JP3712178B2 - 耐震架構構造及びその設計方法 - Google Patents
耐震架構構造及びその設計方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3712178B2 JP3712178B2 JP2000186931A JP2000186931A JP3712178B2 JP 3712178 B2 JP3712178 B2 JP 3712178B2 JP 2000186931 A JP2000186931 A JP 2000186931A JP 2000186931 A JP2000186931 A JP 2000186931A JP 3712178 B2 JP3712178 B2 JP 3712178B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- damper
- frame structure
- column
- rigid
- brace
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Building Environments (AREA)
- Load-Bearing And Curtain Walls (AREA)
- Joining Of Building Structures In Genera (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震性が要求される耐震架構構造及びその設計方法、特に道路、鉄道等に供される高架橋の下部構造に適用される耐震架構構造及びその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路、鉄道等の橋梁には、河川、海峡等を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは河川上の空間に連続して建設されるものであり、道路と道路あるいは道路と鉄道とが平面で交差する場合にそれらのいずれかを高架橋とすることにより、交通渋滞を解消することも可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる高架橋を構築するにあたり、従来は、ＲＣラーメン架構からなる橋脚で下部構造を構築するのが一般的であったが、最近では、該ＲＣラーメン架構にダンパーブレースを組み合わせた下部構造が研究開発されている。
【０００４】
この下部構造は、ＲＣラーメン架構の構面内にダンパーブレースを配置してなるものであり、耐震性を向上させることができるという点で今後多いに期待されているものである。
【０００５】
しかしながら、ダンパーブレースを構成するダンパーを例えば鋼製ダンパーで構成する場合、材料特性上、その許容変形量をあまり大きくとることができず、大地震時においては、かかる鋼製ダンパーが先に破断し、ＲＣラーメン架構の靭性能を十分に活かすことができないという問題を生じていた。
【０００６】
また、ダンパーが比較的小さな変形で破断してしまう場合には、ダンパーやＲＣラーメン架構の耐力を増加せざるを得ないが、その場合には、当然ながら基礎や杭にも耐力増加が要求されることとなり、結局、全体として大断面の構造となり、コスト面で問題を生じていた。
【０００７】
また、比較的高さの高い高架橋では、強度あるいは剛性確保の関係上、中間高さ位置に梁を架け渡す必要があるが、かかる中間梁は、橋軸及びその直交方向に配置されるため、配筋が複雑となってコストを押し上げる原因となるという問題を生じていた。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ダンパーやＲＣラーメン架構を大断面とせずとも、またコストのかかる中間梁を配置せずとも耐震性を向上させることが可能な耐震架構構造及びその設計方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る耐震架構構造は請求項１に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラーメン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構とからなるとともに、該ダンパーブレース機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレースとから構成し、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を前記各柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合し、大地震時において前記柱の上下端に塑性ヒンジが生じるように前記ＲＣラーメン架構を構成し、前記梁の長さをＢ、前記柱の高さをＨとしたときの前記ＲＣラーメン架構の縦横比Ｂ／Ｈを１未満としたものである。
【００１０】
また、本発明に係る耐震架構構造は、前記鉛直変位ダンパーを、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーとしたものである。
【００１１】
また、本発明に係る耐震架構構造の設計方法は請求項３に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラーメン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構とからなるとともに、該ダンパーブレース機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレースとから構成し、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を前記各柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記ＲＣラーメン架構の剛接点を回転バネに置換したＲＣ解析モデルと、前記柱及び前記梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに前記ダンパーブレース機構を前記各横Ｖ字状ブレースの２つの他端が前記各仮想剛体柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなるダンパーブレース解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、
