JP2016118008A - 構造物の制振装置、それを用いた上部構造の残留変位を取り除く方法、ならびに橋梁の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】免震支承が設置することが難しい構造の構造物においても制振が可能な制振装置を提供する。
【解決手段】橋梁などの構造物の制振装置１０は、橋台３および橋脚４の上面に固定された第１の滑り板１５と、第１の滑り板１５に対して滑り移動自在に接触するとともに橋桁２の下面に固定された第２の滑り板１６とを備え、橋桁２の橋台３および橋脚４に対する水平方向の相対的な変位を許容するように当該橋桁２を支持するすべり支承１１と、橋台３および橋脚４と橋桁２とを連結し、地震発生時における橋桁２の橋台３および橋脚４に対する相対的な変位に応じて橋桁２に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えるケーブル１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁等の土木構造物や建築構造物などの構造物の制振装置、それを用いた上部構造の残留変位を取り除く方法、ならびに橋梁の補強方法に関する。

近年の橋梁などの土木構造物における耐震構造では、免震支承（または分散ゴム支承）、すべり支承、および制振ダンパーを組み合わせた制振装置を備えることにより耐震性能を確保したものがある。

例えば、特許文献１記載の制振装置１００は、図１６〜１７に示されるように、橋脚１０１と橋桁１０２との間に介在し、橋桁１０２を下から支持する状態で設置されている。

制振装置１００は、免震支承（または分散ゴム支承）１０３と、すべり支承１０４と、制振ダンパー１０５とを備えている。

すべり支承１０４は、図１７に示されるように、橋桁１０２の下面から下方に延びるとともに橋桁１０２の幅方向Ｘに互いに離間する一対の支柱１０６の下側にそれぞれ設けられている。すべり支承１０４は、支柱１０６と橋桁１０２との間に介在している。

すべり支承１０４は、支柱１０６の下面および橋桁１０２の上面にそれぞれ固定された一対の滑り板を有している。一対の滑り板は、相対的に滑り移動自在に互いに接触している。これにより、すべり支承１０４は、地震発生時に橋桁１０２のその橋軸方向Ｙおよび幅方向Ｘへの移動を許容するように、支柱１０６を介して橋桁１０２を下方から支持することが可能である。

免震支承１０３は、図１６および図１７に示されるように、一対の支柱１０６の間を連結する連結部材１０７の下側に設けられている。連結部材１０７は、Ｈ型鋼からなり、上下に離間する水平板１０７ａとそれらを繋ぐ縦板１０７ｂとを有する。免震支承１０３は、連結部材１０７の下面（具体的には、下側の水平板１０７ａの下面）と橋桁１０２の上面とにそれぞれ固定されている。

免震支承１０３は、複数のゴム板と鋼板とが交互に積層されたものであり、橋軸方向Ｙおよび幅方向Ｘのいずれにおいても全体的にせん断弾性変形可能である。これにより、免震支承１０３は、地震発生時に橋桁１０２のその橋軸方向Ｙまたは幅方向Ｘへの移動を許容しながら橋桁１０２の運動エネルギーをゴム板の変形時の抵抗によって減衰することが可能である。

さらに、制振ダンパー１０５は、図１６に示されるように、橋脚１０１の上面に設けられた支持部１０８と連結部材１０７との間に設けられている。支持部１０８は、連結部材１０７の縦板１０７ｂに対向するように、連結部材１０７に対して橋桁１０２の橋軸方向Ｙの前後それぞれに設けられている。

制振ダンパー１０５は、油などの流体が充填されたシリンダ１０５ａと、シリンダ１０５ａ内部において橋軸方向Ｙに移動可能に収納されたピストン１０５ｂと、ピストン１０５ｂに固定されたロッド１０５ｃとを有する。

ロッド１０５ｃは、その一端がピストン１０５ｂに固定されるとともに、その他端がシリンダ１０５ａの外部において連結部材１０７の縦板１０７ｂに固定されている。シリンダ１０５ａは、橋軸方向Ｙへの若干の移動を許容された状態で支持部１０８に支持されている。これにより、制振ダンパー１０５は、地震発生時に橋桁１０２の運動エネルギーをシリンダ１０５ａ内部の流体の抵抗によって減衰することが可能である。

特開２０１１−１７９９２３号公報

上記の制振装置が備える免震支承１０３は、複数のゴム板と鋼板とが交互に積層されたすべり支承１０３と比較的して大きな装置である。そのため、免震支承は、橋脚１０１（または橋桁１０２の橋軸方向Ｙの両端を支持する橋台）の上面において広いスペースを必要とする。そのため、橋梁の構造によっては、免震支承を設置できない、または設置しにくいおそれがあり、橋梁の制振および免震を十分に達成できないおそれがある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、免震支承が設置することが難しい構造の構造物においても制振が可能な制振装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る構造物の制振装置は、上部構造と、当該上部構造を下方から支持する下部構造とを備えた構造物における当該上部構造の制振を行う構造物の制振装置であって、前記下部構造の上面に固定された第１の滑り板と、前記第１の滑り板に対して滑り移動自在に接触するとともに前記上部構造の下面に固定された第２の滑り板とを備え、前記上部構造の前記下部構造に対する水平方向の相対的な変位を許容するように当該上部構造を支持するすべり支承と、前記下部構造と前記上部構造とを連結し、地震発生時における前記上部構造の前記下部構造に対する相対的な変位に応じて前記上部構造に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えるケーブルとを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、地震発生時には、すべり支承によって上部構造を下部構造に対して水平方向の相対的な変位を許容して上部構造のアイソレーションを行いながら、すべり支承の第１の滑り板と第２の滑り板との間のすべり摩擦により、上部構造の運動エネルギーを減衰させる。それとともに、ケーブルが地震発生時における上部構造の下部構造に対する相対的な変位に応じて上部構造に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えることにより、上部構造を地震発生前の位置へ復元させる。したがって、上部構造は地震発生時には下部構造の上を水平移動するときにすべり支承による摩擦抵抗の力とケーブルによる復元力とを受けながら上部構造の運動エネルギーは減衰していき、当該上部構造は地震発生前の位置へ復元することが可能である。このようにして、すべり支承と比較して大きい免震支承などを用いることなく、上部構造の制振が可能になる。その結果、免震支承などが設置できない構造の構造物においても制振が可能になる。

