JP2010037918A - ダンパーストッパー - Google Patents

Abstract

【課題】ストッパー本体の急速な移動を妨げる効果を高めることで、地震時における機能を固定支点に近づけ、地震時の水平力分散の効果を高めたダンパーストッパーを提供する。
【解決手段】
橋脚５若しくは橋台７と橋桁９とを連結し、両者の相対的な変位を規制するダンパーストッパー１は、橋脚５若しくは橋台７に固定され、橋桁９側に開口するカップ部１７と、橋桁９に固定され、カップ部１７の内側に挿入されるように延在し、カップ部１７内で可動とされたストッパー本体１５と、カップ部１７の内壁とストッパー本体１５の外周面との間隙を埋めるように充填され粘弾性体からなる緩衝材２１と、を備え、ストッパー本体１５のうち緩衝材２１に接触する部分の外周面１５ｂには、凸条部１５ｆが設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、橋脚若しくは橋台を含む第１の構造物と、橋桁を含む第２の構造物とを連結し、これらの第１の構造物と第２の構造物との相対的な変位を規制するダンパーストッパーに関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のダンパーストッパーが知られている。この文献に記載された粘弾性体ダンパーストッパーは、橋脚又は橋台に固定されたカップ部と、橋桁に固定されたストッパー本体とを備えている。カップ部内には粘弾性体からなる緩衝材が収容されており、ストッパー本体はカップ部の内側に挿入され緩衝材に埋め込まれている。そして、橋桁が緩やかに変位する場合には、ストッパー本体が緩衝材を押し退けながら移動することで、橋桁の水平方向の変位が許容される。また、地震時において、地震の水平力が橋桁に作用する場合には、ストッパー本体の急速な移動は緩衝材により妨げられることで、ダンパーストッパーが固定支点に近い機能を果たし、橋桁が受けた水平力は複数の橋脚又は橋台に分散される。
特開２００７−２１８３８０号公報

このように、地震時には、複数の橋脚又は橋台に対して地震時の水平力が適切に分散されるように、この種のダンパーストッパーは、地震時においては完全な固定支点として機能することが理想である。すなわち、ストッパー本体がカップ部内で急速に移動しようとした際には、ストッパー本体の移動を緩衝材が妨げる効果が強いことが好ましい。

そこで、本発明は、ストッパー本体の急速な移動を妨げる効果を高めることで、地震時における機能を固定支点に近づけ、地震時の水平力分散の効果を高めたダンパーストッパーを提供することを目的とする。

本発明のダンパーストッパーは、橋脚若しくは橋台を含む第１の構造物と、橋桁を含む第２の構造物とを連結し、第１の構造物と第２の構造物との相対的な変位を規制するダンパーストッパーであって、第１又は第２の構造物の一方に固定され、第１又は第２の構造物の他方側に開口するカップ部と、第１又は第２の構造物の他方に固定され、カップ部の内側に挿入されるように延在し、カップ部内で可動とされたストッパー本体と、カップ部の内壁とストッパー本体の外周面との間隙を埋めるように充填され粘弾性体からなる緩衝材と、を備え、ストッパー本体のうち緩衝材に接触する部分の外周面には、凹凸が設けられていることを特徴とする。

このダンパーストッパーによれば、ストッパー本体のうち緩衝材に接触する部分の外周面に凹凸が設けられているので、ストッパー本体の外周面と緩衝材とが接触する面積が大きくなる。従って、地震の水平力が橋桁に作用した場合において、緩衝材内でストッパー本体の急速な移動を妨げる効果が高い。その結果、このダンパーストッパーは、地震時における機能が固定支点に近くなり、地震時において橋桁に作用した水平力分散の効果を高めることができる。

具体的には、ストッパー本体の外周面に設けられた凹凸は、当該ストッパー本体の可動方向に沿って延びる凸条部を含むこととしてもよい。この構成により、ストッパー本体がカップ部に対して動く際に、ストッパー本体の外周面と緩衝材との接触面積を効率よく増加させ、外周面に作用する緩衝材からのせん断抵抗力を増加させることができるので、緩衝材内でストッパー本体の変位を制止する効果を効率よく高めることができる。その一方、凸条部は可動方向に延びることから、ストッパー本体が緩やかに移動する際に、緩衝材の流動が妨げられにくく、第１及び第２の構造物の緩やかな変位を、円滑に吸収することができる。

また、凸条部は、ストッパー本体の中心を通りストッパー本体の可動距離が最も長い方向に直交する仮想平面を横切って延在することとしてもよい。

また、ストッパー本体は、矩形断面を有し、カップ部は、長方形の平面視形状を有し、凸条部は、ストッパー本体の外周面のうち、カップ部の平面視形状をなす長方形の長辺に対応する内壁面に対向して延在する外周面に設けられていることとしてもよい。

