JP2008038504A - 橋梁の耐震性能向上工法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造系が変化しない橋梁の耐震性能向上工法を提供する。
【解決手段】上部構造２と、下部構造３と、両者間に介在する支承５からなる既存の橋梁１の耐震性能向上工法であって、支承５をそのまま機能させ、上部構造２と下部構造３の間で、支承５より橋軸方向中央側に機能分離型水平荷重支持手段１１を設置し、機能分離型水平荷重支持手段１１は上部構造２の慣性力を下部構造３に分散する機能と鉛直変位追随機能を具備していることを特徴とする橋梁の耐震性能向上工法を特徴とする。
【選択図】図１

Description

既設の支承をそそのまま機能させ、機能分離型水平荷重手段を新設することで、機能分離型支承を形成し、その性能を向上させる橋梁の耐震性能向上工法に関する。

従来、既存支承を撤去することなく、この既設支承を改造してすべり支承化し、既存橋桁下面と既設橋脚上面または既設橋脚上部側面との間に免震装置を配設することを特徴とする既設支承を利用した橋梁の免震工法があった（特許文献１参照）。ここでは、既存支承の本体部分をそのまま残して、その一部を撤去した。免震装置には、従来から免震橋梁に用いられているものと同様の鉛プラグ入り積層ゴム支承や高減衰ゴム支承を使用していた（特許文献１参照）。

特許第３０２５１７７号公報（請求項１、段落０００７、図１、図２）

特許文献１に記載の発明の免震装置は、鉛直荷重を支持する構造として設計されていなかったが、既設支承の回転変位吸収機能等により、免震装置にも鉛直荷重が負荷されることとなった。したがって、この発明を既設の橋梁に適用すると支点位置が変化、すなわち構造系が変化するので、新たな構造解析や設計照査を行う必要があった。

本発明は、構造系が変化せずに構造解析や設計照査を再度行う必要のない橋梁の耐震性能向上工法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、上部構造と、下部構造と、両者間に介在する支承からなる既存の橋梁の耐震性能向上工法であって、支承をそのまま機能させ、上部構造と下部構造の間で、支承より橋軸方向中央側に機能分離型水平荷重支持手段を設置し、機能分離型水平荷重支持手段は上部構造の慣性力を低減する機能と鉛直変位追随機能が具備されている。機能分離型水平荷重支持手段は、鉛直変位追随機能が具備されているので、既設の支承による回転変位吸収機能が生じても、機能分離型水平荷重支持手段設置箇所において、鉛直荷重が負荷されることはない。
このように、機能分離型水平荷重支持手段と既設の支承を合わせて機能分離型支承を構成する。既設の支承が上部構造に負荷される鉛直荷重を支持し、機能分離型水平荷重支持手段が上部構造の慣性力を下部構造に対し、免震又は分散等させて慣性力を低減する。
したがって、機能分離型水平荷重支持手段は支点として機能することはなく、機能分離型水平荷重支持手段の設置前後で、この橋梁の構造系は変化せずに耐震性能を向上することができる。また、機能分離型水平荷重支持手段が設けられているので、大地震時に、新設計基準を満たさない既設支承の破断や既設支承と橋梁との固定部分の破断等により既設支承が機能喪失状態に陥っても、機能分離型水平荷重支持手段が機能する。
さらに、このように既設の支承をそのまま機能させるので、改造する手間を省くことができて、耐震工事において工程の短縮及び工費の節減を図ることができる。
さらに、上部構造と下部構造を斫ったり削ったりしないので、廃棄物を抑制することができる。したがって、河川や海洋に設置されている橋梁の場合、河川や海を汚染する危険性は少なく、自然環境に対して悪影響を与えない。
下部構造の桁かかり長が新設計基準を満たさない場合、下部構造の橋軸方向中央側の側面に拡幅部を一体化させて設け、上部構造と拡幅部の間で、支承より橋軸方向中央側に機能分離型水平荷重支持手段を設けることができる（請求項２）。この場合、拡幅部の新設と機能分離型水平荷重支持手段の追加設置を連続して行うことができ、設備や材料等を一括して用意することができるので、コストを削減することができる。また、機能分離型水平荷重支持手段は既設の支承とその間の同一線上に配置されずに、橋軸方向に所定の距離を保ち設置されて風通しが良くなるので、塵埃の蓄積や湿気の発生が起こりにくくなり、製品寿命を長く保持することができる。
尚、本願発明において、拡幅部が既に新設されて下部構造と一体化されている場合、拡幅部も下部構造と見なすものとする。
また、拡幅部の上面は、下部構造の上面より低くすることができる（請求項３）。この場合、機能分離型水平荷重支持手段の大きさを考慮して、拡幅部を設計・施工することができるので、機能分離型水平荷重支持手段を容易に設置できるように拡幅部を設計すると、機能分離型水平荷重支持手段は容易に設置でき、施工性が向上し工程短縮を図れる。また、点検や補修等の維持管理を容易に行うことができる。
また、機能分離型水平荷重支持手段を、支承より橋軸方向中央側に向かって、上部構造の設計最大移動量より離れて配置することができる（請求項４）。したがって、大地震等により、上部構造と機能分離型水平荷重支持手段の接続が破断しても、機能分離型水平荷重支持手段は、橋軸方向に対して桁の端面の設計最大移動範囲より中央側に設置されているので、落橋防止手段として機能し、隣接する上部構造同士に段差が生じたり、上部構造が下部構造上面に落ちて下部構造の躯体を損傷させる危険性は軽減する。また、そのような機能を発揮することにより落橋防止装置は必要く、装置及び設置工事が不要であるのでコストの削減を図ることができる。
また、既設支承の製品寿命や破損等による既設支承の機能喪失後に、支承を別の鉛直荷重支持手段と交換し、鉛直荷重支持手段と機能分離型水平荷重支持手段により橋梁を支承することができる（請求項５）。ここで、その交換時点における最良な鉛直荷重支持手段を設置すればよいので、現時点における鉛直荷重支持手段を追加設置するより耐震機能は優良となる。