【００１２】
前記耐震架構構造に作用させる設計外力Ｐのうち、前記ダンパーブレース解析モデルの負担分Ｐdbを、Ｈを前記仮想剛体柱の高さ、Ｂを前記仮想剛体梁の長さ、Ｑをダンパーの荷重変位特性として
【００１３】
Ｐdb＝（Ｂ／Ｈ）Ｑ
【００１４】
とするとともに、前記ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcを、
【００１５】
Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb
【００１６】
とし、前記ダンパーブレース解析モデルにＰdbを、前記ＲＣ解析モデルにＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うものである。
【００１７】
本発明に係る耐震架構構造においては、大地震時において柱の上下端に塑性ヒンジを生じるようにしておけば、各柱は、その上下端でのみ曲率が生じ、中間位置近傍ではほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。
【００１８】
そして、鉛直変位ダンパーは、かかる直線傾斜状態の柱から強制変形を受けることになるため、該ダンパーに生じる相対鉛直変形量は、梁の長さをＢ、柱の高さをＨとしたときのＲＣラーメン架構の縦横比Ｂ／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構に生じる水平変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。例えば、縦横比Ｂ／Ｈが二分の１の細長いＲＣラーメン架構であれば、鉛直変位ダンパーに生じる相対鉛直変形量は、ＲＣラーメン架構に生じる水平変形量ΔＨのほぼ二分の一となる。
【００１９】
したがって、この場合について言えば、ＲＣラーメン架構が従来よりも二倍の変形量まで変形することが可能となり、ＲＣラーメン架構の靭性は十分に活用される。
【００２０】
なお、各横Ｖ字状ブレースは、直線傾斜状態となった柱から傾斜方向の強制変形を受け、該強制変形によってそれらの頂点で鉛直変位ダンパーから鉛直方向の反力を受けるだけなので、各横Ｖ字状ブレースは、三角トラスに似た構造となり、曲げモーメントがほとんど発生しない。したがって、横Ｖ字状ブレースは、それらの端部をピン接合とせずとも実質的にはトラス構造として設計することが可能となる。
【００２１】
上述した本発明に係る耐震架構構造を設計するには、まず、耐震架構構造をＲＣ解析モデルとダンパーブレース解析モデルの２つに分解した状態でモデル化する。これは、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものである。
【００２２】
ここで、ＲＣ解析モデルは、ＲＣラーメン架構をその柱の上下端で塑性化させることを前提とし、ＲＣラーメン架構の剛接点（柱頭及び柱脚）を回転バネに置換したものと考えてモデル化する。
【００２３】
一方、ダンパーブレース解析モデルは、上述の柱及び梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに、上述のダンパーブレース機構を各横Ｖ字状ブレースの２つの他端が各仮想剛体柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなるものと考えてモデル化する。
【００２４】
これは、ＲＣラーメン架構をその柱の上下端で塑性化させることを前提とした場合、柱は、その上下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態となるとともに、鉛直変位ダンパーにはかかる変形状態のＲＣラーメン架構から強制変形が作用することとなるため、結局、ＲＣラーメン架構の全体変形のうち、上述した縦横比Ｂ／Ｈに応じた比率分が鉛直変位ダンパーに強制変形として入り、その結果として、鉛直変位ダンパーが相対変形を生ずる。
【００２５】
したがって、柱及び梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合し、該仮想剛体柱にダンパーブレース機構の各横Ｖ字状ブレースを上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。
【００２６】
このようにＲＣ解析モデルとダンパーブレース解析モデルのモデル化が終了したならば、耐震架構構造に作用させるべき設計外力Ｐを、ＲＣ解析モデルとダンパーブレース解析モデルのそれぞれに分配する、すなわち、ダンパーブレース解析モデルにはＰdbを、ＲＣ解析モデルにはＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計を行う。
【００２７】
ここで、ダンパーブレース解析モデルの負担分Ｐdbは、Ｈを仮想剛体柱の高さ、Ｂを仮想剛体梁の長さ、Ｑをダンパーの荷重変位特性としたならば、
【００２８】
Ｐdb＝（Ｂ/Ｈ）Ｑ
【００２９】
と表すことができるとともに、ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcについては、
【００３０】
Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb
【００３１】
と表すことができる。
【００３２】
この式からわかるように、ダンパーブレース解析モデルの負担分Ｐdbは、（Ｂ/Ｈ）が決まれば、後はダンパーの荷重変位特性Ｑによって一義的に決定されることとなり、本来であれば、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【００３３】
