JP2017160652A

JP2017160652A - 橋梁用座屈拘束型ダンパ

Info

Publication number: JP2017160652A
Application number: JP2016045236A
Authority: JP
Inventors: 超 ▲ケイ▼; Chao Kei
Original assignee: Heiwa Hatsujyo Ind Co Ltd; Heiwa Hatsujyo Industry Co Ltd
Current assignee: Heiwa Hatsujyo Ind Co Ltd; Heiwa Hatsujyo Industry Co Ltd
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】座屈拘束ブレースに大きな負荷が作用した場合に、座屈拘束ブレースに設けた橋桁の伸縮を許容する機構に加わる衝撃力を吸収することによって、機構を大型化することなく、当該機構の破損を防止することができる橋梁用座屈拘束型ダンパを提供すること。
【解決手段】座屈拘束ブレース２に直列に、伸長及び収縮の両方向の衝撃力を吸収する皿ばね３３を配設した伸縮機構３を接続して構成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、高架道路、高架鉄道、河川等における橋梁において、大規模地震時の振動等によって大きな負荷が作用した場合に、橋梁本体に損傷を与えることなく橋梁の落下等を防止するとともに、振動等を減衰させて、橋梁の耐久性を維持させる橋梁用座屈拘束型ダンパに関するものである。

近年、特に、阪神・淡路大震災以降、橋梁において、大規模地震時の振動等によって大きな負荷が作用した場合に、橋梁本体に損傷を与えることなく橋梁の落下等を防止するとともに、振動等を減衰させて、橋梁の耐久性を維持させることが要請されており、座屈拘束ブレースを用いたもの（例えば、特許文献１及び２等参照。）や、粘性ダンパを用いたもの（例えば、特許文献３及び４等参照。）が提案され、実用化されている。

これらの座屈拘束ブレースや粘性ダンパは、例えば、橋桁と橋台（橋脚）との間や橋桁同士の間に、取付装置を介してボルト及びナットを用いて締結されることで、両者を接続するように設置され、大規模地震時の振動等によって大きな負荷が作用した場合に、橋梁本体に損傷を与えることなく橋梁の落下等を防止するとともに、振動等を減衰させて、橋梁の耐久性を維持させることができるものである。

特開２０００−２７２９３号公報特開２０１５−３１０４６号公報特開２０１２−３１９８３号公報特開２０１４−３１６７０号公報

ところで、図１に示す解析モデル（（ａ）ダンパなし、（ｂ）座屈拘束ブレース、（ｃ）粘性ダンパ）に、２種類の地震波（加速度波形）を加えた解析結果を図２〜図４に示す。
ここで、図２は、第１の地震波（加速度波形）の場合の（ａ）ダンパなしの変位、（ｂ−１）座屈拘束ブレースありの時の変位、（ｂ−２）座屈拘束ブレースありの時の座屈拘束ブレースの挙動の履歴、（ｃ−１）粘性ダンパありの時の変位、（ｃ−２）粘性ダンパありの時の粘性ダンパの変位の挙動の履歴であり、図３は、第２の地震波（加速度波形）の場合の（ａ）ダンパなしの変位、（ｂ−１）座屈拘束ブレースありの時の変位、（ｂ−２）座屈拘束ブレースありの時の座屈拘束ブレースの挙動の履歴、（ｃ−１）粘性ダンパありの時の変位、（ｃ−２）粘性ダンパありの時の粘性ダンパ変位の挙動の履歴である。
また、図４（ａ）は、第１の地震波（加速度波形）の場合の固有周期と最大応答変位との関係を、図４（ｂ）は、第２の地震波（加速度波形）の場合の固有周期と最大応答変位との関係をそれぞれ示す。

図１の解析結果から明らかなように、座屈拘束ブレースは、粘性ダンパと比較して、地震波（加速度波形）に対して大きな減衰効果を発揮するものであることが分かる。

その一方で、座屈拘束ブレースは、例えば、低降伏点鋼製の剛構造の座屈拘束ブレースで、橋桁と橋脚（橋台）との間や橋桁同士の間を直接接続するようにされているため、温度変化によって生じる橋桁の伸縮（長さ変化）を許容する機構（例えば、特許文献２に記載された「長孔」。）を設ける必要があるが、座屈拘束ブレースに大きな負荷が作用した場合に、この橋桁の伸縮を許容する機構に衝撃力が加わり、座屈拘束ブレースが当該個所で破損することによって、所期の減衰効果が得られないという問題があった。
なお、この問題を解消するために、橋桁の伸縮を許容する機構の強度を高めることも考えられるが、機構が大型化するため、実用上問題があった。

