JP2017214699A - 桁の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の桁を好適に補強することができる桁の補強構造を実現する。
【解決手段】中間横桁５を貫通させた複数の長尺部材１０と、複数の長尺部材１０間に架設された複数の短尺部材２０とを備えたトラス構造体５０が、主桁２に沿うように橋脚１の間に架け渡されているので、そのトラス構造体５０を主桁２の副木（添え木）にするようにして、主桁２を補強することができる。特に、トラス構造体５０を設置した補強によって主桁２の剛性を向上させて、その主桁２の固有周期を短くすることができるので、例えば、主桁２上に鉄道用の軌道が敷設されている場合、その軌道を列車が走行することに伴う主桁２の共振を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、桁の補強構造に係り、例えば、鉄道や自動車等が通る橋梁を構成する桁の補強に利用して有効な技術に関する。

鉄道や自動車等が通る橋梁は、複数の橋脚に桁が横架されて構成されている。
近年、鉄道や自動車等の走行速度の高速化や通行量の増加に伴い、桁に作用する荷重が変化したことで、桁に共振現象が生じてしまうことがある。
桁に共振現象が生じると、当初想定したよりも大きな揺れや撓みが発生するなどして、桁に過剰な負荷がかかり劣化が進む虞があるので、桁に生じる振動や撓みを低減するよう、桁の剛性を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１３８５４４号公報

上記特許文献１の技術では、スラブの両側端部にある地覆の上面に高剛性板を接合して、桁の剛性を高めるようになっている。
そのため、地覆上に既に高欄や防音壁が設置されている場合には、高剛性板による補強を行うのが困難なことがあるという問題があった。

本発明の目的は、既設の桁を好適に補強することができる桁の補強構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明は、
対向配置された支持構造物の間に架け渡されている複数の主桁を補強する桁の補強構造であって、
前記複数の主桁には、その複数の主桁と交差する方向に延在して隣り合う主桁同士を連結した中間横桁が設けられており、
前記中間横桁に繋がれている複数の長尺部材と、前記複数の長尺部材間に架設された複数の短尺部材とを備えたトラス構造体が、前記支持構造物の間に架け渡されて設置されているようにした。

かかる構成の桁の補強構造であれば、中間横桁に繋がれている複数の長尺部材と、複数の長尺部材間に架設された複数の短尺部材とを備えたトラス構造体が、主桁に沿うように支持構造物の間に架け渡されているので、そのトラス構造体を主桁の副木（添え木）にするようにして、主桁を補強することができる。
特に、トラス構造体を設置した補強によって主桁の剛性を向上させて、その主桁の固有周期を短くすることができるので、例えば、主桁上に鉄道用の軌道が敷設されている場合、その軌道を列車が走行することに伴う主桁の共振を抑制することができる。

また、望ましくは、
前記トラス構造体の上方には、前記主桁に支持されている床版が設けられており、
前記トラス構造体と前記床版との間に少なくとも一部が摺接可能に挟まれた摩擦調整材が配設されているようにする。
なお、ここでいう「摺接」とは、摩擦が作用し擦れる状態で接することを意味する。

トラス構造体と床版との間に摩擦調整材を摺接可能に配設した桁の補強構造であれば、主桁が振動した際、摩擦調整材の上面が床版に摺接し、摩擦調整材の下面がトラス構造体に摺接して、それらの間に摩擦抵抗力が作用するので、摩擦減衰によって主桁の振動を抑えることができ、主桁を好適に補強することができる。

また、望ましくは、
前記複数の長尺部材のうち、圧縮材として機能する配置にある長尺部材は、粘性体が介装されて繋がれたジョイント対を有する接続部を介して接続された複数の棒状部材で形成されているようにする。

トラス構造体を構成する複数の長尺部材のうち、圧縮材として機能する配置にある長尺部材が、粘性体が介装されて繋がれたジョイント対を有する接続部を有していれば、その長尺部材は粘性ダンパーのように機能し、粘性減衰により主桁の振動を抑えることができる。
このような長尺部材を備えたトラス構造体を桁の補強構造に用いることで、主桁の振動を好適に抑えることができ、主桁を補強することができる。

