JP3551095B2 - Ramen pier - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高架橋のラーメン橋脚に関する。
【0002】
【従来の技術】
図10は地震時の水平荷重によって倒壊する恐れのある従来の高架橋のラーメン橋脚を示す図であり、図10(a)が正面図、図10(b)が側面図である。ここに示したラーメン橋脚は、阪神大震災において、横梁の側板(ウェブ)における中央3パネルにせん断座屈が生じたものであり、論文:中井博、北田俊行、西岡敬治、狩野正人、迫田治行、森昭紀:巨大地震による鋼製ラーメン橋脚横梁腹板のせん断座屈損傷のシミュレーション、鋼製橋脚の非線形数値解析と耐震設計に関する論文集、土木学会・構造工学委員会、構造工学震災調査特別小委員会、pp.223−230 、1997年5 月、より引用したものである。
【0003】
図10において、1は門形のラーメン橋脚であり、二層構造のものである。2は地上に所定の間隔を離して設けられた基礎部、3は基礎部2に立設された一対の柱材、5は一対の柱材3の上端側に両柱材3に亘って設置された第1の横梁、7は一対の柱材3に連続して設けられた一対の柱部、9は一対の柱部7の上端に該柱部7の両方に亘って設置された第2の横梁である。21、23はそれぞれ第1の横梁5、第2の横梁9に設置された橋桁である。
【0004】
図11は図10に示したラーメン橋脚1の第1の横梁5の中央部の拡大図である。図11に示すように、第1の横梁5は複数の鋼板をBOX 状(側板5a,天板5b,底板5c)に溶接接合して構成され、内部には剛性を高めるためのダイヤフラム5dの他リブ(図示なし)が適当に設置されている。
【0005】
図12は図10に示した従来のラーメン橋脚1が地震力を受けた場合の横梁に生ずるせん断座屈のメカニズムを説明する説明図である。ラーメン橋脚1が、図12(a)に示すように左側からの地震力31を受けた場合、第1の横梁5にはその端部に図12(b)の様な曲げモーメント33が作用する。この曲げモーメント33は第1の横梁5に図12(c)のようにせん断力Qを作用させるので、側板5a(ウェブ)にはせん断座屈29(斜め方向の皺)に伴う斜張力Pが生じ斜張力方向の塑性変形が生じる。
【0006】
地震力が図12(a)と逆の右側から作用すると、図12(d)に示すような斜張力場となるので、交番的に地震力が作用する場合には図12(e)に示すようなX形の皺が寄る結果となる。
中井らの論文では、せん断座屈に伴う塑性変形が効果的に地震エネルギーを吸収した結果、橋脚基部17や隅角部15の変形を緩和し、ラーメン橋脚は倒壊に至らなかったと結論付けている。
なお、せん断を受ける側板(ウェブ)の効果的なエネルギー吸収特性は、古くから実験的に確認されている(例えばBasler,K.:Strength of plate girders inshear,Journal of the Structural Division,Proceedings of the American Society of Civil Engineers,ST7,pp151−180,October,1961 )。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、横梁の繰り返しせん断力に対する変形能は非常に優れているため、高いエネルギー吸収能が期待される。しかし、高いエネルギー吸収能が期待されるとしても、ラーメン橋脚全体に供給される地震エネルギーを十分に吸収できるまでは大きくない可能性がある。なぜなら、ラーメン橋脚等の部材は、薄板を集成したものであるため、薄板のエネルギー吸収能には限界があるからである。
したがって、従来のラーメン橋脚では、地震エネルギーを十分に吸収しきれずに、橋脚基部に破損が生じ、破損が大きい場合には倒壊に至る危険性もある。
【0008】
また、横梁の一部品にせん断変形を過度に集中させると、その部分が損傷する可能性があるため、橋桁21,23を支える本来の役目を果たさなくなってしまう可能性もある。そして、このような場合には、地震後にラーメン橋脚を暫定的に供用できなくなり、復旧が急がれる状況に対し、大きな障害を社会に与えてしまうことも考えられる。
【0009】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、地震後にも橋桁を安全に支えることができ、暫定的に供用できるラーメン橋脚を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るラーメン橋脚は、横梁を柱材の上端部で支えるものにおいて、前記柱材の上端部に設置されて前記横梁を支持するせん断型ダンパーと、該せん断型ダンパーの周囲に設置されてせん断力に抵抗するウェブ材と、前記せん断型ダンパーの周囲に設置されて曲げモーメントに抵抗するフランジ材と、を備えたものである。
【0011】
