JP2016148147A - 橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する橋桁同士が同じ振動特性を有する場合（固有振動数が同じ場合）においても、より効果的に適用することができる。
【解決手段】隣り合う一方の第１橋桁部２に一端側を、他方の第２橋桁部３に他端側をそれぞれ接続して制振ダンパー４を設置して構成されるとともに、橋桁部２、３のそれぞれと下部構造の橋脚部７との間において、複数の支承５Ａ、５Ｂを設置するとともに、これら支承５Ａ、５Ｂのうち少なくとも一方と並列配置されるように制振装置６を設置して構成され、制振装置６として、ばね部材６Ａ又は慣性質量ダンパー６Ｂが設けられた構成の橋梁に対する連結制振構造Ａを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法に関する。

従来、高架橋などの橋梁を制振構造とする技術として、制振ダンパーを橋桁間に設置する制振技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１、２では、橋脚上部において桁−桁の間をダンパーで連結する形態が図示され、構造物を長周期化したり橋梁全体の震動を制御して耐震性を高めたりすることができるとしているが、具体的なダンパー諸元の設定や効果に関する記載がない。当然ながら、双方の橋桁が同じ揺れとなる場合にはダンパーで連結しても制振効果はなく、橋梁構造の振動特性とダンパー量との関係が重要となっている。

特開２００４−３３２４７８号公報 特開平１０−１８３５３０号公報

しかしながら、従来の橋梁の隣接する橋桁同士を連結する制振技術では、適用可能となるのは隣接する橋桁が異なる振動特性を有する場合、すなわち固有振動数が異なる場合のみであり、固有振動数が同じ場合には一緒に揺れてしまい制振効果を発揮することができないという問題があった。
また、実在する隣接橋梁間の振動特性が大幅に異なる場合は少なく、連結制振による応答低減効果は限定的なものとなることから、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、隣接する橋桁同士が同じ振動特性を有する場合（固有振動数が同じ場合）においても、より効果的に適用することができる橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る橋梁に対する連結制振構造は、隣り合う一方の第１橋桁部に一端側を、他方の第２橋桁部に他端側をそれぞれ接続して制振ダンパーを設置して構成されるとともに、前記橋桁部のそれぞれと下部構造との間において、複数の支承を設置するとともに、これら支承のうち少なくとも一方と並列配置されるように制振装置を設置して構成され、前記制振装置として、ばね部材又は慣性質量ダンパーが設けられていることを特徴としている。

また、本発明の橋梁に対する連結制振構造の設定方法は、上述した橋梁に対する連結制振構造の設定方法であって、前記第１橋桁部の固有振動数が、前記第２橋桁部の固有振動数よりも大きい場合において、前記第２橋桁部側の支承と並列に前記慣性質量ダンパーが配置される構成と、前記第１橋桁部側の支承と並列に前記ばね部材が配置される構成と、 前記第２橋桁部側の支承と並列に前記慣性質量ダンパーが配置されるとともに、前記第１橋桁部側の支承と並列に前記ばね部材が配置される構成と、のいずれか１つが選択的に設けられることを特徴としている。

本発明では、隣接する双方の橋桁部の振動特性が同じ場合、すなわち固有振動数が同じ場合であっても、双方の振動特性（固有振動数）を変えることができ、大きな応答低減効果を得ることができる。そのため、従来のように、制振ダンパーだけによる制振のように、隣接する双方の橋桁部の振動特性が同じ場合に制振効果が得られないという課題を効果的に解決することができる。

また、本発明では、制振装置としてばね部材に加えて慣性質量ダンパーを追加し、すなわちばね部材と慣性質量ダンパーを併用して双方の振動特性を変えた場合には、双方の最大応答加速度や最大応答変位が大きく低減される。また、橋脚部に生じる応力についても大幅に低減され、基礎に作用するせん断力も同様に低減することができる。しかも、制振装置としてばね部材と慣性質量ダンパーを併用する場合には、ばね部材のみを追加した場合よりもさらに揺れの収束が早くなる。

また、支承部を交換する必要がなく、単に制振機構を付加するだけなので、橋梁を工事中も継続的に使用することができる。
また、制振ダンパーを隣接する橋桁部間を連結するように設けるとともに、制振装置を支承と並列に配置するだけの比較的簡単な作業なので、施工に当たり特別な技能は必要とされず、新設だけでなく既存橋梁の制振改修にも適用できる利点がある。