また、望ましくは、
前記複数の長尺部材のうち、圧縮材として機能する配置にある長尺部材は、摺接可能に繋がれたジョイント対を有する接続部を介して接続された複数の棒状部材で形成されているようにする。
なお、ここでいう「摺接」とは、摩擦が作用し擦れる状態で接することを意味する。

トラス構造体を構成する複数の長尺部材のうち、圧縮材として機能する配置にある長尺部材が、摺接可能に繋がれたジョイント対を有する接続部を有していれば、そのジョイント対の内部摩擦や摩擦抵抗力を調整するなどして、摩擦減衰により主桁の振動を抑えることができる。
このような長尺部材を備えたトラス構造体を桁の補強構造に用いることで、主桁の振動を好適に抑えることができ、主桁を補強することができる。

本発明によれば、既設の桁を好適に補強することができる。

実施形態１の桁の補強構造によって補強された橋梁を示す断面図であり、レールに垂直な断面図（ａ）と、レールに平行な断面図（ｂ）である。 実施形態２の桁の補強構造によって補強された橋梁を示すレールに平行な断面図（ａ）と、長尺部材の接続部を示す拡大断面図（ｂ）である。 長尺部材の接続部の変形例を示す断面図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）である。 実施形態３の桁の補強構造によって補強された橋梁を示す断面図であり、レールに垂直な断面図（ａ）と、レールに平行な断面図（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明に係る桁の補強構造の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

（実施形態１）
図１（ａ）（ｂ）は、本実施形態の桁の補強構造によって補強された橋梁を示す断面図であり、図１（ａ）はレールに垂直な断面図、図１（ｂ）はレールに平行な断面図である。
図１（ａ）（ｂ）に示すように橋梁は、対向配置された支持構造物である橋脚１と、橋脚１の間に架け渡されている互いに平行な複数（本実施形態では４本）の主桁２を備えている。なお、主桁２は支承３を介して橋脚１上に設置されている。この支承３は、例えばゴム支承である。

複数（４本）の主桁２の両端部には、主桁２と交差する方向に延在して隣り合う主桁２同士を連結した端横桁４が設けられている。端横桁４は主桁２と一体に成型されている。
また、複数（４本）の主桁２における橋脚１間に相当する箇所には、主桁２と交差する方向に延在して隣り合う主桁２同士を連結した中間横桁５が設けられている。中間横桁５は主桁２と一体に成型されている。
この主桁２は、主桁２のスラブ部２ａに固定された床版６を支持しており、スラブ部２ａおよび床版６の上には、路盤コンクリート７と軌道スラブ８を介してレール９が敷設されて鉄道用の軌道が設けられている。

そして、このような橋梁の主桁２を補強するため、複数の長尺部材１０と複数の短尺部材２０とで構成されているトラス構造体５０を橋脚１の間に架け渡して設置し、桁の補強構造１００を構築した。
ここでは、トラス構造体５０を橋脚１の間に架け渡すために、橋脚１の壁面に台座１ａを設け、その台座１ａ上に支承３を介してトラス構造体５０を設置した。
本実施形態では、４本の主桁２の延在方向に沿うように、各主桁２間にトラス構造体５０を設置し、計３体のトラス構造体５０を設置した。

トラス構造体５０を構成している複数の長尺部材１０は、中間横桁５に繋がれて配設されている。本実施形態では、複数の長尺部材１０は中間横桁５を貫通して配設されている。なお、中間横桁５に長尺部材１０を貫通させるために、長尺部材１０の太さに応じた貫通孔を中間横桁５に削孔している。
また、複数の短尺部材２０は複数の長尺部材１０間に斜めに架設されており、トラス構造体５０はワーレントラス構造に形成されている。
なお、トラス構造体５０はワーレントラス構造であることに限らず、プラットトラス構造やハウトラス構造など、他の構造であってもよい。
また、トラス構造体５０の端部は、端横桁４に接していても、離間していてもよい。トラス構造体５０の端部が端横桁４に接している場合、固定されていても、固定されていなくてもよい。
また、短尺部材２０と長尺部材１０との接合は、ボルト接合であっても溶接であってもよい。

