JP2635756B2 - 減衰機構を有する吊橋 - Google Patents

減衰機構を有する吊橋

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用の分野〕 本発明は、プレストされたハンガーによる減衰機構を
有する吊橋に関する。
〔従来の技術〕
長大吊橋は、耐風安定性が重要な事項である。複雑な
風の作用を受けて複雑に振舞うのであるが、その振動挙
動を単純化してみると、吊構造の上下鉛直方向の振動
と、左右に対するねじり振動とに分けられ、それらがス
パン中心に関して、対称または逆対称にまた1次から高
次まで振動するのである。また、これらの振動によって
ももたらされる影響は簡単に分けて、限定された振動と
発散的なものとになる。前者は供用上の不都合となりい
わゆる揺れて困るということで、後者は悪くすると遂に
は落橋という事態に立ち至ることも間々ある。
いづれにしても、これらの振動の発生を抑制したり、
減少させたりするにはつぎの4つのことが肝要とされて
いる。
(1) 補剛桁の曲げ剛性とねじり剛性、特にねじり剛
性を大にする。
(2) 固有振動周期を短くする。
(3) 構造減衰を大きくする。
(4) 吊構造の横断面形状を空力的に安定性のよいも
のとする。
このうち(1)と(4)は吊構造の構造形式に由来す
るものであり、(1),(4)を満足させるには例えば
流線形箱桁構造とすることが多く用いられている。
(2)の固有周期を短くするには、補剛桁の剛性を大と
したり、吊構造の重量を大とするのが効果的であるとさ
れている。また、主ケーブルのサグ比を小さくして主ケ
ーブルの張力を大きくすることも有効な方法のひとつと
されている。
しかし、これらはいづれも建設費をかなり増加させる
ものである。それに対して、(3)は構造減衰を大にす
るもので、比較的費用がかからないで済む方法であると
いえる。そこで種々の方法が考案され、かつ多用されて
いる。以下に、その代表的なものを、第2図を参照して
示す。
A.タワー・ステイ 主塔20と上方と補剛桁22のスパン1/
4点付近とを結ぶケーブル。
B.ケーブル・ステイ 主ケーブル20の1/4点付近と主塔
下方とを結ぶ。
C.センター・ステイ スパン中央の補剛桁22と主ケーブ
ル24との水平方向の相対的ずれを拘束するケーブル。
D.タイ・ダウン・ケーブル 補剛桁22のなるべく1/4点
に近い部分と、地表とを結ぶケーブル。
E.水平ケーブル 両端支点を水平に補剛桁22に沿って結
ぶケーブルでスパン中央において、直接、間接に主ケー
ブルと結合。
A.タワー・ケーブル・ステイとも呼ばれ、古くはブルッ
クリン吊橋に用いられている。ブルックリン吊橋のよう
な石積みの剛な塔ではよいが鋼製またはコンクリート製
のフレキシブルな塔では、このケーブルを取り付けて
も、塔頂が動いてしまうので効果的ではない。有名なタ
ワーステイはサラザール吊橋で将来、鉄道を通すときに
取り付ける予定として計画されているものであるが、こ
れは丁度斜張橋のファンタイプのケーブルの張り方その
ものでたいへん大規模なものであり、吊橋と斜張橋を組
み合わせたようなものである。
B.ケーブル.ステイは、1939年頃米国ロビンソンとシュ
タインマンによって特許されたものである。これとセン
ター・ステイと組み合わせた方法は風による振動をかな
りおさえることができるとされている。この方法は多用
されている。
C.センタ・ステイは、センター・ダイヤゴナル・ステイ
とも呼ばれ、逆対称1次のねじり振動にはかなり効果が
あるとされている。また、主ケーブルと補剛桁を接近さ
せて両者をケーブルでなく鋼材などで強固に結合させる
ものもあり、これをセンター・タイと称してい流るが効
果は同じであるとされている。これだけを独自に使用す
るよりも、他のケーブルと組み合わせたのが効果的であ
る。センター・ステイは主ケーブルと補剛桁の相対的な
ずれをとるものであるから非常に大きな作用力があった
り、また、繰返し作用によって疲労を受け易いので留意
しなければならない。
D.タイ・ダウン・ケーブル。このケーブルは、地上側に
アンカーするのが困難であることが多く効果的な位置に
設けることができないことが多い。
E.水平ケーブル 主ケーブルの橋軸方向の移動をこれに
よって拘束しようとするものである。補剛桁に発生する
曲げモーメント、たわみを低減させる効果はあるようで
あるが、耐風安定上の、例えばフラッター発生風速の上
昇は期待できないという数値計算の報告がある。また、
両岸の支点間にケーブルを張り渡すので、このケーブル
の費用は大となる。
その外に、補剛桁に水平移動をダンピングするため
に、塔との間にオイルダンパーを取り付けたり、バネを