しかも、大きな地震が発生した時にケーブルが大きく伸ばされて弾性域を超えて塑性域に達した場合には、ケーブルは塑性変形しながら上部構造の運動エネルギーを減衰させることが可能になり、この場合、すべり支承およびケーブルの両方によって上部構造の運動エネルギーを減衰させることが可能になる。

前記ケーブルは、あらかじめ張力を与えられた状態で前記下部構造と前記上部構造との間に架設されているのが好ましい。

かかる構成によれば、地震がない平常時において安定した復元力を確保することが可能である。したがって、地震発生時に急激に（衝撃的に）ケーブルに荷重がかかるおそれが低減する。

前記ケーブルの張力は、前記上部構造が高温の環境下において熱膨張して伸びたときに前記上部構造のケーブル連結位置と前記下部構造のケーブル連結位置との距離が小さくなった場合でも前記ケーブルが弛まないような張力に、設定されているのが好ましい。

かかる構成によれば、夏季などの高温の環境下において上部構造が熱膨張によって伸びた場合でも、ケーブルは弛むことなく安定した復元力を確保することが可能である。

前記張力は、前記上部構造が低温の環境下において熱収縮して縮んだときに前記上部構造のケーブル連結位置と前記下部構造のケーブル連結位置との距離が大きくなった場合でも、前記ケーブルのひずみが当該ケーブルの降伏域まで達しないような大きさの張力に、設定されているのが好ましい。

かかる構成によれば、冬季などの低温の環境下において上部構造が熱収縮によって縮んだ場合でも、ケーブルは降伏することなく安定した復元力を確保することが可能である。

前記下部構造と前記上部構造とを連結し、地震発生時における前記上部構造の運動エネルギーを流体の抵抗を用いて減衰するダンパーをさらに備えているのが好ましい。

かかる構成によれば、すべり支承のすべり摩擦とともに流体の抵抗を用いたダンパーによる減衰を行うことが可能であり、より大きな制振・減衰効果を得ることが可能である。

前記ケーブルは、地震発生時において前記上部構造を前記下部構造の上から落下しないように保持する機能を有するのが好ましい。

かかる構成によれば、ケーブルは地震時において復元機能を発揮するだけでなく上部構造の落下も防止することが可能である。

前記構造物は、土木構造物であってもよい。この場合、上部構造および下部構造を備えた橋梁等の土木構造物において、免震支承などが設置できない構造の土木構造物においても制振が可能になる。

前記土木構造物は、桁橋であり、前記上部構造は、橋桁であり、前記下部構造は、前記橋桁の橋軸方向の両端を下方から支持する一対の橋台と、前記一対の橋台の間において前記橋桁を下方から支持する橋脚とを含んでおり、前記ケーブルは、前記一対の橋台および前記橋脚のうちの複数個所と前記橋桁とにそれぞれ連結されているのが好ましい。

かかる構成によれば、上記の制振装置を桁橋に適用した場合に、橋桁の慣性力をケーブルを介して複数の橋脚および橋台に分散させることが可能であり、高い耐震、制振性能を発揮することが可能である。

前記ケーブルは、前記一対の橋台および前記橋脚の強度に基づいて選択された前記橋台および前記橋脚に連結されるのが好ましい。

かかる構成によれば、橋台または橋脚の強度に基づいてケーブルが連結される橋台および橋脚が選択されるので、橋桁の慣性力をケーブルを介して耐震強度が高い橋台や橋脚へ選択的に分散させることが可能になる。そのため、耐震強度が弱い橋脚を補強する必要がなくなる。橋脚を新設する場合も、ケーブルが連結されないものについては強度が弱くてもよいので、橋脚サイズを小さくなるように設計することが可能である。

前記土木構造物は、吊り橋であり、前記上部構造は、床組であり、前記下部構造は、前記床組を下方から支持する補剛桁と、前記補剛桁の橋軸方向の両端を下方から支持する一対の橋台と、前記補剛桁を吊り下げるワイヤを支持する主塔とを含んでおり、前記すべり支承は、前記床組と前記補剛桁との間に設けられ、前記ケーブルは、前記一対の橋台および前記主塔のうちの少なくとも１個所と前記橋桁とにそれぞれ連結されているのが好ましい。

かかる構成によれば、上記の制振装置を吊り橋に適用した場合には、地震発生時には、すべり支承によって吊り橋の床組を補剛桁に対して水平方向の相対的な変位を許容して床組のアイソレーションを行いながら、すべり支承の第１の滑り板と第２の滑り板との間のすべり摩擦により、床組の運動エネルギーを減衰させる。それとともに、ケーブルが地震発生時における床組の橋台および主塔に対する相対的な変位に応じて床組に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えることにより、床組を地震発生前の位置へ復元させることが可能である。その結果、免震支承などが設置できない構造の吊り橋においても制振が可能になる。

前記構造物は、建築構造物であってもよい。この場合、上部構造および下部構造を備えた大屋根付きの施設などの建築構造物において、免震支承などが設置できない構造の建築構造物においても制振が可能になる。

前記上部構造は、屋根であり、前記屋根の両端部は、前記下部構造によって下方から支持されていてもよい。

この場合、屋根の両端部付近に免震支承などのための設置スペースが確保できない場合であっても、当該屋根の制振が可能になる。

前記ケーブルは、前記上部構造に対して初期位置へ戻る方向へ復元力を常時与えるようにしてもよい。このばあい、地震が発生していない場合であっても上部構造が風や車両などによる外部からの振動を受けた場合にも上部構造を初期位置へ常時復元させることが可能である。

本発明の上部構造の残留変位を取り除く方法は、上記の制振装置を用いて上部構造の残留変位を取り除く方法であって、地震発生後に前記ケーブルを引っ張って前記上部構造を地震発生前の位置へ移動させることにより、前記上部構造の残留変位を取り除くことを特徴とする。このように地震発生後に制振装置のケーブルを引っ張ることによって、他の装置を用いることなく容易に上部構造の残留変位を取り除くことが可能である。

