JP2008144516A - 水平支承装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上部構造物の取付け構造を簡単にして、装置のコンパクト化を図った水平支承装置を提供することである。
【解決手段】水平方向にせん断変形して、前記上部構造物１の水平荷重を支持する積層ゴム体２を備えた水平支承装置であり、積層ゴム体２の上部鋼板２１の上面には凹部６が形成され、キープレート１２は上沓１３に固定され、下部が上部より水平方向の長さが大きく、かつ下部と上部との間に段部１２Ｃが形成されており、上部鋼板２１の凹部６の外周縁にはフランジプレート１４が形成されており、(1）キープレート１２と上部鋼板２１との間、(2）フランジプレート１４と上沓１３との間、（3）キープレート１２の外周面と上部鋼板２１の凹部６およびフランジプレート１４の各内周面との間、および（4）キープレート１２の段部上面とこれに係合するフランジプレート１４との間に遊間ｇ１〜ｇ４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁、陸橋、建築構造物、機械等の構造物を支承する、いわゆる機能分離型支承装置のうち、特に水平方向の荷重を支持するための水平支承装置に関する。

従来から、橋梁などの上部構造物と橋脚などの下部構造物との間に支承装置を配置し、上部構造物から作用する力を下部構造物に伝達して、上部構造の荷重の載荷によるたわみやねじれ変形を吸収することが行われている。

荷重伝達機能には、鉛直力支持機能と水平力支持機能とがある。従来の橋梁用支承装置は、両機能を集約させた機能一体型支承装置が多かった。機能一体型支承は各機能を集約させるために支点構造が簡素であるという利点はあるが、各々の機能の兼ね合いにより支承部が大型化し、さらに支承部に局部的な損傷や一部の機能不全が生じた場合に、一方の機能だけでなく、他の機能にその影響が大きく波及するという懸念もある。

このようなことから、近時、上部構造物の鉛直荷重を支持する鉛直支承装置と、上部構造物の鉛直荷重を支持することなく、弾性体が水平方向にせん断変形して上部構造物の水平荷重を支持する水平支承装置とを備えた機能分離型支承装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に開示されている水平支承装置は、図８に示すように、下部構造物３０の上面に固定され、上部に上部構造物との間に隙間Ｃ1を形成する方形のフランジプレート３１（上部鋼板）を有する弾性体３２と、前記上部構造物の下面に固定され前記フランジプレート３１の橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面に係合可能で且つ該フランジプレート３１の下面に隙間を介して係合するサイドブロック３３とを備えている。サイドブロック３３の下部には係合片３４が設けられる。弾性体３２はフランジプレート３１と下部鋼板（図示せず）との間に鋼板とゴム層とを交互に積層し、加硫接着により同時成形したものである。

特許第３６３４２８８号公報

上記水平支承装置は、弾性体３２がせん断変形して水平荷重を支持すると共に、上部構造物に回転が生じても、前記した隙間によって回転を許容することができ、さらに上揚力に対しても前記した係合片３４がフランジプレート３１に係合し、これにより、弾性体３２を介して上下部構造物間で上揚力を伝達することができ、上部構造物の落下を防止することができる。

しかしながら、弾性体３２は、該弾性体の本体からはみ出した大きなフランジプレート３１を有し、かつ該フランジプレート３１を抱え込むようにサイドブロック３３が上沓３５の下面に取付けられているため、上部構造物の取付け面積が大きくなり、装置が大型化するという問題がある。

従って、本発明の課題は、上部構造物の取付け構造を簡単にして、装置のコンパクト化を図った水平支承装置を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の水平支承装置は、上部構造物の鉛直荷重を支持することなく、水平方向にせん断変形して、前記上部構造物の水平荷重を支持する積層ゴム体を備えたものであって、前記積層ゴム体は、上部鋼板と下部鋼板との間に中間鋼板とゴム層とを交互に積層し一体に成形したものであり、前記上部鋼板の上面には、キープレートの下部を収容するための凹部が形成されており、前記キープレートは、前記上部構造物の下面に固定された上沓に固定され、下部が上部より水平方向の長さが大きく、かつ下部と上部との間に段部が形成されており、前記上部鋼板の前記凹部の外周縁には、前記キープレートの段部に係合する係合部が形成されており、（1）前記キープレートと前記上部鋼板との間、（2）前記係合部と前記上沓との間、（3）前記キープレートの外周面と前記上部鋼板の前記凹部および前記係合部の各内周面との間、および（4）キープレートの段部上面とこれに係合する係合部との間にそれぞれ遊間を有することを特徴とする。
前記係合部としては、断面が逆Ｌ字形のフランジプレートが挙げられる。該フランジプレートは、中央部に前記キープレートの上部が貫通する貫通孔を有する額縁形状であるのがよい。