本発明の橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法によれば、隣接する橋桁同士が同じ振動特性を有する場合（固有振動数が同じ場合）においても、より効果的に適用することができる。

本発明の実施の形態よる橋梁に対する連結制振構造（ａ）及びこの振動解析モデル（ｂ）を示す図である。 橋梁の制振構造の慣性質量ダンパーの一例を示す断面図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、加振振動数比と加速度応答倍率の関係を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、加振振動数比と加速度応答倍率の関係を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、加振振動数比と変位応答倍率の関係を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、加振振動数比と変位応答倍率の関係を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、加振振動数比と変位応答倍率の関係を示す図である。 橋梁に対する連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するシミュレーションで用いた入力地震動の波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、一方の橋桁部（質点１）の時刻歴加速度応答波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、一方の橋桁部（質点１）の時刻歴加速度応答波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、他方の橋桁部（質点２）の時刻歴加速度応答波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、他方の橋桁部（質点２）の時刻歴加速度応答波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、一方の支承部（質点１）の時刻歴変位応答波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、一方の支承部（質点１）の時刻歴変位応答波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、他方の支承部（質点２）の時刻歴変位応答波形を示す図である。 連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、他方の支承部（質点２）の時刻歴変位応答波形を示す図である。 橋梁に対する連結制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、隣り合う橋桁部の時刻歴相対変位（桁間相対変位）を示す図である。 橋梁の制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、橋脚部の時刻歴せん断力応答波形を示す図である。 橋梁の制振構造を設けた橋梁の耐震性能を確認するために行ったシミュレーションの結果であり、橋脚部の時刻歴せん断力応答波形を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法について、図面に基づいて説明する。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態による高架橋に対する連結制振構造Ａは、例えば多径間連続桁形式の高架橋などの橋梁１において、上部構造１Ａにおける隣接する橋桁部（橋桁）２、３同士に架け渡すように、言い換えれば一端側を橋軸Ｏ１方向に隣り合う一方の橋桁部２に、他端側を他方の橋桁部３に接続してダンパー軸が略橋軸Ｏ１方向に沿うように、制振ダンパー４を配設して構成されている。
そして、本実施の形態の連結制振構造Ａでは、橋桁部２、３のそれぞれと下部構造１Ｂとの間において、支承５（５Ａ、５Ｂ）を設置するとともに、これら支承５Ａ、５Ｂのうち少なくとも一方（本実施の形態では両方）と並列配置されるように制振装置６（６Ａ、６Ｂ）を設置して構成されている。

本実施の形態では、制振ダンパー４がオイルダンパー等の粘性ダンパーであるものとして説明を行うが、本発明に係る制振ダンパーとしては、相対速度に比例した反力を生じるオイルダンパー等の粘性ダンパーの他、例えば、隣接する橋桁部２、３同士の間の相対加速度に比例した反力を生じる慣性質量ダンパー、相対変位に比例した反力を生じるばね部材や弾塑性ダンパーなども勿論適用可能である。

また、支承５Ａ、５Ｂに並列に配して構成される制振装置６は、橋桁部２、３（上部構造１Ａ）の連続部下の橋脚部７（下部構造１Ｂ）を対象とするため、橋脚部７を挟んで橋軸Ｏ１方向の一方の側（図１（ａ）で紙面左側）の制振装置としてばね部材６Ａが設けられ、他方の側（図１（ａ）で紙面右側）の制振装置として慣性質量ダンパー６Ｂが適用されている。つまり、本実施の形態では、制振装置として、ばね部材６Ａと慣性質量ダンパー６Ｂとが併用されている。

なお、本実施の形態では、ばね部材６Ａと慣性質量ダンパー６Ｂとが併用する構成としているが、制振装置６の設定方法として両者６Ａ、６Ｂを併用することに制限されることはない。例えば、橋桁部２、３の固有振動数が第１橋桁部２≧第２橋桁部３の関係とする場合において、慣性質量ダンパー６Ｂを固有振動数の大きくない側の第２橋脚部３の第２支承５Ｂのみと並列に配置する構成や、ばね部材６Ａを固有振動数の小さくない側の第１橋桁部２の第１支承５Ａのみと並列に配置する構成とすることができる。