取り付けることが考えられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、従来の構造減衰とは異なる構造の構
造減衰によって、振動を抑制させた、減衰機構を有する
吊橋を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、本発明によれば、次の減衰機構を有す
る吊橋によって、達成される。すなわち、 補剛桁を、吊橋両端部の主塔間に張り渡した主ケーブ
ルから垂下するハンガーによって吊った吊橋において、 主塔間スパン中央部のハンガーを抗圧縮材として、該
抗圧縮材のハンガーの上端を主ケーブルに連結するとと
もに下端をヒンジ結合にて補剛桁に連結し、 抗縮材のハンガーの上端から隣接するハンガーの下端
にかけて斜材を設けて該斜材にプスストレスをかけ、 補剛桁には上方に凸となる曲線形状が付与されてお
り、 吊橋の両端部に、一端が補剛桁のなるべく端部に定着
され他端が吊橋構造系と独立な部位にアンカーされたケ
ーブルと、それにプレストレスを与える装置とを、設け
たこと、 を特徴とする減衰機構を有する吊橋。
〔作用〕
吊橋の供用中に風が吹くと、桁に種々の振動が発生す
ることは既に説明したところであるが、吊橋にとっっ致
命的な要因となる点は固有振動特性と連成フラッタ、渦
励振であるので、本発明の吊橋がそれらに対して、どの
ように作用するかについて説明する。
(イ)固有振動特性 吊橋の固有振動数が小さいと、風によって誘起される
各種の振動の発現風速が低下することになり振動しやす
い構造物となる。本発明では桁端のプレストレスされた
ケーブルにより比較的大きいキャンバーを有する桁に張
力と曲げモーメントが与えられ、かつ、各ハンガーに上
向きの張力が与えられるので、見掛けの固有振動数が増
大して各種振動の発現風速が上昇することになる。
(ロ)連成フラッター プレストレスされたケーブルおよび、それから桁、ハ
ンガーに発生する各種断面力の作用によって生ずる減衰
性の増大は、連成フラッター、失速フラッター形自励振
動に対する限界風速を増大、あるいは発生振動の振幅の
減少などに対して顕著な効果が見られる。
(ハ)渦励振 これにはスクルートン・ナンバーが重要な関わりがあ
るが、 鉛直たわみ振動に対して2mδη/ρBD ねじれ振動に対して 2Iθδθ/ρ(BD) δη,δθはそれぞれ鉛直たわみとねじれの対数減衰率
である。スクルートン・ナンバーが大きくなればたわみ
およびねじれの定常応答振幅がともに小さくなるので、
δη,δθが大きくなければならないが、プレストレス
されたケーブルとそれによって連成された桁、ハンガー
の系の挙動は構造減衰特性が大きいので渦励振に対して
振幅を小さくすることができる。
〔実施例〕
以下に、本発明の一実施例に係る、減衰機構を有する
吊橋を、第1図を参照して説明する。
まず、構造について説明する。
第1図に示すように、本発明の吊橋では、補剛桁8
は、主塔2間に張り渡した主ケーブル6から垂下した多
数のハンガー12によって吊られている。この吊橋におい
て主塔2間距離として定義されるスパンlの中央のハン
ガーを通常の従来のワイヤーロープによるものではなく
て、鋼材による抗圧縮材4として、その上端、下端をヒ
ンジ構造とする。特に、面内に対してだけでなく、本発
明の趣旨と直接の関り合いではないが風荷重による橋軸
直角方向への変形に関して面外に対してもヒンジ作用が
できることが望ましい。それと同時に、上端は主ケーブ
ル6を強固なケーブルバンド状のもので、それに作用す
る主ケーブルと、補剛桁とのずれ力に十分抵抗できるよ
うに、確実にグリップする構造を有していることが望ま
しい。その下端は、抗圧縮材4に作用した前述のずれ力
に起因する圧縮力を補剛桁8へ伝達し得る構造となって
いる。
抗圧縮材4の上端の主ケーブル6をグリップしている
部分と、斜下方の補剛桁8とをセンターケーブル10にて
連結する。ただし、補剛桁8にはこのセンターケーブル
10に十分な張力を導入できその力を補剛桁8へ伝達でき
るようなジャッキ受け12等の装置を設ける。このセンタ
ーケーブル10は、抗圧縮材4より左右へ設けるものとす
る。また、ずれ力が大きかったり、また、特に重要な橋
であったり、また、耐風上の考慮が特に求められるよう
な場合においては、抗圧縮材4をスパン中央の両側にそ
れぞれ1本づつでなくて、その隣接するハンガー12部分
も抗圧縮材にして、その上端から中央の抗圧縮材の下端
に向けてケーブル14を設けて、丁度前述のケーブル10と
タスキ掛けするようにする。
上記の各ケーブル10,14には、後述のプレストレス量P
