JP2018091096A - 橋梁用制震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上下部構造における制震装置の取付部の破損を防止することができ、しかもコンパクトで取付けも容易であって経済的な制震装置を提供する。
【解決手段】下部構造１１の側面と上部構造１２の下部との間に設置される橋梁用制震装置１であって、下部構造１１の側面及び上部構造１２の下部にそれぞれ設けられた下部構造側取付ブラケット２０及び上部構造側取付ブラケット２２と、一端が下部構造側取付ブラケット２０にピン２１を介して回転可能に取り付けられ、他端が上部構造側取付ブラケット２２にスライドピン２３を介して回転可能かつ所定長さ範囲を水平方向に移動可能に取り付けられた座屈拘束低降伏点鋼部材１０とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、橋梁用制震装置に関する。

平成２８年熊本地震では、橋梁に設置された制震ダンパーや落橋防止装置（以下、制震装置等）の取付部、具体的には上下部構造における制震装置の取付部位のコンクリートが破損した事例が多々発生した。一方、制震装置本体そのものは破損が生じなかった。その原因は、制震装置の材料である鋼材には、最低強度の規定はあるが上限強度の規定がなく、制震装置本体の実際の強度が取付部の強度より大きかったためと考えられる。

これを受けて国土交通省から、「平成２８年度熊本地震を踏まえた橋の耐震設計に関する留意点について」が平成２８年９月１３日に発令され、その中で、「制震装置等の機能が確実に発揮されるよう、それが取り付けられる上下部構造の部位に地震時に損傷が生じないように留意すること。」と記載されている。

さらに、東日本・中日本・西日本高速道路株式会社による平成２８年８月発行の設計要領では、以下のように記載されている。
「落橋防止構造本体の耐力が下部構造及び取付部の耐力に比べ過度に大きい場合は、設計上想定していない地震力が作用した場合に下部構造や取付部に損傷が生じ、橋としての機能の速やかな回復が困難となることも予想されるため、例えば落橋防止構造本体の耐力の上限値を設定する等の配慮を行い設計することが望ましい。」

制振装置の材料として一般に用いられている鋼材、例えばＳＳ４００は応力−ひずみ関係において強度の上限値が規定されていないため、いかなる範囲の応力値で降伏するか分からない。これに対し低降伏点鋼は上限強度が規定され、例えばＬＹ２２５は応力値２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ²の範囲内で降伏する。

この低降伏点鋼は等価減衰定数約５５％と減衰性能が大きいため、地震エネルギーの吸収が極めて大きく、地震による橋の振動を制御できるという利点を有している。したがって、低降伏点鋼を制震装置本体の材料に用いれば、地震エネルギーの吸収のみならず、前記のように上限強度が規定されているので、制震装置の取付部の強度（最低強度）を低降伏点鋼の上限強度より大きくとることにより、取付部の破損を免れることができる。

低降伏点鋼の減衰性能が大きいのは、降伏点を超えて伸縮や圧縮変位を与えているためである。その一方、低降伏点鋼は降伏変位を超えて所定の繰り返し荷重を受けると破損する。そのため、低降伏点鋼を橋梁において制震装置として利用する場合、温度変化による橋桁の伸縮やレベル１地震動（橋の供用期間中に発生する確率が高い地震動）では作動させないで、レベル２地震動（橋の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度を持つ地震動）時に作動するようにする必要がある。

このような要求を満たす制震装置として、この出願人は特許文献１記載のものを提案した。この装置は、低降伏点鋼からなる塑性変形部材と、この塑性変形部材にその変形方向に直列的に設けられたピストンを有するダンパー装置とを備え、温度変化による橋桁の伸縮やレベル１地震動ではピストンが変位することにより塑性変形部材を作動させず、レベル２地震動ではピストンがストロークエンドに達して塑性変形部材を作動させるようにしたものである。

しかしながら、この既提案の装置は橋軸方向に平行に設置されるため、例えば長大橋に適用した場合、水平方向が長くなり、取付けが困難になったり著しく不経済になる場合がある。