本発明は、上記の通り、既存の支承をそのまま機能させ、上部構造と下部構造の間で、支承より橋軸中央側に機能分離型水平荷重支持手段を設置し、機能分離型水平荷重支持手段は上部構造の慣性力を低減する機能と鉛直変位追随機能が具備されている構成であるので、構造系が変化せずに構造解析や設計照査を再度行う必要のない橋梁の耐震性能向上工法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図４に耐震性能向上工法が適用される橋梁の例を示す。ここに示す橋梁は、例えば１本の上部構造２と２体の下部構造３からなる単純橋１であり、上部構造２はＲＣ桁４等で構成され、下部構造３の橋台や橋脚の躯体６等で構成されている。ＲＣ桁４の下面と躯体６の上面の間に複数個の支承５（図２において３個）が橋軸に垂直に等間隔で並設されている。各支承５とＲＣ桁４・躯体６は、それぞれ例えばボルト７で固定されている。支承５は上部構造２の荷重を下部構造３に伝達し、回転を拘束しない機能を有している。

以下、耐震性能向上工法について説明する。ここで、単純橋１は略対称の構造であるので、片側（図４の紙面左側）についてのみ説明を行う。

図１に示すように、躯体６の側面８に拡幅部１０を設置する。これは、橋軸上でＲＣ桁４の端面９と躯体６の側面８の距離である桁かかり長Ｌ１について、既存の単純橋１はほとんどの場合において旧耐震設計に基づき設計・施工されているので、桁かかり長Ｌ１が新設計基準による桁かかり長未満であるため、躯体６を橋軸方向中央側へ延長し、桁かかり長Ｌ１が新設計基準による桁かかり長を確保することを目的としている。新設計基準による桁かかり長は大地震時を想定したときの桁端部における相対変位を基本として算出され、下部構造と上部構造の間の相対変位や地盤のひずみによる地盤相対変位も考慮するとともに、桁の種類、大きさ、重量、形状等にも起因し、およそ数１０ｃｍ〜１ｍの場合が多い。