また、ストッパー本体は、鉄筋コンクリート構造をなすこととしてもよい。この構成によれば、鋼製のストッパー本体を用いる場合に比べて施工性、経済性が向上し、コストダウンを図ることができる。

本発明のダンパーストッパーによれば、地震時における機能が固定支点に近づき、地震時の水平力分散の高い効果が得られる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るダンパーストッパーの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、橋梁１００には、粘弾性体ダンパーストッパー１が用いられている。この橋梁１００は、地盤３に対して固定された２本の橋脚（第１の構造物）５及び２本の橋台（第１の構造物）７と、これらの橋脚５及び橋台７に支承１１を介して支持され水平方向に延在する橋桁（第２の構造物）９とを備えている。粘弾性体ダンパーストッパー１は、橋桁９と橋脚５との間、及び橋桁９と橋台７との間に介在し、橋脚５又は橋台７のそれぞれの上端と、橋桁９の下面とを連結している。なお、この橋梁１００において、橋桁９のスパン方向（延在方向）をＸ方向、橋桁９の幅方向をＹ方向、鉛直方向をＺ方向として、以下の説明に用いる場合がある。

図２、図３、図４及び図５に示すように、粘弾性体ダンパーストッパー１は、橋桁９の下面に固定され下方に向かって延在する断面矩形の棒状のストッパー本体１５と、橋脚５又は橋台７の上面に固定され上に開口した平面視矩形のカップ部１７とを備えている。カップ部１７の内部には、粘弾性体からなる緩衝材２１が収容されている。ストッパー本体１５は、カップ部１７の内寸法よりも小さく形成されており、カップ部１７の内壁及び底壁に接触しないように挿入され、緩衝材２１に埋め込まれている。すなわち、緩衝材２１は、カップ部１７の内壁とストッパー本体１５との間の間隙を埋めるように、カップ部１７内に充填されている。

ストッパー本体１５は、緩やかな動きであれば、カップ部１７に対して水平移動が可能である。すなわち、ストッパー本体１５がカップ部１７内側において低速で移動しようとするときには、緩衝材２１は、高粘性の液体として挙動し、ストッパー本体１５の水平移動を妨げない。これに対し、ストッパー本体１５が、カップ部１７内側において急速に移動しようとする場合には、緩衝材２１が弾性体としてこの移動に抵抗し、ストッパー本体１５の水平移動を妨げる。この粘弾性体ダンパーストッパー１の緩衝材２１の材料としては、アスファルトを原料とするアスファルト系の材料が採用されている。

また、図６に示すように、ストッパー本体１５は、鉄筋コンクリート（ＲＣ）構造をなしている。すなわち、ストッパー本体１５は、矩形筒状の金属製の型枠鋼管５１の内側に縦筋５２と横筋５３とを敷設し、その後、型枠鋼管５１内にコンクリート部５５を打設することで製造される。なお、型枠鋼管５１は、コンクリート部５５の打設後にも取り外されず、そのままストッパー本体１５の外殻部となる。このようなＲＣ構造のストッパー本体１５を用いれば、鋼製のストッパー本体を採用する場合に比較して、材料が安価で入手も容易であり、また、施工性がよく工期も短縮されるので、粘弾性体ダンパーストッパー１のコストダウンを図ることができる。

また、図３〜図５に示すように、カップ部１７の平面視形状は、Ｘ方向に延びる一対の長辺１７ｂとＹ方向に延びる一対の短辺１７ａとをもつ長方形をなしている。すなわち、カップ部１７は、上記長辺１７ｂに対応する一対の内壁面１８ｂと、上記短辺１７ａに対応する一対の内壁面１８ａと、を有している。また、ストッパー本体１５は四角柱形状であり、長方形の断面形状をなしている。すなわち、ストッパー本体１５は、上記内壁面１８ａにそれぞれ対向する一対の外周正面１５ａと、上記内壁面１８ｂにそれぞれ対向する一対の外周側面１５ｂと、を有している。また、ストッパー本体１５の外周正面１５ａとカップ部１７の内壁面１８ａとの間隔は、外周側面１５ｂと内壁面１８ｂとの間隔よりも大きく形成される。

このような構成により、ストッパー本体１５は、カップ部１７内においてＸ方向に最も長い可動距離をもつ。ここで、橋桁９の温度変化による伸縮が発生した場合を考えると、ストッパー本体１５の変位としては、橋桁９の長手方向（ここでは、スパン方向）にあたるＸ方向への変位が最も大きい。従って、このような橋桁９の変位に対応するために、粘弾性体ダンパーストッパー１のストッパー本体１５は、上記のように、カップ部１７内においてＸ方向に最も長い可動距離をもつ。