本発明の橋梁を補強する方法によれば、橋台および橋脚の上に、すべり支承を介して橋桁が載せられた既設の桁橋の補強方法であって、前記橋脚の強度に応じて前記橋脚を選定し、選定された前記橋脚と前記橋桁とをケーブルによって連結することを特徴とする。このように橋脚の強度に基づいてケーブルが連結される橋脚が選択されるので、橋桁の慣性力をケーブルを介して耐震強度が高い橋脚へ選択的に伝達させて橋梁全体の耐震補強を容易に行うことが可能になる。そのため、耐震強度が弱い既設の橋脚を補強したり、取り替える必要がなくなる。

本発明の制振装置によれば、免震支承などが設置することが難しい構造の構造物においても制振ができる。

また、本発明の上部構造の残留変位を取り除く方法によれば、上記の制振装置を用いて上部構造の残留変位を取り除くことが可能であり、他の装置を用いることなく容易に上部構造の残留変位を取り除くことが可能である。

本発明の橋梁を補強する方法によれば、橋梁全体の耐震補強を容易に行うことが可能になる。そのため、耐震強度が弱い既設の橋脚を補強したり、取り替える必要がなくなる。

本発明の実施形態に係る制振装置が設置された桁橋からなる橋梁の正面図である。 図１のすべり支承およびその周辺の拡大図である。 図１のケーブルおよびその周辺の拡大図である。 図３の定着部の拡大図である。 図１の制振ダンパーおよびその周辺の拡大図である。 図１のケーブルにあらかじめかけられる張力(プレストレス)の説明のための応力ひずみ線図である。 本発明の実施形態に係る制振装置の他の設置例を示す桁橋の正面図である。 本発明の実施形態に係る制振装置のさらに他の設置例を示す桁橋の正面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る制振装置のさらに他の設置例を示す２連の橋桁を有する桁橋の正面図、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る制振装置のさらに他の設置例を示す多連の橋桁を有する桁橋の正面図、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る制振装置のさらに他の設置例を示す上下線用の一対の橋桁を有する桁橋の正面図、（ｂ）はその平面図である。 は本発明の実施形態に係る制振装置のさらに他の設置例を示す吊り橋の正面図である。 は図１２の吊り橋の幅方向の断面図である。 は図１２の吊り橋における制振装置の平面配置を模式的に示す説明図である。 は本発明の実施形態に係る制振装置のさらに他の設置例を示す大屋根付きの施設などの建築構造物の正面図である。 従来の制振装置およびその周辺の桁橋の要部を示す拡大断面図である。 図１６の制振装置のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１には、本実施形態の制振装置が、上部構造および下部構造を有する構造物のうち土木構造物の例として、橋梁１に設置された例が示されている。橋梁１は、河川などに架設されるいわゆる桁橋からなり、上部構造としての水平方向に延びる長尺の橋桁２と、当該橋桁２（上部構造）を下方から支持する下部構造として一対の橋台３および複数の橋脚４とを含む。一対の橋台３は、河川の両岸付近に立設され、橋桁２の橋軸方向Ｙ（長手方向）における両端部を下方からそれぞれ支持する。橋台３の上面には、図３に示されるように、橋桁２の端部が載置される載置面３ａと、載置面３ａよりも上方に突出して橋桁２の橋軸方向Ｙの移動を規制する規制部３ｂとを有する。
複数の橋脚４は、橋軸方向Ｙ（すなわち河川の幅方向）に並んで互いに離間するように立設され、一対の橋台３の間において橋桁２を下方から支持する。

制振装置１０は、上部構造である橋桁２の制振を行う橋梁の制振装置１０である。

制振装置１０は、すべり支承１１と、ケーブル１２と、制振ダンパー１３とを備えている。

図１に示される制振装置１０では、すべり支承１１は、下部構造を構成する全ての橋台３および橋脚４の上面に設置され、橋桁２と橋台３および橋脚４との間に介在している。

ケーブル１２は、一対の橋台３に対応する場所に２か所設置され、橋台３と橋桁２との間を連結している。

制振ダンパー１３は、橋桁２の中央付近において当該中央付近の２本の橋脚４と橋桁２との間に設置されている。

すべり支承１１は、図２に示されるように、下部構造である橋脚４（および橋台３）の上面にそれぞれ固定された第１の滑り板１５と、第１の滑り板１５に対して滑り移動自在に接触するとともに上部構造である橋桁２の下面に固定された第２の滑り板１６とを備えている。

第１の滑り板１５の第２の滑り板１６は、いずれも滑りやすいステンレスなどの金属板などからなる。本実施形態では、第１の滑り板１５は、橋脚４に対して下台１７および繊維強化樹脂材１８を介して固定されている。また、第２の滑り板１６は、上台１９を介して橋桁２に固定されている。なお、第１の滑り板１５を橋脚４の上面に直接固定したり、第２の滑り板１６を橋桁２の下面に直接固定してもよい。上記の構成により、すべり支承１１は、橋桁２の橋脚４（および橋台３）に対する水平方向の相対的な変位を許容するように当該橋桁２を支持することが可能である。

ケーブル１２は、図３に示されるように、橋桁２の下側に架設されている。具体的には、ケーブル１２の一方の端部は、定着部２１を介して橋桁２の下面に固定され、他方の端部は定着部２２を介して橋台３の側面に固定されている。ケーブル１２の両端には、端末金具２３が設けられている。これら端末金具２３は、それぞれの定着部２１、２２に対してピンなどによって着脱自在に固定されている。これにより、ケーブル１２は、橋台３と橋桁２とを連結し、地震発生時における橋桁２の橋台３に対する相対的な変位に応じて橋桁２に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えることが可能である。

