JP2018003558A - 耐震構造体及び耐震性向上方法 - Google Patents

Abstract

【課題】橋脚や橋台等を極力補強することなく、施工が容易で、かつ経済性に優れた耐震構造体及び耐震性向上方法を提供する。【解決手段】上方の構造体を支持しながら土圧を受ける支持構造体（橋台３）と、上方の構造体と支持構造体との間に、支持構造体の受動土圧方向側に予め弾性変形させた弾性支承（積層ゴム支承７）又は弾性装置とを備える耐震構造体１等。支持構造体は、橋梁、ダム又は可動堰の橋桁を支持する橋台とすることができ、弾性支承は、減衰性能を有さない積層ゴム支承や減衰性能を有する免震支承であってもよい。弾性装置として、シリンダと、シリンダ内に配されたロッドと、シリンダとロッドとの間に介在する弾性体とを備え、減衰性能を有さないもの又は有するものを用いることもできる。【選択図】図１

Description

本発明は、耐震構造体及び耐震性向上方法に関し、特に橋桁を支持する橋台に適用可能な耐震構造体及び耐震性向上方法に関する。

河川橋等には、図４に示すように、橋桁２と、橋桁２を支持する橋台３（３Ａ、３Ｂ）及び橋脚４からなり、橋桁２と橋台３との間に可動支承５Ａ、５Ｃが配置され、橋桁２と橋脚４との間に固定支承５Ｂが設けられた構造が多く存在する。このような橋１１は、耐震性を確保するため、橋台３及び橋脚４に耐震補強を施す必要があるが、例えば、河川橋では、河積阻害率の制約から橋脚４の断面形状を大きくすることができなかったり、河川内に設置されるために施工時期が限定されて施工が煩雑になる虞があるなどの問題で、橋脚４を耐震補強することが困難な場合があった。また、砂防河川橋及び山岳部の橋でも同様の問題があった。

そこで、図５に示す橋２１のように、図４に示した可動支承５Ａ、５Ｃ及び固定支承５Ｂを積層ゴム等の免震支承６に取り替えることで耐震性を満足させることが考えられる。

しかし、図５に示す橋台３は、背面土側により大きな土圧を受けていることから、橋台３の前面からの慣性力（受動土圧方向）に対して耐震性を損ないにくい反面、背面土側からの慣性力（主動土圧方向）に対しては土圧を受けられないことから、耐震性が損なわれることが懸念される。図５に示す橋２１では、地震等の際に、図６に示すように、橋台３に設置する免震支承６（６Ａ、６Ｂ）が起点側及び終点側のどちらの方向（左右どちらの方向）にも変形するため、主動土圧方向（橋台３Ａについては右方向、橋台３Ｂについては左方向）にも慣性力が伝達され、橋台３の耐震性を満足させることができない虞があった。

そこで、本発明は、上記既設橋の耐震構造等における問題点に鑑みてなされたものであって、地震等の際に、橋台に作用する主動土圧方向に作用する慣性力が極力小さくなるようにするとともに、橋脚や橋台等を極力補強することなく、施工が容易で、かつ経済性に優れた耐震構造体及び耐震性向上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、従来は支持構造体の設置時に、支持構造体に作用する主動土圧方向側の応力と受動土圧方向側の応力が釣り合う状態となるようにしていたものを、本発明に係る耐震構造体は、支持構造体の設置時に、支持構造体に付与される受動土圧方向側の応力が主動土圧方向側の応力より大きくなるように、上方の構造体と、この構造体を支持しながら土圧を受ける支持構造体との間に、該支持構造体の受動土圧方向側に予め弾性変形させた弾性支承又は弾性装置を備えることを特徴とする。弾性支承又は弾性装置には、従来使用されている弾性力を予め付与することが可能な支承やダンパを用いることができる。

本発明によれば、弾性支承又は弾性装置を支持構造体の受動土圧方向側に予め弾性変形させることにより、支持構造体に掛かる地震時の主動土圧方向の力を小さく抑え、その分、耐荷力の大きい受動土圧方向の力を増加させることができるため、支持構造体の断面形状を大きくしたり、別途耐震補強を行わずに耐震性向上を図ることができ、また、支持構造体が既存支承の場合にも、弾性支承又は弾性装置に取り換えるあるいは取り付けるだけでそのまま使用することができるため、施工が容易で、かつ経済性に優れる。

上記耐震構造体において、前記支持構造体を、橋梁、ダム又は可動堰の橋桁を支持する橋台とすることができる。また、前記弾性支承を、減衰性能を有さない積層ゴム支承や、減衰性能を有する免震支承としたり、前記弾性装置を、シリンダと、該シリンダ内に配されたロッドと、該シリンダとロッドとの間に介在する弾性体とを備え、減衰性能を有さないもの又は有するものとすることができる。さらにいえば、免震支承には、鉛プラグ入りゴム支承又は高減衰ゴム支承等を用いることができ、弾性装置の弾性体には、積層ゴム、免震ゴム又はコイルばね等を用いることができる。

