JP2019065683A

JP2019065683A - 機能分離型衝撃吸収装置

Info

Publication number: JP2019065683A
Application number: JP2018067042A
Authority: JP
Inventors: 稔前島; Minoru Maejima; 竹内　大輔; Daisuke Takeuchi; 大輔竹内; 善也田中; Yoshinari Tanaka
Original assignee: Yokogawa Sumikin Bridge Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Sumikin Bridge Co Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP7103820B2

Abstract

【課題】大地震時の衝撃吸収能力が高く、かつ被災した後の取替え時の判断及び取替えが容易な上に、設計を上回る地震力が作用した場合は、特定部位を強制的に破断させることで、瞬時にその地震の規模を把握きる機能分離型衝撃吸収装置を提供する。【解決手段】衝撃吸収体2と衝撃吸収体2の一端に繋がれたチェーン3とを備え、橋桁の端部6と橋台4間に設置する。衝撃吸収体2は、橋桁6と橋台2間の相対変位によって起こる引張り荷重によって橋軸方向に弾塑性変形する変形芯材8と、変形芯材8を内包する筒状カバー9と、変形芯材8の弾塑性変形に比例して筒状カバー9の端部から突出することにより、変形芯材8の弾塑性変形量を表示する弾塑性変形量表示部11とを備えている。筒状カバー9の端部から突出する弾塑性変形量表示部11の突出長さによって変形芯材8の弾塑性変形を確認することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、大地震時の衝撃吸収能力が高く、かつ被災した後の取替え時の判断および取替えの容易な機能分離型衝撃吸収装置に関し、主として、道路橋や鉄道橋などの橋梁の上部構造体(以下「橋桁」)と当該橋桁の端部を支える下部構造体(以下「橋台または橋脚」)間に設置され、大地震時の衝撃を吸収すると共に、橋桁の端部が橋台または橋脚から落下するのを防止する落橋防止装置として用いられる。

道路橋や鉄道橋などの橋桁の端部と、当該橋桁端部を支える橋台または橋脚間には、レベル２(想定し得る範囲で最大規模の地震)およびレベル２を超える想定外の大地震による衝撃を吸収し、かつ大地震によって橋桁端部が橋台または橋脚から落下するのを防止するための落橋防止装置が設置されている。

例えば、特許文献１には、互いに連結された複数のリング(21)〜(25)備え、橋桁(H)などの橋梁上部構造体と橋台や橋脚(B)などの橋梁下部構造体とを連結して橋梁上部構造体の落下を防止する落橋防止チェーンの発明が開示されている。

当該落橋防止チェーンは、前記リング同士の連結部を４か所間隔あけた状態でその周りをゴム弾性体(3)で固化したうえ、ゴム弾性体(3)の長さをリングの４個分の長さ以内とした構成になっている。そして、当該落橋防止緩衝チェーンの発明によれば、地震時の衝撃荷重を吸収する緩衝効果が大きく、かつ軽量で取付・交換の作業効率を上げることができるとされている。

また、特許文献２には、上部構造(2)に接続される第一連結部材(42)と、下部構造(3)に接続される第二連結部材(43)と、第一連結部材(42)及び第二連結部材(43)の間に配置されるエネルギー吸収機構(5)と、を有し、エネルギー吸収機構(5)は、第一連結部材(42)に配置された第一定着部(52)と、第二連結部材(43)に配置された第二定着部(53)と、第一定着部(52)及び第二定着部(53)に接続され低降伏点材により形成されるエネルギー吸収部材(51)と、第二連結部材(43)に挿通されるとともに第一定着部(52)に接続される結合部材(54)とを備え、かつ結合部材(54)の第二定着部(53)との間にエネルギー吸収部材(51)の塑性変形による移動を許容する遊間(55)が形成されてなる落下防止装置の発明が開示されている。

