JP2021155931A

JP2021155931A - 防護工

Info

Publication number: JP2021155931A
Application number: JP2020054709A
Authority: JP
Inventors: 雅充斉藤; Masamitsu Saito
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: JP7239518B2

Abstract

【課題】行限界高さを超える車両の衝突が想定される防護桁を備えた防護工において、防護桁に対して斜め上方向への衝突荷重を受ける状況への機能維持能力を高めた防護工を実現する技術を提供すること。【解決手段】橋桁防護工１０は、衝突想定方向に向かって走行する通行限界高さを超える車両の衝突が想定される防護桁２０と、当該防護桁を吊り下げるように保持し、衝突時に防護桁２０を初期保持位置から衝突想定方向に沿って徐々に低い位置に保持位置を変位させるガイド部３１を有する防護桁支持部３０と、当該防護桁支持部を衝突想定方向の下流側で支持する支柱１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は防護工に関する。

通行限界高さを超える車両の衝突から橋桁を防護する設備として橋桁防護工がある（例えば、特許文献１を参照）。橋桁防護工は、車両の衝突が想定される部位である防護桁（鋼梁）を備える。防護桁は、中空の鋼管を支柱間に架け渡して固定されている。車両の衝突を受けると、先ず衝突箇所に局部座屈が発生し、次に局部座屈が進展しつつ防護桁全体が支柱との固定部を支点にして曲がり、その変形量を増大させながら衝突エネルギーを吸収する。

特開２００７−２０５０４６号公報

防護桁に対して斜め上方向への衝突荷重を受けるケースに対する橋桁防護工の強化が望まれている。
図１１および図１２は、橋桁防護工の機能が発揮できなった従来例を説明するための図であって、車両９０が、従来の橋桁防護工９１に衝突した状態を横から見た様子を示している。

図１１は、車両９０が、防護桁９２（より詳細には車両９０から見て防護桁９２の手前方下端の角）に衝突したケースを示している。当該ケースでは、橋桁防護工９１は、車両９０から、防護桁９２を捻りながら（図１１の例では図に向かって時計回りに捻りながら）これを斜め上方へ跳ね飛ばすように作用する衝突力を受ける。近年、車両９０の走行速度の高速化に伴って衝突力が増加する傾向にある。このため、防護桁９２を支柱９３に固定するボルト９４が破断して防護桁９２が支柱９３から脱落し、橋桁防護工９１が機能損失する可能性が考えられている。仮に、ボルト９４が破断しなくとも、図１２に示すように、防護桁９２が（車両９０から見て）前方斜め上方向に局部座屈して車両９０が通過可能なまでに変形すると、車両９０の通過を阻止できなくなってしまう。
なお、こうした課題は、橋桁防護工に関わらず、通行限界高さを超える車両の衝突が想定される防護桁を備えた防護工では、同様に存在する。

本発明が解決しようとする課題は、通行限界高さを超える車両の衝突が想定される防護桁を備えた防護工において、防護桁に対して斜め上方向への衝突力を受ける状況への機能維持能力を高めた防護工を実現する技術を提供することである。

上述した課題を解決するための第１の発明は、衝突想定方向に向かって走行する通行限界高さを超える車両の衝突が想定される防護桁と、前記防護桁を吊り下げるように保持し、前記衝突時に前記防護桁を初期保持位置から前記衝突想定方向に沿って徐々に低い位置に保持位置を変位させるガイド部を有する防護桁支持部と、前記防護桁支持部を前記衝突想定方向の下流側で支持する支柱と、を備えた防護工である。

第１の発明によれば、防護桁は、ガイド部により吊り下げられている。従って、車両が防護桁に衝突し、防護桁に対して斜め上方向への衝突力（衝突荷重）が発生して、斜め上方へ防護桁を跳ね上げようとしても、その衝突力はガイド部及び防護桁支持部により受けられ、更に防護桁支持部を支持する支柱で受けられるので、図１１のような防護桁と支柱との連結が外れるといった機能損失は起きない。