また、本発明は、耐震性向上方法であって、上方の構造体を支持しながら土圧を受ける支持構造体を設け、前記上方の構造体と該支持構造体との間に弾性支承又は弾性装置を介在させ、該弾性支承又は弾性装置を前記支持構造体の受動土圧方向側に予め弾性変形させることを特徴とする。

本発明によれば、弾性支承又は弾性装置を支持構造体の受動土圧方向側に予め弾性変形させることにより、支持構造体に掛かる地震時の主動土圧方向の力を小さく抑え、その分、耐荷力の大きい受動土圧方向の力を増加させることができるため、支持構造体の断面形状を大きくしたり、別途耐震補強を行わずに耐震性向上を図ることができ、また、支持構造体が既存の場合にも、弾性支承又は弾性装置に取り換えるあるいは取り付けるだけでそのまま使用することができるため、施工が容易で、かつ経済性に優れる。

上記耐震性向上方法において、前記支持構造体を、橋梁、ダム又は可動堰の橋桁を支持する橋台とすることができる。また、前記弾性支承を、減衰性能を有さない積層ゴム支承や、減衰性能を有する免震支承としたり、前記弾性装置を、シリンダと、該シリンダ内に配されたロッドと、該シリンダとロッドとの間に介在する弾性体とを備え、減衰性能を有さないもの又は有するものとすることができる。さらにいえば、免震支承には、鉛プラグ入りゴム支承又は高減衰ゴム支承等を用いることができ、弾性装置の弾性体には、積層ゴム、免震ゴム又はコイルばね等を用いることができる。

以上のように、本発明によれば、橋脚や橋台等の支持構造体を極力補強することなく、施工が容易で、かつ経済性に優れた耐震構造体及び耐震性向上方法を提供することができる。

本発明に係る耐震構造体及び耐震性向上方法を適用した橋を示す概略図である。 図１の橋の動作を説明するための概略図である。 本発明に係る耐震構造体に用いる弾性装置の一例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 既設橋の一例を示す概略図である。 既設橋の他の例を示す概略図である。 図５に示す橋台及び橋脚が水平変位した後の状態を示す概略図である。

次に、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。尚、以下の説明では、本発明に係る耐震構造体を河川橋等の橋台に用いた場合を例示する。

図１は、本発明に係る耐震構造体（橋台）を有する橋の一実施の形態を示し、この橋１は、図５及び図６に示す既設橋２１と同様に、橋桁２と、橋桁２を支持する橋台３（３Ａ、３Ｂ）及び橋脚４を備え、さらに積層ゴム支承７（７Ａ〜７Ｃ）を備える。

積層ゴム支承７（７Ａ〜７Ｃ）は、一般的に用いられるものであって、例えば、ゴムと鋼板を積層して加硫接着することで鉛直方向の剛性を大きく、水平方向の剛性を小さくしたものである。この積層ゴム支承７Ａ、７Ｂを橋台３Ａ、３Ｂの受動土圧方向に予めせん断変形した状態で橋台３Ａ、３Ｂ上に設置し、橋脚４にはせん断変形を付与せずに設置する。受動土圧方向は、橋台３Ａでは左方向、橋台３Ｂでは右方向である。積層ゴム支承７Ａ、７Ｂをせん断変形させるのは、橋台３Ａ、３Ｂに設置する前でもよく、積層ゴム支承７Ａ、７Ｂを橋台３Ａ、３Ｂに設置した後、せん断変形させることもできる。

上記構成を有する橋１では、積層ゴム支承７Ａ、７Ｂを各橋台３Ａ、３Ｂの受動土圧方向に予めせん断変形させたため、通常時は、各橋台３Ａ、３Ｂに受動土圧方向の力が掛かった状態で釣り合っている。そして、地震等の際に、例えば、橋台３及び橋脚４が橋桁２に対して左方向に相対移動しても、橋台３Ａについては主動土圧方向の慣性力が大きくなることがなく、橋台３Ｂに受動土圧方向に大きな慣性力を受け持たせることができるため、橋台３の耐震性を満足させることができる。

以上のように、積層ゴム支承７の予備せん断変形により、橋台３が主動土圧方向の力に対して弱く、受動土圧方向の力に対して強いという特性を利用して、橋台３に掛かる主動土圧方向の力を小さく抑え、その分受動土圧方向の力を増加させることができるため、橋台３や橋脚４の断面形状を大きくしたり、別途耐震補強を行わずに耐震性を向上させることができる。また、橋１が既存の場合にも、積層ゴム支承７に取り換えるだけで橋台３及び橋脚４をそのまま使用することができる。

尚、積層ゴム支承７に代えて、減衰性能を有する免震支承を用い、上述のような予備弾性変形を付与することで同様の作用効果を奏する。

また、上記積層ゴム支承７に代えて、次のような弾性装置を用いることも可能である。

図３に示すように、この弾性装置１１は、水平方向において、橋桁２と橋台３Ａの間に配され、一端が橋台３Ａに固定される長尺部材１２と、一端が橋桁２に固定される筒部材１３と、内周面が長尺部材１２の外周面に固定され、外周面が筒部材１３の内周面に固定される筒状の弾性体１４とで構成され、受動土圧方向（図３（ａ）において右方向）側に予め弾性変形されている。筒部材１３は、円筒又は角筒のいずれでも構わない。弾性体１４は、ゴム１４ａと、同心円筒状の複数の鋼板１４ｂとで構成される。