本発明で言うところの耐震架構構造がどの部位に適用されるかは任意であり、例えば建築物の耐震壁に適用してもよいし、高架橋の下部構造である橋脚に適用してもよい。なお、高架橋は、鉄道用高架橋、道路用高架橋などを含む概念であり、その用途が任意であることは言うまでもない。
【００３４】
横Ｖ字状ブレースは、主として鉄骨ブレース材を採用することが可能である。
【００３５】
鉛直変位ダンパーは、典型的には、極軟鋼やスリット入り薄鋼板等で構成した履歴減衰型せん断ダンパーが考えられるが、相対鉛直変形によって減衰力を発揮できるものであればいかなる原理、構造のダンパーでもよく、履歴減衰型曲げダンパーなども採用可能である。
【００３６】
なお、本発明でいう「中間位置近傍」とは、柱の脚部及び頭部を除いた適宜位置という意味であって、それらの間であればいかなる場所でもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る耐震架構構造及びその設計方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
図１は、本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る高架橋の下部構造１は、互いに対向する位置にて立設された橋脚状の一対の柱２、２と該柱の頂部に架け渡された梁３とからなるＲＣラーメン架構４と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構５とから概ね構成してあり、柱２は、杭７を打ち込んだ上でその上に設けられたフーチング８に立設してある。
【００３９】
ダンパーブレース機構５は、鉛直変位ダンパーとしての履歴減衰型せん断ダンパー６と、該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレース９、９とから構成してあり、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を柱２、２の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してある。
【００４０】
履歴減衰型せん断ダンパー６は、地震時の振動エネルギーを履歴減衰によって吸収し、橋軸に直交する方向の高架橋の揺れを速やかに収斂させるようになっている。
【００４１】
かかる履歴減衰型せん断ダンパー６は、通常の薄鋼板にスリットを多数入れて構成したり、極軟鋼で形成されたもので構成することが可能であり、必要に応じて補剛リブを設け、局部座屈を防止するのが望ましい。かかる履歴減衰型せん断ダンパー６は、メンテナンス時に交換できるよう、横Ｖ字状ブレース９、９の間に着脱自在に取り付けておくのがよい。
【００４２】
横Ｖ字状ブレース９は、例えば鉄骨材で構成することが可能であり、互いに９０゜の角度で配置されているのが望ましい。
【００４３】
本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造１においては、まず、大地震時において柱の上下端に塑性ヒンジを生じるようにしておくことを前提とする。このようにすれば、各柱２は、その上下端でのみ曲率が生じ、中間位置近傍ではほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。
【００４４】
そして、履歴減衰型せん断ダンパー６は、かかる直線傾斜状態の柱２から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、図２に示すように、梁の長さをＢ、柱の高さをＨとしたときのＲＣラーメン架構４の縦横比Ｂ／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構４に生じる水平変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００４５】
すなわち、ＲＣラーメン架構４のせん断変形角をθとすると、
【００４６】
δｄ＝２・tanθ・Ｂ／２、tanθ＝ΔＨ／Ｈ
【００４７】
であるので、δｄは（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００４８】
例えば、縦横比Ｂ／Ｈが二分の１の細長いＲＣラーメン架構であれば、鉛直変位ダンパーに生じる相対鉛直変形量δｄは、ＲＣラーメン架構４に生じる水平変形量ΔＨのほぼ二分の一となる。
【００４９】
したがって、この場合について言えば、履歴減衰型せん断ダンパー６が先行破断することなく、ＲＣラーメン架構４が従来よりも二倍の変形量まで変形することが可能となり、ＲＣラーメン架構４の靭性は十分に活用される。
【００５０】
なお、各横Ｖ字状ブレース９、９は、直線傾斜状態となった柱２、２から傾斜方向の強制変形を受け、該強制変形によってそれらの頂点で履歴減衰型せん断ダンパー６から鉛直方向の反力を受けるだけなので、各横Ｖ字状ブレース９、９は、三角トラスに似た構造となり、曲げモーメントがほとんど発生しない。したがって、横Ｖ字状ブレース９、９は、それらの端部を柱２、２にピン接合とせずとも実質的にはトラス構造として設計することが可能となる。
【００５１】
次に、本発明に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造１を設計するには、まず、耐震架構構造である高架橋の下部構造１を、図３に示すようにＲＣ解析モデル１１と、ダンパーブレース解析モデル１２の２つに分解した状態でモデル化する。これは、ＲＣラーメン架構４とダンパーブレース機構５とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものである。
【００５２】
ここで、ＲＣ解析モデル１１は、ＲＣラーメン架構４をその柱２の上下端で塑性化させることを前提とし、ＲＣラーメン架構の剛接点（柱頭及び柱脚）を同図に示すように回転バネ２１に置換したものと考えてモデル化する。