また、前記ウェブ材に降伏点の低い極軟鋼を用いたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施の形態の説明図であり、ラーメン橋脚の正面を模式的に表している。図2は図1における円で囲んだA部の拡大図、図3はA部の側面図、図4は図2における矢視A−A線に沿った断面図、図5は斜視図である。図において、従来例を示した図10と同一部分又は相当部分には同一の符号を付している。
【0013】
まず、図1に基づいて全体の構成を概説すると、1は門形のラーメン橋脚であり、単層構造のものである。2は地上に所定の間隔を離して設けられた基礎部、3は基礎部2に立設された一対の柱材、5は一対の柱材3の上端に両柱材3に亘って設置された横梁、21は横梁5の上に設置された橋桁である。
【0014】
次に、図2〜図5に基づいて、柱材5と横梁5の接合部の構造について説明する。
41は柱材3の上端部に設置されたせん断型ダンパーであり、横梁5はせん断型ダンパー41を介して柱材3の上端に設置されている。
せん断型ダンパーとは、せん断変形によってエネルギーを吸収するタイプのダンパーであり、材質はゴムあるいはゴムと鉛を積層構造にしたもの等種々のものがある。
【0015】
43は、ラーメン橋脚1の前面及び後面に柱材と梁材に亘って設置された降伏点の低い極軟鋼からなるウェブ材、45は両側面に柱材と梁材に亘って設置された普通鋼又は高張力鋼からなるフランジ材である。
ウェブ材43は、比較的頻繁に起こるプレート型の小規模な地震(レベル1の地震)においては弾性にとどまり塑性変形しないが、希に起こる直下型の大規模な地震(レベル2の地震)においては他の部分よりも先にせん断降伏するような板厚に設定する。
【0016】
以上のように、柱材3と横梁5の接合部は、柱材3の上端に設置されたせん断型ダンパー41と、これを囲むように設置されたウェブ材43及びフランジ材45によって構成されている。
【0017】
次に、上記のように構成された本実施の形態の作用について説明する。
ラーメン橋脚1に図6中左方向からレベル1の地震力47が作用した場合、ウェブ材43がせん断によって地震力45に抵抗し、フランジ材45が曲げによって地震力47に抵抗する。そして、この場合にはウェブ材43は弾性域にとどまり、塑性変形しない。この場合の曲げモーメント図は図6に示すようになり、基部17に作用する曲げモーメントは低減されている。これは、せん断型ダンパー41の周囲をウェブ材43とフランジ材45で囲んだことにより、これらの部材が地震力47に対してせん断及び曲げによって抵抗するためである。
【0018】
この点、せん断型ダンパー41の周囲をウェブ材43とフランジ材45で囲わない場合には、横梁4と柱材3はせん断型ダンパー41のみによって接合されることになり、地震力47に対して抵抗できないので、曲げモーメントは図7に示すようになり、基部17に大きな曲げモーメントが作用することになる。
【0019】
図8のように、レベル2の地震力49が作用した場合には、降伏点の低い極軟鋼のウェブ材43は他の部分よりも先にせん断降伏しウェブ材43は板としてせん断変形し、かつ、せん断型ダンパー41も同様にせん断変形する。
レベル2の地震力49による変形は、この極軟鋼のウェブ材43がヒューズとなって変形が進行し、ウェブ材43の塑性変形とせん断ダンパー41の変形によってエネルギー吸収するため、基部17や横梁5の塑性変形を抑えることができる。
【0020】
なお、図9に示すように、地震後もせん断変形が残留する場合があるが、その場合でも横梁5自体の損傷が抑えられていると共に、横梁5は基部17が破損していない健全な柱材3によってせん断型ダンパー41を介して支えられているため、ラーメン橋脚として暫定的に供用することができる。
また、ウェブ材43やフランジ材45の損傷がひどい場合であっても、せん断型ダンパー41が横梁5を支えるので、せん断型ダンパー41を囲むウェブ材43やフランジ材45をガス切断し、せん断型ダンパー41のせん断変形をジャッキ等で戻して、新たなウェブ材とフランジ材で囲めば元のように戻すことができ、再び大地震に備えることができる。
【0021】
以上のように本実施の形態によれば、柱材3と横梁5との接合部をせん断型ダンパー、極軟鋼のウェブ材及び普通鋼のフランジ材から構成し、この部分に変形を集中させてエネルギーを吸収するようにしたので、ラーメン橋脚1の主構造である柱材3や横梁5に過大な塑性変形を与えることなく、ラーメン橋脚全体の健全性を維持させることができる。
【0022】
なお、本実施の形態においては、ウェブ材として極軟鋼を用いた例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、極軟鋼と同様にエネルギー吸収能の高い部材を用いることができるのは言うまでもなく、極軟鋼よりもエネルギー吸収能の低い普通鋼を用いることも可能である。
【0023】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【0024】