また、第１の発明によれば、防護桁は、衝突が起きる前の通常時において、通行限界高さに応じた初期保持位置に保持されているが、衝突を契機にガイド部によってより低い保持位置へ変位される。従って、図１２のように、衝突によって防護桁が斜め上方向に向かって曲がり、車両が通行可能な形状になったとしても、保持位置が初期保持位置よりも下がっているので、車両が防護桁を通ることはない。

よって、第１の発明によれば、防護桁に対して斜め上方向への衝突荷重を受ける状況への機能維持能力を高めた防護工を実現できる。

第２の発明は、前記ガイド部が、前記衝突想定方向の下流側に向かって徐々に位置が低くなるように傾斜したレール又はスリットであり、前記防護桁は、前記ガイド部に係合するスライダ部を有する、第１の発明の防護工である。

第２の発明によれば、防護桁を初期保持位置に保持しつつ衝突荷重にも耐える防護桁支持部を比較的簡単な構造で実現できる。

第３の発明は、前記防護桁支持部が、所定の衝突荷重が加わることによる破損によって前記防護桁の保持を解除する初期保持部を、前記初期保持位置で前記鋼梁を保持するように有する、第１又は第２の発明の防護工である。

第３の発明によれば、初期保持部が通常時は防護桁を初期保持位置に保持しつつも、衝突をトリガーとしてガイド部による変位を開始させるような仕組みを簡単に実現することができる。

橋桁防護工の構成例を示す斜視外観図。防護桁の構成例を示す斜視外観図。防護桁支持部の構成例を示す斜視外観図。防護桁支持部の構成例を示す分解図。橋桁防護工に係る設計諸元の一部について説明するための図。防護桁に係る設計諸元について説明するための図。衝突が発生する前の標準状態の橋桁防護工を横から見た図。衝突発生後の間もない状態の橋桁防護工を横から見た図。衝突発生の後、防護桁が初期保持位置から変位した状態の橋桁防護工を横から見た図。橋桁防護工の変形例を説明するための図。橋桁防護工の従来例を説明するための図。橋桁防護工の従来例を説明するための図。

以下、本発明を適用した実施形態の一例を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。

図１は、本実施形態の橋桁防護工１０の構成例を示す斜視外観図である。
橋桁防護工１０は、道路４を走行する車両（移動体）が、高架橋６（防護対象構造体）の橋桁に衝突するのを防ぐ防護工である。橋桁防護工１０は、道路４の両サイドに設けられた基礎１２と、当該基礎１２それぞれに立設された支柱１４と、防護桁２０と、防護桁支持部３０と、を有する。橋桁防護工１０への衝突想定方向は、道路４の道なりに沿った水平方向（図１中の太矢印）とする。

基礎１２は、例えば鉄筋コンクリート構造体として構築される。
支柱１４は、鋼管やＨ形鋼などにより実現され、下端が基礎１２に埋設されている。支柱１４は、防護桁２０を支持する防護桁支持部３０を衝突想定方向の下流側で支持する。

図２は、防護桁２０の構成例を示す斜視外観図である。
防護桁２０は、衝突想定方向に向かって走行する通行限界高さを超える車両の衝突が想定される部材であって、道路４の上方を跨ぐように支柱１４の間に配置された主たる衝突エネルギー吸収体ある。防護桁２０は、本体部２１と、その上面の左右両端それぞれに設けられた傾斜台２２及びスライダ部２４と、を有する。

本体部２１は、鋼製の鋼管である。
傾斜台２２は、スライダ部２４を後述する防護桁支持部３０のガイド部３１の傾斜角度に合わせて傾斜立設するための台座である。また、傾斜台２２は、衝突力を防護桁支持部３０に直接的に伝達する部材として機能する。

スライダ部２４は、ガイド部３１が形成するレールから防護桁２０を吊り下げるための金具であり、レールに案内されてガイド部３１の傾斜方向に滑って変位するための金具である。スライダ部２４は、軸部と、軸部の軸径よりも幅広な頭部を有する構造体、例えば傾斜台２２の上面に設けたネジ孔に螺合するボルトなどで実現できる。