1を導入するものとする。その量は、補剛桁8に空気力
が作用して逆対称1次のねじり変形が発生したときに、
主ケーブル6と補剛桁8間の相対的なずれを拘束するこ
とによる主ケーブル6から補剛桁8へ伝達される力を△
Hとし、この△Hにより各ケーブル10,14に発生する張
力P′すると、P1>P′の関係を満足するプレスト
量とする。
補剛桁8の端部またはその付近から吊橋構造系と独立
のアンカーへケーブル16を設ける。このケーブル16にプ
レストレス導入装置18によって所定のプレストレス量を
P2を導入する。P2の大きさは温度変化によって補剛桁8
およびケーブル16が伸縮しても、尚、必要とされるプレ
ストレス量P′(P2′≧P2)が残存していて、補剛桁
8に張力および曲げモーメントが導入されるものとす
る。
補剛桁8は通常、路面の1%程度の放物線またはそれ
と直線との混合の縦断勾配に合わせてカーブしている
が、本発明の要件としては、1%以上、路面交通の不都
合のない限りなるべく大きくするのが望ましい。したが
ってスパン中央にはδ(δ≧0.5〜1.5%)というキャン
バー量を有していることになる。
通常の架設工事が終了した後、イ)センターケーブル
10を取り付け、プレストレス量P1を導入させるものとす
る。
ロ)ついで、補剛桁端のケーブル16を取り付け、両端同
時にケーブル16にプレストレス量P2を導入する。このP2
によって、補剛桁8のキャンバー量は若干変化して0.5
〜1.5%以上のキャンバー量δとなる。この際、補剛桁
8の側面形状(カーブの状態)は、1〜3%の放物線勾
配に相当する放物線と仮定できる。
ハ)この状態で供用を開始する。
〔発明の効果〕
つぎに、作用、効果について説明する。
吊橋供用中に風が吹いて桁に種々の複雑な振動が発生
するが、吊橋にとって致命的な要因となる点はつぎの事
項であると思われるので、それに対して、どのような効
果があるかのべることにする。
(イ)固有振動特性 吊橋の固有振動数が小さいと、風によって誘起される
各種の振動の発現風速が低下することになり振動しやす
い構造物となる。本発明では補剛桁端のプレストレスさ
れたケーブル16により比較的大きいキャンバーを有する
補剛桁8に張力と曲げモーメントが与えられ、かつ各ハ
ンガー12に上向きの張力を与えることになるので、見掛
けの固有振動数が増大して各種振動の発現風速が上昇す
ることになる。
(ロ)連成フラッター プレストレスされたケーブル16および、それから補剛
桁8、ハンガー12に発生する各種断面力の作用によって
生ずる減衰性の増大は連成フラッター、失速フラッター
形自励振動に対する限界風速を増大、あるいは発生振動
の振幅の減少などに対して顕著な効果が見られる。
(ハ)渦励振 これにはスクルートン・ナンバーが重要な関わりがあ
るが、 鉛直たわみ振動に対して2mδη/ρBD ねじれ振動に対して2Iθ/δθ/ρ(BD) δη,δθはそれぞれ鉛直たわみとねじれの対数減衰率
である。スクルートン・ナンバーが大きくなればたわみ
およびねじれの定常応答振幅がともに小さくなるので、
δη,δθが大きくなければならないが、プレストレス
されたケーブルと、それによって連成された補剛桁8、
ハンガー12の系の挙動は構造減衰特性が大きいので、渦
励振に対して振幅を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る減衰機構を有する吊橋
の半側面図、 第2図は従来の吊橋の半側面図、 である。 2……主塔 4……抗圧縮材 6……主ケーブル 8……補剛桁 10……センターケーブル 14……たすきがけしたケーブル 16……プレストレスされたケーブル 18……プレストレス導入装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】補剛桁を、吊橋両端部の主塔間に張り渡し
    た主ケーブルから垂下するハンガーによって吊った吊橋
    において、 主塔間スパン中央部のハンガーを抗圧縮材として、該抗
    圧縮材のハンガーの上端を主ケーブルに連結するととも
    に下端をヒンジ結合にて補剛桁に連結し、 抗圧縮材のハンガーの上端から隣接するハンガーの下端
    にかけて斜材を設けて該斜材にプレストレスをかけ、 補剛桁には上方に凸となる曲線形状が付与されており、 吊橋の両端部に、一端が補剛桁のなるべく端部に定着さ
    れ他端が吊橋構造系と独立な部位にアンカーされたケー
    ブルと、それにプレストレスを与える装置とを、設けた
    こと、 を特徴とする減衰機構を有する吊橋。
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