JP2008095346A - 鋼製支承 - Google Patents

Abstract

【課題】丈高を低く抑えることができて全体構造をコンパクトなものとすることができ、しかも大きな許容支圧応力を得ることができる鋼製支承を提供する。
【解決手段】中央に凹部１０が設けられた下沓１と、下部に凸部１４が設けられ、凹部１０に嵌合される上沓２とを備え、凸部１４の嵌合部外周には環状凸球面１６が形成され、凹部１０内には凸部１４下面を支持する上向きの凸球面１３を有する球面座１２が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鋼製支承に関し、さらに詳細には、橋梁において上部構造の荷重を下部構造に伝達する支点に設置される支承構造に関する。

橋梁において、支承は上部構造の荷重を下部構造に確実に伝達する役割を担っている。支承には支持形態として固定支点に設置される固定支承と、温度変化、コンクリートのクリープによって生じる上部構造の伸縮に追随させるべく可動支点に設置される可動支承とがある。これら支承には、上記のような上部構造の荷重を下部構造に伝達する鉛直荷重支持機能に加えて、上部構造の水平荷重を下部構造に伝達する水平荷重支持機能（固定支承）や、水平移動機能（可動支承）が要求される。さらには、通行車両の荷重により上部構造にたわみが生じることから、支点でのたわみ方向の回転機能が要求される。

支承の種類には鋼製支承とゴム支承とがある。鋼製支承の１つとして、従来、ピボット支承が知られている（非特許文献１参照）。このピボット支承は、固定支承として適用され、上下沓にそれぞれ凹状球面及び凸状球面を設けて上部構造の全方向回転を許容するようにしたものである。しかしながら、ピボット支承は、上部構造の水平荷重も球面部で伝達する構造であるので、球面部の高さが高くなり、その結果支承全体として丈高となるという問題がある。

また、固定支承や可動支承として適用される、ポットベアリングと称される密閉ゴム支承板支承（ＢＰＢ）も、鋼製支承の１つとして知られている。この密閉ゴム支承板支承は、下沓に形成した凹状ポット部にゴムプレート及び中間プレートを収容し、上部構造の鉛直荷重をゴムプレートに伝達するとともに、ゴムプレートの変形によって上部構造の全方向回転を許容するようにしたものである。しかしながら、密閉ゴム支承板支承は、ゴムプレートによって鉛直荷重を支持する構造であるため、許容支圧応力を大きくとることができず、所要の支圧応力を得るためには支承全体を大きくしなければならないという問題がある。
佐伯彰一編，「図解 橋梁用語辞典」株式会社山海堂，１９９３年５月２０日，Ｐ２５２−２５３

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、丈高を低く抑えることができて全体構造をコンパクトなものとすることができ、しかも大きな許容支圧応力を得ることができる鋼製支承を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、中央に凹部が設けられた下沓と、
下部に凸部が設けられ、前記凹部に嵌合される上沓とを備え、
前記凸部の嵌合部外周には環状凸球面が形成され、
前記凹部内には前記凸部下面を支持する上向きの凸球面を有する球面座が設けられていることを特徴とする鋼製支承にある。

より具体的には、前記上沓の外周部に周方向に間隔を置いて複数のボルト挿入穴が設けられ、これらボルト挿入穴に前記上沓の上面側からそれぞれ挿入されるボルトの軸部が前記上沓に固定され、
各ボルト挿入穴はボルト頭部が収容される大径穴と、ボルト軸部が挿入される小径穴とからなり、前記ボルト頭部と前記大径穴底面との間及び前記ボルト軸部と前記小径穴内周との間にはそれぞれ隙間が設けられている。

また、この発明は、中央に凹部が設けられた下沓と、
下部に凸部が設けられ、前記凹部に嵌合される中間プレートと、
前記中間プレートの上面に滑動可能に設けられた上沓とを備え、
前記凸部の嵌合部外周には環状凸球面が形成され、
前記凹部内には前記凸部下面を支持する上向きの凸球面を有する球面座が設けられていることを特徴とする鋼製支承にある。

上記各支承において、前記凸部下面には前記凸球面を受け入れる凹球面が形成されている。前記環状凸球面は、前記凹球面と前記凸球面との接触部に曲率中心を持ち、かつ該環状凸球面と前記凹部の内周との接触部が前記凹球面と前記凸球面との接触部と同一高さ位置にあるように形成されている。前記球面座は前記下沓と別体に設けられている。