図３は、防護桁支持部３０の構成例を示す斜視外観図である。図４は、同分解図である。
防護桁支持部３０は、２本の支柱１４それぞれに設けられており、各防護桁支持部３０は、ガイド部３１と、ガイド部３１を支柱１４に固定する固定腕部３５と、初期保持部３７と、を有する。

ガイド部３１は、防護桁２０を吊り下げるように保持し、衝突時に防護桁２０を初期保持位置から衝突想定方向に沿って徐々に低い位置に保持位置を変位させる。具体的には、ガイド部３１は、同じ１本の支柱１４に対して固定される二本の鋼角管３２ａ，３２ｂと、ストッパ３３と、を有する。

二本の鋼角管３２ａ，３２ｂは、スライダ部２４（図２参照）の軸部が挿通可能な間隙を空けて平行（又は略平行）で、且つ、衝突想定方向の上流側（図３，図４の図の左側）が上で、下流側が下となるように地面に対して所定の傾斜角α（図５参照）を成す姿勢で固定される。固定方法は、溶接でもボルト固定でもよく適宜選択できる。そして、二本の鋼角管３２ａ，３２ｂの傾斜上端部には、連結強度確保と、スライダ部２４の抜け止めと、の２つの機能を担うストッパ３３が取り付けられている。すなわち、ガイド部３１の二本の鋼角管３２ａ，３２ｂは、衝突想定方向の下流側に向かって徐々に位置が低くなるように傾斜したガイドレールを形成している。
なお、ガイドレールを、隙間を設けた二本の鋼角管３２ａ，３２ｂで実現する例を説明したが、一本の鋼角管の上下面にスライダ部２４の軸部が挿通可能なスリット溝を設けることで実現することとしてもよい。

固定腕部３５は、ガイド部３１の傾斜上端部と支柱１４とを連結する部材であって、例えば鋼角管で実現される。固定腕部３５とガイド部３１との固定方法及び固定腕部３５と支柱１４との固定方法は、溶接でもボルト固定でもよく適宜選択できる。なお、固定腕部３５は、ガイド部３１が衝突荷重（防護桁２０を介して受けた荷重）で支柱側に想定以上曲がらないように、固定腕部３５自体が十分な強度を有し、十分な強度でガイド部３１及び支柱１４と固定されているものとする。

初期保持部３７は、例えば、合成樹脂で作られた箱や管で実現される。初期保持部３７は、初期保持位置のスライダ部２４よりガイド部３１の傾斜下側の位置で、二本の鋼角管３２ａ，３２ｂによって挟持（或いは接着等で固定）されており、初期保持位置にあるスライダ部２４がガイド部３１を支柱１４の方へ滑り落ちないように傾斜下側で支える。

初期保持部３７の材質及び形状は、鋼角管３２ａ，３２ｂの長手方向へ基準を超える荷重を受けると破損して脱落するか、荷重を受けて撓むことで二本の鋼角管３２ａ，３２ｂから外れるように設定される。なお、ここで言う「基準」とする荷重は、スライダ部２４でガイド部３１に吊り下げられている防護桁２０が、（１）衝突想定方向から強い風圧を受ける環境下でスライダ部２４を介して受ける荷重、（２）地震で防護桁２０が振られた場合にスライダ部２４を介して受ける荷重、のうち大きい方の荷重とする。

次に、設計の考え方について説明する。
図５は、橋桁防護工１０に係る設計諸元の一部について説明するための図である。衝突した後に、防護桁２０がスライダ部２４でガイド部３１を滑り降りるように動き出すためには、式１と式２とを満たす必要がある。

但し、Ｆ_Vehicle：車両から受ける衝突力（衝突荷重）
Ｆ_slip：スライダ部２４がガイド部３１を滑る滑り抵抗（式３で求める）

但し、μ：滑り面の滑り係数
N：スライダ部２４の軸部の軸力
α：ガイド部３１の傾斜角度
β：車両と防護桁２０との衝突角度（任意に決定）

図６は、防護桁２０に係る設計諸元について説明するための図である。
ガイド部３１でスライダ部２４が滑る距離Ｌ_S（図５参照。初期保持位置Ｐ１から変位後の保持位置Ｐ２までの距離。）は、式４で求める。

