JP2012255330A - 地震時ラーメン化ダンパー及び、ダム水門柱の耐震性向上工法、橋梁の耐震性向上工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明では、地震時に、制振対象構造物の連結部の橋軸方向変位及び橋軸直交方向軸回りの回転を拘束あるいは抑制することにより、制振対象構造物をラーメン構造化する地震時ラーメン化ダンパー70を考案した。この発明の地震時ラーメン化ダンパー70を用いて、ダム水門柱31〜35と管理橋40を連結することにより、常時においては、温度荷重を解放し、地震時はラーメン構造化することで、ダム水門柱31〜35の耐震性能を向上させることが可能となる。また、地震時ラーメン化ダンパー70を道路橋、人道橋、鉄道橋などの橋梁(一般橋梁)に適用することで、橋梁(一般橋梁)の耐震性能が向上する。
【選択図】図23
Description
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ダム水門柱や、道路橋、人道橋、鉄道橋などの橋梁の耐震性能を向上させることを目的とする。
本発明の実施形態1を図5ないし図17によって説明する。
1.既設水門柱と既設管理橋の構造説明
図5に示す符号10はダムを構成するコンクリート製の堤体、符号G1、G2は洪水吐ゲートである。洪水吐ゲートG1、G2は、堤体越流部12の放水口11を分担して閉止する構造となっており、洪水吐ゲートG1が放水口11の左半分を閉止し、洪水吐ゲートG2が放水口11の右半分を閉止する構成となっている。これら洪水吐ゲートG1、G2はいずれも鉄製であり、次に説明する既設水門柱(本発明の「ダム水門柱」に相当)31〜35と既設管理橋(本発明の「橋体」に相当)40A、40Bにより支えられる構成となっている。
以下に行う耐震性向上工法の説明において、「橋軸方向の変位」とは、既設水門柱30に対する主桁50A、50Bの橋軸方向(図11、図12、図16の左右方向)の変位を意味し、「橋軸直交方向軸回りの回転」とは、既設水門柱30の頂部を支点とする主桁50A、50Bの回転(図11、図12、図16に示すR方向の回転)を意味する。また、以下の説明において「ラーメン構造」とは、複数の部材の互いの相対回転を拘束あるは抑制するように組み立てた骨組み構造、すなわち、各部材は連結される他部材により互いに支持された骨組み構造を意味する。また、「ラーメン化」とは、当初ラーメン構造でない構造物を上記ラーメン構造に変化させることを意味する。
連結金具60は、図12に示すように、第一ブラケット61と第二ブラケット63を軸ピンP1で結合した構成となっている。そして、軸ピンP1及びそれを挿通させる軸孔は断面形状が多角形状(この例では、正方形)にしてあり、両ブラケット61、63は、取付面61A、63Aが直交した状態にて回転止めされている。
高減衰ダンパー70は、図13aに示すように、作動流体80を封入した概ね筒型をしたシリンダ71と、シリンダ71内を2室に画成するピストン73と、ピストン73と一体となったピストンロッド75と、ピストン73の外周面とシリンダ71の内周面との間に形成されたオリフィス77を主体に構成されている。
(b)地震速度における降伏荷重Ra、すなわち高減衰ダンパー70の最大ダンパー反力Raが、既設管理橋40に発生する最大地震力Fmよりも大きい。
(1)常時の効果
主桁50A、50Bは鋼製であり、温度変化によって熱伸縮する。ここで、高減衰ダンパー70は、熱伸縮のようなゆっくりとした変位に対しては、主桁50A、50Bが座屈する前に降伏して、主桁50A、50Bの熱伸縮を許容して温度荷重を解放する。そのため、高減衰ダンパー70が、主桁50A、50Bを常時において損傷させることはない。
実施形態1の耐震性向上工法によれば、地震時は、既設水門柱30と既設管理橋40をラーメン構造化するので、制振対象構造物である既設水門柱30の耐震性能を向上させることが可能となる。すなわち、地震時に、既設管理橋40A、40Bを構成する主桁50A、50Bが軸力を生じて既設水門柱30の頂部変位を拘束すると同時に、曲げモーメントの一部を負担することから、端部に位置する既設水門柱31、35の基部に加わる曲げモーメントが低減される。
次に、本発明の実施形態2を図18、図19によって説明する。実施形態1では、連結金具60として、2つのブラケット61、63を軸ピンP1によって回転止めした構造を例示した。実施形態2では、図18に示すように、2つのブラケット61、63を一体化して、連結金具101を1部品の構成とした。
次に、本発明の実施形態3を図20によって説明する。実施形態1では、高減衰ダンパー70の各軸端部72、76を対応するブラケット91、95に対して断面正方形の軸ピンP2で止めることにより、各ブラケット91、95に対する各軸端部72、76の回転を拘束する構成を例示した。
次に、本発明の実施形態4を、図21、図22によって説明する。尚、実施形態1と同じ構成のものには、同一符号を付して説明を省略、又は簡略化する。
図21に示す符号10はダムを構成するコンクリート製の堤体、符号G1、G2は洪水吐ゲートである。洪水吐ゲートG1、G2は、堤体10に形成された放水口11を分担して閉止する構造となっており、洪水吐ゲートG1が放水口11の左半分を閉止し、洪水吐ゲートG2が放水口11の右半分を閉止する構成となっている。これら洪水吐ゲートG1、G2はいずれも鉄製であり、次に説明する既設水門柱(本発明の「ダム水門柱」に相当)131〜135と既設管理橋(本発明の「橋体」に相当)140により支えられる構成となっている。