【００５３】
なお、回転バネ２１は、変位（回転量）に関して非線形のバネであって、回転量が小さい領域、つまり弾性領域では、剛接に相当する大きな剛性を持つが、変形が進むにつれて塑性化し、大変形領域では、剛性が小さな塑性ヒンジとなるような特性として付与されるものである。
【００５４】
一方、ダンパーブレース解析モデル１２は、上述の柱２及び梁３をそれぞれ仮想剛体柱２２、仮想剛体梁２３に置換して互いにピン接合するとともに、上述のダンパーブレース機構５を各横Ｖ字状ブレース９、９の２つの他端が各仮想剛体柱２２、２２の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなるものと考えてモデル化する。
【００５５】
これは、ＲＣラーメン架構４をその柱２の上下端で塑性化させることを前提とした場合、柱２は、その上下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態となるとともに、履歴減衰型せん断ダンパー６にはかかる変形状態のＲＣラーメン架構４から強制変形が作用することとなるため、結局、ＲＣラーメン架構４の全体変形ΔＨのうち、上述した縦横比Ｂ／Ｈに応じた比率分が履歴減衰型せん断ダンパー６に強制変形として入り、その結果として、履歴減衰型せん断ダンパー６に生ずる相対変形δｄは、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００５６】
したがって、柱２及び梁３をそれぞれ仮想剛体柱２２、仮想剛体梁２３に置換して互いにピン接合し、該仮想剛体柱にダンパーブレース機構５の各横Ｖ字状ブレース９、９を上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。
【００５７】
このようにＲＣ解析モデル１１とダンパーブレース解析モデル１２のモデル化が終了したならば、耐震架構構造である高架橋の下部構造１に作用させるべき設計外力Ｐを、ＲＣ解析モデル１１とダンパーブレース解析モデル１２のそれぞれに分配する、すなわち、ダンパーブレース解析モデル１２にはＰdbを、ＲＣ解析モデル１１にはＰrc（Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb）をそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計を行うとともに、高架橋の下部構造１の全体性能については、それぞれの解析結果を重ね合わせたものとして評価する。
【００５８】
ここで、履歴減衰型せん断ダンパー６の荷重変位特性（相対変形量ΔＨに対する荷重）をＱと定義したならば、該ダンパーに強制的な相対変形（Ｂ／Ｈ）ΔＨが入るのであるから、ダンパーブレース解析モデル１２の負担分Ｐdbは、その強制変形から自ずと定まり、（Ｂ／Ｈ）Ｑと表すことができる。
【００５９】
この式からわかるように、ダンパーブレース解析モデル１２の負担分Ｐdbは、（Ｂ/Ｈ）が決まれば、後はダンパーの荷重変位特性Ｑによって一義的に決定されることとなる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態に係る高架橋の下部構造１によれば、履歴減衰型せん断ダンパー６は、直線傾斜状態の柱２から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、ＲＣラーメン架構４の縦横比Ｂ／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構４に生じる水平変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００６１】
したがって、例えばＢ／Ｈ＝１／２となるような場合には、ＲＣラーメン架構４を従来よりも二倍の変形量まで変形させてその靭性を十分に活用することが可能となり、履歴減衰型せん断ダンパー６の履歴減衰による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能となる。ここで、従来のような中間梁を省略することができることは言うまでもない。
【００６２】
また、本実施形態に係る高架橋の下部構造１によれば、各横Ｖ字状ブレース９、９は、直線傾斜状態となった柱２から傾斜方向の強制変形を受け、該強制変形によってそれらの頂点で履歴減衰型せん断ダンパー６から鉛直方向の反力を受けるだけなので、各横Ｖ字状ブレース９、９は、三角トラスに似た構造となり、曲げモーメントがほとんど発生しない。
【００６３】
したがって、横Ｖ字状ブレース９、９は、それらの端部をピン接合とせずとも実質的にはトラス構造として設計することが可能となり、比較的小さな断面の鉄骨材で構成することができるとともに、柱２との接合箇所を剛接合としても該箇所にて曲げ破壊する懸念もなくなる。
【００６４】
なお、本実施形態に係る高架橋の下部構造１によれば、ＲＣラーメン架構４の構面内に横Ｖ字状ブレース９、９を配置してあるため、基礎梁を設置せずとも、橋軸に直交する水平方向の剛性を十分に確保することが可能となる。
【００６５】
また、本実施形態に係る耐震架構構造の設計方法によれば、本来であれば、ＲＣラーメン架構４とダンパーブレース機構５とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構４とダンパーブレース機構５とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【００６６】
本実施形態では、鉛直変位ダンパーとして履歴減衰型せん断ダンパー６を採用したが、鉛直相対変位に対して減衰力を発揮するものであればどのようなダンパーでもよく、例えば履歴減衰型曲げダンパーを使用することも可能である。
【００６７】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用すれば、該ダンパーに軸力が発生しないため、上述した作用効果に加えて、大変形時における軸力の影響を取り除くことができるという作用効果も奏する。
【００６８】