特開2016-138416号公報特許第4726094号公報特開平9-242019号公報

しかし、特許文献１の落橋防止緩衝チェーンの発明では、ゴム弾性体(3)は、その材質上、特に経年劣化しやすいため、固化して早期に衝撃吸収能力が低下するおそれがあり、比較的短期間のうちに新規のものと取り換える必要があった。また、新規のものと取り換える場合に、劣化の程度を外観から判断しにくいため、取り換え時の判断が非常に困難であった。

また、特許文献２の落下防止装置の発明では、エネルギー吸収部材(51)の塑性変形量を外部から確認できないため、地震で被災した後の取替え時の判断が困難であるという課題があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、特に地震時の衝撃吸収能力を長期間に渡って保持し、かつ地震等で被災した後の取替えの判断および取替えを容易に行えるようにした機能分離型の衝撃吸収装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、衝撃吸収体を備え、かつ相対変位を起す構造体間、例えば、橋梁の上部構造体と当該上部構造体を支える下部構造体間に設置される衝撃吸収装置の発明であり、前記衝撃吸収体は、前記構造体間の相対変位によって作用する引張り荷重によって部材軸方向に弾塑性変形する変形芯材と、当該変形芯材を覆うカバー体と、前記変形芯材の弾塑性変形に比例して前記カバー体の端部から突出して、前記変形芯材の弾塑性変形量を表示する弾塑性変形量表示部とを備えてなることを特徴とするものである。

衝撃吸収体の一端にチェーン等の引張り部材を取り付け、橋梁の上部構造体と下部構造体間などの他に、桟橋や浮き桟橋などの係留施設を繋ぎ止める索などとしても使用することができる。

前記衝撃吸収体と引張り部材は、相対変位を起す構造体間に懸垂曲線状に弛んだ状態(図１参照)で設置することも、実質的に引張り荷重を受けないでほぼ直線状(図６参照)に設置することもできる。また、引張り部材にはチェーンの他に、ケーブルまたはPC棒鋼なども用いることができる。

カバー体は、変形芯材の全体を内包するような円形または矩形状をした筒状カバーであれば、変形芯材が露出せず外観的体裁が良い。また、カバー体が変形心材を破断に至らない範囲で拘束する、例えばプレート状の引張拘束材であれば、落橋などといった構造体の致命的な破壊を未然に防止することができるだけでなく、形状が簡単で容易に製作することができてコスト削減が可能である。

弾塑性変形量表示部は、変形芯材の弾塑性変形(伸び)により前記カバー体の端部から突出することによって前記変形芯材の弾塑性変形量を表示するように設置することで、落橋防止装置が地震時等に作動したことを目視によって容易に確認することができる。

弾塑性変形量表示部としては、例えば、突起、溝または孔などといった容易に目視できるような表示部であればよく、また、離れた位置からでも容易に目視できるような着色でもよい。

さらに、突起などを変形芯材の変形方向に等間隔に設置したり、あるいは変形芯材の変形方向に沿って長溝が形成してあれば、カバー体の端部から突出する突起の数や溝の長さによって変形芯材の塑性変形量を数量によって確認することができる。

また、変形芯材および弾塑性変形量表示部は材料強度を反映した設計とし、かつ変形芯材が弾塑性変形量表示部に先行して弾塑性変形するように両者の設計断面が決定してあればよい。

さらに、弾塑性変形量表示部は、レベル２を超える大地震時の引張り荷重が作用したときは、弾塑性変形した後破断するように形成してあれば、チェーン等の引張り部材の破断等を回避することができ、これにより衝撃吸収体のみを取り換えるだけで容易かつ短期間のうちに復旧させることができる。なお、弾塑性変形量表示部の外周に破断誘発用のくびれや孔等が設けてあれば、想定外の引張り荷重の作用時には、この部位に応力集中を誘発させて確実に部材破断をさせる設計制御が可能となる。

本発明によれば、特に引張り荷重による変形芯材の弾塑性変形を、当該変形芯材の弾塑性変形に比例して筒状カバーの端部から突出する弾塑性変形量表示部の突出長さによって確認することで、地震で被災した後の落橋防止装置の取替え時を容易に判断することができる。