具体的に、本実施形態のトラス構造体５０は３本の長尺部材１０を備えており、床版６寄りの配置に２本の長尺部材１０が配され、橋脚１（台座１ａ）寄りの配置に１本の長尺部材１０が配されている。
床版６寄りの配置にある長尺部材１０は、主桁２が下に凸に撓む際に圧縮材として機能し、橋脚１（台座１ａ）寄りの配置にある長尺部材１０は引張材として機能する。
本実施形態では、床版６寄りの配置にある長尺部材１０には、例えば径１５０ｍｍの鋼管を用い、床版６寄りの配置にある長尺部材１０には、例えば径２５０ｍｍの鋼管を用いた。また、短尺部材２０には、例えば径１５０ｍｍの鋼管を用いた。
なお、鋼管は、丸型鋼管であることに限らず、角型鋼管であってもよい。

このように、中間横桁５を貫通させた長尺部材１０を有するトラス構造体５０を、主桁２に沿うように橋脚１の間に架け渡して設置することで、そのトラス構造体５０を主桁２の副木（添え木）にするようにして、主桁２を補強することができる。
特に、トラス構造体５０を設置した補強によって主桁２の剛性を向上させて、その主桁２の固有周期を短くすることができるので、列車が軌道を走行することに伴う主桁２の共振を抑制することができる。

（実施形態２）
次に、本発明に係る桁の補強構造の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。

実施形態２の桁の補強構造１００に用いたトラス構造体５０における、床版６寄りの配置にある２本の長尺部材１０は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、接続部１２を介して接続された複数の棒状部材１１で形成されている。
具体的に、接続部１２は雌型ジョイント１２ａと雄型ジョイント１２ｂからなるジョイント対を有しており、ジョイント対の雌型ジョイント１２ａと雄型ジョイント１２ｂはその間に粘性体１３が介装された状態で繋がれている。
棒状部材１１は、例えば、所定の長さに形成された鋼管であり、一方の端部に雌型ジョイント１２ａが挿し込まれ、他方の端部に雄型ジョイント１２ｂが挿し込まれている。
なお、接続部１２は、端横桁４や中間横桁５の近傍にあることが好ましい。

ジョイント対（雌型ジョイント１２ａ、雄型ジョイント１２ｂ）に介装されている粘性体１３としては、例えば、シリコーンオイル系の粘性流体やアスファルト系の粘性流体を用いることができる。なお、粘性体１３が雌型ジョイント１２ａと雄型ジョイント１２ｂの間から漏れ出ないように、可撓性を有する封止部材１３ａが取り付けられている。

そして、トラス構造体５０における床版６寄りの配置にある長尺部材１０は、主桁２が下に凸に撓む際に圧縮材となるので、その長尺部材１０がこのような構成の接続部１２を備えていれば粘性ダンパーのように機能し、粘性減衰により主桁２の振動を抑えることができる。

このように、粘性体１３が介装された接続部１２を有する長尺部材１０を備えたトラス構造体５０であっても、主桁２の振動を抑え、主桁２を好適に補強することができる。

なお、接続部１２は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図３（ａ）（ｂ）に示すように、粘性体１３とジョイント対（雌型ジョイント１２ａ、雄型ジョイント１２ｂ）との接触面積を大きくすることで、減衰抵抗を高めてもよい。
また、図３（ｃ）に示すように、粘性体１３の流動域に弁１３ｂを配設して減衰抵抗を高めてもよい。
こうすることでトラス構造体５０の粘性減衰による制振機能が高まり、より好適に主桁２の振動を抑えることができる。

また、図３（ｄ）に示すように、雌型ジョイント１２ａと雄型ジョイント１２ｂとが摺接可能に繋がれた接続部１２を有する長尺部材１０を備えたトラス構造体５０であってもよい。
具体的には、高減衰能金属で形成した雌型ジョイント１２ａと雄型ジョイント１２ｂを用いて、それらの内部摩擦や摩擦抵抗力を調整すれば、摩擦減衰により主桁２の振動を抑えることができる。
このように、摺接可能に繋がれた接続部１２を有する長尺部材１０を備えたトラス構造体５０であっても、主桁２の振動を抑え、主桁２を好適に補強することができる。