図４乃至図９は、このような水平変位吸収型ダンパーを示したものである。なお、これらはすべて履歴減衰型曲げダンパーで構成してあるが、せん断ダンパーでも同様に構成可能であることは言うまでもない。
【００６９】
まず、図４に示した水平変位吸収型ダンパー２４は、横Ｖ字状ブレース９、９の頂部にそれぞれダンパ部材２５ａ、２５ｂを対向配置し、それらの先端を、横Ｖ字状ブレース９、９の鉛直相対変位に対しては曲げ変形が生じるようにかつ水平相対変位（同図矢印方向）に対してはこれを許容できるように相互に連結してある。
【００７０】
すなわち、ダンパ部材２５ａ、ダンパ部材２５ｂの先端にはそれぞれ凹部２６、凸部２７を形成してあり、凹部２６内に凸部２７を進退自在に嵌め込むことによって、横Ｖ字状ブレース９、９の水平相対変位を吸収しつつ、鉛直力を相互に伝達可能な構造となっている。
【００７１】
次に、図５に示した水平変位吸収型ダンパー３０は、横Ｖ字状ブレース９、９の頂部に円筒状凹部３１が形成されたダンパ部材３２と、円筒状凸部３３が形成されたダンパ部材３４をそれぞれ設け、ダンパ部材３２の円筒状凹部３１にダンパ部材３４の円筒状凸部３３を進退自在に挿入してなる。
【００７２】
本変形例の作用効果については、上述した変形例とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００７３】
次に、図６に示した水平変位吸収型ダンパー４０は、一方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に水平に突設された一対のダンパ部材４２、４２で他方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に水平に突設されたダンパ部材４１を挟み込んでなる。かかる構造は、基本的には、図４に示したものと同じであり、その作用効果については繰り返し説明することは省略するが、図４の変形例とは異なり、鉛直方向の繰り返し強制変形によってダンパ部材４２、４２の間隔が拡がり、ダンパ部材４１との接触が維持できなくなる懸念がある。
【００７４】
そのため、ダンパ部材４２、４２に設けられた丸孔４５及びダンパ部材４１に形成された長孔４３にボルト４４を通し、これらダンパ部材の曲げ変形が拘束されない程度になおかつ横Ｖ字状ブレース９、９同士の水平相対変位の吸収が妨げられることがない程度にナット４６で緩く締め付けてある。したがって、鉛直方向の繰り返し強制変形によってダンパ部材４２、４２の間隔が拡がる懸念がないのであれば、ボルト４４及びナット４６による締結を省略してもよい。
【００７５】
次に、図７に示した水平変位吸収型ダンパー４７は、図６で用いたダンパ部材４２、ダンパ部材４１を交互に配置して櫛状構造としてある。かかる構成における作用効果は、図６の変形例とほぼ同様であるのでその内容については省略するが、ダンパ部材４１やダンパ部材４２の配置組数を変更することによって、エネルギー減衰量や曲げ剛性を適宜設定することが可能となるという作用効果も奏する。
【００７６】
次に、図８に示した水平変位吸収型ダンパー５０は、図６や図７のようにダンパ部材４１とダンパ部材４２とを直接接触させて鉛直力を伝達させるのではなく、ダンパ部材４１とダンパ部材４２との間にボルト５１及びナット５２を介在させ、該ボルトのせん断力を介してダンパ部材４１とダンパ部材４２で鉛直力を伝達させるようになっている。ちなみに、本変形例は、図６に示す構造を水平軸線廻りに直角に回転させたものに相当する。
【００７７】
次に、図９(a)に示した水平変位吸収型ダンパー６０は、一方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に取り付けられた基部６１と該基部から突設されたダンパ本体６２ａとからなるダンパ部材６３ａと、他方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に取り付けられた基部６１と該基部から突設されたダンパ本体６２ｂとからなるダンパ部材６３ｂとからなるとともに、ダンパ部材６３ａ及びダンパ部材６３ｂをそれらの先端にて互いに嵌合して構成してあり、基部６１は、ダンパ本体６２ａ、６２ｂよりも拡幅形成してある。
【００７８】
かかる構成によれば、基部６１において曲げモーメントが最大となるものの、該基部での引張応力が低減されるため、接合箇所での破断を未然に防止することが可能となる。
【００７９】
また、同図(b)に示す水平変位吸収型ダンパー７０のように、基部断面を徐々に拡幅してテーパ状としたダンパ部材７１ａ、ダンパ部材７１ｂを使用すれば、引張応力が同じ領域、ひいては曲げ降伏域が拡がり、エネルギー吸収性能を向上させることも可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る耐震架構構造によれば、ＲＣラーメン架構を従来よりも変形させてその靭性を十分に活用することが可能となり、ダンパーの減衰による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能となる。
【００８１】
また、本発明に係る耐震架構構造の設計方法によれば、本来であれば、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【００８２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【図２】本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造の作用を示した概念図。
【図３】本実施形態に係る耐震架構構造の設計方法の基本的な考え方を示した概念図。
【図４】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は(a)のＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図。