また、弾塑性変形量表示部を着色することにより、変形芯材の弾塑性変形を離れた位置からでも容易に確認することができる。さらに、設計荷重を上回る荷重が作用した場合は、前記、弾塑性変形部以外の取り付け部を破断させることで、その他の部位の損傷を防ぎ、衝撃吸収体のみの取り替えで容易に速やかな復旧を実現させることができる。

本発明の一実施形態であり、引張り部材にチェーンが用いられ、かつ橋桁の端部と橋台間に懸垂曲線状に弛んだ状態に設置された落橋防止装置の斜視図である。図１に図示する落橋防止装置であり、地震時の引張り荷重を受けて破断した状態を示す斜視図である。図１に図示する落橋防止装置の衝撃吸収体を図示したものであり、図3(a)はその外観の斜視図、図3(b)はその内部の斜視図である。図4(a)〜(d)は、地震時の引張り荷重による衝撃吸収体が破断に至るまでの挙動を示す斜視図である。図１に図示する落橋防止装置の衝撃吸収体が破断に至るまでの荷重−変位設計曲線を示すグラフである。本発明の他の実施形態であり、引張り部材にケーブルが用いられ、かつ橋桁の端部と橋台間に実質的に引張り荷重を受けないでほぼ直線状に設置された落橋防止装置の斜視図である。図６に図示する落橋防止装置であり、地震時の引張り荷重を受けて破断した状態を示す斜視図である。図６に図示する落橋防止装置の衝撃吸収体が破断に至るまでの荷重−変位設計曲線を示すグラフである。本発明の他の実施形態であり、引張り部材にチェーンが用いられ、かつ橋桁の端部と橋台間に懸垂曲線状に弛んだ状態に設置された落橋防止装置の正面図である。図９に図示する落橋防止装置の衝撃吸収体に、地震時の引張り荷重が作用した際の弾塑性変形量表示部の挙動を図示したものであり、図10(a)は正面図、図10(b)、図10(c)は、それぞれ図10(a)におけるイ−イ線、ロ−ロ線断面図である。図９に図示する衝撃吸収体に、地震時の引張り荷重が作用した際の弾塑性変形量表示部の挙動を図示したものであり、図11(a)は引張り荷重が作用する前の正面図、図11(b)は引張り荷重が作用した際の正面図、図11(c)はその一部破断平面図である。

図１〜図５は、本発明の機能分離型衝撃吸収装置(以下「落橋防止装置」)の一実施形態を図示したものである。図において、落橋防止装置１は、衝撃吸収体２と当該衝撃吸収体２の一端側に繋がれた引張り部材(以下「チェーン」)３、衝撃吸収体２の他端側とチェーン３の自由端側の端部にそれぞれ取り付けられた取付け部材４および取付け部材５とを備えている。

また、落橋防止装置１は、各橋桁６端部の下側に、取付け部材５を橋桁６の下端部に、取付け部材４を橋桁６の端部を支える橋台７の側面にそれぞれ固定することにより橋軸方向に沿ってかつ衝撃吸収体２とチェーン３が懸垂曲線状に少し弛んだ状態で設置されている(図１参照)。

衝撃吸収体２は、橋軸方向に長い変形芯材８と当該変形芯材８の全長を内包する円筒形の筒状カバー９とを備えている(図３参照)。

変形芯材８は、橋軸方向に作用する引張り荷重によって筒状カバー９内で弾塑性変形する鋼製の棒状変形部8Aと、当該棒状変形部8Aの両端部にそれぞれ形成された拡径部8Bおよび8Cとを備えている(図3(b)参照)。

棒状変形部8Aは矩形または円形断面の棒状に形成され、拡径部8Bは棒状変形部8Aの橋台７側の端部に、拡径部8Cはその反対側の端部に、それぞれ棒状変形部8Aより大径の断面略十字形状に形成されている。