この発明によれば、下沓の凹部内に設けられる球面座は上部構造の回転を許容する機能のみを持ち、上部構造の水平荷重は球面座を介することなく、上沓の凸部から下沓に伝達される。したがって、球面座の高さは低くてよく、支承の丈高を低く抑えることができる。また、鉛直荷重伝達は、上沓及び球面座の金属間でのものであるので、設計支圧応力を大きくとることができる。この結果、球面座を小さく設計することができ、全体構造をコンパクトなものとすることができる。さらに、鉛直荷重の伝達経路と水平荷重の伝達経路とが異なり、荷重伝達機能が分離されているので、設計の自由度を増すことができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示す鉛直方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。この実施形態に示される支承は固定支承として適用される。支承は下沓１と、上沓２とを備えている。下沓１は必要に応じて設けられる調整プレート３を介してベースプレート４に固定される。下沓１と調整プレート３、調整プレート３とベースプレート４の各固定は溶接等が適用される。ベースプレート４は橋脚や橋台などの下部構造５に複数のアンカーボルト６によって固定される。

上沓２はせん断キー７及びセットボルト８により橋桁である上部構造９に固定される。上部構造９に作用する水平荷重はせん断キー７を介して上沓２に伝達される。下沓１、上沓２、調整プレート３及びベースプレート４は、いずれも鋼製の部材である。これら部材の外形形状は、この実施形態では、下沓１及び上沓２が円形、調整プレート３及びベースプレート４が方形であるが、下沓１及び上沓２も外形形状を方形とすることができる。図示の例では、せん断キー７が上沓２と別体に作られているが、一体構造としてもよい。

下沓１にはその中央に凹部１０が設けられている。凹部１０は高さ方向の中間部に段部１１を有し、段部１１を境として上側凹部１０ａと、それよりも径が小さい下側凹部１０ｂとに区画されている。凹部１０は、上側凹部１０ａ及び下側凹部１０ｂともに内周形状が円筒形である。

下側凹部１０ｂには球面座１２が設置されている。球面座１２は凹部１０の底面に支持される平坦な下面及び円筒形の外周面を有し、上部には凸球面１３が形成されている。球面座１２は、凸球面１３の頂部が上側凹部１０ａに突出する高さを有している。この球面座１２も他の部材と同様に鋼製のものである。

上沓２の下部には凸部１４が設けられている。凸部１４は円筒形の外周面を有し、上側凹部１０ａに嵌合されている。凸部１４の下面には凹球面１５が形成されている。この凹球面１５に球面座１２の凸球面１３が受け入れられ、これによって上沓２が球面座１２に支持されている。凸球面１３及び凹球面１５の各曲率は図示の例では異なっているが、等しくしてもよい。

図３に拡大して示すように、凸部１４の外周には環状凸球面１６が形成されている。この環状凸球面１６は、凹球面１５と凸球面１３との接触部Ｃ₀ （図１参照）に曲率中心を持ち、かつ環状凸球面１６と上側凹部１０ｂの内周との接触部Ｃ₁ がＣ₀ と同一高さ位置にあるように形成されている。

上沓２の外周部には周方向に間隔を置いて複数のボルト挿入穴１７が形成されている。このボルト挿入穴１７は、上沓２の上面側の大径穴１７ａと、大径穴１７ａの底面から上沓２の下面に貫通する小径穴１７ｂとからなっている。ボルト挿入穴１７に挿入されるボルト１８は、その軸部が小径穴１７ｂを貫通して下沓１に固定され、その頭部が大径穴１７ａに収容される。ボルト１８の軸部と小径穴１７ｂの内周との間、またボルト１８の頭部と大径穴１７ａの底面との間には、隙間がそれぞれ設けられている。これらの隙間は、上沓２の回転を阻害しないようにするためのものである。

凸部１４の上端外周には、上沓２と下沓１との間を閉塞して水などの侵入を防ぐためのシールリング１９が設けられている。凹部１０には金属間摩擦を防止するための耐久性の高いシリコングリースなどの潤滑剤が充填される。凹部１０は上側凹部１０ａ及び下側凹部１０ｂに区画され、球面座１２が配置される下側凹部１０ｂは必要以上の大きさを有していない。したがって、潤滑剤も最小限で済む。なお、この発明の支承はゴムを主要部に使用しないため寒冷地での使用に適しているが、この場合、シリコーングリースとして耐寒性のものが使用される。

上記固定支承において、上部構造９の鉛直荷重は上沓２の凸部１４から球面座１２に伝達され、さらに下沓１及びベースプレート４を介して下部構造５に伝達される。鉛直荷重伝達は、上沓２及び球面座１２の金属間でのものであるので、設計支圧応力を高くとることができる。このため、球面座１２を小さく設計することができる。

球面座１２は上部構造９の水平荷重の伝達に関与しない。すなわち、上部構造９の水平荷重は、上沓２の凸部１４から下沓１に伝達され、ベースプレート４を介して下部構造５に伝達される。このように、鉛直荷重の伝達経路と水平荷重の伝達経路とが異なり、荷重伝達機能が分離されているので、設計の自由度を増すことができる。