【図５】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【図６】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は平面図。
【図７】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【図８】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は(a)のＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。
【図９】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【符号の説明】
１ 高架橋の下部構造（耐震架構構造）
２ 柱
３ 梁
４ ＲＣラーメン架構
５ ダンパーブレース機構
６ 履歴減衰型せん断ダンパー（鉛直変位ダンパー）
９ 横Ｖ字状ブレース
１１ ＲＣ解析モデル
１２ ダンパーブレース解析モデル
２１ 回転バネ
２２ 仮想剛体柱
２３ 仮想剛体梁
２４、３０、４０、４７、５０、６０、７０
水平変位吸収型ダンパー
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震性が要求される耐震架構構造及びその設計方法、特に道路、鉄道等に供される高架橋の下部構造に適用される耐震架構構造及びその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路、鉄道等の橋梁には、河川、海峡等を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは河川上の空間に連続して建設されるものであり、道路と道路あるいは道路と鉄道とが平面で交差する場合にそれらのいずれかを高架橋とすることにより、交通渋滞を解消することも可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる高架橋を構築するにあたり、従来は、ＲＣラーメン架構からなる橋脚で下部構造を構築するのが一般的であったが、最近では、該ＲＣラーメン架構にダンパーブレースを組み合わせた下部構造が研究開発されている。
【０００４】
この下部構造は、ＲＣラーメン架構の構面内にダンパーブレースを配置してなるものであり、耐震性を向上させることができるという点で今後多いに期待されているものである。
【０００５】
しかしながら、ダンパーブレースを構成するダンパーを例えば鋼製ダンパーで構成する場合、材料特性上、その許容変形量をあまり大きくとることができず、大地震時においては、かかる鋼製ダンパーが先に破断し、ＲＣラーメン架構の靭性能を十分に活かすことができないという問題を生じていた。
【０００６】
また、ダンパーが比較的小さな変形で破断してしまう場合には、ダンパーやＲＣラーメン架構の耐力を増加せざるを得ないが、その場合には、当然ながら基礎や杭にも耐力増加が要求されることとなり、結局、全体として大断面の構造となり、コスト面で問題を生じていた。
【０００７】
また、比較的高さの高い高架橋では、強度あるいは剛性確保の関係上、中間高さ位置に梁を架け渡す必要があるが、かかる中間梁は、橋軸及びその直交方向に配置されるため、配筋が複雑となってコストを押し上げる原因となるという問題を生じていた。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ダンパーやＲＣラーメン架構を大断面とせずとも、またコストのかかる中間梁を配置せずとも耐震性を向上させることが可能な耐震架構構造及びその設計方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る耐震架構構造は請求項１に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラーメン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構とからなるとともに、該ダンパーブレース機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレースとから構成し、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を前記各柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合し、大地震時において前記柱の上下端に塑性ヒンジが生じるように前記ＲＣラーメン架構を構成し、前記梁の長さをＢ、前記柱の高さをＨとしたときの前記ＲＣラーメン架構の縦横比Ｂ／Ｈを１未満としたものである。
【００１０】
また、本発明に係る耐震架構構造は、前記鉛直変位ダンパーを、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーとしたものである。
【００１１】
また、本発明に係る耐震架構構造の設計方法は請求項３に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラーメン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構とからなるとともに、該ダンパーブレース機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレースとから構成し、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を前記各柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記ＲＣラーメン架構の剛接点を回転バネに置換したＲＣ解析モデルと、前記柱及び前記梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに前記ダンパーブレース機構を前記各横Ｖ字状ブレースの２つの他端が前記各仮想剛体柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなるダンパーブレース解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、
