JP3634288B2

JP3634288B2 - 機能分離型橋梁支承装置

Info

Publication number: JP3634288B2
Application number: JP2001144766A
Authority: JP
Inventors: 康久比志島; 昭夫都築
Original assignee: 川口金属工業株式会社
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: JP2002038418A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、橋梁支承装置に関し、さらに詳細には、鉛直荷重の支持機能と、水平荷重の支持機能等とを分離した機能分離型橋梁支承装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の橋梁用支承装置は、それ１つで鉛直荷重の支持機能、水平荷重の支持機能等々複数の機能を持ち、いわば機能集約型とも言えるものである。これは、支承がコンパクトになるという利点がある反面、大地震により万が一破損した場合、構造物に与える影響が大きいという不利益がある。
【０００３】
このようなことから、例えば、特開平１０−２９８９２２号公報に開示されているように、近年、機能分離型支承が注目されている。同公報に開示されている支承は、上部構造物の鉛直荷重を支持する滑り弾性支承部材と、鉛直荷重に関しては非荷重状態で上部構造物に作用する水平荷重を弾性支持する緩衝部材とを備えている。
【０００４】
この従来例による支承は、機能分離が図られているものではあるが、緩衝部材に組み込まれた弾性体は橋軸方向の水平荷重に対してのみせん断変形し、橋軸直角方向の水平荷重に対しては圧縮変形する構造となっている。このため、せん断変形して応答する橋軸方向の地震力に対しては、これを橋脚に分散させることが可能であるが、橋軸直角方向の地震力に対しては固定となるため、同方向の水平力が橋脚に直接作用することとなる。また、地震や腐食等により支承の構成部材が損傷した場合、その取り替えが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、上部構造物に作用する水平荷重を全方向に亘って、せん断変形によって応答することができ、したがって全方向水平力分散支承として機能させることができる機能分離型橋梁支承装置を提供することにある。
この発明の別の目的は、支承を構成する部材の取り替えを容易に行うことができる機能分離型橋梁支承装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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、上部構造物が水平方向に移動自在なように、その鉛直荷重を支持する滑り支承と、
前記上部構造物の鉛直荷重を支持することなく、水平方向全方向にせん断変形して、前記上部構造物の水平荷重を支持する弾性体を有する水平荷重支持機構とを備え、
前記水平荷重支持機構は、
前記下部構造物の上面に固定され、上部に前記上部構造物との間に隙間を形成する方形のフランジプレートを有する前記弾性体と、
前記上部構造物の下面に固定され、前記フランジプレートの橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面に係合可能で、かつ該フランジプレートの下面に隙間を介して係合可能な係合部材と
を備えてなる機能分離型橋梁支承装置にある。
【０００９】
前記係合部材が係合可能な前記フランジプレートの橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面は、該フランジプレートの橋軸方向に沿う両側部に設けられた切欠部によって形成することができる。また、前記係合部材が係合可能な前記フランジプレートの橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面は、該フランジプレートの橋軸直角方向に沿う両側部に設けられた切欠部によって形成することもできる。
【００１０】
切欠部を前記フランジプレートの橋軸直角方向に沿う両側部に設けた場合、前記水平荷重支持機構は、さらに、前記上部構造物の下面に固定され、下面に前記係合部材が固定される上沓と、前記下部構造物の上面に固定され、前記上沓の橋軸方向に沿う両側面に係合可能な拘束部材とを備えた構造とすることができる。