特許第５４７５８４７号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、上下部構造における制震装置の取付部の破損を防止することができ、しかもコンパクトで取付けも容易であって経済的な制震装置を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、下部構造の側面と上部構造の下部との間に設置される橋梁用制震装置であって、
前記下部構造の側面及び前記上部構造の下部にそれぞれ設けられた下部構造側取付ブラケット及び上部構造側取付ブラケットと、
一端が前記下部構造側取付ブラケットにピンを介して回転可能に取り付けられ、他端が前記上部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を水平方向に移動可能に取り付けられた座屈拘束低降伏点鋼部材と
を備えてなることを特徴とする橋梁用制震装置にある。

また、この発明は、下部構造の側面と上部構造の下部との間に設置される橋梁用制震装置であって、
前記下部構造の側面及び前記下部構造の下部にそれぞれ設けられた下部構造側取付ブラケット及び上部構造側取付ブラケットと、
一端が前記下部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を鉛直方向に移動可能に取り付けられ、他端が前記上部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を水平方向に移動可能に取り付けられた座屈拘束低降伏点鋼部材と
を備えてなることを特徴とする橋梁用制震装置にある。

この発明によれば、上下部構造における制震装置の取付部の破損を防止することができ、しかもコンパクトで取付けも容易であって経済的なものとすることができる。

この発明の第１実施形態を示す正面図である。 この発明の第２実施形態を示す正面図である。 座屈拘束低降伏点鋼部材の一例を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の第１実施形態を示す正面図である。図示の実施形態では、座屈拘束低降伏点鋼部材１０を主たる構成部材とする制震装置１は、橋梁における下部構造である橋脚１１と上部構造である橋桁１２との間に設置されている。符号３０は橋脚１１上に橋桁１２の端部を支持するゴム支承等の支承を示している。

座屈拘束低降伏点鋼部材１０それ自体は周知のもので構造も種々あるが、図３，図４にその一例が示されている。図３は座屈拘束低降伏点鋼部材１０の斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。座屈拘束低降伏点鋼部材１０は、断面十字形の低降伏点鋼からなる弾塑性変形部１３と、弾塑性変形部１３よりも幅寸法及び厚みを大きくしてその両端に溶接された断面十字形の端部部材１４とからなる芯材１５を有している。端部部材１４も低降伏点鋼からなる。

芯材１５の４つの隅角部には端部部材１４と同じ幅寸法を有する山形鋼からなる座屈拘束部材１６がそれぞれ配置されている。これらの座屈拘束部材１６は端部部材１４，１４間に跨がる長さを有している。弾塑性変形部１３の外側には４つのスペーサ１７が配置され、これらのスペーサ１７と端部部材１４，１４の一部を隣接する座屈拘束部材１６，１６によって挟んで、隣接する座屈防止部材１６，１６をボルト１８によって締め付け固定することにより、座屈拘束低降伏点鋼部材１０が組み立てられる。

座屈拘束部材１６，１６が一方の端部部材１４を挟む位置に取り付けられるボルト１８の取付孔は長孔１９となっている。したがって、端部部材１４，１４間に引張り又は圧縮の荷重が作用すると、低降伏点鋼からなる弾塑性変形部１３が引張り変形又は圧縮変形する。その際、座屈拘束部材１６は長孔１９によって弾塑性変形部１３の長さの変化を許容するとともに、弾塑性変形部１３の圧縮変形に対しては座屈を妨げるように作用する。

再び図１を参照して、橋桁１２の下面と直角をなして対向する橋脚１１の側面には橋脚側取付ブラケット２０が設けられ、このブラケット２０にはピン２１が取り付けられている。また橋桁１２の下面には橋桁側取付ブラケット２２が設けられ、このブラケット２２には所定長さＤ_H（水平変位区間）を有する水平向きの長孔２４が設けられている。長孔２４にはスライドピン２３が取り付けられている。

座屈拘束低降伏点鋼部材１０の両端の端部部材１４，１４には鋼材からなる連結部材２５が固定され、これらの連結部材２５，２５の端部はピン２１、スライドピン２３にそれぞれ連結されている。以上の構成により、座屈拘束低降伏点鋼部材１０は橋脚側ブラケット２０に対しては回転可能、橋桁側ブラケット２２に対しては回転可能かつ水平方向に移動可能となっている。

