができる。例えば、上部フーチング２の中心軸から端縁までの最短の距離が７ｍで、ベースフーチング１と上部フーチング２との間の摩擦係数が上部フーチング２の端縁から内側に３ｍまでの領域では０．１、それよりも内側の領域では０．６である場合、これらの間の平均摩擦係数は、レベル１程度の地震時は０．２６程度となり、断層変位時は０．１８程度となる。これにより、暴風及びレベル１程度の中規模地震等に対しては安全性を確保できると共に、利用者に不快感を与えることを防止でき、断層変位に対しては優れた耐震性能が得られる。

なお、ベースフーチング１と上部フーチング２との間の摩擦係数が、周端部と中心部とで異なるようにする方法としては、例えば、中心部に合成樹脂及びゴム等からなる摩擦係数が高いシートを複数枚介在させたり、周端部にフッ素系樹脂等の摩擦係数が低いシートを介在させたり、又は周端部を球ベアリング支持、ゴム支承支持、免震支承支持及びスライド支承としたりする方法等が挙げられる。

次に、本発明の第２の実施形態の部分免震構造について説明する。図４は本実施形態の部分免震構造を模式的に示す図である。図４に示すように、本実施形態の部分免震構造２０は、前述の第１の実施形態の部分免震構造１０と同様に、橋脚４上に橋体５が一体に設けられたＰＣ連続ラーメン橋における中間橋脚４ａの基礎６に適用される免震構造であり、基礎６と一体で形成されたベースフーチング１と、ベースフーチング１上に配置され中間橋脚４ａの下部に一体で形成された上部フーチング１２とにより構成されている。そして、この部分免震構造２０においては、上部フーチング１２の底面の周端部に段差が形成されており、この段差部分とベースフーチング１との間に球ベアリング１３が配置されている。即ち、上部フーチング１２は、その底面の中心部分はベースフーチング１と接触して通常の面接触支持となっているが、周端部は球ベアリング１３によって支持されている。

そして、本実施形態の部分免震構造２０においては、上部フーチング１２の中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、上部フーチング１２の端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域が、球ベアリング１３により支持された球ベアリング支持領域１４となっており、この球ベアリング支持領域１４よりも内側の領域が、面接触支持領域１５となっている。なお、球ベアリング支持領域１４の範囲が（１／３）Ｔ未満である場合、断層変位時において接触部の摩擦係数が大きくなるため、十分な耐震性能が得られない。一方、球ベアリング支持領域１４の範囲が（１／２）Ｔを超えると、暴風及びレベル１程度の地震において接触部の摩擦係数が小さくなるため、フーチングに滑動が生じる。

次に、上述の如く構成された本実施形態の部分免震構造２０の動作について説明する。本実施形態の部分免震構造２０は、頻繁に発生する地震、即ち、レベル１程度の地震が発生した場合には、その上に構築された構造物（橋脚４，橋体５）に水平力が作用することによりロッキングが生ずる。その際、上部フーチング１２の端縁から内側に（１／２）Ｔ以上の領域が接触面となる支持構造となる。この部分は、球ベアリング支持領域１４、及びベースフーチング１と上部フーチング２との通常の面接触支持領域１５とで構成されるため、レベル１程度の地震時には、ベースフーチング１と上部フーチング１２との間の接触面の平均摩擦係数が大きくなり、前述した水平力に対するフーチングの滑動を抑制することができる。一方、稀に発生する地震、即ち、レベル２程度の地震が発生した際の水平力に対しては、上部フーチング１２の端縁から内側に（１／２）Ｔ〜（１／３）Ｔの領域が接触面となる支持構造となる。この部分は、球ベアリング支持領域１４のみで構成されるため、レベル２程度の地震時には、ベースフーチング１と上部フーチング１２との間の接触面の平均摩擦係数が小さくなり、前述した水平力に対してフーチングが滑動し、免震機能が発揮される。

また、本実施形態の部分免震構造２０においては、上部フーチングの底面全体にベアリングを配置する従来の免震構造に比べて、部品数を低減することができるため、コスト縮減が図れる。

次に、本発明の第３の実施形態の部分免震構造について説明する。図５は本実施形態の部分免震構造を模式的に示す図である。図５に示すように、本実施形態の部分免震構造３０は、前述の第２の実施形態の部分免震構造２０における球ベアリング１３の代わりに、ゴム支承、免震支承及びスライド支承等の支承２３が配置されている。即ち、本実施形態の部分免震構造３０においては、上部フーチング２２の中心部はベースフーチング１と接触して通常の面接触支持となっているが、上部フーチング２２の周端部は支承２３によって支持されている。なお、本実施形態の部分免震構造３０における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態の部分免震構造２０と同様である。