ここで、本実施の形態の他方の側に設けられる慣性質量ダンパー６Ｂの一例を図２に示す。

この慣性質量ダンパー６Ｂは、中心軸線Ｏ２を慣性質量ダンパーＢ２の軸線Ｏ２と同軸上に配して設けられたボールねじ１０と、ボールねじ１０に螺着して配設されたボールナット１１と、ボールナット１１に取り付けられ、ボールナット１１の回転に従動して回転する回転錘１２とを備えて構成されている。

ボールねじ１０は、その一端１０ａに、橋梁１の上部構造１Ａ又は下部構造１Ｂに接続するためのボールジョイントやクレビスなどの連結部材１３が取り付けられている。

また、ボールねじ１０に螺着したボールナット１１は、軸受け１４に支持されている。軸受け１４は、軸線Ｏ２周りに回転不能に且つ軸線Ｏ２方向に移動不能に固設される円環状の外輪１４ａと、外輪１４ａの内孔内に配されて軸線Ｏ２周りに回転可能に支持された円環状の内輪１４ｂとを備えて形成されている。そして、ボールねじ１０が軸受け１４の内輪１４ｂの中心孔に挿通して配設されるとともに、ボールナット１１が軸受け１４の内輪１４ｂに固設されている。これにより、ボールナット１１は、軸線Ｏ２周りに回転可能に、且つ軸線Ｏ２方向に移動不能に配設されている。

さらに、ボールナット１１に回転錘１２が一体に固定して設けられている。回転錘１２は例えば略円筒状に形成され、ボールねじ１０を内部に挿通し、ボールねじ１０と互いの軸線Ｏ２を同軸上に配した状態でボールナット１１に固着して配設されている。

また、慣性質量ダンパー６Ｂの他端側、すなわちボールねじ１０の他端１０ｂ側には、円筒状に形成された筒体１５が設けられている。
この筒体１５は、所定長さの高軸剛性かつ高曲げ剛性の中空円筒体であって、その他端（図中左側の端部）１５ａに内部を閉塞させるように円板状の接続板１７が固着され、この接続板１７に、慣性質量ダンパー６Ｂの他端を、橋梁１の下部構造１Ｂ又は上部構造１Ａに接続するためのボールジョイントやクレビスなどの連結部材１８が取り付けられている。また、筒体１５は、その一端側（図中右側の端部）１５ｂが軸受け１４に固着され、ボールねじ１０の他端１０ｂ側が内部に挿入されている。

そして、上記構成からなる慣性質量ダンパー６Ｂにおいては、地震などが発生し、橋梁１に振動エネルギーが作用して下部構造１Ｂと上部構造１Ａに相対的な変位が生じると（入力されると）、この変位差に応じてボールねじ１０が軸線Ｏ２方向に進退し、軸受け１４の内輪１４ｂに支持されたボールナット１１が回転するとともに回転錘１２が回転する。なお、このとき、ボールねじ１０は、軸線Ｏ２方向に進退するとともに筒体１５の内孔に挿入・出する。
これにより、回転錘１２の実際の質量の数千倍もの慣性質量効果が得られ、オイルダンパーなどの従来の制振装置を設置した場合と比較し、応答変位が大幅に低減することになる。

なお、慣性質量ダンパー６Ｂは、両端に作用する相対変位で回転錘１２を回転させ、錘質量の数千倍もの大きな慣性質量効果を得るものであるため、作用する相対加速度に比例した反力が得られる。このような機構のため静的な剛性をもたず、橋梁１の上部構造１Ａの温度による伸縮（低速）にはほとんど反力を生じさせずに追従することになる。

ここで、図１（ｂ）は、本実施形態の橋梁に対する連結制振構造Ａの振動解析モデルを示している。この図１（ｂ）では、隣り合う一方の第１橋桁部２の質量をｍ_１、他方の第２橋桁部３の質量をｍ_２、一方の第１橋桁部２を下部構造１Ｂの橋脚部７に支持する一方の第１支承５Ａの水平剛性をｋ_１、他方の第２支承５Ｂの水平剛性をｋ_２としている。
また、橋脚部７の水平剛性をｋ_０、橋脚部７の振動特性を等価な１質点系にモデル化したときの質量をｍ_０としている。さらに、隣接する橋桁部２、３同士の間の連結に設置する制振ダンパー４の減衰係数をＣ_ｄとしている。