なお、雌型ジョイント１２ａと雄型ジョイント１２ｂとが摺接する面に凹凸を設けるなどして摩擦力を高めれば、トラス構造体５０の摩擦減衰による制振機能が高まり、より好適に主桁２の振動を抑えることができる。

（実施形態３）
次に、本発明に係る桁の補強構造の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。

実施形態３の桁の補強構造１００では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、トラス構造体５０と床版６との間に少なくとも一部が摺接可能に挟まれた摩擦調整材３０が配設されている。
具体的に、トラス構造体５０の上方には、主桁２に支持されている床版６が設けられているので、トラス構造体５０と床版６との間に摩擦調整材３０を摺接可能に配設して、それらが摺接することによる摩擦減衰によって主桁２の振動を抑えることを可能にした。
この摩擦調整材３０は、例えば、板バネなどの高減衰能金属製の板状部材である。
本実施形態の摩擦調整材３０の上面は、床版６の裏面と、主桁２のスラブ部２ａの裏面とに接している。

このように、床版６およびスラブ部２ａとトラス構造体５０との間に摩擦調整材３０を摺接可能に配設した桁の補強構造１００であれば、主桁２が振動した際、摩擦調整材３０の上面が床版６とスラブ部２ａとに摺接し、摩擦調整材３０の下面がトラス構造体５０に摺接して、それらの間に摩擦抵抗力が作用するので、摩擦減衰によって主桁２の振動を抑えることができ、主桁２を好適に補強することができる。

また、この摩擦調整材３０と、実施形態２で前述した接続部１２を有する長尺部材１０を備えたトラス構造体５０を併用するようにすれば、それらの相乗効果によって主桁２の振動を良好に抑えることができ、主桁２をより好適に補強することができる。

なお、以上の実施の形態においては、主桁２の中央側に１本の中間横桁５が設けられている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２本以上の中間横桁５が設けられていてもよい。

また、以上の実施の形態においては、トラス構造体５０の長尺部材１０は、中間横桁５を貫通して配設されているとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、長尺部材１０が中間横桁５に固定されていてもよい。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 橋脚（支持構造物）
１ａ 台座
２ 主桁
２ａ スラブ部
３ 支承
４ 端横桁
５ 中間横桁
６ 床版
７ 路盤コンクリート
８ 軌道スラブ
９ レール
１０ 長尺部材
１１ 棒状部材
１２ 接続部
１２ａ 雌型ジョイント
１２ｂ 雄型ジョイント
１３ 粘性体
１３ａ 封止部材
１３ｂ 弁
２０ 短尺部材
３０ 摩擦調整材
５０ トラス構造体
１００ 桁の補強構造

Claims (4)

1. 対向配置された支持構造物の間に架け渡されている複数の主桁を補強する桁の補強構造であって、
   前記複数の主桁には、その複数の主桁と交差する方向に延在して隣り合う主桁同士を連結した中間横桁が設けられており、
   前記中間横桁に繋がれている複数の長尺部材と、前記複数の長尺部材間に架設された複数の短尺部材とを備えたトラス構造体が、前記支持構造物の間に架け渡されて設置されていることを特徴とする桁の補強構造。
2. 前記トラス構造体の上方には、前記主桁に支持されている床版が設けられており、
   前記トラス構造体と前記床版との間に少なくとも一部が摺接可能に挟まれた摩擦調整材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の桁の補強構造。
3. 前記複数の長尺部材のうち、圧縮材として機能する配置にある長尺部材は、粘性体が介装されて繋がれたジョイント対を有する接続部を介して接続された複数の棒状部材で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の桁の補強構造。
4. 前記複数の長尺部材のうち、圧縮材として機能する配置にある長尺部材は、摺接可能に繋がれたジョイント対を有する接続部を介して接続された複数の棒状部材で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の桁の補強構造。

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