また、橋台３側の定着部２２は、図４に示されるように、ケーブル１２の張力を調整することが可能な構成を有している。具体的には、定着部２２は、橋台３の側面にアンカーボルトなどによって固定された台座部２４と、ブラケット２５ａを介して台座部２４に連結された一対のテンションロッド２５と、一対のテンションロッド２５に対して当該テンションロッド２５の軸方向に移動自在に支持された架台２６と、各テンションロッド２５に取り付けられたＣＨジャッキなどの油圧ジャッキ２７とを備えている。油圧ジャッキ２７は、ラムチェアなどの中間部材２９を介して架台２６をケーブル１２の端末金具２３の端部に対して押圧する。

ケーブル１２の端末金具２３は、台座部２４に対してピン２８によって固定されているが、端末金具２３または台座部２４のいずれかにケーブル１２の延びる方向に長い長穴（図示せず）が形成されている。したがって、ピン２８によって固定された端末金具２３は、長穴に沿ってケーブル１２の延びる方向への移動が許容されている。したがって、端末金具２３が架台２６を介して油圧ジャッキ２７によって台座部２４へ近づく方向へ押圧されたときには、ケーブル１２の張力を上げることができる。一方、油圧ジャッキによる押圧が除荷されたときには、ケーブル１２の張力を下げることができる。このようにして、ケーブル１２の張力をあらかじめ所望の大きさに調整することが可能である。

ここで、ケーブル１２の張力の調整について、図６に示されるケーブル１２の引張応力とひずみの関係を示すグラフを用いて説明する。ケーブル１２の降伏応力をσｙ、破断応力をσｔとした場合、 ケーブル１２は、降伏応力よりσｙよりも小さい弾性域の残留応力になるように、あらかじめ張力（プレストレス）を与えられた状態で橋台３と橋桁２との間に架設されている。

例えば、標準温度（例えば１０℃程度）の場合において、引張応力σ０がかかるように、ケーブル１２にプレストレスが与えられる。このように、あらかじめ張力を与えられた状態で橋台３と橋桁２との間に架設されていることにより、地震がない平常時において安定した復元力を確保することが可能である。したがって、地震発生時に急激に（衝撃的に）ケーブル１２に荷重がかかるおそれが低減する。

また、ケーブル１２の張力は、橋桁２が高温の環境下において熱膨張して伸びたときに橋桁２におけるケーブル１２の連結位置（図３の定着部２１）と橋台３におけるケーブル１２の連結位置（図３の定着部２２）との距離が小さくなった場合でもケーブル１２が弛まないような張力に、設定されているのが好ましい。例えば、図６において、高温時（例えば３０℃程度）の場合において、標準温度時の場合のプレストレスによる引張応力σ０よりも小さい引張応力σ１１がかかるように、ケーブル１２にプレストレスが与えられる。このようにケーブル１２の張力を調整することにより、夏季などの高温の環境下において橋桁２が熱膨張によって伸びた場合でも、ケーブル１２は弛むことなく安定した復元力を確保することが可能である。なお、上記のように高温時にケーブル１２へ引張応力σ１１になるようにプレストレスが与えられた場合、地震発生時には、引張応力σ１１を上回る引張応力σ１２がケーブル１２にかかるが、引張応力σ１２が降伏応力σｙを下回っているので、ケーブル１２は塑性変形しない。

また、ケーブル１２の張力は、橋桁２が低温の環境下において熱収縮して縮んだときに橋桁２におけるケーブル１２の連結位置（図３の定着部２１）と橋台３におけるケーブル１２の連結位置（図３の定着部２２）との距離が大きくなった場合でも、ケーブル１２のひずみが当該ケーブル１２の降伏域まで達しないような大きさの張力に、設定されているのが好ましい。例えば、図６において、低温時（例えば−１０℃程度）の場合において、標準温度時の場合のプレストレスによる引張応力σ０よりも大きい引張応力σ２１がかかるように、ケーブル１２にプレストレスが与えられる。このようにケーブル１２の張力を調整することにより、冬季などの低温の環境下において橋桁２が熱収縮によって縮んだ場合でも、ケーブル１２は降伏することなく安定した復元力を確保することが可能である。なお、上記のように低温時にケーブル１２へ引張応力σ２１になるようにプレストレスが与えられた場合、地震発生時には、引張応力σ２１を上回る引張応力σ２２がケーブル１２にかかる場合がある。このように引張応力σ２２が降伏応力σｙを上回る場合には、ケーブル１２は塑性変形をすることにより、地震時の橋桁２の運動エネルギーを減衰させることが可能になる。

ケーブル１２は、例えば、構造や施工性の観点から被覆平行線ケーブルなどが採用される。また、ケーブル１２としては、橋桁２に復元力を与えることが可能な弾性を有するものであればよく、上記の被覆平行線ケーブルの他にも、種々の鋼線、例えば、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼より線、亜鉛めっき鋼線、亜鉛めっきＰＣ鋼より線、ステンレス鋼線、繊維強化プラスチック線等を素線として使用したケーブル、または 各種ワイヤーロープ（ロックドコイルロープ、スパイラルロープ、ストランドロープ）等を採用することも可能である。

制振ダンパー１３は、図５に示されるように、橋桁２の下側において、橋桁２の中央付近の橋脚４と橋桁２の下部との間を連結するように設置されている。制振ダンパー１３は、油などの流体３４が充填されたシリンダ３１と、シリンダ３１内部において橋軸方向Ｙに移動可能に収納されたピストン３２と、ピストン３２に固定されたロッド３３とを有する。

ロッド３３は、その一端がピストン３２に固定されるとともに、その他端がシリンダ３１の外部において定着部材３５を介して橋脚４に固定されている。シリンダ３１は、ロッド３３と反対側の端部から突出する連結部３７を有している。連結部３７は、定着部材３６を介して橋桁２の下面に固定されている。これにより、制振ダンパー１３は、地震発生時において、橋桁２の運動エネルギーをシリンダ３１内部の流体３４の抵抗を用いて減衰することが可能である。