拡幅部１０の形態は特に決まっていないが、例えば鉄筋コンクリート打足し（うちたし）があり、設置方法は、図示しないが、従来の鉄筋コンクリート構造物の拡幅方法と同様に、拡幅部１０を設置する躯体６の側面８を鉄筋が露出するまで斫り、所定の鉄筋を切断し、コンクリート及び鉄筋の表面をハイウォッシャー等で表面処理する。その後、鉄筋継手・配筋・樹脂注入を施し、型枠を設置し、コンクリートを打設し、一定期間養生する。形状は例えば図１に示すような、橋軸垂直方向が軸方向となるような台形柱とする。

次に、ＲＣ桁４の下面と拡幅部１０の上面の間に機能分離型水平荷重支持手段１１を設置する。機能分離型水平荷重支持手段１１は、図２に示すように、支承５と同橋軸上に支承５と平行に且つＲＣ桁４の端面９から橋軸方向中央側へＲＣ桁４の設計最大移動量以上離れる位置に配設する。機能分離型水平荷重支持手段１１の上面とＲＣ桁４の下面・機能分離型水平荷重支持手段１１の下面と拡幅部１０の上面はそれぞれ例えばボルト７で固定されている。ここで機能分離型水平荷重支持手段１１は、鉛直変位追随機能が具備された免震支承であり、この免震支承はアイソレータ（絶縁機能）とダンパー（減衰機能）を有している。

このように、拡幅部１０の新設と機能分離型水平荷重支持手段１１の追加設置を連続して行うことで、機械等を長期間一括してリースできるので設備費用の軽減をできると共に、撤去や準備の省略により工程を短縮することができる。また、ＲＣ桁４と躯体６の間に比して、作業スペースが広くなるので、挟まれ災害等の危険性が軽減され作業の安全性が向上する。さらに、機能分離型水平荷重支持手段１１に合わせて、拡幅部の高さや位置を設計することができるので、作業性が向上する。

また、ＲＣ桁４に作用する鉛直荷重による支承５を支点とする回転変位によって、機能分離型水平荷重支持手段１１に鉛直変位が発生する。しかし、鉛直変位追随機能により機能分離型水平荷重支持手段１１に鉛直荷重は負荷されないので、ここは支点として機能せず、既設の支承５をそのまま機能させて、ＲＣ桁４の鉛直荷重を支持する。したがって、ＲＣ桁４の支点位置、すなわち構造系は変化しない。

また、既設の支承５は固定支承の場合、小中規模地震の水平力を支持する耐力を持ち備えているが、大規模地震の水平力を支持する耐力は持ち備えていない。したがって、大規模地震が発生すると、支承５は破断・変形して機能喪失するので、機能分離型水平荷重支持手段１１は免震機能を発揮する。

また、大規模地震時に支承５の破壊、又は支承５とＲＣ桁４・躯体６を固定するボルト７の破断により、ＲＣ桁４の端面９が支承５から外れても、ＲＣ桁４は機能分離型水平荷重支持手段１１により支持されるので、ＲＣ桁４が落橋又は隣接するＲＣ桁４間に数１０ｃｍ規模の大きな段差が発生することはなく、生じる段差は小さく修復は容易である。したがって、橋上を緊急車両等が通行し救援物資や資材を運搬できるので、復旧作業を円滑に行うことができる。

さらに、機能分離型水平荷重支持手段１１の設置箇所はＲＣ桁４の端面９の設計最大移動量より橋軸方向中央側なので、支承５が破断又は支承５とＲＣ桁４・躯耐６を固定するボルト７が破断しても、ＲＣ桁４が落橋する危険性はほとんどなく、機能分離型水平荷重支持手段１１は落橋防止手段としても機能する。したがって、ＲＣ桁４が落橋又は隣接するＲＣ桁４間に数１０ｃｍ規模の大きな段差が発生することはないので、上部構造をジャッキアップ等する必要がなく、復旧作業を容易に行うことができる。

また、支承５が破断・変形または製品寿命等により機能を喪失する場合、支承５をその時点で最良の技術を具備する鉛直荷重支持手段と交換する。これは、新設計基準の大規模地震は約５０〜１００年に１回発生する地震を想定しているので、現時点で新設計基準を満たさない既設の支承を改造又は交換するより、新設計基準を満たす機能分離型水平荷重支持手段を追加設置して、既設の支承が機能喪失後、新設計基準を満たすと共にその時点で最良の鉛直荷重支持手段と交換すれば、既設の支承５を有効利用でき、工事による廃棄物の発生を抑制することができ、経済性・環境性に有利であるという理由からである。