次に、本発明の実施形態5を図23によって説明する。実施形態1では、既設管理橋40A(40B)の各径間において、主桁50A(50B)の一方側(固定支承側)の端部57と既設水門柱31(33)の頂部とを連結金具60により連結することにより、主桁50A(50B)の一方側で、常時と地震時について橋軸方向(図11の左右方向)の変位と、橋軸直交方向軸回りの回転(図11に示すR方向の回転)の両方を拘束した。また、主桁50A(50B)の他方側(可動支承側)の端部58と既設水門柱33(35)の頂部とを高減衰ダンパー70にて連結することにより、主桁50A(50B)の他方側で、常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は橋軸方向(図11の左右方向)の変位と橋軸直交方向軸回りの回転(図11に示すR方向の回転)の双方を拘束した。
実施形態5では、主桁50A(50B)の両端部57、58の支承構造を可動支承構造に変更した上で、主桁50A(50B)の両端部57、58を、対応する既設水門柱30の頂部とそれぞれ実施形態1又は実施形態3の高減衰ダンパー70で連結した。
次に、本発明の実施形態7を図25によって説明する。実施形態4では、既設管理橋140の各径間において、2つの既設水門柱130の間に鋼製の追加梁150A、150Bを追加して架け渡す工事を行った。そして、既設管理橋140の各径間において、追加梁150A(150B)の一方側の端部157と既設水門柱133(135)とを連結金具60により連結することにより、追加梁150A(150B)の一方側で、常時と地震時について橋軸方向(図22の左右方向)の変位と、橋軸直交方向軸回りの回転(図22に示すR方向の回転)の両方を拘束した。また、追加梁150A(150B)の他方側の端部158と既設水門柱131(133)とを高減衰ダンパー70にて連結することにより、追加梁150A(150B)の他方側で、常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は橋軸方向(図22の左右方向)の変位と橋軸直交方向軸回りの回転(図22に示すR方向の回転)の双方を拘束した。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
31、33、35…既設水門柱(本発明の「ダム水門柱」、「制振対象構造物」に相当)
40…既設管理橋(本発明の「橋体」、「制振対象構造物」に相当)
41…梁部材
45…床版
50A、50B…主桁
60…連結金具(本発明の「構造部材」に相当)
70…高減衰ダンパー(本発明の「地震時ラーメン化ダンパー」に相当)
71…シリンダ
72…軸端部
73…ピストン
76…軸端部
80…作動流体
91…第三ブラケット(本発明の「第一の取り付け部」に相当)
95…第四ブラケット(本発明の「第二の取り付け部」に相当)
131、133、135…既設水門柱(本発明の「ダム水門柱」に相当)
140…既設管理橋(本発明の「橋体」に相当)
150A、150B…追加梁
200…板部材
300…回転ダンパー(本発明の「回転拘束・抑制部材」に相当)
400…回転ダンパー(本発明の「回転拘束・抑制部材」に相当)
G1、G2…洪水吐ゲート
F…固定支承
M…可動支承
P1…軸ピン
P2…軸ピン(本発明の「回転拘束・抑制部材」に相当)
Claims (11)
- ダムで洪水吐ゲートや排砂ゲートを開閉するための支持構造物であるダム水門柱の耐震性向上工法であって、
水門柱上部に支承している上部構造部材である橋体の各径間において、一方側と他方側の双方で、常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は橋軸方向の変位と橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束あるいは抑制する地震時ラーメン化ダンパーで前記ダム水門柱と連結することを特徴とするダム水門柱の耐震性向上工法。 - ダムで洪水吐ゲートや排砂ゲートを開閉するための支持構造物であるダム水門柱の耐震性向上工法であって、
水門柱上部に支承している上部構造部材である橋体の各径間において、前記橋体の支承部は既設構造のままとし、各ゲートの両側の前記ダム水門柱の間に鋼製の追加梁を橋軸方向に追加して架け渡すと共に、
前記追加梁の一方側と他方側の双方で、常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は橋軸方向の変位と橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束あるいは抑制する地震時ラーメン化ダンパーで前記ダム水門柱と連結することを特徴とするダム水門柱の耐震性向上工法。 - 前記橋体がRCコンクリート構造であって、前記水門柱上部で前記ダム水門柱と一体となっている場合に、
各ゲートの両側の前記ダム水門柱の間に鋼製の追加梁を橋軸方向に追加して架け渡すと共に、前記追加梁の一方側と他方側の双方で、前記地震時ラーメン化ダンパーを用いて前記ダム水門柱と連結することを特徴とする請求項2に記載のダム水門柱の耐震性向上工法。 - 一次剛性と二次剛性からなる履歴減衰特性を発揮したときの前記地震時ラーメン化ダンパーの地震時最大変位を、前記ダム水門柱の許容変位の上限値よりも小さく設定し、前記ダム水門柱の許容変位の上限値以内で前記地震時ラーメン化ダンパーが履歴減衰特性を発揮して、前記ダム水門柱の耐震性能を向上させることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のダム水門柱の耐震性向上工法。