【００１２】
前記耐震架構構造に作用させる設計外力Ｐのうち、前記ダンパーブレース解析モデルの負担分Ｐdbを、Ｈを前記仮想剛体柱の高さ、Ｂを前記仮想剛体梁の長さ、Ｑをダンパーの荷重変位特性として
【００１３】
Ｐdb＝（Ｂ／Ｈ）Ｑ
【００１４】
とするとともに、前記ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcを、
【００１５】
Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb
【００１６】
とし、前記ダンパーブレース解析モデルにＰdbを、前記ＲＣ解析モデルにＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うものである。
【００１７】
本発明に係る耐震架構構造においては、大地震時において柱の上下端に塑性ヒンジを生じるようにしておけば、各柱は、その上下端でのみ曲率が生じ、中間位置近傍ではほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。
【００１８】
そして、鉛直変位ダンパーは、かかる直線傾斜状態の柱から強制変形を受けることになるため、該ダンパーに生じる相対鉛直変形量は、梁の長さをＢ、柱の高さをＨとしたときのＲＣラーメン架構の縦横比Ｂ／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構に生じる水平変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。例えば、縦横比Ｂ／Ｈが二分の１の細長いＲＣラーメン架構であれば、鉛直変位ダンパーに生じる相対鉛直変形量は、ＲＣラーメン架構に生じる水平変形量ΔＨのほぼ二分の一となる。
【００１９】
したがって、この場合について言えば、ＲＣラーメン架構が従来よりも二倍の変形量まで変形することが可能となり、ＲＣラーメン架構の靭性は十分に活用される。
【００２０】
なお、各横Ｖ字状ブレースは、直線傾斜状態となった柱から傾斜方向の強制変形を受け、該強制変形によってそれらの頂点で鉛直変位ダンパーから鉛直方向の反力を受けるだけなので、各横Ｖ字状ブレースは、三角トラスに似た構造となり、曲げモーメントがほとんど発生しない。したがって、横Ｖ字状ブレースは、それらの端部をピン接合とせずとも実質的にはトラス構造として設計することが可能となる。
【００２１】
上述した本発明に係る耐震架構構造を設計するには、まず、耐震架構構造をＲＣ解析モデルとダンパーブレース解析モデルの２つに分解した状態でモデル化する。これは、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものである。
【００２２】
ここで、ＲＣ解析モデルは、ＲＣラーメン架構をその柱の上下端で塑性化させることを前提とし、ＲＣラーメン架構の剛接点（柱頭及び柱脚）を回転バネに置換したものと考えてモデル化する。
【００２３】
一方、ダンパーブレース解析モデルは、上述の柱及び梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに、上述のダンパーブレース機構を各横Ｖ字状ブレースの２つの他端が各仮想剛体柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなるものと考えてモデル化する。
【００２４】
これは、ＲＣラーメン架構をその柱の上下端で塑性化させることを前提とした場合、柱は、その上下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態となるとともに、鉛直変位ダンパーにはかかる変形状態のＲＣラーメン架構から強制変形が作用することとなるため、結局、ＲＣラーメン架構の全体変形のうち、上述した縦横比Ｂ／Ｈに応じた比率分が鉛直変位ダンパーに強制変形として入り、その結果として、鉛直変位ダンパーが相対変形を生ずる。
【００２５】
したがって、柱及び梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合し、該仮想剛体柱にダンパーブレース機構の各横Ｖ字状ブレースを上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。
【００２６】
このようにＲＣ解析モデルとダンパーブレース解析モデルのモデル化が終了したならば、耐震架構構造に作用させるべき設計外力Ｐを、ＲＣ解析モデルとダンパーブレース解析モデルのそれぞれに分配する、すなわち、ダンパーブレース解析モデルにはＰdbを、ＲＣ解析モデルにはＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計を行う。
【００２７】
ここで、ダンパーブレース解析モデルの負担分Ｐdbは、Ｈを仮想剛体柱の高さ、Ｂを仮想剛体梁の長さ、Ｑをダンパーの荷重変位特性としたならば、
【００２８】
Ｐdb＝（Ｂ/Ｈ）Ｑ
【００２９】
と表すことができるとともに、ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcについては、
【００３０】
Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb
【００３１】
と表すことができる。
【００３２】
この式からわかるように、ダンパーブレース解析モデルの負担分Ｐdbは、（Ｂ/Ｈ）が決まれば、後はダンパーの荷重変位特性Ｑによって一義的に決定されることとなり、本来であれば、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【００３３】
本発明で言うところの耐震架構構造がどの部位に適用されるかは任意であり、例えば建築物の耐震壁に適用してもよいし、高架橋の下部構造である橋脚に適用してもよい。なお、高架橋は、鉄道用高架橋、道路用高架橋などを含む概念であり、その用途が任意であることは言うまでもない。