但し、ｄ：防護桁２０の鉛直方向の限界変位量。式５及び式６で求める。

但し、φ：塑性ヒンジによる折れ角の最大値（１５〜３０°の範囲で設定）
Ｌ_ｋ：防護桁２０の支間
ａ、ｂ：防護桁２０の各支点から衝突点Ｐ_ｈまでの距離

図７〜図９を参照して、橋桁防護工１０の動作について説明する。
図７は、衝突が発生する前の標準状態の橋桁防護工１０を横から見た図である。
標準状態の橋桁防護工１０では、防護桁２０は、ガイド部３１の傾斜上側の端部すなわち初期保持位置Ｐ１にある。防護桁２０の下端高が当該防護工における通行限界高さＨ_limitとなる。防護桁２０は、スライダ部２４で防護桁支持部３０のガイド部３１に滑走可能に吊り下げられている状態なので、本来であればその自重によりガイド部３１を滑り降りるところであるが、初期保持部３７が障害物となってスライダ部２４に当たってこれを阻止し、防護桁２０を初期保持位置Ｐ１で保持する。

図８は、衝突発生後の間もない状態の橋桁防護工１０を横から見た図である。
通行限界高さＨ_limitを超える車両９０が橋桁防護工１０を通過しようとすると、その上部が防護桁２０に衝突する。防護桁２０が受ける衝突力（衝突荷重）は、傾斜台２２（図２参照）を介してガイド部３１を衝突想定方向から見て斜め上前方（図８における図の右斜め上方向）へて折り曲げるように作用する。しかし、衝突力は、防護桁２０の本体部２１→傾斜台２２→ガイド部３１→固定腕部３５と伝わる。そして、固定腕部３５が、ガイド部３１の変形をスライダ部２４の滑動が可能な許容変形量に抑える。

衝突力のうち、防護桁２０の変形で吸収されなかった分は、ガイド部３１と固定腕部３５が受けて支柱１４に伝わり吸収されるので、従来の橋桁防護工９１で起きるような防護桁２０が斜め上方へ飛ばされるような事象は起きない（図１１参照）。

そして、防護桁２０が受ける衝突力は、スライダ部２４を介して初期保持部３７にも作用する。初期保持部３７は、衝突力（衝突荷重）を受けることで破損して、ガイド部３１から外れる。衝突力を受けた防護桁２０は、衝突力による付勢と、ガイド部３１が形成するガイドレール中に障害物がなくなったことによって、ガイド部３１に沿って傾斜下側へ滑動を開始する（図８の白色の太矢印）。

図９は、衝突発生の後、防護桁２０が初期保持位置Ｐ１から変位した状態の橋桁防護工１０を横から見た図である。ガイド部３１は、衝突想定方向の下流側に向かって徐々に位置が低くなるように傾斜したガイドレールなので、滑動した防護桁２０は、ガイド部３１に案内されて、支柱１４に当接する高さＨ２の保持位置Ｐ２まで変位する。

保持位置Ｐ２の高さＨ２は、前述した設計諸元の考え方に基づけば、初期保持位置Ｐ１の高さＨ１（図７参照）から、衝突による防護桁２０が斜め上に塑性変形する事で生じる防護桁２０の鉛直方向の限界変位量ｄを差し引いた値よりも小さい（低い）値に設定されている。従って、衝突により防護桁２０が斜め上に押し曲げられるように変形したとしても、防護桁２０がそもそも保持位置Ｐ２へ変位し、車両９０に対する相対位置が下がることで、変形した防護桁２０の下を衝突した車両９０がくぐるといった事象は起きない（図１２参照）。

このように、本実施形態によれば、通行限界高さを超える車両の衝突が想定される防護桁を備えた防護工において、防護桁に対して斜め上方向への衝突荷重を受ける状況への機能維持能力を高めた防護工を実現できる。