【００１１】
前記滑り支承としては、例えばポットベアリング又は滑りゴム支承を使用することができる。前記滑り支承の下部構造物側部材と前記水平荷重支持機構の前記弾性体とは、いずれもベースプレートに固定され、このベースプレートは、前記下部構造物に埋設されたねじスリーブと、このねじスリーブの下半部に螺着されて前記下部構造物に埋設されるアンカーボルトと、前記ベースプレートを貫通して前記ねじスリーブの上半部に螺着されるボルトとによって前記下部構造物に固定されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施の形態の全体を示し、橋軸方向矢視図である。この実施の形態では上部構造物として鋼桁が示され、主桁１と下部構造物である橋脚２との間に滑り支承３が配置されている。また、主桁１，１を連結する連結桁４と橋脚２との間に水平荷重支持機構５が配置されている。
【００１３】
図２は滑り支承３の詳細を示す橋軸直角方向断面図である。滑り支承３は、この実施の形態では周知のポットベアリングからなる。滑り支承３であるポットベアリングは有底で円筒形のポット６を備え、このポット６の内底部にはゴムプレート７が配置されている。ポット６にはさらに、ゴムプレート７上に載置された状態で中間プレート８が嵌合され、その外周部はシールリング９を介してポット６の上端に支持されている。中間プレート８の上面にはテフロン（四フッ化エチレン）プレート等からなる下側滑りプレート１７が設けられている。
【００１４】
滑り支承３の下部構造物側部材であるポット６はベースプレート１０に溶接等により固着され、ベースプレート１０は橋脚２にそれぞれ埋め込まれるアンカーボルト１１、ねじスリーブ１２及びボルト１３により、橋脚２に固定されている。すなわち、アンカーボルト１１はねじスリーブ１２の下半部に螺着され、ボルト１３はベースプレート１０を貫通してねじスリーブ１２の上半部に螺着されている。これにより、滑り支承３の取り替え時には、ボルト１３を取り外してベースプレート１０を水平方向にスライドさせることにより、ポット６をベースプレート１０とともに矢印方向に引き出すことができる。
【００１５】
主桁１の下面にはソールプレート１４が溶接等により固着され、その下面に上沓１５がセットボルト１６により固定されている。上沓１５の下面にはステンレスプレート等からなる上側滑りプレート１８が設けられている。この上側滑りプレート１８は下側滑りプレート１７に摺動自在に面接触し、両プレート間で上部構造物の鉛直荷重が伝達される。なお、ソールプレート１４、上沓１５及び上側滑りプレート１８は、いずれも方形の部材である。
【００１６】
上部構造物の鉛直荷重は、上記のように滑り支承３によって支持され、滑りプレート１７，１８の滑りによって上部構造物は水平方向全方向に移動自在である。また、滑り支承３は、中間プレート８がポット６内でゴムプレート７を圧縮して鉛直方向に回転することにより、上部構造物の回転に追従することができる。この滑り支承３に用いられるポットベアリングは、世界各国で実績があり、耐久性に優れ、密閉されたゴムプレート７の支圧（２５０ｋｇｆ／ｃｍ）が下側滑りプレート１７に使用されるテフロンの支圧（３００ｋｇｆ／ｃｍ）近く取れるので、上沓１５をコンパクトに設計することができる。
【００１７】
図３は、水平荷重支持機構５の詳細を示す橋軸直角方向断面図であり、図４は橋軸直角方向矢視図、図５は図３のＡ−Ａ線断面図である。図３以下の適宜の図面においては、理解の容易のために、橋軸方向をＸで橋軸直角方向をＹでそれぞれ示してある。水平荷重支持機構５は、上部構造物の鉛直荷重に対して非荷重状態で設置されている。水平荷重支持機構５は四角柱状の弾性体２０を有している。弾性体２０は厚肉の下部鋼板２１、薄肉で複数枚の中間部鋼板２２及び厚肉の上部鋼板２３からなる鋼板とゴム層２４とを順次積層し、加硫成形により一体化したものであり、鉛直荷重を支持するものではないが、従来周知のゴム支承と類似の構造を有している。
【００１８】