以上のように構成された本実施形態の制振装置１０では、地震発生時には、すべり支承１１によって橋桁２を橋台３および橋脚４に対して水平方向の相対的な変位を許容して橋桁２のアイソレーションを行いながら、すべり支承１１の第１の滑り板１５と第２の滑り板１６との間のすべり摩擦により、橋桁２の運動エネルギーを減衰させる。それとともに、ケーブル１２が地震発生時における橋桁２の橋台３および橋脚４に対する相対的な変位に応じて橋桁２に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えることにより、橋桁２を地震発生前の位置へ復元させる。したがって、橋桁２は地震発生時には橋台３および橋脚４の上を水平移動するときにすべり支承１１による摩擦抵抗の力とケーブル１２による復元力とを受けながら橋桁２の運動エネルギーを減衰させることができ、しかも、ケーブル１２の復元力により、当該橋桁２は地震発生前の位置へ復元することが可能である。このようにして、すべり支承１１と比較して大きい免震支承などを用いることなく、橋桁２の制振が可能になる。その結果、免震支承などが設置できない構造の橋梁においても制振が可能になる。

しかも、大きな地震が発生した時にケーブル１２が大きく伸ばされて弾性域を超えて塑性域に達した場合には、ケーブル１２は塑性変形しながら橋桁２の運動エネルギーを減衰させることが可能になり、この場合、すべり支承１１およびケーブル１２の両方によって橋桁２の運動エネルギーを減衰させることが可能になる。

また、ケーブル１２は、あらかじめ張力を与えられた状態で橋台３と橋桁２との間に架設されているので、地震がない平常時において安定した復元力を確保することが可能である。したがって、地震発生時に急激に（衝撃的に）ケーブル１２に荷重がかかるおそれが低減する。

また、ケーブル１２の張力は、前記橋桁２が高温の環境下において熱膨張して伸びたときに橋桁２におけるケーブル１２の連結位置（定着部２１）と橋台３におけるケーブル１２の連結位置（定着部２２）との距離が小さくなった場合でもケーブル１２が弛まないような張力に、設定されているのが好ましい。その場合、夏季などの高温の環境下において橋桁２が熱膨張によって伸びた場合でも、ケーブル１２は弛むことなく安定した復元力を確保することが可能である。

さらに、ケーブル１２の張力は、橋桁２が低温の環境下において熱収縮して縮んだときに橋桁２におけるケーブル１２の連結位置（定着部２１）と橋台３におけるケーブル１２の連結位置（定着部２２）との距離が大きくなった場合でも、ケーブル１２のひずみが当該ケーブル１２の降伏域まで達しないような大きさの張力に、設定されているのが好ましい。その場合、冬季などの低温の環境下において橋桁２が熱収縮によって縮んだ場合でも、ケーブル１２は降伏することなく安定した復元力を確保することが可能である。

また、上記の制振装置１０は、橋脚４と橋桁２とを連結し、地震発生時における橋桁２の運動エネルギーを流体の抵抗を用いて減衰する制振ダンパー１３を備えている。これにより、すべり支承１１のすべり摩擦とともに流体の抵抗を用いた制振ダンパー１３による減衰を行うことが可能であり、より大きな制振・減衰効果を得ることが可能である。

また、ケーブル１２は、上部構造である橋桁２に対して初期位置へ戻る方向へ復元力を常時与えるようにしてもよい。このばあい、地震が発生していない場合であっても橋桁２が風や車両などによる外部からの振動を受けた場合にも橋桁２を初期位置へ常時復元させることが可能である。

ケーブル１２は、橋桁２と橋台３との間を常時連結しているので、地震発生時において橋桁２を橋台３の上から落下しないように保持する機能を奏することが可能である。そのため、ケーブル１２は地震時において復元機能を発揮するだけでなく橋桁２の落下も防止することが可能である。

また、地震発生後に橋桁２が地震発生前の所定の位置からずれた場合には、上記の制振装置１０を用いて橋桁２の残留変位を取り除いて所定の位置へ戻すことが可能である。具体的には、地震発生後に制振装置１０のケーブル１２を引っ張って橋桁２を地震発生前の位置へ移動させることにより、前記橋桁２の残留変位を取り除くことが可能である。ケーブル１２を引っ張る方法としては、例えば、図４の定着部２２の油圧ジャッキ２７を作動させて架台２６を介してケーブル１２の端末金具２３を押圧することにより、ケーブル１２に張力を与えればよい。橋桁２は、すべり支承１１によって橋台３および橋脚４に対して水平移動が許容されているので、ケーブル１２の張力を受けることによって水平移動をすることが可能である。このように地震発生後に制振装置１０のケーブル１２を引っ張ることによって、他の装置を用いることなく容易に橋桁２の残留変位を取り除くことが可能である。

上記の制振装置１０では、ケーブル１２が橋桁２と一対の橋台３との間に架設されているのが、本発明はこれに限定されるものではなく、橋桁２と橋脚４との間に架設してもよい。

例えば、図７に示されるように、ケーブル１２を橋桁２の中央付近の２本の橋脚４と橋桁２との間にそれぞれ架設するようにしてもよい。その他の構成は図１の構成と同じである。この場合、橋桁２が環境温度の変化によって熱膨張や熱収縮をしても、橋桁２の中央付近では橋桁２におけるケーブル１２の連結位置の変位が小さいので、ケーブル１２の張力の変化が小さくなり、その結果、ケーブル１２の張力の調整をする手間が少なくなる。

また、図８に示されるように、ケーブル１２を複数本の橋脚４と橋桁２との間にそれぞれ架設するようにしてもよい。その他の構成は図１の構成と同じである。この場合、地震発生時おける橋桁２の慣性力をケーブル１２および制振ダンパー１３を介して複数の橋脚４に分散させることが可能であり、高い耐震、制振性能を発揮することが可能である。なお、ケーブル１２を橋台３および橋脚４と橋桁２との間にそれぞれ架設してもよい。