一方、図示を省略するが、もう一方の橋台３Ｂにも上記構成を有する弾性装置１１が設けられ、橋台３Ｂについても、弾性体１４が受動土圧方向側に予め弾性変形される。また、橋脚４にはせん断変形を付与せずに図１に示した積層ゴム支承７Ｃが設けられ、橋台３（３Ａ、３Ｂ）及び橋脚４によって橋桁２が支持される。弾性装置１１の弾性体１４をせん断変形させるのは、橋台３Ａ、３Ｂに設置する前でも、設置した後でも可能である。

上記構成を有する橋においても、地震等の際に、例えば、橋台３及び橋脚４が橋桁２に対して左方向に相対移動しても、弾性装置１１が配された橋台３Ａは、主動土圧方向（図３（ａ）において右方向）の力が大きくなることがなく、受動土圧方向にも大きな慣性力を受け持たせることができるため、橋台３Ａの耐震性を満足させることができる。また、橋台３Ｂについても同様に力が働き、橋台３Ｂの耐震性を満足させることができる。

また、図示を省略するが、一方の橋台３Ｂには弾性装置１１を設けずに固定支承とすることもできる。この場合、通常時には、橋台３Ｂの固定支承が橋桁２を介して橋台３Ａの弾性装置１１からの押圧力を受け、橋台３Ｂの固定支承に受動土圧方向の力が掛かった状態で釣りあっているので、図１に示した基本構成と略々同様の状況となり、橋台３Ａ、３Ｂの耐震性を満足させることができる。

尚、上述のように予備弾性変形を付与した弾性装置１１を、上記積層ゴム支承７に代えて設置するのではなく、図５に示した既設支承６（６Ａ〜６Ｃ）を有する橋２１の橋桁２と橋台３Ａ、３Ｂの間に設置しても同様の作用効果を得ることができる。

また、上記弾性装置１１に代えて、異なる形式の弾性装置を用いることもでき、減衰性能を備えた弾性装置や、各々独立した構成を有する弾性装置を組み合わせて設置することもできる。

さらに、上記弾性支承や、上記弾性装置の設置対象としては、橋梁の橋台以外にも、ダムや可動堰の橋桁の橋台が挙げられる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１ 橋
２ 橋桁
３（３Ａ、３Ｂ） 橋台
４ 橋脚
７（７Ａ〜７Ｃ） 積層ゴム支承
１１ 弾性装置
１２ 長尺部材
１３ 筒部材
１４ 弾性体
１４ａ ゴム
１４ｂ 鋼板

Claims (12)

1. 上方の構造体を支持しながら土圧を受ける支持構造体と、
   前記上方の構造体と該支持構造体との間に、該支持構造体の受動土圧方向側に予め弾性変形させた弾性支承又は弾性装置とを備えることを特徴とする耐震構造体。
2. 前記支持構造体は、橋梁、ダム又は可動堰の橋桁を支持する橋台であることを特徴とする請求項１に記載の耐震構造体。
3. 前記弾性支承は、減衰性能を有さない積層ゴム支承であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐震構造体。
4. 前記弾性支承は、減衰性能を有する免震支承であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐震構造体。
5. 前記弾性装置は、シリンダと、該シリンダ内に配されたロッドと、該シリンダとロッドとの間に介在する弾性体とを備え、減衰性能を有さないことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐震構造体。
6. 前記弾性装置は、シリンダと、該シリンダ内に配されたロッドと、該シリンダとロッドとの間に介在する弾性体とを備え、減衰性能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐震構造体。
7. 上方の構造体を支持しながら土圧を受ける支持構造体を設け、
   前記上方の構造体と該支持構造体との間に弾性支承又は弾性装置を介在させ、該弾性支承又は弾性装置を前記支持構造体の受動土圧方向側に予め弾性変形させることを特徴とする耐震性向上方法。
8. 前記支持構造体は、橋梁、ダム又は可動堰の橋桁を支持する橋台であることを特徴とする請求項７に記載の耐震性向上方法。
9. 前記弾性支承は、減衰性能を有さない積層ゴム支承であることを特徴とする請求項７又は８に記載の耐震性向上方法。
10. 前記弾性支承は、減衰性能を有する免震支承であることを特徴とする請求項７又は８に記載の耐震性向上方法。
11. 前記弾性装置は、シリンダと、該シリンダ内に配されたロッドと、該シリンダとロッドとの間に介在する弾性体とを備え、減衰性能を有さないことを特徴とする請求項７又は８に記載の耐震性向上方法。
12. 前記弾性装置は、シリンダと、該シリンダ内に配されたロッドと、該シリンダとロッドとの間に介在する弾性体とを備え、減衰性能を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の耐震性向上方法。

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