柱材の上端部に設置されて横梁を支持するせん断型ダンパーと、該せん断型ダンパーの周囲に設置されてせん断力に抵抗するウェブ材と、前記せん断型ダンパーの周囲に設置されて曲げモーメントに抵抗するフランジ材と、を備えたことにより、せん断型ダンパー、フランジ材及びフランジ材に曲げモーメントを負担させると共にエネルギー吸収をさせるようにしたので、レベル1の地震動の際には基部のモーメントを低下させることができ、またレベル2の地震動の際には基部及び横梁の塑性変形を低減することができる。
この結果、レベル2の地震動があっても、横梁は健全度を保つことができると共に柱材の基部の損傷も防止でき、ラーメン橋脚として暫定的に供用することができる。
また、せん断変形した部分の損傷が激しい場合でも、横梁はせん断型ダンパーによって支えられているので、せん断型ダンパーを囲うウェブやフランジを容易に交換することができ、迅速な復旧ができる。
【0025】
また、ウェブ材に降伏点の低い極軟鋼を用いたので、ラーメン橋脚の地震エネルギー吸収能をさらに効率的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の説明図である。
【図2】図1のA部の拡大図である。
【図3】図1のA部の側面図である。
【図4】図2の矢視A−A線に沿った断面図である。
【図5】図1のA部の斜視図である。
【図6】本発明の一実施の形態の曲げモーメント図である。
【図7】柱材と横梁との接合をせん断型ダンパーのみとした場合の曲げモーメント図である。
【図8】本発明の一実施の形態の作用の説明図である。
【図9】本発明の一実施の形態における地震後の残留変形が残った状態の説明図である。
【図10】従来のラーメン橋脚の説明図である。
【図11】従来のラーメン橋脚の梁の構造を説明する説明図である。
【図12】ラーメン橋脚の横梁における側板のせん断座屈のメカニズムの説明図である。
【符号の説明】
1 ラーメン橋脚
3 柱材
5 横梁
41 せん断型ダンパー
43 ウェブ材
45 フランジ材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a viaduct ramen pier.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional viaduct ramen pier that may collapse due to a horizontal load during an earthquake. FIG. 10 (a) is a front view, and FIG. 10 (b) is a side view. The ramen piers shown here were caused by shear buckling of the three center panels of the side plates (webs) of the cross beams in the Great Hanshin Earthquake. Papers: Hiroshi Nakai, Toshiyuki Kitada, Keiji Nishioka, Masato Kano, Haruyuki Sakota , Akinori Mori: Simulation of shear buckling damage of steel ramen pier cross beams due to massive earthquake, Non-linear numerical analysis of steel pier and seismic design, JSCE / Structural Engineering Committee, Structural Engineering Earthquake Investigation Special Subcommittee, pp. 223-230, May 1997.
[0003]
In FIG. 10,
[0004]
FIG. 11 is an enlarged view of a central portion of the
[0005]
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the mechanism of shear buckling occurring in the cross beam when the conventional
[0006]
When the seismic force acts from the right side opposite to that of FIG. 12 (a), a diagonal tension field as shown in FIG. 12 (d) is obtained. Such an X-shaped wrinkle results.