弾性体２０はボルト２５によりベースプレート２６に固定され、このベースプレート２６は、上記滑り支承３のベースプレート１０と同様の手段により橋脚２に固定されている。すなわち、その固定手段は、橋脚２にそれぞれ埋め込まれるアンカーボルト２７、ねじスリーブ２８及びボルト２９を有している。そして、アンカーボルト２７はねじスリーブ２８の下半部に螺着され、ボルト２９はベースプレート２６を貫通してねじスリーブ２８の上半部に螺着されている。これにより、弾性体２０の取り替え時には、ボルト２９を取り外してベースプレート２６を水平方向にスライドさせることにより、弾性体２０をベースプレート２６とともに矢印方向に引き出すことができる。
【００１９】
上部鋼板２３は橋軸方向に沿う両側部が弾性体２０から突出して、方形のフランジプレートを構成し、この突出両側部に切欠部３０が形成されている。各切欠部３０は上部鋼板２３に橋軸方向及び橋軸直角方向に切り込みを入れて形成され、したがって橋軸方向に沿う切欠周面３０ａと、橋軸直角方向に沿う切欠き周面３０ｂを有している。
【００２０】
他方、連結桁４の下面にはソールプレート３１が溶接等により固着され、このソールプレート３１の下面に、連結桁４を貫通するセットボルト３３により上沓３２が固定されている。この上沓３２と上部鋼板２３との間には隙間Ｃ１が形成されている。さらに、上沓３２の下面には橋軸方向に沿う両側部に、係合部材であるサイドブロック３４がボルト３７により固定されている。各サイドブロック３４は切欠部３０に嵌入され、その下部には上部鋼板２３の下面に係合可能な係合片３５が設けられている。この係合片３５と上部鋼板２３との間には隙間Ｃ２が形成されている。
【００２１】
次に上記実施の形態のものの作用について説明する。
＜水平荷重＞
上部構造物である桁１，４が温度変化による伸縮や地震により水平荷重を受けると、滑り支承３においては滑りプレート１７，１８間で滑りを生じ、上部構造物は水平方向全方向に移動する。このとき、水平荷重支持機構５において、橋軸方向の水平荷重に対しては、図６（ａ）に示すように、サイドブロック３４と上部鋼板２３の切欠周面３０ｂとが係合し、弾性体２０がせん断変形して同方向の水平荷重に応答する。
【００２２】
他方、橋軸直角方向の水平荷重に対しては、図６（ｂ）に示すように、サイドブロック３４と上部鋼板２３の切欠周面３０ａとが係合し、弾性体２０がせん断変形して同方向の水平荷重に応答する。すなわち、弾性体２０は水平方向全方向にせん断変形して水平荷重に応答し、減衰性能の高いゴム材料を用いることにより全方向の振動に対して高い減衰力を期待することができる。
【００２３】
＜回転＞
上部構造物が活荷重により回転を生じると、滑り支承３においてはポット６内のゴムプレート７が圧縮変形し、滑り支承３は回転に追従する。このとき、水平荷重支持機構５においては、上部鋼板２３と上沓３２及び係合片３５との間に隙間Ｃ１，Ｃ２が存することから、図７に示すように、上部構造物の鉛直荷重を弾性体２０に付与することなく、上部構造物の回転を許容することができる。
【００２４】
＜上揚力＞
上部構造物に地震により鉛直方向上向きの荷重（上揚力）が作用すると、水平荷重支持機構５においては、図８に示すように、サイドブロック３４の係合片３５と上部鋼板２３とが係合する。これにより、弾性体２０を介して上下部構造物間で上揚力を伝達することができ、上部構造物の落下を防止することができる。
【００２５】
上記のような支承装置によれば、水平荷重支持機構５は、その弾性体２０が水平方向全方向にせん断変形するばねとして作用するので、上部構造物の鉛直荷重を支持する滑り支承３とともに、全方向可能型の機能分離型水平力分散支承として設計することが可能である。
【００２６】
そして、弾性体２０は、上部構造物の回転時においても鉛直荷重を支持しないので、圧縮によるゴムの強度計算の必要がなく、しかも隙間Ｃ１，Ｃ２の存在により桁の回転を拘束しないので、弾性体２０自体も回転を考慮した設計が不要である。このため、弾性体２０の設計にはせん断変形のみを考慮すればよいので、鉛直荷重支持型の従来のゴム支承に比べてコンパクトなものとすることができる。また、弾性体２０は横向きに設置されるので、縦向きに設置するのに比べて、施工が容易である。
【００２７】
弾性体２０のゴム材料として、静的せん断弾性係数（Ｇ）が大きい硬いものを使用することにより、ばね剛性（Ｋｒ）を高く設計することができるので、そのぶんせん断変形を抑えることができ、この結果弾性体２０の高さを低く、面積も小さくコンパクトに設計することができる。
【００２８】