図１（ｂ）に示す振動解析モデルにおいて、一般的な橋梁ではゴム支承部の剛性ｋ_１、ｋ_２に比して橋脚部７の剛性ｋ_０は十分大きく（ｋ_１、ｋ_２＜＜ｋ_０）、周波数伝達関数を用いた緒元に設定においては、ｋ_０を剛体とみなして、支承下部（橋脚頂部）に地震動が入力されるものとして検討する。すなわち、質量ｍ_０に加速度加振ｘ_０１（上に・・）＝ｘ_０（上に・・）が作用するものとして検討する。さらに具体的には、第１橋桁部２及び第２橋桁部３の周波数伝達関数において応答倍率のピーク値が最小となるようにダンパー緒元を設定する。
このように設定した最適諸元の制振ダンパー４の有無による周波数伝達関数の変化を確認した上で、時刻歴応答解析により制振効果を把握し評価する。

質点ｍ_１、ｍ_２の加速度応答倍率は、以下のようにして求める。ここで、各質点の絶対変位ｘ_ｉ、各支承５Ａ、５Ｂの剛性ｋ_ｉ、第２支承５Ｂと並列に設ける慣性質量ダンパー６Ｂの慣性質量Ψ_ｄ、第１支承５Ａと並列に設けるばね部材６Ａのばね剛性ｋ_ａ、橋桁部２、３間を連結する制振ダンパー４の減衰係数Ｃ_ｄ、入力加速度をｘ_０（上に・・）とすると、（１）式、（２）式、（３）式、及び（４）式が得られる。

そして、（４）式は（５）〜（７）式で表記されるため、質点ｍ_１、ｍ_２の加速度応答倍率は（９）式、及び（１０）式の絶対値として求めることができる。

このように設定した最適諸元のダンパーの有無による伝達関数の変化を確認したうえで、時刻歴応答解析により制振効果を把握する。なお、本解析において、下部構造１Ｂとなる橋脚部７の構造減衰を１次固有振動数に対して５％とし、ゴム支承部からなる支承５Ａ、５Ｂの減衰については無視する。

ここで、本実施形態の橋梁に対する連結制振構造Ａを設けた場合の橋梁１の耐震性能をシミュレーションした結果（試設計）について、図１（ａ）、（ｂ）等を用いて説明する。

本シミュレーションでは、制振ダンパー４を設けない非制振のＣａｓｅ１と、桁−桁間に制振ダンパー（オイルダンパー）４を設置した本実施形態のＣａｓｅ２、３の３ケースについてシミュレーションを行い、互いのシミュレーション結果を比較した。
具体的に、Ｃａｓｅ１は、非制振であるので、双方の橋桁部２、３の固有振動数が同じとなって一緒に揺れ、制振装置が効かない構造のものである。Ｃａｓｅ２（制振ａという）は、第１橋桁部２にばね部材６Ａのばね剛性ｋ_ａを追加し、桁−桁間に制振ダンパー４であるオイルダンパーＣ_ｄを設置した制振構造である。Ｃａｓｅ３（制振ｂという）は、第１橋桁部２にばね部材６Ａのばね剛性ｋ_ａを追加し、第２橋桁部３に慣性質量ダンパーΨａを追加し、桁−桁間にオイルダンパーＣ_ｄを設置した制振構造である。

Ｃａｓｅ１は、双方の橋桁部２、３の固有振動数が同じで連結制振にならない場合であり、制振補強をする前の構造を表している。このＣａｓｅ１では、質点ｍ_１、ｍ_２の応答は同じとなる。
Ｃａｓｅ２、３はいずれも連結部のみに粘性減衰を設け、支承５Ａ、５Ｂと並列にばね又は慣性質量を設けて双方の橋桁部２、３の固有振動数を乖離させたものである。

また、隣り合う一方の第１橋桁部２のスパンが２０ｍ、他方の第２橋桁部３のスパンが３０ｍの３径間の橋梁１をモデル化した。表１に示すように、この橋梁１の諸元は、スパン２０ｍの橋桁部質量ｍ_１＝１０５２ｔｏｎ、スパン３０ｍの橋梁部質量ｍ_２＝１５７８ｔｏｎ、支承部剛性ｋ_１＝ｋ_２＝７３．５ｋＮ／ｍｍ（双方の橋桁部２、３を受ける支承剛性は同じとする）であり、時刻歴応答解析では橋脚部質量ｍ_０＝３１９ｔｏｎ、下部工剛性ｋ_０＝９５４ｋＮ／ｍｍとしてモデル化した。
表１に、各Ｃａｓｅでの振動諸元を示す。