制震装置１の橋梁への組付け時に橋桁１２側のスライドピン２３は、長孔２４のほぼ中央にセットされる。ここで、温度変化による橋桁１２の伸縮やレベル１地震動が生じた場合、橋桁１２は橋軸方向に変位するが（図１において右側への変位を鎖線で示す）、座屈拘束低降伏点鋼部材１０に連結されたスライドピン２３は長孔２４内を相対移動するだけである。したがって、座屈拘束低降伏点鋼部材１０には荷重が作用しない。他方、レベル２地震動が発生すると、スライドピン２３は水平変位区間Ｄ_Hの終端に達し、橋桁１２が右側へ変位した場合には座屈拘束低降伏点鋼部材１０に引張力が、また左側に変位した場合には圧縮力が作用する。

これにより、座屈拘束低降伏点鋼部材１０の弾塑性変形部１３すなわち低降伏点鋼に引張力又は圧縮力が作用し、弾性限界を超えると降伏して地震エネルギーを吸収して減衰させる。そして、想定外の地震で万一弾塑性変形部１３が破損した場合、座屈拘束部材１６が橋脚１１及び橋桁１２間を連結しているので、落橋防止機能を果たす。その際、端部部材１４も低降伏点鋼でできていいるので、上限強度を有し、取付部が破損することはない。

図２は、この発明の第２実施形態を示す正面図である。座屈拘束低降伏点鋼部材１０を主たる構成部材とする制震装置１は、第１実施形態と同様に、橋梁における下部構造である橋脚１１と上部構造である橋桁１２との間に設置されている。橋桁側取付ブラケット２２には、第１実施形態と同様に、スライドピン２３を取り付けるための所定長さＤ_Hを有する水平向きの長孔２４が設けられている。

他方、橋脚側取付ブラケット２０には、第１実施形態と異なり、所定長さＤ_V（鉛直変位区間）を有する鉛直向きの長孔２６が設けられ、この長孔２６にスライドピン２７が取り付けられている。座屈拘束低降伏点鋼部材１０の両端の端部部材１４，１４には鋼材からなる連結部材２５が固定され、これらの連結部材２５，２５の端部はスライドピン２３，２７にそれぞれ連結されている。以上の構成により、座屈拘束低降伏点鋼部材１０は橋脚側ブラケット２０に対しては回転可能かつ鉛直方向に移動可能、また橋桁側ブラケット２２に対して回転可能かつ水平方向に移動可能となっている。

制震装置１の橋梁への組付け時に橋桁１２側のスライドピン２３は、長孔２４の橋脚１１側の端にセットされる。他方、橋脚１１側のスライドピン２７は長孔２６の下端にセットされる。

ここで、温度変化による橋桁１２の伸縮やレベル１地震動が生じた場合、橋桁１２は橋軸方向に変位するが、変位方向が図２の右側である場合（図２において同方向への変位を鎖線で示す）、橋脚１１側のスライドピン２７が長孔２６内を上昇するので座屈拘束低降伏点鋼部材１０には荷重が作用しない。また変位方向が図２の左側である場合には、橋桁１２側のスライドピン２３が長孔２４内を水平方向に相対移動するので座屈拘束低降伏点鋼部材１０には荷重が作用しない。

他方、レベル２地震動が発生し、橋桁１２が図２の右側へ変位すると、橋脚１１側のスライドピン２７は鉛直変位区間Ｄ_Vの上側終端に達し、座屈拘束低降伏点鋼部材１０には引張力が作用する。また、橋桁１２が図２の左側へ変位すると、橋桁１２側のスライドピン２３は水平変位区間Ｄ_Hの右側終端に達し、座屈拘束低降伏点鋼部材１０には圧縮力が作用する。

これにより、第１実施形態の場合と同様に、座屈拘束低降伏点鋼部材１０の弾塑性変形部１３すなわち低降伏点鋼に引張力又は圧縮力が作用し、弾性限界を超えると降伏して地震エネルギーを吸収して減衰させる。そして、想定外の地震で万一弾塑性変形部１３が破損した場合、座屈拘束部材１６が橋脚１１及び橋桁１２間を連結しているので、落橋防止機能を果たす。

以上のように、上記各実施形態によれば、制震装置１の主体として座屈降伏低降伏点鋼部材１０を用いたので、上下部構造の取付部の強度を低降伏点鋼の上限強度よりも大きくとることにより、取付部の破損を防止することができる。また、常時やレベル１地震動では座屈降伏低降伏点鋼部材１０に荷重が作用しないので、繰り返し荷重を受けることがなく早期に破損することがない。さらに、制震装置１は橋脚１１の側面と橋桁１２の下部との間に設置されるので、全体構造がコンパクトとなり、取付けも容易であって経済的なものとなる。