本発明の水平支承装置は、キープレートの段部に、前記上部鋼板の前記凹部の外周縁に設けた係合部が係合する構造であるので、従来のように、積層ゴム体から外に張り出したフランジプレートを必要とせず、従って該フランジプレートを抱え込むようにして係合していたサイドブロックも必要としない。そのため、装置がコンパクトになり、施工性も向上するという効果がある。また、キープレートや係合部は、水平支承装置の内部にあり、外部に露出しないので、外力（衝撃など）によって係合部を損傷することもない。

以下、本発明の一実施形態にかかる水平支承装置について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる水平支承装置の概略を示す一部破断正面図、図２はその部分拡大断面図である。

図１に示す水平支承装置は、上部構造物１の鉛直荷重に対して非荷重状態で設置されており、四角柱状の積層ゴム体２を有している。積層ゴム体２は厚肉の上部鋼板２１と下部鋼板２２との間に複数枚の薄肉の中間鋼板２３とゴム層２４とを交互に積層し、加硫成形により一体に成形したものである。

図１中、符号４は下沓を示しており、固定ボルト３によって下部鋼板２２に固定され、ベースプレート５上に載置される。ベースプレート５は、橋脚７に埋め込まれるアンカーボルト８を有している。

一方、積層ゴム体２の上部鋼板２１の中央部上面には、凹部６が形成されている。この凹部６にキープレート１２の下端部が収容される。キープレート１２は、断面がハット形の柱状体（例えば角柱等）で構成され、図２に示すように、下部１２ａが上部１２ｂより水平方向の長さが大きく、かつ下部と上部との間に段部１２ｃが形成されている。

上部鋼板２１における前記凹部６の外周縁には、逆Ｌ字形フランジプレート１４（係合部）が配置される。このフランジプレート１４は、ボルト１８によって前記凹部６の外周縁上に固定される。そして、逆Ｌ字形フランジプレート１４の上端に位置し内周側に突出する突起部１４ａがキープレート１２の段部１２ｃに係合する。

図３は逆Ｌ字形フランジプレート１４を示す平面図であり、中央部に前記キープレート１２の上部が貫通する貫通孔１９を有する額縁形状で構成される。

さらに、キープレート１２は、その上端部が上沓１３の下面に形成された凹部１５内に収容され、固定ボルト１７で上沓１３に固定される。上沓１３は、ソールプレート１０の下面に配置され、上部構造物１の桁９およびソールプレート１０の各ボルト挿通孔を挿通した固定ボルト１１が上沓１３に螺合することよって上部構造物１の下面に固定されている。

なお、下沓４および下部鋼板２２にはそれぞれ凹部が形成され、それらの凹部を対向させて形成される空隙内にせん断キー１６が収容されている(図１)。このせん断キー１６には、通常、柱状（例えば円柱、角柱等）のコマが使用される。

キープレート１２および逆Ｌ字形フランジプレート１４を設けるにあたっては、図２に示すように、以下の遊間ｇ１,ｇ２,ｇ３,ｇ４を有している。
（1）キープレート１２と上部鋼板２１との間：ｇ１
（2）フランジプレート１４と上沓１３との間：ｇ２
（3）キープレート１４の外周面と前記上部鋼板２１の凹部６およびフランジプレート１４の各内周面との間：ｇ３
（4）キープレート１２の段部12C上面とこれに係合するフランジプレート１４との間：ｇ４

また、キープレート１２を設けることにより上部鋼板２１と上沓１３との間に間隙ができる。そのため、この間隙を通って前記遊間ｇ１〜ｇ４に塵などが侵入して遊間に詰まるおそれがある。遊間ｇ１〜ｇ４に塵などが詰まると、後述する遊間ｇ１〜ｇ４の機能が損なわれ、地震などで橋梁に深刻な損傷を与えるおそれがある。そこで、これを防止するために、フランジプレート１４より外周側に全周にわたって当該間隙に弾性層２０が充填されている。この弾性層２０は、例えばクロロプレンゴムまたはその発泡体などから構成される。このような弾性層２０を全周に設けることによって、遊間ｇ１〜ｇ４に塵などが侵入するのを阻止することができ水平支承体としての性能が安定する。さらに弾性層２０によって支承体内への水の浸入も阻止できるので、防食性も向上するという利点がある。

このように構成された水平支承装置では、桁９が温度変化による伸縮や地震などにより橋軸方向（図１に矢印で示す）または橋軸直角方向に水平荷重を受けると、図４に矢印で示す水平な力が、上沓１３からキープレート１４に伝達され、さらに上部鋼板２１の凹部６を経て積層ゴム体２へ伝達され、積層ゴム体２がせん断変形して水平荷重に応答する。