また、長期間存続している橋に対して、衝撃・振動を抑制しているので、桁や躯体等の橋を構成する各部分に亀裂等の悪影響を与える危険性は少ない。さらに、周囲に対する騒音・振動も少ないので、夜間作業も可能となり工期の短縮を図ることができる。

実施の形態１において、機能分離型水平荷重支持手段１１は免震支承としたが、これに限るものでなく、地震時水平力分散型ゴム支承等、条件に合わせて適宜選定してもよい。

また、機能分離型水平荷重支持手段１１が複数個設置される場合、荷重伝達される下部構造の構造解析を容易とするには、その設置箇所が橋軸に垂直に等間隔で並設するのが有効である。したがって、実施の形態１のように機能分離型水平荷重支持手段１１を既設の支承５と同橋軸上に配置する必要はない。追加設置する機能分離型水平荷重支持手段１１が１つの場合は、躯体（拡幅部が設置されるときは拡幅部）上面の橋軸垂直方向中央部に機能分離型水平荷重支持手段１１を設置するのが有効である。

機能分離型水平荷重支持手段１１を設置する個数・種類は橋の大きさ、地盤の特性、風や河川等の自然条件等により選定すればよい。

また、上部構造２はＲＣ桁４等により構成されているがこれに限ることではなく、上部構造はＰＣ桁や鋼桁等で構成されていてもよい。

また、既設支承５は固定支承以外に可動支承等であっても本願発明を適用できる。

また、拡幅部の形状は特に決まっていないが、既設の躯体の形状や予測される荷重等の諸条件によって適宜設計・施工すればよく、矩形等であってもよい。

また、拡幅部は現場鉄筋コンクリート打足しでななく、工場製品の拡幅部を現場で設置する方法でも良い。

尚、本発明は単純橋以外の連続橋やゲルバー橋にも適用することができる。また、橋の構造は、桁橋、ラーメン橋、トラス橋等、上部構造と下部構造と支承で構成されるものであればよい。さらに、道路橋、鉄道橋、歩道橋等の橋の機能は問わない。

単純橋の左側の側面図を示す図である。 単純橋の左側の平面図を示す図である。 単純橋の左側の断面図を示す図である。 単純橋の全体図を示す図である。

符号の説明

１………単純橋
２………上部構造
３………下部構造
４………ＲＣ桁
５………支承
６………躯体
７………ボルト
８………側面
９………端面
１０……拡幅部
１１……機能分離型水平荷重支持手段
Ｌ１……桁かかり長

Claims (5)

1. 上部構造と、下部構造と、両者間に介在する支承からなる既存の橋梁の耐震性能向上工法であって、
   前記支承をそのまま機能させ、前記上部構造と前記下部構造の間で、前記支承より橋軸方向中央側に機能分離型水平荷重支持手段を設置し、前記機能分離型水平荷重支持手段は前記上部構造の慣性力を低減する機能と鉛直変位追随機能を具備していることを特徴とする橋梁の耐震性能向上工法。
2. 前記下部構造の橋軸方向中央側の側面に拡幅部を前記下部構造と一体化させて設け、
   前記上部構造と前記拡幅部の間で、前記支承より橋軸方向中央側に前記機能分離型水平荷重支持手段を設置することを特徴とする請求項１に記載の橋梁の耐震性能向上工法。
3. 前記拡幅部の上面は、前記下部構造の上面より低いことを特徴とする請求項２に記載の橋梁の耐震性能向上工法。
4. 前記機能分離型水平荷重支持手段が、前記支承より橋軸方向中央側に向かって、前記上部構造の設計最大移動量より離れて配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の橋梁の耐震性能向上工法。
5. 前記支承の機能喪失後に、前記支承を別の鉛直荷重支持手段と交換し、前記鉛直荷重支持手段と前記機能分離型水平荷重支持手段により前記橋梁を支承することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の橋梁の耐震性能向上工法。

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