以上説明した構成により、ストッパー本体１５は、カップ部１７の内側のみで移動可能であるように規制されているので、粘弾性体ダンパーストッパー１は、橋桁９の橋脚５及び橋台７に対する水平移動を規制する機能を有している。従って、橋桁９が橋脚５又は橋台７に対して大きく水平移動しようとした場合にも、ストッパー本体１５がカップ部１７の内壁面１８ａ，１８ｂに当たり、水平移動が妨げられるので、橋脚５又は橋台７からの橋桁９の脱落が抑制される。

また、橋桁９が温度変化等により伸縮する場合には、ストッパー本体１５が、カップ部１７の内側を緩やかに水平移動するので、緩衝材２１が高粘性の液体として挙動し、ストッパー本体１５の移動を妨げない。従って、ストッパー本体１５は、緩衝材２１を追従させながらカップ部１７の内側を緩やかに水平移動し、その結果、橋桁９の伸縮を吸収することができる。

また、地震時において、橋桁９が橋脚５及び橋台７に対して振動する場合には、ストッパー本体１５が、カップ部１７の内側を急速に水平移動しようとするので、緩衝材２１が弾性体として挙動し、ストッパー本体１５の移動を妨げながら、ストッパー本体１５からの水平方向の力を橋脚５及び橋台７に伝達する。従って、地震による水平力は、４つの粘弾性体ダンパーストッパー１を介して、それぞれ、２本の橋脚５及び２本の橋台７に分散して伝達されるので、各橋脚５及び各橋台７が受ける負荷が平均化され、特定の橋脚５又は橋台７のみに偏って大きな負荷がかかることを防止することができる。

地震時において、上述した水平力の分散がより適切に行われるためには、各粘弾性ストッパーは、地震時に完全な固定支点として機能することが理想である。すなわち、粘弾性体ダンパーストッパー１においては、地震時に、ストッパー本体１５の水平移動を妨げる力が強いほうが好ましい。

そこで、この水平移動を妨げる力を向上すべく、この粘弾性体ダンパーストッパー１においては、ストッパー本体１５の外周面に凹凸が設けられている。具体的には、図３〜図５に示すように、ストッパー本体１５には、水平に延びる複数の凸条部１５ｆが設けられている。この凸条部１５ｆは、ストッパー本体１５の外周側面１５ｂに突出して設けられ、Ｘ方向に平行に延在している。すなわち、凸条部１５ｆは、ストッパー本体１５の中心１５ｔを通りストッパー本体１５の可動距離が最も長いＸ方向に直交する仮想平面１５ｓを横切って延在する。そして、外周側面１５ｂのうち緩衝材２１に埋め込まれた部分には、複数の上記凸条部１５ｆが等間隔で上下方向に配列されている。この凸条部１５ｆは、前述した型枠鋼管５１（図６参照）の外壁表面に形成されている。

ここで、ストッパー本体１５がＸ方向へ急速に移動する場合の緩衝材２１の挙動を考える。この場合、緩衝材２１は、ストッパー本体１５の外周正面１５ａに垂直な抵抗力を作用させる。さらに、緩衝材２１は、ストッパー本体１５の外周側面１５ｂに対してせん断抵抗力を作用させる。地震時においては、上記の垂直な抵抗力とせん断抵抗力とによって、ストッパー本体１５の急速な移動が妨げられる。このような原理に基づいて、ストッパー本体１５の外周側面１５ｂに凸条部１５ｆを設けることにより、外周側面１５ｂにおける緩衝材２１との接触面積が大きくなり、その結果、上記のせん断抵抗力が向上し、緩衝材２１内でストッパー本体１５の急速な移動を妨げる効果が高くなる。従って、地震の水平力が橋桁９に作用した場合においては、粘弾性体ダンパーストッパー１が固定支点に近い機能を果たし、各橋脚５及び各橋台７への水平力の分散の効果を高めることができる。