次に、周波数伝達関数を用い、制振ダンパー４の有無（Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ２、Ｃａｓｅ３）による振動特性の違いを周波数領域で検討した結果について説明する。
なお、構造減衰ｈはｈ＝０．０１としている。

図３及び図４は、地表面加速度ｘ_０（上に「・・」）に対する桁加速度（ｘ_２（上に「・・」），ｘ_１（上に「・・」））の比率を加振振動数毎の応答倍率として示した結果である。ここで、図３は質点ｍ_１の応答、図４は質点ｍ_２の応答を示している。
なお、加振振動数比ξは、ω_０＝√（ｋ_２／ｍ_２）に対する加振角振動数ω＝２πｆ（ｆは加振振動数）の比率であり、Ｘ_ｉ（上に「・・」）は加速度ｘ_ｉ（上に「・・」）のフーリエ変換である。図３及び図４は、横軸に入力振動数（加振振動数比）ξ（ω／ω_０）、縦軸に応答倍率（Ｘ_２（上に「・・」）／Ｘ_０（上に「・・」）、Ｘ_１（上に「・・」）／Ｘ_０（上に「・・」））を示している。

この図３及び図４から、本実施の形態の制振（Ｃａｓｅ２、３）を行うことにより共振時の応答倍率が大幅に低減することが確認された。また、下部構造（下部工）の反力は概ね橋桁部２、３の加速度に比例することになり、下部構造の反力も同様に低減する。
とくに、慣性質量ダンパー６Ｂとばね部材６Ａを併用したＣａｓｅ３では、最大応答倍率が２．５以下と極めて小さくなり、ほとんど共振しない特性となることが確認された。さらに、高振動数域（横軸の加振振動数比ξが大きい領域）では、応答倍率が１よりも十分に小さくなっており、固有振動数を超える高振動数域での加速度低減効果を期待することができる。そして、Ｃａｓｅ１における質点ｍ_１、ｍ_２は、固有振動数が同じであるため、応答倍率も同じとなる。

図５及び図６は、地表面変位ｘ_０に対する各部変位（ｘ_１，ｘ_２，相対変位｜ｘ_２−ｘ_１｜）の比率を応答倍率として示した結果である。
図５及び図６から、制振（Ｃａｓｅ２、３）によって共振域での応答倍率が大幅に低下し、双方とも変位が抑制される（双方の橋桁変位＝質点ｍ_１、ｍ_２の変位、双方の支承部変位がいずれも抑制される）ことが確認された。とくに、Ｃａｓｅ３では、前述の加速度の場合と同様に最大応答倍率が２．５以下と極めて小さくなり、ほとんど共振しない特性となることが確認された。

また、相対変位も応答変位と同程度に抑制されることから、地震時に橋桁部２、３同士が衝突したり、離間しすぎて落橋したりするおそれが小さくなる。Ｃａｓｅ３では、相対変位の最大応答倍率がＣａｓｅ２の３割程度と小さく、共振域以外での応答倍率が１以下となっていることから、地震動によらず過大な相対変位が生じるおそれは小さいものとなる。

図７は、図５及び図６の縦軸（応答倍率）を５倍に拡大した図であって、Ｃａｓｅ３の支承５Ａは図５及び図６と同じものを相対変位と比較するために図示している。なお、図７に示す縦軸は、相対変位では｜（Ｘ_１−Ｘ_２）／Ｘ_０｜、第１支承５Ｂでは、｜（Ｘ_１−Ｘ_０）／Ｘ_０｜、第２支承５Ｂでは、｜（Ｘ_２−Ｘ_０）／Ｘ_０｜をそれぞれ表している。

次に、時刻歴解析を用い、制振ダンパー４の有無（Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ２、Ｃａｓｅ３）による応答の違いを検討した結果について説明する。

ここでは、公益社団法人日本道路協会：道路橋示方書に示されたレベル２地震動で２種地盤に対応するＩＩ−ＩＩ−３地震波（最大加速度７３６ｇａｌ）を入力し、時刻歴波形で応答結果を比較した。
なお、この入力地震動の波形は図８に示す通りである。