本発明は、上記従来の座屈拘束ブレースの有する問題点に鑑み、座屈拘束ブレースに大きな負荷が作用した場合に、座屈拘束ブレースに設けた橋桁の伸縮を許容する機構に加わる衝撃力を吸収することによって、機構を大型化することなく、当該機構の破損を防止することができる橋梁用座屈拘束型ダンパを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパは、座屈拘束ブレースを用いた橋梁用座屈拘束型ダンパにおいて、座屈拘束ブレースに直列に、伸長及び収縮の両方向の衝撃力を吸収する皿ばねを配設した伸縮機構を接続してなることを特徴とする。

この場合において、前記伸縮機構を、皿ばねを配設した第１部材と、皿ばねの両側に伸縮機構の伸縮代を設けて皿ばねに当接する当接部を備えた第２部材とから構成することができる。

本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパによれば、座屈拘束ブレースを用いた橋梁用座屈拘束型ダンパにおいて、座屈拘束ブレースに直列に、伸長及び収縮の両方向の衝撃力を吸収する皿ばねを配設した伸縮機構を接続してなるようにすることにより、座屈拘束ブレースに大きな負荷が作用した場合に、座屈拘束ブレースに設けた橋桁の伸縮を許容する機構としての伸縮機構に加わる伸長及び収縮の両方向の衝撃力を、この伸縮機構に配設した皿ばねにより吸収することによって、機構を大型化することなく、当該機構の破損を防止することができる。

また、前記伸縮機構を、皿ばねを配設した第１部材と、皿ばねの両側に伸縮機構の伸縮代を設けて皿ばねに当接する当接部を備えた第２部材とから構成することにより、伸縮機構をコンパクトな構造とすることができる。

従来の座屈拘束ブレース及び粘性ダンパの解析モデルを示す説明図である。従来の座屈拘束ブレース及び粘性ダンパに地震波（加速度波形）を加えた解析結果を示す説明図である。従来の座屈拘束ブレース及び粘性ダンパに地震波（加速度波形）を加えた解析結果を示す説明図である。従来の座屈拘束ブレース及び粘性ダンパに地震波（加速度波形）を加えた解析結果を示す説明図である。本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパの設置例を示す説明図である。本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパの一実施例を示す斜視図である。同橋梁用座屈拘束型ダンパを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。同橋梁用座屈拘束型ダンパの伸縮機構を示す説明図である。座屈拘束ブレースに地震波（加速度波形）を加えた解析結果を示す説明図で、（ａ）は本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパの場合、（ｂ）は従来の座屈拘束ブレースの場合をそれぞれ示す。

以下、本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図５〜図８に、本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパの一実施例を示す。

この橋梁用座屈拘束型ダンパ１は、従来の座屈拘束ブレースと同様、例えば、図５（ａ）に示すように、橋桁と橋台（橋脚）との間や、図５（ｂ）に示すように、橋桁同士の間に、取付装置１１、１２を介してボルト及びナットを用いて締結されることで、両者を接続するように設置され、大規模地震時の振動等によって大きな負荷が作用した場合に、橋梁本体に損傷を与えることなく橋梁の落下等を防止するとともに、振動等を減衰させて、橋梁の耐久性を維持させるためのものである。

取付装置１１、１２は、揺動軸１１ａ、１２ａによって、橋梁用座屈拘束型ダンパ１を、水平面内（２次元方向）で可動となるように接続するもので、さらに、揺動軸を増やしたり、球面継手を用いることによって、３次元方向で可動となるように接続することもできる。

橋梁用座屈拘束型ダンパ１は、座屈拘束ブレース２を用い、この座屈拘束ブレース２に直列に、伸長及び収縮の両方向の衝撃力を吸収する皿ばね３３を配設した伸縮機構３を接続して構成するようにしている。

この場合において、座屈拘束ブレース２は、従来の座屈拘束ブレースと同様、低降伏点鋼製の剛構造のものから構成するようにしている。
より具体的には、中心の水平に位置する平板状の芯材２１を、４本のアングル材２２で十字断面になるようにスペーサを挟んでボルトで締め付けるようにしている。芯材２１と、４本のアングル材２２とは、アンボンド化し（芯材２１が伸縮できるように、４本のアングル材２２に形成した長孔２２ａを設けて締結するようにしている。）、芯材２１の全体座屈を防止するようにしている。
これにより、以下の（１）〜（３）の効果が期待できる。
（１）低降伏点鋼製の材料で座屈拘束するため、断面がスリムで軽量である。
（２）圧縮側と引張側を同耐力で評価できる。
（３）すべて低降伏点鋼製の材料で構成されているため、品質のばらつきが小さく、安定した履歴特性を発揮できる。