一方、ストッパー本体１５がＸ方向へ緩やかに移動する場合には、ストッパー本体１５の移動方向前方に存在する緩衝材２１が、ストッパー本体１５に押し退けられ、外周側面１５ｂと内壁面１８ｂとの間の間隙をＸ方向に流動して、ストッパー本体１５の後方へ移動する。これに対し、上記凸条部１５ｆは、外周側面１５ｂにおいてＸ方向に延びているので、上述の緩衝材２１のＸ方向への流動を妨げにくい。その結果、ストッパー本体１５がＸ方向へ緩やかに移動する場合においては、ストッパー本体１５の移動を妨げにくく、その結果、粘弾性体ダンパーストッパー１は、温度変化等による橋桁９の変位を円滑に吸収することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では断面矩形の四角柱状のストッパー本体１５が採用されているが、これに代えて図７に示すように、円形断面をもつ円柱状のストッパー本体１１５を用いてもよい。この場合、ストッパー本体１１５外周面の凸条部１１５ｆは、凸条部１５ｆと同様に、ストッパー本体１１５の中心１１５ｔを通りストッパー本体１１５の可動距離が最も長いＸ方向に直交する仮想平面１１５ｓを横切って延在するように、扇形に形成される。

また、ストッパー本体１５，１１５の外周面には、凸条部１５ｆ，１１５ｆに代えて、複数の突起を設けてもよい。また、実施形態では、橋脚５及び橋台７の側にカップ部１７を設け、橋桁９の側にストッパー本体１５を設けたが、これとは逆に、橋脚５及び橋台７の側にストッパー本体１５を設け、橋桁９の側にカップ部１７を設けてもよい。

また、粘弾性体ダンパーストッパー１におけるストッパー本体１５に代えて、図８に示すストッパー本体２１５を用いてもよい。ストッパー本体２１５は、型枠鋼管５１に代えて、上下に分割された複数の分割型枠片２５１ａ〜２５１ｄからなる分割型枠２５１を備えている。分割型枠片２５１ａ〜２５１ｄ同士の間隙からは、コンクリート部５５に埋め込まれる金属板２５７が挿入されている。そして、金属板２５７の先端は、分割型枠２５１の外側に突出している。このような金属板２５７の突出部分が、ストッパー本体２１５の外周面においてＸ方向に延びる凸条部２５９を構成している。なお、分割型枠片２５１ａ〜２５１ｄは、コンクリート部５５の打設後に取り外してもよく、取り外さずにストッパー本体２１５の外殻部としてもよい。

本発明の一実施形態に係る粘弾性体ダンパーストッパーが用いられる橋梁の一例を示す図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１の粘弾性体ダンパーストッパーをＸ方向から見た断面図である。 図１の粘弾性体ダンパーストッパーをＹ方向から見た断面図である。 図４におけるＶ−Ｖ断面図である。 図１の粘弾性体ダンパーストッパーのストッパー本体の断面図である。 ストッパー本体の他の例を示す断面図である。 ストッパー本体の更に他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…粘弾性体ダンパーストッパー、５…橋脚（第１の構造物）、７…橋台（第１の構造物）、９…橋桁（第２の構造物）、１５，１１５，２１５…ストッパー本体、１５ｂ…外周側面（外周面），１５ｆ、１１５ｆ，２５９…凸条部、１５ｔ，１１５ｔ…ストッパー本体の中心、１５ｓ，１１５ｓ…仮想平面、１７…カップ部、１７ｂ…カップ部の長辺、１８ｂ…長辺に対応する内壁面、２１…緩衝材。

Claims (5)

1. 橋脚若しくは橋台を含む第１の構造物と、橋桁を含む第２の構造物とを連結し、前記第１の構造物と前記第２の構造物との相対的な変位を規制するダンパーストッパーであって、
   前記第１又は第２の構造物の一方に固定され、前記第１又は第２の構造物の他方側に開口するカップ部と、
   前記第１又は第２の構造物の他方に固定され、前記カップ部の内側に挿入されるように延在し、前記カップ部内で可動とされたストッパー本体と、
   前記カップ部の内壁と前記ストッパー本体の外周面との間隙を埋めるように充填され粘弾性体からなる緩衝材と、
   を備え、
   前記ストッパー本体のうち前記緩衝材に接触する部分の外周面には、凹凸が設けられていることを特徴とするダンパーストッパー。
2. 前記ストッパー本体の外周面に設けられた凹凸は、当該ストッパー本体の可動方向に沿って延びる凸条部を含むことを特徴とする請求項１に記載のダンパーストッパー。
3. 前記凸条部は、
   前記ストッパー本体の中心を通り前記ストッパー本体の可動距離が最も長い方向に直交する仮想平面を横切って延在することを特徴とする請求項２に記載のダンパーストッパー。
4. 前記ストッパー本体は、矩形断面を有し、
   前記カップ部は、長方形の平面視形状を有し、
   前記凸条部は、
   前記ストッパー本体の外周面のうち、前記カップ部の平面視形状をなす長方形の長辺に対応する内壁面に対向して延在する外周面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のダンパーストッパー。
5. 前記ストッパー本体は、鉄筋コンクリート構造をなすことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のダンパーストッパー。

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