弾性体２０のゴム材料としては、天然ゴム（ＮＲ）や高減衰ゴム（ＨＤＲ）等を使用することができ、高減衰ゴムを使用した場合には、弾性体２０の水平荷重（振動）に対する減衰力を高めることができ、これにより水平変位を小さくすることができる。
【００２９】
図９及び図１０は、水平荷重支持機構５の別の実施の形態を示している。この実施の形態では、隙間Ｃ１，Ｃ２及びサイドブロック３４と上部鋼板２３との遊間にゴムプレート３６が配置されている。このようなゴムプレート３６を予め配置しておくことにより、施工時に所要大きさの隙間を確保することができる。ゴムプレート３６は施工後に取り外してもよいし、残置してもよい。
【００３０】
図１１〜図１３は、水平荷重支持機構５のさらに別の実施の形態を示し、図１１は橋軸直角方向半断面図、図１２は橋軸方向半断面図、図１３は図１１のＢ−Ｂ線断面図である。この実施の形態において、上部鋼板２３は橋軸直角方向に沿う両側部が弾性体２０から突出して、方形のフランジプレートを構成している。そして、この突出両側部に橋軸方向に沿う切欠周面５０ａと、橋軸直角方向に沿う切欠き周面５０ｂを持つ切欠部５０が形成されている。
【００３１】
また、ベースプレート２６には、その橋軸方向に沿う両側部上面にサイドブロック５１がボルト５２により固定されている。これらのサイドブロック５１は上沓３２の橋軸方向に沿う両側面にそれぞれ係合可能な拘束部材を構成している。その他の構成は、図３〜図５に示した実施の形態と同様である。
【００３２】
この実施の形態の場合、橋軸方向の水平荷重に対しては上部構造物側のサイドブロック３４が上部鋼板（フランジプレート）２３の切欠き周面５０ｂに係合し、弾性体２０がせん断変形する。しかし、橋軸直角方向の水平荷重に対しては、震度法以下の弱い地震の場合のように荷重が小さい場合は、下部構造物側のサイドブロック５１と上沓３２とが係合して上部構造物の橋軸直角方向への移動が拘束されることから、弾性体２０にはせん断変形が生じない。なお、震度法とは「道路橋示方書・同解説ｖ耐震設計編」（社団法人日本道路協会）に示される耐震設計手法のことである。
【００３３】
他方、震度法以上の強い地震によって水平荷重支持機構５に橋軸直角方向の大きな水平荷重が作用すると、サイドブロック５１を固定するボルト５２が破断し、サイドブロック５１による上部構造物と下部構造物との橋軸直角方向の拘束が解除される。この結果、上部構造物側のサイドブロック３４と切欠き周面５０ａとが係合して、弾性体２０に橋軸直角方向へのせん断変形が生じる。
【００３４】
すなわち、この実施の形態は、通常は、弾性体２０が橋軸方向にのみせん断変形し、震度法以上の強い地震が発生した場合に全方向にせん断変形するようにしたものである。このため、下部構造物側のサイドブロック５１を固定するボルト５２は、一定以上の荷重で破断する強度に作られている。この実施の形態のものにおいても、上部構造物の回転が可能であって、また上揚力を伝達できる点は上記した実施の形態と同様である。また、図９及び図１０に示した実施の形態のように、隙間Ｃ１，Ｃ２にゴムプレートを配置することも可能である。
【００３５】
上記各実施の形態は例示にすぎず、この発明は種々の改変が可能である。例えば上記実施の形態では、上部構造物が鋼桁である場合を示したが、滑り支承３及び水平荷重支持機構にアンカーバーを取り付けることにより、この発明をコンクリート桁に適用することもできる。滑り支承としてはポットベアリングに限らず、例えばこの出願人の提案に係る特許第２８４９７０１号公報に開示されているような滑りゴム支承を使用することもできる。
【００３６】
また、上部鋼板の４つの周面に係合する４つのサイドブロックを設けて、弾性体が全方向にせん断変形可能とすることもできる。この場合、上部鋼板の切欠部が不要となるが、部材数が多くなるので、上記実施の形態が望ましい態様である。さらに上部鋼板は弾性体に加硫接着するのみならず、弾性体の上部に厚肉の鋼板を埋め込み、これに上部鋼板をボルト接合する構造とすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、水平荷重支持機構が上部構造物に作用する水平荷重を全方向に亘ってせん断変形により応答することができ、したがって全方向水平力分散支承として機能させることができる。また、支承装置を構成する部材に取り替えの必要が生じた場合、その取り替え作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施の形態の全体を示し、橋軸方向矢視図である。