また、拡径部8Cは筒状カバー９の端部内周に固定され、拡径部8Bは棒状変形部8Aが橋台７方向に弾塑性変形すると同時に筒状カバー９内を当該筒状カバー９の端部まで移動可能とされているが、筒状カバー９の外には突出しないようにストッパー(図省略)等によって制限されている。

変形芯材８は、さらに拡径部8Bと拡径部8Cの端部にそれぞれ連結部8Dと連結部8Eを備え、連結部8Dは取付け金具４に、連結部8Eはチェーン３の端部にそれぞれシャックル10を介して脱着可能に繋がれている。

また、拡径部8Bと連結部8Dとの間には、棒状変形部8Aの弾塑性変形とその変形量を目視によって確認可能な鋼製の弾塑性変形量表示部11が拡径部8Bおよび連結部8Dと一体に、かつ筒状カバー９内に内包された状態で形成されている。

弾塑性変形量表示部11は、連結部8Dと共に所定幅、所定厚の板状に形成され、かつ棒状変形部8Aが橋軸方向に作用する引張り荷重によって橋台７方向に弾塑性変形すると同時に、棒状変形部8Aの変形量(伸び量)に比例して筒状カバー９の端部から橋台７方向に突出するように設置されている。

これにより、地震の際に、衝撃吸収体２が引張り荷重を受けて作動したことを目視によって確認することができ、衝撃吸収体２の取替え時を容易に判断することができる。なお、弾塑性変形量表示部11を着色して識別しやすくすることにより、遠く離れた位置からでも衝撃吸収体２の取替え時を容易に判断することができる。

弾塑性変形量表示部11は、さらに棒状変形部8Aが筒状カバー９内で最大長に弾塑性変形した後、弾塑性変形し、最終的に破断するように形成されている。なお、弾塑性変形量表示部の外周には、所定値以上の引張り荷重によって破断するように破断誘発用のくびれ11aが形成されている。

これにより、チェーン３の破断や取付け部材４および５の離脱、破損等を回避することができ、衝撃吸収体２の取替えのみで容易に復旧させることができる。

なお、変形芯材８の棒状変形部8Aが引張り荷重を受けて最大長に弾塑性変形した後の、衝撃吸収体２に作用する引張り荷重は筒状カバー９が負担するようになっている。

このような構成において、地震時に橋桁６と橋台７間に相対変位が生じたとき、衝撃吸収体２とチェーン３が取付け部材４と取付け部材５間で直線状に緊張するまでは、衝撃吸収体２とチェーン３が実質的に無抵抗で引っ張られることで、橋桁６の端部と橋台７間に作用するレベル２内の地震エネルギーを吸収することができる(図4(a)、図５の荷重-変位設計曲線(1)-(2)参照)。

また、レベル２を超える想定外の大地震時には、橋桁６の端部と橋台７間の相対変位に対して、衝撃吸収体２およびチェーン３に引張り荷重が作用し、変形芯材８の棒状変形部8Aが筒状カバー９内で弾塑性変形することにより大地震時の衝撃と地震エネルギーを吸収することができる(図4(b)、図５の荷重-変位設計曲線(2)-(4)参照)。

さらに、棒状変形部8Aが筒状カバー９内で最大長に弾塑性変形した後は、棒状変形部8Aに代わって筒状カバー９が引張り荷重を負担する。そして、弾塑性変形量表示部11が弾塑性変形し、最終的に破断することによりチェーン３の破断や取付け金具４および５の離脱、損傷等を回避することができる(図4(c),(d)、図５の荷重-変位設計曲線(4)-(5)参照)。これにより、衝撃吸収体２のみを交換するだけで短期間のうちに復旧させることができる。

図６〜図８は、本発明の他の実施形態を図示したものであり、引張り部材にケーブル12が用いられ、衝撃吸収体２とケーブル12は、橋桁６の端部と橋台７間に実質的に引張り荷重が作用しないでほぼ直線状に設置されている。