また、伸縮機構３は、図８に示すように、皿ばね３を配設した第１部材３１と、皿ばね３２の両側に伸縮機構３の伸縮代（合計寸法：Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２）を設けて皿ばね３２に皿ばね３２の保持部材を介して当接する当接部３２ａ、３２ｂを備えた第２部材３２とから構成するようにしている。
本実施例において、伸縮機構３は、鉄（又はステンレススチール）の鋳造製又はパイプ材製のものからなり、外形が円形断面をした部材で構成することが好ましい。
これにより、伸縮機構３をコンパクトな構造とすることができる。特に、伸縮機構３の外形（外径）は、座屈拘束ブレース２の外形（外接円の径）とほぼ同じ大きさに形成することが好ましく、これにより、橋梁用座屈拘束型ダンパ１を設置する個所の制約をなくすことができる。

そして、この橋梁用座屈拘束型ダンパ１は、地震波（加速度波形）を加えた場合、図９（ａ）に示すとおりの橋梁用座屈拘束型ダンパ１の挙動の履歴特性を発現する。なお、図９（ｂ）は、座屈拘束ブレース２のみの挙動の履歴特性を示す。

この橋梁用座屈拘束型ダンパ１は、常時（温度変化時に生じる橋桁の伸縮による移動を含む。）及びレベル１地震動の橋桁の移動量については、伸縮機構３の伸縮代Ｌの範囲で伸縮機構３の伸縮動によって外力を拘束せずに自由に動くようにし（橋桁の長さ等に応じて、伸縮機構３の伸縮代Ｌを、例えば、数十ｍｍ〜数百ｍｍ程度の範囲で設定するようにする。）、レベル２地震動が発生した場合には、伸縮機構３の伸縮代Ｌの範囲に到達した時点から、座屈拘束ブレース２が作動し、大きな減衰効果を発揮するようにする。

そして、この橋梁用座屈拘束型ダンパ１によれば、座屈拘束ブレース２を用い、この座屈拘束ブレース２に直列に、伸長及び収縮の両方向の衝撃力を吸収する皿ばね３３を配設した伸縮機構３を接続してなるようにすることにより、座屈拘束ブレース２に大きな負荷が作用した場合、具体的には、レベル２地震動が発生した場合に、座屈拘束ブレース２に設けた橋桁の伸縮を許容する機構としての伸縮機構３に加わる伸長及び収縮の両方向の衝撃力を、この伸縮機構３に配設した皿ばね３３により吸収することによって、機構を大型化することなく、当該機構の破損を防止しながら、座屈拘束ブレース２の作動を円滑に行わせ、大きな減衰効果を発揮するようにすることができる。

以上、本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパについて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の橋梁用座屈拘束型ダンパは、座屈拘束ブレースに大きな負荷が作用した場合に、座屈拘束ブレースに設けた橋桁の伸縮を許容する機構に加わる衝撃力を吸収することによって、機構を大型化することなく、当該機構の破損を防止することができる特性を有していることから、大規模地震時の振動等によって大きな負荷が作用した場合に、橋梁本体に損傷を与えることなく橋梁の落下等を防止するとともに、振動等を減衰させて、橋梁の耐久性を維持させるための橋梁用座屈拘束型ダンパの用途に好適に用いることができる。

１橋梁用座屈拘束型ダンパ
１１、１２取付装置
１１ａ、１２ａ揺動軸
２座屈拘束ブレース
２１芯材
２２アングル材
２２ａ長孔
３伸縮機構
３１第１部材
３２第２部材
３２ａ、３２ｂ当接部
３３皿ばね

Claims

座屈拘束ブレースを用いた橋梁用座屈拘束型ダンパにおいて、座屈拘束ブレースに直列に、伸長及び収縮の両方向の衝撃力を吸収する皿ばねを配設した伸縮機構を接続してなることを特徴とする橋梁用座屈拘束型ダンパ。
前記伸縮機構が、皿ばねを配設した第１部材と、皿ばねの両側に伸縮機構の伸縮代を設けて皿ばねに当接する当接部を備えた第２部材とからなることを特徴とする請求項１記載の橋梁用座屈拘束型ダンパ。