上沓２の凸部１４の下面である凹球面１５は、球面座１２の凸球面１３に支持され、また凹部１０の内周と接する凸部１４の外周は環状凸球面１６となっていることから、上沓２は鉛直方向の回転が可能である。これにより、上部構造９の回転に追随することが可能である。そして、環状凸球面１６は、上記のように、凹球面１５と凸球面１３との接触部Ｃ₀ に曲率中心を持ち、かつ環状凸球面１６と上側凹部１０ｂの内周との接触部Ｃ₁ がＣ₀ と同一高さ位置にあるように形成されているので、上沓２の回転はスムーズに行われる。

地震が発生すると上部構造９には上揚力が作用する。この発明による固定支承は、上揚力を受け止める機能も具備している。すなわち、上揚力により上部構造９が浮き上がろうとすると、ボルト１８の頭部が上沓２、具体的には大径穴１７ａの底面に係合する。その結果、上部構造９の浮き上がりを阻止することができる。

図４は別の実施形態を示す鉛直方向断面図である。上部構造９にせん断キー７及びセットボルト８により固定される上沓２は下面が平坦面となっている。この上沓２と下沓１との間に中間プレート２０が配置されている。凹部１０に嵌合される凸部１４は、中間プレート２０の下部に設けられている。

凹部１０に凸球面１３を持つ球面座１２が設置されている点は、上記実施形態と同様である。また、凸部１４の下面に、凸球面１３を受け入れ、球面座１２によって支持される凹球面１５が形成されている点、さらに凸部１４の外周に接触部Ｃ₀ に対して上記のような関係を持つ環状凸部１６が形成されている点も上記実施形態と同様である。

この実施形態に示される支承はすべり支承であり、可動支承として適用される。そのため、中間プレート１９の上面及び上沓２の下面にはすべり部材２１，２２がそれぞれ設けられ、上沓２と中間プレート１９との間ですべりが生じる。すべり部材２１，２２としては、それぞれ四フッ化エチレンプレート及びステンレスプレートが用いられる。凸部１４と球面座１２との間で鉛直荷重が伝達され、また回転が生じるのは上記実施形態と同様である。なお、凹部１０は２つに区画していないが、上記実施形態のように区画してもよい。

上記各実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記各実施形態では上沓の凸部下面に凹球面１５を形成したが、凹球面とすることなく平坦面としてもよい。しかし、接触面の摩擦による変形を考慮すると、凹球面とすることが望ましい。また、球面座１２は下沓と別体とすることなく、一体に加工成形してもよい。

この発明の実施形態を示す鉛直方向断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 上沓の凸部外周を拡大して示す鉛直方向断面図である。 別の実施形態を示す鉛直方向断面図である。

符号の説明

１ 下沓
２ 上沓
３ 調整プレート
４ ベースプレート
５ 下部構造
６ アンカーボルト
７ せん断キー
９ 上部構造
１０ 凹部
１０ａ 上側凹部
１０ｂ 下側凹部
１１ 段部
１２ 球面座
１３ 凸球面
１４ 凸部
１５ 凹球面
１６ 環状凸球面
１７ ボルト挿入穴
１７ａ 大径穴
１７ｂ 小径穴
１８ ボルト

Claims (6)

1. 中央に凹部が設けられた下沓と、
   下部に凸部が設けられ、前記凹部に嵌合される上沓とを備え、
   前記凸部の嵌合部外周には環状凸球面が形成され、
   前記凹部内には前記凸部下面を支持する上向きの凸球面を有する球面座が設けられていることを特徴とする鋼製支承。
2. 前記上沓の外周部に周方向に間隔を置いて複数のボルト挿入穴が設けられ、これらボルト挿入穴に前記上沓の上面側からそれぞれ挿入されるボルトの軸部が前記上沓に固定され、
   各ボルト挿入穴はボルト頭部が収容される大径穴と、ボルト軸部が挿入される小径穴とからなり、前記ボルト頭部と前記大径穴底面との間及び前記ボルト軸部と前記小径穴内周との間にはそれぞれ隙間が設けられていることを特徴とする請求項１記載の鋼製支承。
3. 中央に凹部が設けられた下沓と、
   下部に凸部が設けられ、前記凹部に嵌合される中間プレートと、
   前記中間プレートの上面に滑動可能に設けられた上沓とを備え、
   前記凸部の嵌合部外周には環状凸球面が形成され、
   前記凹部内には前記凸部下面を支持する上向きの凸球面を有する球面座が設けられていることを特徴とする鋼製支承。
4. 前記凸部下面には前記凸球面を受け入れる凹球面が形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の鋼製支承。
5. 前記環状凸球面は、前記凹球面と前記凸球面との接触部に曲率中心を持ち、かつ該環状凸球面と前記凹部の内周との接触部が前記凹球面と前記凸球面との接触部と同一高さ位置にあるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の鋼製支承。
6. 前記球面座は前記下沓と別体に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載の鋼製支承。

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