また、上部構造物１に地震等により鉛直方向上向きの荷重（上揚力）が作用すると（図５に矢印で示す）、当該上揚力は、上沓１３から固定ボルト１７、キープレート１４、フランジプレート１４、ボルト１８を経て積層ゴム体２へ伝達され上部構造物１の落下を防止することができる。

さらに、上部構造物１が活荷重により回転を生じると（図６に矢印で示す）、キープレート１４の周囲に遊間ｇ１，ｇ２，ｇ３，ｇ４が存在することから、上部構造物１の鉛直荷重を積層ゴム体２に付与することなく、上部構造物の回転を許容することができる。なお、回転を防止するうえで、前記遊間ｇ１，ｇ２，ｇ３，ｇ４は３〜２０mm程度の間隙であるのが適当である。

次に、本発明の水平支承装置について、図４に示すような水平荷重を受けた場合の水平荷重とせん断ひずみとの関係を調べた。試験は、島津製作所製の5MN２軸試験機（鉛直載荷：+5MN、水平載荷：+2MN、-1.5MN、水平変位：±500mm）にて行った。その結果を図７に示す。
図７から、本発明の水平支承装置は、水平荷重に対する応答性に優れていることがわかる。

試験に使用した水平支承装置は、積層ゴム体２が一辺４００mmの正方形平面を有し、１層当たりのゴム厚さが９mmで６層の積層構造となっている。

以上のように、本発明では、積層ゴム体２の上部鋼板２１の上面に凹部６を形成し、この凹部６にキープレート１４の下端部を収容すると共に、キープレート１４を上沓13に固定し、上部鋼板２１の前記凹部６の外周縁にフランジプレート１４を取付け、キープレート１４に係合させるようにしたので、上部鋼板２１を有する積層ゴム体２より外側に大きく突出するものがないので、装置自体がコンパクトになる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の改良や変更が可能である。例えば、図３に示したように、上記の実施形態では、フランジプレート１４を額縁状で構成したが、額縁状でなくても、キープレート１４の４辺にそれぞれフランジプレートを配置固定したものであってもよい。

本発明の一実施形態にかかる水平支承装置を示す一部破断正面図である。 図１の部分拡大断面図である。 （a）は本発明の一実施形態にかかる断面が逆Ｌ字形のフランジプレートを示す平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の一実施形態における水平力伝達作用を示す部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態における上揚力伝達作用を示す部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態における回転変位追随作用を示す部分拡大断面図である。 本発明の水平支承装置について、水平荷重を受けた場合の水平荷重とせん断ひずみとの関係を示すグラフである。 従来の水平支承装置を示す正面図である。

符号の説明

１：上部構造物、２：積層ゴム体、４：下沓、５：ベースプレート、７：橋脚、９：桁、１０：ソールプレート、１１：固定ボルト、１２：キープレート、１３：上沓、１４：フランジプレート（係合部）、１５：凹部、１６：せん断キー、１７：固定ボルト、１９：貫通孔、２０：弾性層、２１：上部鋼板、２２：下部鋼板、２３：中間鋼板、２４：ゴム層、ｇ１,ｇ２,ｇ３,ｇ４：遊間

Claims (4)

1. 上部構造物の鉛直荷重を支持することなく、水平方向にせん断変形して前記上部構造物の水平荷重を支持する積層ゴム体を備えた水平支承装置であって、
   前記積層ゴム体は、上部鋼板と下部鋼板との間に中間鋼板とゴム層とを交互に積層し一体に成形したものであり、
   前記上部鋼板の上面には、キープレートの下端部を収容するための凹部が形成されており、
   前記キープレートは、前記上部構造物の下面に固定された上沓に固定され、下部が上部より水平方向の長さが大きく、かつ下部と上部との間に段部が形成されており、
   前記上部鋼板の前記凹部の外周縁には、前記キープレートの段部に係合する係合部が形成されており、
   （1）前記キープレートと前記上部鋼板との間、（2）前記係合部と前記上沓との間、（3）前記キープレートの外周面と前記上部鋼板の前記凹部および前記係合部の各内周面との間、および（4）キープレートの段部上面とこれに係合する係合部との間にそれぞれ遊間を有することを特徴とする水平支承装置。
2. 前記係合部が、断面が逆Ｌ字形のフランジプレートである請求項１に記載の水平支承装置。
3. 前記フランジプレートは、中央部に前記キープレートの上部が貫通する貫通穴を有する額縁形状である請求項２に記載の水平支承装置。
4. 前記キープレートによって形成された、前記上部鋼板と上沓との間隙を塞ぐように、前記係合部より外周側の当該間隙に全周にわたって弾性層が充填されている請求項１〜３のいずれかに記載の水平支承装置。

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