ここで、ケーブル１２は、一対の橋台３および橋脚４の強度に基づいて選択された橋台３および橋脚４に連結されるのが好ましい。例えば、橋台３は、橋脚４よりも大きく耐震強度も高いので、ケーブル１２を連結するようにする。また、河川内部に立設された橋脚４には、河川によって細い橋脚や長い橋脚を用いられる場合があるが、これらの橋脚は耐震強度が低いので、ケーブル１２を連結しないようにする。このように、橋台３または橋脚４の強度に基づいてケーブル１２が連結される橋台３および橋脚４が選択されることにより、橋桁２の慣性力をケーブル１２を介して耐震強度が高い橋台３や橋脚４へ選択的に分散させることが可能になる。そのため、耐震強度が弱い橋脚を補強する必要がなくなる。橋脚を新設する場合も、ケーブル１２が連結されないものについては強度が弱くてもよいので、橋脚サイズを小さくなるように設計することが可能である。

また、上記のケーブル１２を用いれば、既設の桁橋を容易に耐震補強することが可能である。すなわち、図８のように橋台３および橋脚４の上に、すべり支承１１を介して橋桁２が載せられた既設の桁橋を補強する場合、橋脚４の強度に応じて橋脚４を選定し、選定された橋脚４と橋桁２とをケーブル１２によって連結すればよい。このように橋脚４の強度に基づいてケーブル１２が連結される橋脚４が選択されるので、橋桁２の慣性力をケーブル１２を介して耐震強度が高い橋脚４へ選択的に伝達させて橋梁全体の耐震補強を容易に行うことが可能になる。そのため、耐震強度が弱い既設の橋脚４を補強したり、取り替える必要がなくなる。

さらに、複数の橋桁を有する桁橋の場合には、橋桁同士をケーブルで連結してもよい。例えば、図９に示されるように、２連の橋桁２が橋軸方向Ｙに沿って並んで配置されている場合には、橋桁２同士は橋桁間連結ケーブル４０によって互いに連結される。各橋桁２は、一対の橋台３のいずれか１つに対してケーブル１２を介して連結している。その他の構成は図１の構成と同じである。このように２連の橋桁２同士が橋桁間連結ケーブル４０によって互いに連結されているので、地震発生時には、２連の橋桁２の慣性力をケーブル１２および制振ダンパー１３を介して一対の橋台３に分散させることが可能であり、高い耐震、制振性能を発揮することが可能である。

図９の場合と同様に、図１０に示されるように、３連以上（図１０では４連）の橋桁２を有する桁橋１の場合も、隣接する橋桁２同士を橋桁間連結ケーブル４０で連結すればよい。各橋桁２は、一対の橋台３または橋脚４のいずれか１つに対してケーブル１２を介して連結している。その他の構成は図１の構成と同じである。このような場合も、４連の橋桁２同士が橋桁間連結ケーブル４０によって互いに連結されているので、地震発生時には、４連の橋桁２の慣性力をケーブル１２および制振ダンパー１３を介して一対の橋台３および２本の橋脚４に分散させることが可能であり、高い耐震、制振性能を発揮することが可能である。

さらに、図１１に示されるように、上下線用の一対の橋桁２Ａ、２Ｂを有する桁橋４１の場合も、橋桁２Ａ，２Ｂ同士を橋桁間連結ケーブル４０で連結してもよい。すなわち、上り線用の橋桁２Ａおよび下り線用の橋桁２Ｂは、互いに幅方向Ｘに隣接して橋軸方向Ｙに平行に延びている。各橋桁２Ａ，２Ｂは、別々の橋台３および橋脚４によって支持されている。すべり支承１１は、各橋台３および橋脚４の上に設けられている。制振ダンパー１３は、各橋桁２Ａ，２Ｂと橋脚４との間に設けられている。

橋桁２Ａ、２Ｂの側面同士は、横桁４２によって連結されている。さらに、橋桁２Ａ、２Ｂ同士は橋桁間連結ケーブル４０によって互いに連結されている。各橋桁間連結ケーブル４０は、隣り合う橋桁間連結ケーブル４０同士で交差するように架設されている。このように隣接する２連の上下線用の橋桁２Ａ、２Ｂ同士が橋桁間連結ケーブル４０によって互いに連結されているので、地震発生時には、２連の橋桁２Ａ、２Ｂは互いに補強し合いながら、２連の橋桁２Ａ、２Ｂの慣性力をケーブル１２および制振ダンパー１３を介して２連の橋桁２Ａ、２Ｂを支持する合計４本の橋台３に分散させることが可能であり、高い耐震、制振性能を発揮することが可能である。

また、上り線用の橋桁２Ａおよび下り線用の橋桁２Ｂのうち一方の橋桁が既設の橋桁であり、他方の橋桁が新設の橋桁の場合には、新設の橋桁が橋桁間連結ケーブル４０および横桁４２を介して既設の橋桁を補強することが可能になる。そのため、既設の橋桁を新設の橋桁と同様のものに取り替えたり、既設の橋桁を新設の橋桁と同じ強度になるように補強したりする必要がなくなる。

さらに、上記の実施形態では、制振装置１０を桁橋１に適用した例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、制振装置１０を図１２〜１４に示される吊り橋５０に適用してもよい。

図１２〜１４に示される吊り橋５０は、海峡または大型の河川などに架設される橋梁であり、上部構造である床組５１と、この上部構造を支持する下部構造である補剛桁５２、一対の橋台５３および２本の主塔５４とを備えている。

床組５１は、両側の橋台５３と主塔５４との間、および一対の主塔５４の間にそれぞれ設けられている。

床組５１の下面には、図１３〜１４に示されるように、橋軸方向Ｙに延びる複数本の縦桁５５ａ〜５５ｄが幅方向Ｘに並んで取り付けられている。縦桁５５ａ〜５５ｄのうち、縦桁５５ａは、幅方向Ｘの最も外側に位置しており、縦桁５５ｄは、幅方向Ｘの最も内側に位置している。縦桁５５ａ〜５５ｄは、幅方向Ｘに延びる横桁５９によって連結されている。横桁５９は、橋軸方向Ｙに等間隔に複数本配置されている。

補剛桁５２は、床組５１を下方から支持する構造体であり、例えば、鋼材をトラス状に組み合わせた中空の構造体からなる。補剛桁５２の上面５２ａは、床組５１の縦桁５５ａ〜５５ｄが載置される載置面として機能する。