このような構成において、レベル２およびレベル２を超える想定外の大地震時に、橋桁６の端部と橋台７間の相対変位に対して、衝撃吸収体２およびチェーン３に引張り荷重が作用し、変形芯材２の棒状変形部8Aが筒状カバー９内で弾塑性変形することにより大地震時の衝撃と地震エネルギーを吸収することができる(図4(b)、図８の荷重-変位設計曲線(1)-(2)-(3)参照)。

そして、棒状変形部8Aが筒状カバー９内で最大長に弾塑性変形した後は、棒状変形部8Aに代わって筒状カバー９が引張り荷重を負担する。そして、弾塑性変形量表示部11が弾塑性変形し、最終的に破断することによりケーブル12の破断や取付け金具４および５の離脱、損傷等を回避することができる(図4(c),(d)、図８の荷重-変位設計曲線(4)-(5)参照)。これにより、衝撃吸収体２のみを交換するだけで短期間のうちに復旧させることができる。

図９〜図11は、本発明の他の実施形態を図示したものであり、落橋防止装置１は、衝撃吸収体13と当該衝撃吸収体13の一端側に繋がれたチェーン３、衝撃吸収体13の他端側とチェーン３の自由端側の端部にそれぞれ取り付けられた取付け部材４および取付け部材５とを備えている。

また、落橋防止装置１は、各橋桁６端部の下側に、取付け部材５を橋桁６の下端部に、取付け部材４を橋台７の側面にそれぞれ固定することにより橋軸方向に沿ってかつ衝撃吸収体13とチェーン３が懸垂曲線状に少し弛んだ状態で設置されている(図９参照)。

衝撃吸収体13は、板状変形芯材14とその両側に設置された２枚の引張り拘束材15,15とを備え、板状変形芯材14は橋軸方向に作用する引張荷重によって弾塑性変形する板状変形部14Aと当該板状変形部14Aの両端部に形成された、板状変形部14Aより幅広な拡径部14B,14C、さらに各拡径部14B,14Cの端部に形成された連結部14D,14Dとを備えている。

拡径部14Bおよび14Cと連結部14Dは同じ幅に形成され、各連結部14Dには取付け部材４とチェーン３を連結するための連結孔16が形成されている。連結孔16は橋軸方向に長いルーズ孔になっている。

また、拡径部14Bの連結部14D側寄りの側面部には、引張り荷重による帯状変形部14Aの弾塑性変形とその変形量を目視によって確認可能な弾塑性変形量表示部17が引張り拘束材15内に隠れた状態で形成されている(図11(a)参照)。

弾塑性変形量表示部17は、例えば、突起や溝、孔、或は孔に着色充填材を充填したもの等といった容易に目視できるように形成されており、当該実施形態においては、拡径部14Bの側面部に孔を形成し、その中に着色充填材を充填する等して目視できるように形成されている(図11(c)参照)。

なお、弾塑性変形量表示部17として他には、離れた位置からでも容易に目視できるような着色でもよい。さらに、板状変形芯材14の変形方向に複数の突起などを等間隔に形成したり、あるいは板状変形芯材14の変形方向に沿って長溝が形成してあれば、引張り拘束材15の端部から突出する突起の数や溝の長さによって板状変形部14Aの弾塑性変形量を数量によって確認することができる。

このような構成において、地震の際に、板状変形部14Aが橋軸方向に作用する引張り荷重によって橋軸方向に弾塑性変形すると同時に、弾塑性変形量表示部17が板状変形部14Aの変形量(伸び量)に比例して引張り拘束材15の端部から橋台７方向に突出することで、衝撃吸収体13が引張り荷重を受けて作動したことを目視によって確認することができ、衝撃吸収体13の取替え時を容易に判断することができる。

また、拡径部14Bの連結部14D側寄りの縁端部に、板状変形部14Aが引張り拘束材15,15内で最大長に弾塑性変形した後から弾塑性変形し、最終的に板状変形部14Aに先行して破断するように破断誘発用のくびれ18が形成されている。