【図２】図２は滑り支承の詳細を示す橋軸直角方向断面図である。
【図３】図３は、水平荷重支持機構の詳細を示す橋軸直角方向断面図である。
【図４】図４は同上の橋軸直角方向矢視図である。
【図５】図５は図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図６は、水平荷重作用時の水平荷重支持機構の状態を示す図である。
【図７】図７は、回転時の水平荷重支持機構の状態を示す図である。
【図８】図８は、上揚力作用時の水平荷重支持機構の状態を示す図である。
【図９】図９は、水平荷重支持機構の別の実施の形態を示す橋軸方向矢視図である。
【図１０】図１０は、同上の橋軸直角方向矢視図である。
【図１１】図１１は、水平荷重支持機構のさらに別の実施の形態を示す橋軸直角方向半断面図である。
【図１２】図１２は、同上の橋軸方向半断面図である。
【図１３】図１３は図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１：主桁
２：橋脚
３：滑り支承
４：連結桁
５：水平荷重支持機構
６：ポット
７：ゴムプレート
８：中間プレート
１０：ベースプレート
１１：アンカーボルト
１２：ねじスリーブ
１３：ボルト
１７：滑りプレート
１８：プレート
２０：弾性体
２１：下部鋼板
２２：中間部鋼板
２３：上部鋼板
２４：ゴム層
２５：ボルト
２６：ベースプレート
２７：アンカーボルト
２８：ねじスリーブ
２９：ボルト
３０ａ：切欠周面
３０ｂ：周面
３０：切欠部
３１：ソールプレート
３２：上沓
３３：セットボルト
３４：サイドブロック
３５：係合片

Claims

上部構造物が水平方向に移動自在なように、その鉛直荷重を支持する滑り支承と、
前記上部構造物の鉛直荷重を支持することなく、水平方向全方向にせん断変形して、前記上部構造物の水平荷重を支持する弾性体を有する水平荷重支持機構とを備え、
前記水平荷重支持機構は、
前記下部構造物の上面に固定され、上部に前記上部構造物との間に隙間を形成する方形のフランジプレートを有する前記弾性体と、
前記上部構造物の下面に固定され、前記フランジプレートの橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面に係合可能で、かつ該フランジプレートの下面に隙間を介して係合可能な係合部材と
を備えてなる機能分離型橋梁支承装置。
前記係合部材が係合可能な前記フランジプレートの橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面は、該フランジプレートの橋軸方向に沿う両側部に設けられた切欠部によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の機能分離型橋梁支承装置。
前記係合部材が係合可能な前記フランジプレートの橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面は、該フランジプレートの橋軸直角方向に沿う両側部に設けられた切欠部によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の機能分離型橋梁支承装置。
前記水平荷重支持機構は、
前記上部構造物の下面に固定され、下面に前記係合部材が固定される上沓と、
前記下部構造物の上面に固定され、前記上沓の橋軸方向に沿う両側面に係合可能な拘束部材と
を備えてなる請求項３記載の機能分離型橋梁支承装置。
前記滑り支承はポットベアリング又は滑りゴム支承からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の機能分離型橋梁支承装置。
前記滑り支承の下部構造物側部材と前記水平荷重支持機構の前記弾性体とは、いずれもベースプレートに固定され、これらのベースプレートは、
前記下部構造物に埋設されたねじスリーブと、
このねじスリーブの下半部に螺着されて前記下部構造物に埋設されるアンカーボルトと、
前記ベースプレートを貫通して前記ねじスリーブの上半部に螺着されるボルトとによって前記下部構造物に固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の機能分離型橋梁支承装置。