- 前記ダム水門柱の許容変位の上限値よりも前記地震時ラーメン化ダンパーの地震時降伏変位を小さく設定し、前記橋体に発生する最大地震力よりも前記地震時ラーメン化ダンパーの最大ダンパー反力を大きく設定することにより、前記地震時ラーメン化ダンパーが、一次剛性と二次剛性からなる履歴減衰特性が発揮される以前の前記一次剛性の領域で最大地震力を受けとめ、前記ダム水門柱の耐震性能を向上させることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のダム水門柱の耐震性向上工法。
- ダムで洪水吐ゲートや排砂ゲートを開閉するための支持構造物であるダム水門柱の耐震性向上工法であって、
水門柱上部に支承している上部構造部材である橋体の各径間において、一方側で常時と地震時について橋軸方向の変位と橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束する構造部材で前記ダム水門柱と連結し、
他方側で常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は橋軸方向の変位と橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束する地震時ラーメン化ダンパーで前記ダム水門柱と連結することを特徴とするダム水門柱の耐震性向上工法。 - ダムで洪水吐ゲートや排砂ゲートを開閉するための支持構造物であるダム水門柱の耐震性向上工法であって、
水門柱上部に支承している上部構造部材である橋体の各径間において、前記橋体の支承部は既設構造のままとし、各ゲートの両側の前記ダム水門柱の間に鋼製の追加梁を橋軸方向に追加して架け渡すと共に、
前記追加梁の一方側で常時と地震時について橋軸方向の変位と橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束する構造部材で前記ダム水門柱と連結し、
前記追加梁の他方側で常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は橋軸方向の変位と橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束する地震時ラーメン化ダンパーで前記ダム水門柱と連結することを特徴とするダム水門柱の耐震性向上工法。 - 前記橋体がRCコンクリート構造であって、前記水門柱上部で前記ダム水門柱と一体となっている場合に、
各ゲートの両側の前記ダム水門柱の間に鋼製の追加梁を橋軸方向に追加して架け渡すと共に、前記追加梁の一方側で前記構造部材を用いて前記ダム水門柱と連結し、前記追加梁の他方側で前記地震時ラーメン化ダンパーを用いて前記ダム水門柱と連結することを特徴とする請求項7に記載のダム水門柱の耐震性向上工法。 - 上部構造部材を下部構造部材により支えた道路橋、人道橋、鉄道橋などの橋梁の耐震性向上工法であって、
前記上部構造部材の各径間において、一方側と他方側の双方で、常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は橋軸方向の変位と橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束あるいは抑制する地震時ラーメン化ダンパーで前記下部構造部材と連結することを特徴とする橋梁の耐震性向上工法。 - 作動流体を封入したシリンダと、
前記シリンダ内を2室に画成するピストンと一体となったピストンロッドと、
前記シリンダ側の軸端部を制振対象構造物に取り付けるための第一の取り付け部と、
前記ピストンロッド側の軸端部を他方の制振対象構造物に取り付けるための第二の取り付け部と、
前記取り付け部に対する前記軸端部の回転を拘束あるいは抑制する回転拘束・抑制部材と、を備え、
前記制振対象構造物に対する常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は前記制振対象構造物の連結部の橋軸方向の変位と、橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束あるいは抑制することを特徴とする地震時ラーメン化ダンパー。 - 作動流体を封入したシリンダと、
前記シリンダ内を2室に画成するピストンと一体となったピストンロッドと、
前記シリンダ側の軸端部を制振対象構造物に取り付けるための第一取り付け部と、
前記ピストンロッド側の軸端部を他方の制振対象構造物に取り付けるための第二取り付け部と、を備えてなると共に、
前記第一の取り付け部は、前記シリンダの軸端部に対して一体的に形成されることにより回転止めされ、
前記第二の取り付け部は、前記ピストンロッドの軸端部に対して一体的に形成されることにより回転止めされ、
前記制振対象構造物に対する常時の温度伸縮は許して温度荷重を解放し、地震時は前記制振対象構造物の連結部の橋軸方向の変位と、橋軸直交方向軸回りの回転の双方を拘束することを特徴とする地震時ラーメン化ダンパー。
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