図９、図１０はそれぞれ、Ｃａｓｅ２、３における一方の橋桁部（質点１）２の加速度、図１１、図１２はそれぞれ、Ｃａｓｅ２、３における他方の橋桁部（質点２）３の加速度を示している。
図９〜図１２に示すように、双方の振動特性が等しいＣａｓｅ１は、橋桁部２、３の両方の揺れが同じになるので連結部に相対変位が生じず、連結制振の効果がないことを確認することができる。そのため、質点１、２の応答加速度は同じとなる。

支承５Ａと並列にばね部材６Ａを付加したＣａｓｅ２では、制振により最大応答加速度はほとんど低減しないが、隣り合う橋桁部２、３同士を連結した連結部に制振ダンパー４による減衰を付与したことによって大きな揺れの継続時間が大幅に低減することが確認された。
一方、連結部だけでなく支承５Ａ、５Ｂと並列に制振装置を付加したＣａｓｅ３では、最大応答加速度が１／２〜１／３に大きく低減され、揺れもＣａｓｅ２よりも急速に収束することがわかる。とくに、慣性質量ダンパー６Ｂを設置した第２橋桁部３（質点２）の加速度が大きく低減していることが確認された。

また、質点１、２の加速度応答波形を比較すると、Ｃａｓｅ２はピークがほぼ同時刻にあるが、Ｃａｓｅ３はピークの発生時刻がずれており、加速度に桁部質量を乗じたものが橋脚部７に地震力として作用することを考慮すると、Ｃａｓｅ３は橋脚部７の応力を低減する制振効果が高いといえる。

次に、図１３、図１４はそれぞれ、Ｃａｓｅ２、３における一方の第１支承（質点１）５Ａの変位、図１５、図１６はそれぞれ、Ｃａｓｅ２、３における他方の第２支承（質点２）５Ｂの変位を示している。
図１３〜図１６に示すように、双方の振動特性が等しいＣａｓｅ１は、橋桁部２、３の両方の揺れが同じになるので連結部に相対変位が生じず、連結制振の効果がないことを確認することができる。そのため、質点１、２の支承部応答変位は同じとなる。

支承５Ａと並列にばね部材６Ａを付加したＣａｓｅ２では、制振により質量の大きい質点２の最大応答変位はほとんど低減しないが、隣り合う橋桁部２、３同士を連結した連結部に制振ダンパー４による減衰を付与したことによって大きな揺れの継続時間が大幅に低減することが確認された。
一方、連結部だけでなく支承５Ａ、５Ｂと並列に制振装置を付加したＣａｓｅ３では、最大応答変位が１／２〜１／３に大きく低減され、揺れもＣａｓｅ２よりも急速に収束することがわかる。そして、支承５Ａ，５Ｂと並列にばね部材６Ａを追加した固有振動数が高い第１橋桁部２（質点１）の応答変位が大幅に低減されていることが確認された。

また、質点１、２の変位応答波形を比較すると、Ｃａｓｅ２はピークがほぼ同時刻にあるが、Ｃａｓｅ３はピークの発生時刻がずれており、慣性質量ダンパー６Ｂを付加したことによる橋桁部２、３間の振動特性の差異が大きくなったためと考えられる。

図１７は、Ｃａｓｅ２、３における桁間の相対変位を示している。
図１７に示すように、桁間の相対変位は２００〜３００ｍｍであり、揺れの収束も早くなることが確認された。
制振ダンパー４の反力は、Ｃａｓｅ２で２９００ｋＮであり、オイルダンパーを５台並列配置すれば１台当り６００ｋＮで済み、免震用に使用されている製品で十分対応できる範囲である。また、Ｃａｓｅ３で５５００ｋＮであり、オイルダンパーを７台並列配置すれば１台当り８００ｋＮで済み、免震用に使用されている製品で十分対応できる範囲である。

一方、Ｃａｓｅ３での慣性質量ダンパー６Ｂの反力は、１６３００ｋＮであり、３径間にある桁のうち２台の両端に合計１８台設置すれば１台当り９１０ｋＮで済み、ばね部材６Ａの反力は、４７１０ｋＮであり、３径間にある桁のうち２台の両端に合計１２台設置すれば１台当り４００ｋＮで済み、現状の製品で十分対応できる範囲である。