以上、本発明を適用した実施形態の一例を説明したが、本発明が適用可能な形態は上記の実施形態そのものに限らない。

例えば、上記実施形態では、ガイド部３１を横から見て（図に向かって見て）直状として例示したが、曲線状であってもよい。

また、上記実施形態では、本発明が適用された防護工として、陸橋の橋桁を防護対象とする防護工として例示したが、防護対象は陸橋の橋桁に限らず適宜設定可能である。それに応じて、呼び名も「橋桁防護工」に限らず適宜変更可能である。

また例えば、上記実施形態では、ガイド部３１がスライダ部２４を案内するレールである構成を例示したが、図１０に示す橋桁防護工１０Ｂのように、ガイド部３１が防護桁２０と係合するスリットである構成も可能である。

具体的には、橋桁防護工１０Ｂの防護桁支持部３０Ｂは、支柱１４の上端に縦方向に固定された鋼材（例えば、鋼板）からなり、横方向（衝突想定方向に交差する水平方向；図９に向かって奥行き方向）に貫通した孔部であるガイド部３１Ｂを有する。

ガイド部３１Ｂは、衝突想定方向から見て支柱１４に近づくほど下方に向かう傾斜スリットである。ガイド部３１Ｂは、防護桁２０の横側面（図１０における手前側の側面と奥側の側面）に突設されたスライダ突起２６が遊嵌可能なスリット幅を有する。そして、ガイド部３１Ｂは、傾斜上端から順に、初期保持平坦部３８ａと、初期保持突起部３８ｂと、傾斜直線部３８ｃと、を有する。

初期保持平坦部３８ａは、衝突想定方向の幅がスライダ突起２６の径よりやや大きく設定された平坦部、又は下方へ湾曲していて横から見て凹んで見える凹部である。防護桁２０は、スライダ突起２６が初期保持平坦部３８ａに収まっている状態にあるとき、初期保持位置Ｐ１に位置することになる。

初期保持突起部３８ｂは、初期保持平坦部３８ａと傾斜直線部３８ｃとの境に設けられており、地面からの高さに着目すると、初期保持平坦部３８ａの支柱１４側の端部高さよりも局所的に高くなっている。高低差は、防護桁２０が、衝突想定方向から強い風圧を受ける状況や地震で防護桁２０が振られた状況でも、スライダ突起２６が支柱１４の側へ初期保持突起部３８ｂを乗り越えられないが、衝突想定方向から想定される衝突力（衝突荷重）を受けた場合には乗り越えが可能となるように設定する。なお、初期保持突起部３８ｂは、スリットの形状で実現するのではなく、上記実施形態における初期保持部３７（図４参照）のように、衝突力を受けると破損したり外れる別部品を装着することで実現するとしてもよい。

傾斜直線部３８ｃは、初期保持突起部３８ｂを乗り越えたスライダ突起２６を変位後の保持位置Ｐ２へ案内する直状のスリットである。
当該構成であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

４…道路
６…高架橋
１０，１０Ｂ…橋桁防護工
１４…支柱
２０…防護桁
２１…本体部
２２…傾斜台
２４…スライダ部
２６…スライダ突起
３０，３０Ｂ…防護桁支持部
３１，３１Ｂ…ガイド部
３５…固定腕部
３７…初期保持部
９０…車両
Ｈ_limit…通行限界高さ
Ｐ１…初期保持位置
Ｐ２…保持位置

Claims

衝突想定方向に向かって走行する通行限界高さを超える車両の衝突が想定される防護桁と、
前記防護桁を吊り下げるように保持し、前記衝突時に前記防護桁を初期保持位置から前記衝突想定方向に沿って徐々に低い位置に保持位置を変位させるガイド部を有する防護桁支持部と、
前記防護桁支持部を前記衝突想定方向の下流側で支持する支柱と、
を備えた防護工。
前記ガイド部は、前記衝突想定方向の下流側に向かって徐々に位置が低くなるように傾斜したレール又はスリットであり、
前記防護桁は、前記ガイド部に係合するスライダ部を有する、
請求項１に記載の防護工。
前記防護桁支持部は、所定の衝突荷重が加わることによる破損によって前記防護桁の保持を解除する初期保持部を、前記初期保持位置で前記防護桁を保持するように有する、
請求項１又は２に記載の防護工。