一対の橋台５３は、海岸または河岸に設置され、補剛桁５２の橋軸方向Ｙの両端を下方から支持する。

主塔５４は、海峡または河川内部に立設された構造体であり、補剛桁５２を吊り下げるメインワイヤ５６を支持する。メインワイヤ５６の両端は、海岸などに設置されたアンカレッジ５７によって固定されている。メインワイヤ５６は、その両端に挟まれた範囲では主塔５４の最上部付近に係止され、２本の主塔５４の間では下にたわんでアーチ状に延びている。メインワイヤ５５と補剛桁５２との間は、複数本のハンガーロープ５８によって連結されている。

上記のように構成された吊り橋５０に対して、制振装置１０を構成するすべり支承１１、ケーブル１２、および制振ダンパー１３は、以下のように配置される。なお、これらの制振装置１０の構成要素１１〜１３の構成は上記図１に示される構成と同じであるので説明を省略する。

すべり支承１１は、床組５１の縦桁５５ａ〜５５ｄと補剛桁５２の上面５２ａとの間に設けられている。具体的には、すべり支承１１は、縦桁５５ａ〜５５ｄの下面であって、縦桁５５ａ〜５５ｄと横桁５９との交差する全ての位置に配置されている。

ケーブル１２は、一対の橋台５３および主塔５４のうちの少なくとも１個所と床組５１とにそれぞれ連結されている。具体的には、橋台５３と主塔５４との間に位置する床組５１では、当該床組５１の一方の端部と橋台５３との間にケーブル１２が架設され、他方の端部と主塔５４との間にケーブル１２が架設されている。一対の主塔５４の間に位置する床組５１では、床組５１の両側の各端部と主塔５４との間にケーブル１２が架設されている。ケーブル１２の端部は、上記の図３〜４に示される定着部２１、２２などを用いて床組５１、橋台５３、および主塔５４に連結される。

ケーブル１２は、床組５１の幅方向Ｘの中央付近、例えば、床組５１の幅方向Ｘの中央付近の縦桁５５ｃが配置されている位置で床組５１に連結されている。これにより、地震発生時の床組５１の慣性力の橋軸方向Ｙの成分をケーブル１２によって確実に受けることが可能である。

なお、床組５１の慣性力の橋軸方向Ｙの成分をケーブル１２によってより確実に受けるために、床組５１の幅方向Ｘの中央付近のすべり支承１１、例えば、幅方向Ｘの中央付近の縦桁５５ｄの位置に配置されたすべり支承１１の幅方向Ｘへの水平移動を規制するのが好ましい。

さらに、制振ダンパー１３は、上記のケーブル１２と同様に、一対の橋台５３および主塔５４のうちの少なくとも１個所と床組５１とにそれぞれ連結されている。具体的には、各床組５１の両端部のうちのいずれかの端部と橋台５３または主塔５４との間に制振ダンパー１３が配置されている。

上記のように制振装置１０を吊り橋５０に適用した場合には、地震発生時には、すべり支承１１によって吊り橋５０の床組５１を補剛桁５２に対して水平方向の相対的な変位を許容して床組５１のアイソレーションを行いながら、すべり支承１１の第１の滑り板１５と第２の滑り板１６（いずれも図２参照）との間のすべり摩擦および制振ダンパー１３による減衰作用により、床組５１の運動エネルギーを減衰させる。それとともに、ケーブル１２が地震発生時における床組５１の橋台５３および主塔５４に対する相対的な変位に応じて床組５１に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えることにより、床組５１を地震発生前の位置へ復元させることが可能である。その結果、免震支承などが設置できない構造の吊り橋５０においても制振が可能になる。

また、ケーブル１２は、上部構造である床組５１に対して初期位置へ戻る方向へ復元力を常時与えるようにしてもよい。このばあい、地震が発生していない場合であっても床組５１が風や車両などによる外部からの振動を受けた場合にも床組５１を初期位置へ常時復元させることが可能である。

以上のように、本実施形態の制振装置を用いれば、上部構造および下部構造を備えた橋梁等の土木構造物において、免震支承などが設置できない構造の土木構造物においても制振が可能になる。

上記の実施形態では、本発明の適用対象として桁橋や吊り橋などの橋梁などの土木構造物を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の適用対象は、上部構造物および下部構造物を有する構造物において上部構造物を下方から支持するものであればよく、橋梁等の土木構造物だけでなく、建築構造物などの他の構造物にも適用可能である。

例えば、本実施形態の制振装置１０を図１５に示される大屋根付きの施設６０などの建築構造物に適用することも可能である。

図１５に示される大屋根付き施設６０は、屋根付き競技場や大型の会議・展示施設などのように上部構造である屋根６１の両端部が下部構造体６２によって支持され、屋根６１の中央部は、どこにも支持されていない構造を有する。

下部構造体６２は、地面Ｇに固定された構造体であり、例えば、土台６３と、大きな円環状の外周建造物６４と、外周建造物６４の内周側に沿って設けられたスタンド６５とを有する。屋根６１は、スタンド６５内周側の競技用の空間６６、および当該スタンド６５の上方を覆うように配置されている。

上記のように構成された大屋根付き施設６０に対して、制振装置１０を構成するすべり支承１１、ケーブル１２、および制振ダンパー１３は、以下のように配置される。なお、これらの制振装置１０の構成要素１１〜１３の構成は上記図１に示される構成と同じであるので説明を省略する。

すべり支承１１は、屋根６１の両端部と外周建造物６４の上端の水平突出部分６４ａとの間に挟まれた状態で、複数個所設けられている。これにより、屋根６１は、すべり支承１１によって下方から支持された状態なっている。

ケーブル１２および制振ダンパー１３は、屋根６１の両端部と外周建造物６４の上端の垂直突出部分６４ｂとの間に張り渡された状態で、複数個所設けられている。具体的には、ケーブル１２および制振ダンパー１３は、屋根６１の周囲に放射状に複数個所設けられているのが好ましく、この場合、どの方向からの地震の揺れに対してもケーブル１２および制振ダンパー１３は制振機能を発揮することが可能である。