上記各実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記各実施形態では制震装置１を橋脚１１と橋桁１２との間に設置したが、下部構造である橋台と橋桁との間にも設置することができる。また、座屈拘束低降伏点鋼部材１０は弾塑性変形部１３が断面十字形のものを示したが、平板形のもの等種々開発され、他の構造のものも適用することができる。

１：制震装置
１０：座屈拘束低降伏点鋼部材１０
１１：橋脚（下部構造）
１２：橋桁（上部構造）
１３：弾塑性変形部
１４：端部部材
１５：芯材
１６：拘束部材
２０：橋脚側取付ブラケット
２１：ピン
２２：橋桁側取付ブラケット
２３：スライドピン
２４：長孔
２５：連結部材
２６：長孔
２７：スライドピン

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、下部構造の側面と上部構造の下部との間に設置される橋梁用制震装置であって、
前記下部構造の側面及び前記上部構造の下部にそれぞれ設けられた下部構造側取付ブラケット及び上部構造側取付ブラケットと、
一端が前記下部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を鉛直方向に移動可能に取り付けられ、他端が前記上部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を水平方向に移動可能に取り付けられた座屈拘束低降伏点鋼部材とを備え、
前記下部構造側取付ブラケットの前記スライドピンの鉛直方向移動可能な前記所定長さ範囲及び前記上部構造側取付ブラケットの前記スライドピンの水平方向移動可能な前記所定長さ範囲は、いずれも温度変化による前記上部構造の伸縮やレベル１地震動による前記上部構造の橋軸方向変位によって、前記座屈拘束低降伏点部材に荷重を作用させない大きさとされている
ことを特徴とする橋梁用制震装置にある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、下部構造の側面と上部構造の下部との間に設置される橋梁用制震装置であって、
前記下部構造の側面に設けられ、所定長さを有する鉛直向きの長孔が設けられた下部構造側取付ブラケットと、
前記上部構造の下部に設けられ、所定長さを有する水平向きの長孔が設けられた上部構造側取付ブラケットと、
一端が前記下部構造側取付ブラケットの前記長孔に取り付けられたスライドピンに連結されることにより、該下部構造側取付ブラケットに回転可能かつ前記所定長さ範囲を鉛直方向に移動可能に取り付けられ、他端が前記上部構造側取付ブラケットの前記長孔に取り付けられたスライドピンに連結されることにより、該上部構造側取付ブラケットに回転可能かつ前記所定長さ範囲を水平方向に移動可能に取り付けられた座屈拘束低降伏点鋼部材とを備え、
前記下部構造側取付ブラケットの前記スライドピンの鉛直方向移動可能な前記所定長さ範囲及び前記上部構造側取付ブラケットの前記スライドピンの水平方向移動可能な前記所定長さ範囲は、いずれも温度変化による前記上部構造の伸縮やレベル１地震動による前記上部構造の橋軸方向変位によって、前記座屈拘束低降伏点部材に荷重を作用させない大きさとされている
ことを特徴とする橋梁用制震装置にある。

Claims (2)

1. 下部構造の側面と上部構造の下部との間に設置される橋梁用制震装置であって、
   前記下部構造の側面及び前記上部構造の下部にそれぞれ設けられた下部構造側取付ブラケット及び上部構造側取付ブラケットと、
   一端が前記下部構造側取付ブラケットにピンを介して回転可能に取り付けられ、他端が前記上部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を水平方向に移動可能に取り付けられた座屈拘束低降伏点鋼部材と
   を備えてなることを特徴とする橋梁用制震装置。
2. 下部構造の側面と上部構造の下部との間に設置される橋梁用制震装置であって、
   前記下部構造の側面及び前記上部構造の下部にそれぞれ設けられた下部構造側取付ブラケット及び上部構造側取付ブラケットと、
   一端が前記下部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を鉛直方向に移動可能に取り付けられ、他端が前記上部構造側取付ブラケットにスライドピンを介して回転可能かつ所定長さ範囲を水平方向に移動可能に取り付けられた座屈拘束低降伏点鋼部材と
   を備えてなることを特徴とする橋梁用制震装置。

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