引張拘束部材15は、拡径部14Bおよび14Cと同じ幅のプレート状に形成され、かつ変形芯材14の、両端の連結部14D,14Dを除く範囲を覆う長さに形成されている。また、引張り拘束部材15は、板状変形芯材14の両側に対称に設置され、かつ両端部において変形芯材14の拡径部14Bと14Cにそれぞれ複数の連結ボルト19と20によってそれぞれ接合され、特に連結ボルト19のボルト孔15aは引張り荷重の作用方向(引張り拘束部材15の長軸方向)に長軸を有する長孔に形成されている。

これにより、板状変形芯材14の板状変形部14Aはボルト孔15aの範囲内で弾塑性変形し、この範囲を超える変形を付与するような引張り荷重は引張り拘束材15,15が負担し、さらに最終的には、くびれ18を有する部分が破断することで、チェーン３の破断や取付け部材４および５の離脱、破損等を回避することができ、衝撃吸収体13の取替えのみで容易に復旧させることができる。

本発明は、特に地震時の衝撃吸収能力が大きく、かつ地震で被災した後の取替え時の判断および取替えを容易に行うことができる。また、設計を上回る地震力が作用した場合は、特定部位を強制的に破断させることで、瞬時にその地震の規模を把握することができる。

１落橋防止装置(機能分離型衝撃吸収装置)
２衝撃吸収体
３チェーン(引張り部材)
４取付け部材
５取付け部材
６橋桁
７橋台
８変形芯材
8A 棒状変形部
8B 拡径部
8C 拡径部
8D 連結部
8E 連結部
９筒状カバー
10 シャックル
11 弾塑性変形量表示部
11a くびれ
12 ケーブル(引張り部材)
13 衝撃吸収体
14 板状変形芯材
14A 板状変形部
14B 拡径部
14C 拡径部
14D 連結部
15 引張り拘束材
15a 長孔
16 連結孔
17 弾塑性変形量表示部
18 破断誘発用のくびれ
19 連結ボルト
20 連結ボルト

Claims

衝撃吸収体を備え、かつ相対変位を起す構造体間に設置される衝撃吸収装置において、前記衝撃吸収体は、前記構造体間の相対変位によって作用する引張り荷重によって部材軸方向に弾塑性変形する変形芯材と、当該変形芯材を覆うカバー体と、前記変形芯材の弾塑性変形に比例して前記カバー体の端部から突出して、前記変形芯材の弾塑性変形量を表示する弾塑性変形量表示部とを備えてなることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項１記載の衝撃吸収装置において、前記カバー体は、前記変形芯材を内包する筒状に形成されていることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項１記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記カバー体は前記変形心材を破断に至らない範囲で拘束する引張り拘束材であることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項１〜３のいずれかひとつに記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記弾塑性変形量表示部は、前記カバー体の端部から突出する突出長さによって前記変形芯材の弾塑性変形量を表示するように設置されていることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記弾塑性変形量表示部は着色されていることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項１〜５のいずれかひとつに記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記弾塑性変形量表示部は、想定外の引張り荷重によって弾塑性変形した後、破断するように形成されていることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
衝撃吸収体を備え、かつ相対変位を起す構造体間に設置される衝撃吸収装置において、前記衝撃吸収体は、前記構造体間の相対変位によって作用する引張り荷重によって部材軸方向に弾塑性変形する変形芯材と、前記変形芯材を破断に至らない範囲で拘束する引張拘束材とを備えてなることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項１〜７のいずれかひとつに記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記構造体間は、橋梁の上部構造体と当該上部構造体を支える下部構造体間であって、前記衝撃吸収体の一端は前記上部構造体に、他端は前記下部構造体にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項１〜８のいずれかひとつに記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記衝撃吸収体の一端または他端は引張り材を介して前記構造体に取り付けられていることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項９記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記衝撃吸収体と引張り部材は、弛んだ状態に設置されることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。
請求項９記載の機能分離型衝撃吸収装置において、前記衝撃吸収体と引張り部材は、実質的に引張り荷重を受けないで直線状に設置されることを特徴とする機能分離型衝撃吸収装置。