次に、図１８、図１９は、Ｃａｓｅ２、３における橋脚部７の時間（ｓｅｃ）に対するせん断力Ｎを示している。
図１８及び図１９に示すように、橋脚部７のせん断力については、Ｃａｓｅ２では最大応答値は制振によりほとんど変化しないものの、揺れの収束が早くなることが確認された。
一方、Ｃａｓｅ３では、最大応力値が制振により４割に低減するとともに、Ｃａｓｅ２よりもさらに揺れの収束が早くなっていることが確認された。

したがって、本実施の形態の橋梁に対する連結制振構造Ａにおいては、隣接する橋桁部２、３間を制振ダンパー４により連結し、橋梁１の下部構造１Ｂと上部構造１Ａの橋桁部２、３とのそれぞれの間に支障５Ａ、５Ｂと並列に制振装置６（ばね部材６Ａ、慣性質量ダンパー６Ｂ）を追加して配置した構成とすることで、隣接する双方の橋桁部２、３の振動特性が同じ場合であっても、双方の振動特性（固有振動数）を変えることができ、大きな応答低減効果を得ることができる。そのため、従来のように、制振ダンパー４だけによる制振のように、隣接する双方の橋桁部２、３の振動特性が同じ場合に制振効果が得られないという課題を効果的に解決することができる。

また、制振装置６として、ばね部材６Ａを追加して双方の振動特性を変えた場合には、追加した側の橋桁の最大応答加速度や最大応答変位が低減されるが、ばね部材６Ａを追加しなかった側（質量にばね剛性を乗じた値の大きい側）の応答はあまり低減されない。また、橋脚部７に生じる応力については、ばね部材６Ａ及び慣性質量ダンパー６Ｂの双方を設ける場合に比べて小さいが制振効果としては得られる。なお、いずれにおいても、制振により揺れの収束が早くなる利点がある。

また、本実施の形態では、制振装置として、ばね部材６Ａに加えて慣性質量ダンパー６Ｂを追加、すなわちばね部材６Ａと慣性質量ダンパー６Ｂを併用して双方の振動特性を変えた場合には、双方の最大応答加速度や最大応答変位が大きく低減される。また、橋脚に生じる応力についても大幅に低減され、基礎に作用するせん断力も同様に低減することができる。なお、いずれについても、上記のＣａｓｅ２（ばね部材６Ａのみを追加した場合）よりもさらに揺れの収束が早くなる。

また、支承部５Ａ、５Ｂを交換する必要がなく、単に制振機構を付加するだけなので、橋梁１を工事中も継続的に使用することができる。

また、制振ダンパー４を隣接する橋桁部２、３間を連結するように設けるとともに、制振装置６を支承５と並列に配置するだけの比較的簡単な作業なので、施工に当たり特別な技能は必要とされず、新設だけでなく既設橋梁１の制振改修にも適用できる。

以上、本発明に係る橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 橋梁
１Ａ 上部構造
１Ｂ 下部構造
２ 一方の第１橋桁部（橋桁）
３ 他方の第２橋桁部（橋桁）
４ 制振ダンパー
５、５Ａ、５Ｂ 支承部
６ 制振装置
６Ａ ばね部材
６Ｂ 慣性質量ダンパー
７ 橋脚部
Ａ 橋梁に対する連結制振構造
Ｏ１ 橋軸

Claims (2)

1. 隣り合う一方の第１橋桁部に一端側を、他方の第２橋桁部に他端側をそれぞれ接続して制振ダンパーを設置して構成されるとともに、
   前記橋桁部のそれぞれと下部構造との間において、複数の支承を設置するとともに、これら支承のうち少なくとも一方と並列配置されるように制振装置を設置して構成され、
   前記制振装置として、ばね部材又は慣性質量ダンパーが設けられていることを特徴とする橋梁に対する連結制振構造。
2. 請求項１記載の橋梁に対する連結制振構造の設定方法であって、
   前記第１橋桁部の固有振動数が、前記第２橋桁部の固有振動数よりも大きい場合において、
   前記第２橋桁部側の支承と並列に前記慣性質量ダンパーが配置される構成と、
   前記第１橋桁部側の支承と並列に前記ばね部材が配置される構成と、
   前記第２橋桁部側の支承と並列に前記慣性質量ダンパーが配置されるとともに、前記第１橋桁部側の支承と並列に前記ばね部材が配置される構成と、
   のいずれか１つが選択的に設けられることを特徴とする橋梁に対する連結制振構造の設定方法。

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