Nakai et al. Concluded that the plastic deformation associated with shear buckling effectively absorbed the seismic energy, thereby mitigating the deformation of the
The effective energy absorption characteristics of the side plate (web) subjected to the shearing have been experimentally confirmed for a long time (for example, Basler, K .: Strength of plate girder's insear, Journal of the Structure Division, Proceeding Atomization). Society of Civil Engineers, ST7, pp 151-180, October, 1961).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Certainly, since the deformability of the cross beam with respect to the repeated shearing force is extremely excellent, high energy absorption capacity is expected. However, even if high energy absorption is expected, it may not be large enough to absorb the seismic energy supplied to the entire ramen pier. This is because the members such as the ramen piers are a combination of thin plates, and the energy absorption capacity of the thin plates is limited.
Therefore, in the conventional ramen pier, the seismic energy cannot be sufficiently absorbed, and the base of the pier is damaged. If the damage is large, there is a risk of collapse.
[0008]
In addition, if the shear deformation is excessively concentrated on one part of the cross beam, that part may be damaged, and may not fulfill its original role of supporting the
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a ramen pier that can safely support a bridge girder after an earthquake and can be temporarily used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The ramen pier according to the present invention, in which the cross beam is supported by the upper end portion of the column material, a shear damper that is installed at the upper end portion of the column material and supports the cross beam, and is installed around the shear type damper. A web material that resists shearing force, and a flange material that is installed around the shear type damper and that resists bending moment.
[0011]
Further, the mild mild steel having a low yield point is used for the web material.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory view of one embodiment of the present invention, and schematically shows the front of a ramen pier. 2 is an enlarged view of a portion A surrounded by a circle in FIG. 1, FIG. 3 is a side view of the portion A, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 5 is a perspective view. . In the figure, the same or corresponding parts as those in FIG. 10 showing the conventional example are denoted by the same reference numerals.
[0013]
First, referring to FIG. 1, the overall configuration is outlined.
[0014]
Next, the structure of the joint between the
The shear type damper is a type of a damper that absorbs energy by shear deformation, and is made of various materials such as rubber or a laminated structure of rubber and lead.
[0015]
The
[0016]
As described above, the joint between the
[0017]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
When a
[0018]
In this regard, when the periphery of the
[0019]
As shown in FIG. 8, when a
The deformation caused by the
[0020]
As shown in FIG. 9, the shear deformation may remain after the earthquake, but even in such a case, the damage to the
Further, even when the
[0021]
As described above, according to the present embodiment, the joint between the
[0022]
Note that, in the present embodiment, an example in which extremely mild steel is used as the web material has been described, but the present invention is not limited to this, and a member having a high energy absorbing ability can be used similarly to extremely mild steel. Needless to say, it is also possible to use ordinary steel having lower energy absorption than ultra mild steel.
[0023]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0024]
A shear damper installed at the upper end of the column material to support the cross beam; a web material installed around the shear damper to resist shearing force; and a bending material installed around the shear type damper to reduce bending moment. With the provision of a flange material that resists, the shear-type damper, the flange material, and the flange material bear the bending moment and absorb energy, so the base moment is reduced in the event of a
As a result, even if there is a
Further, even when the shear-deformed portion is severely damaged, since the cross beam is supported by the shear-type damper, the web or flange surrounding the shear-type damper can be easily replaced, and quick recovery can be performed.
[0025]
Further, since the mild mild steel having a low yield point is used for the web material, the seismic energy absorbing capacity of the rigid frame pier can be more efficiently increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
FIG. 3 is a side view of a portion A in FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 5 is a perspective view of a portion A in FIG. 1;
FIG. 6 is a bending moment diagram according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a bending moment diagram in a case where only a shear type damper is used to join a column member and a cross beam.
FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a state in which residual deformation after an earthquake remains in one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory view of a conventional ramen pier.
FIG. 11 is an explanatory view illustrating the structure of a beam of a conventional ramen pier.
FIG. 12 is an explanatory view of a mechanism of shear buckling of a side plate in a cross beam of a rigid frame pier.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記柱材の上端部に設置されて前記横梁を支持するせん断型ダンパーと、
該せん断型ダンパーの周囲に設置されてせん断力に抵抗するウェブ材と、
前記せん断型ダンパーの周囲に設置されて曲げモーメントに抵抗するフランジ材と、を備えたことを特徴とするラーメン橋脚。In the ramen pier supporting the cross beam at the upper end of the column,
A shear damper installed at the upper end of the column material and supporting the cross beam,
A web material installed around the shear damper to resist shearing force,
And a flange member installed around the shear type damper to resist bending moment.
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