そして、本実施形態の部分免震構造３０においては、上部フーチング２２の中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、上部フーチング２２の端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域が、支承２３により支持された支承支持領域２４となっており、この支承支持領域２４よりも内側の領域が、面接触支持領域２５となっている。なお、支承支持領域２４の範囲が（１／３）Ｔ未満である場合、断層変位時において接触部の摩擦係数が大きくなるため、十分な耐震性能が得られない。一方、支承支持領域２４の範囲が（１／２）Ｔを超えると、暴風及びレベル１程度の地震において接触部の摩擦係数が小さくなるため、フーチングに滑動が生じる。

次に、上述の如く構成された本実施形態の部分免震構造３０の動作について説明する。本実施形態の部分免震構造３０は、レベル１程度の地震が発生した場合には、その上に構築された構造物（橋脚４，橋体５）に水平力が作用することによりロッキングが生ずる。その際、上部フーチング２２の端縁から内側に（１／２）Ｔ以上の領域が接触面となる支持構造となる。この部分は、支承支持領域２４と面接触支持領域２５とで構成されるため、この接触面における平均摩擦係数が大きくなり、レベル１程度の地震による水平力に対してフーチングの滑動を抑制することができる。一方、レベル２程度の地震が発生した場合には、上部フーチング２２の端縁から内側に（１／２）Ｔ〜（１／３）Ｔの領域が接触面となる支持構造となる。この部分は、支承支持領域２４のみで構成されるため、レベル２程度の地震時には、接触面における平均摩擦係数が小さくなり、その水平力に対してフーチングが滑動して免震が機能が発揮される。

また、本実施形態の部分免震構造３０においては、上述した効果に加えて、上部フーチングの底面全体に支承を配置する従来の免震構造に比べて、部品数を低減することができるため、コスト縮減が図れるという効果もある。

なお、本発明の部分免震構造は、ＰＣ連続ラーメン橋の中間橋脚の基礎部に限定されるものではなく、ＰＣ連続ラーメン橋以外の橋梁及びその他の大規模構造物にも適用することができ、その場合も同様の効果を得ることができる。

（ａ）及び（ｂ）は水平力の大きさとフーチングのロッキング角度との関係を模式的に示す図であり、（ａ）は中規模地震及び暴風等により生じる水平力に対するロッキング角度を示し、（ｂ）は大規模地震及び断層変位等により生じる水平力に対するロッキング角度を示す。 中間橋脚に本発明の第１の実施形態の部分免震構造を適用したＰＣ連続ラーメン橋を模式的に示す図である。 図２に示すＰＣ連続ラーメン橋の中間橋脚の基礎部の構成及び地震発生時の地盤反力分布を示す図である。 本発明の第２の実施形態の部分免震構造を示す図である。 本発明の第３の実施形態の部分免震構造を示す図である。 特許文献２に記載の基礎構造を示す図である。 特許文献３に記載の構築物免震基礎を示す図である。

符号の説明

１、１０１ ベースフーチング
２、１２、２２、１０２ 上部フーチング
３ 接触部
４、１１２ 橋脚
５ 橋体
６、１１１ 基礎
１０、２０、３０ 部分免震構造
１３ ベアリング
１４ 球ベアリング支持領域
１５、２５ 面接触支持領域
２３ 支承
２４ 支承支持領域
１０３ リフトアップ用スリーブ体
１０４ 下部シート
１０５ 上部シート
１１３ フーチング部
１１４ 免震層
１１４ａ 緩衝材

Claims (5)

1. 基礎部のフーチングが、ベースフーチングと、このベースフーチング上に設置され支持される上部フーチングとからなる部分免震構造において、
   前記ベースフーチングと前記上部フーチングとの間の摩擦係数が、その中央部よりも端部の方が小さいことを特徴とする部分免震構造。
2. 前記上部フーチングの中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、前記ベースフーチングと前記上部フーチングとの接触面における摩擦係数が、前記上部フーチングの端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域では０．３以下であり、それよりも内側の領域では０．５以上であることを特徴とする請求項１に記載の部分免震構造。
3. 前記上部フーチングの中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、前記上部フーチングの底面における端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域は球ベアリングによって支持され、それよりも内側の領域は前記ベースフーチングと接触して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の部分免震構造。
4. 前記上部フーチングの中心軸から端縁までの最短の距離をＴとしたとき、前記上部フーチングの底面における端縁から内側に（１／３）Ｔ〜（１／２）Ｔまでの領域は支承によって支持され、それよりも内側の領域は前記ベースフーチングと接触して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の部分免震構造。
5. ラーメン構造の構造物の基礎に適用されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の部分免震構造。

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