上記のように制振装置１０を大屋根付き施設６０に適用した場合には、地震発生時には、すべり支承１１によって屋根６１を下部構造体６２に対して水平方向の相対的な変位を許容して屋根６１のアイソレーションを行いながら、すべり支承１１の第１の滑り板１５と第２の滑り板１６（いずれも図２参照）との間のすべり摩擦および制振ダンパー１３による減衰作用により、屋根６１の運動エネルギーを減衰させる。それとともに、ケーブル１２が地震発生時における屋根６１の下部構造体６２に対する相対的な変位に応じて屋根６１に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えることにより、屋根６１を地震発生前の位置へ復元させることが可能である。その結果、上部構造および下部構造を備えた大屋根付きの施設６０などの建築構造物において、免震支承などが設置できない構造の建築構造物においても制振が可能になる。具体的には、屋根６１の両端部付近に免震支承などのための設置スペースが確保できない場合であっても、当該屋根６１の制振が可能になる。

上記のような大屋根付きの施設６０においても、ケーブル１２は、上部構造である屋根６１に対して初期位置へ戻る方向へ復元力を常時与えるようにしてもよい。このばあい、地震が発生していない場合であっても屋根６１が風などによる外部からの振動を受けた場合にも屋根６１を初期位置へ常時復元させることが可能である。

１、４１ 桁橋
２ 橋桁
３ 橋台
４ 橋脚
１０ 制振装置
１１ すべり支承
１２ ケーブル
１３ 制振ダンパー
１５ 第１の滑り板
１６ 第２の滑り板
５０ 吊り橋
５１ 床組
５２ 補剛桁
５３ 橋台
５４ 主塔
６０ 大屋根付き施設
６１ 屋根
６２ 下部構造体

Claims (15)

1. 上部構造と、当該上部構造を下方から支持する下部構造とを備えた構造物における当該上部構造の制振を行う構造物の制振装置であって、
   前記下部構造の上面に固定された第１の滑り板と、前記第１の滑り板に対して滑り移動自在に接触するとともに前記上部構造の下面に固定された第２の滑り板とを備え、前記上部構造の前記下部構造に対する水平方向の相対的な変位を許容するように当該上部構造を支持するすべり支承と、
   前記下部構造と前記上部構造とを連結し、地震発生時における前記上部構造の前記下部構造に対する相対的な変位に応じて前記上部構造に地震発生前の位置へ向かう復元力を与えるケーブルと
   を備える構造物の制振装置。
2. 前記ケーブルは、あらかじめ張力を与えられた状態で前記下部構造と前記上部構造との間に架設されている、
   請求項１記載の構造物の制振装置。
3. 前記ケーブルの張力は、前記上部構造が高温の環境下において熱膨張して伸びたときに前記上部構造のケーブル連結位置と前記下部構造のケーブル連結位置との距離が小さくなった場合でも前記ケーブルが弛まないような大きさの張力に、設定されている、
   請求項２記載の構造物の制振装置。
4. 前記張力は、前記上部構造が低温の環境下において熱収縮して縮んだときに前記上部構造のケーブル連結位置と前記下部構造のケーブル連結位置との距離が大きくなった場合でも、前記ケーブルのひずみが当該ケーブルの降伏域まで達しないような大きさの張力に、設定されている、
   請求項２記載の構造物の制振装置。
5. 前記下部構造と前記上部構造とを連結し、地震発生時における前記上部構造の運動エネルギーを流体の抵抗を用いて減衰するダンパーをさらに備えている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の構造物の制振装置。
6. 前記ケーブルは、地震発生時において前記上部構造を前記下部構造の上から落下しないように保持する機能を有する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の構造物の制振装置。
7. 前記構造物は、土木構造物である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の構造物の制振装置。
8. 前記土木構造物は、桁橋であり、
   前記上部構造は、橋桁であり、
   前記下部構造は、前記橋桁の橋軸方向の両端を下方から支持する一対の橋台と、前記一対の橋台の間において前記橋桁を下方から支持する橋脚とを含んでおり、
   前記ケーブルは、前記一対の橋台および前記橋脚のうちの複数個所と前記橋桁とにそれぞれ連結されている、
   請求項７に記載の構造物の制振装置。
9. 前記ケーブルは、前記一対の橋台および前記橋脚の強度に基づいて選択された前記橋台または前記橋脚に連結される、
   請求項８記載の構造物の制振装置。
10. 前記土木構造物は、吊り橋であり、
    前記上部構造は、床組であり、
    前記下部構造は、前記床組を下方から支持する補剛桁と、前記補剛桁の橋軸方向の両端を下方から支持する一対の橋台と、前記補剛桁を吊り下げるワイヤを支持する主塔とを含んでおり、
    前記すべり支承は、前記床組と前記補剛桁との間に設けられ、
    前記ケーブルは、前記一対の橋台および前記主塔のうちの少なくとも１個所と前記橋桁とにそれぞれ連結されている、
    請求項７に記載の構造物の制振装置。
11. 前記構造物は、建築構造物である、
    請求項１から６のいずれか１項記載の構造物の制振装置。
12. 前記上部構造は、屋根であり、
    前記屋根の両端部は、前記下部構造によって下方から支持されている、
    請求項１１に記載の構造物の制振装置。
13. 前記ケーブルは、前記上部構造に対して初期位置へ戻る方向へ復元力を常時与える、
    請求項１から１２のいずれか１項記載の構造物の制振装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の制振装置を用いて上部構造の残留変位を取り除く方法であって、
    地震発生後に前記ケーブルを引っ張って前記上部構造を地震発生前の位置へ移動させることにより、前記上部構造の残留変位を取り除く
    ことを特徴とする方法。
15. 橋台および橋脚の上に、すべり支承を介して橋桁が載せられた既設の桁橋の補強方法であって、
    前記橋脚の強度に応じて前記橋脚を選定し、
    選定された前記橋脚と前記橋桁とをケーブルによって連結する
    ことを特徴とする橋梁を補強する方法。

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