【００３４】
横Ｖ字状ブレースは、主として鉄骨ブレース材を採用することが可能である。
【００３５】
鉛直変位ダンパーは、典型的には、極軟鋼やスリット入り薄鋼板等で構成した履歴減衰型せん断ダンパーが考えられるが、相対鉛直変形によって減衰力を発揮できるものであればいかなる原理、構造のダンパーでもよく、履歴減衰型曲げダンパーなども採用可能である。
【００３６】
なお、本発明でいう「中間位置近傍」とは、柱の脚部及び頭部を除いた適宜位置という意味であって、それらの間であればいかなる場所でもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る耐震架構構造及びその設計方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
図１は、本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る高架橋の下部構造１は、互いに対向する位置にて立設された橋脚状の一対の柱２、２と該柱の頂部に架け渡された梁３とからなるＲＣラーメン架構４と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構５とから概ね構成してあり、柱２は、杭７を打ち込んだ上でその上に設けられたフーチング８に立設してある。
【００３９】
ダンパーブレース機構５は、鉛直変位ダンパーとしての履歴減衰型せん断ダンパー６と、該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレース９、９とから構成してあり、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を柱２、２の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してある。
【００４０】
履歴減衰型せん断ダンパー６は、地震時の振動エネルギーを履歴減衰によって吸収し、橋軸に直交する方向の高架橋の揺れを速やかに収斂させるようになっている。
【００４１】
かかる履歴減衰型せん断ダンパー６は、通常の薄鋼板にスリットを多数入れて構成したり、極軟鋼で形成されたもので構成することが可能であり、必要に応じて補剛リブを設け、局部座屈を防止するのが望ましい。かかる履歴減衰型せん断ダンパー６は、メンテナンス時に交換できるよう、横Ｖ字状ブレース９、９の間に着脱自在に取り付けておくのがよい。
【００４２】
横Ｖ字状ブレース９は、例えば鉄骨材で構成することが可能であり、互いに９０゜の角度で配置されているのが望ましい。
【００４３】
本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造１においては、まず、大地震時において柱の上下端に塑性ヒンジを生じるようにしておくことを前提とする。このようにすれば、各柱２は、その上下端でのみ曲率が生じ、中間位置近傍ではほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。
【００４４】
そして、履歴減衰型せん断ダンパー６は、かかる直線傾斜状態の柱２から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、図２に示すように、梁の長さをＢ、柱の高さをＨとしたときのＲＣラーメン架構４の縦横比Ｂ／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構４に生じる水平変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００４５】
すなわち、ＲＣラーメン架構４のせん断変形角をθとすると、
【００４６】
δｄ＝２・tanθ・Ｂ／２、tanθ＝ΔＨ／Ｈ
【００４７】
であるので、δｄは（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００４８】
例えば、縦横比Ｂ／Ｈが二分の１の細長いＲＣラーメン架構であれば、鉛直変位ダンパーに生じる相対鉛直変形量δｄは、ＲＣラーメン架構４に生じる水平変形量ΔＨのほぼ二分の一となる。
【００４９】
したがって、この場合について言えば、履歴減衰型せん断ダンパー６が先行破断することなく、ＲＣラーメン架構４が従来よりも二倍の変形量まで変形することが可能となり、ＲＣラーメン架構４の靭性は十分に活用される。
【００５０】
なお、各横Ｖ字状ブレース９、９は、直線傾斜状態となった柱２、２から傾斜方向の強制変形を受け、該強制変形によってそれらの頂点で履歴減衰型せん断ダンパー６から鉛直方向の反力を受けるだけなので、各横Ｖ字状ブレース９、９は、三角トラスに似た構造となり、曲げモーメントがほとんど発生しない。したがって、横Ｖ字状ブレース９、９は、それらの端部を柱２、２にピン接合とせずとも実質的にはトラス構造として設計することが可能となる。
【００５１】
次に、本発明に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造１を設計するには、まず、耐震架構構造である高架橋の下部構造１を、図３に示すようにＲＣ解析モデル１１と、ダンパーブレース解析モデル１２の２つに分解した状態でモデル化する。これは、ＲＣラーメン架構４とダンパーブレース機構５とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものである。
【００５２】
ここで、ＲＣ解析モデル１１は、ＲＣラーメン架構４をその柱２の上下端で塑性化させることを前提とし、ＲＣラーメン架構の剛接点（柱頭及び柱脚）を同図に示すように回転バネ２１に置換したものと考えてモデル化する。
【００５３】
なお、回転バネ２１は、変位（回転量）に関して非線形のバネであって、回転量が小さい領域、つまり弾性領域では、剛接に相当する大きな剛性を持つが、変形が進むにつれて塑性化し、大変形領域では、剛性が小さな塑性ヒンジとなるような特性として付与されるものである。
【００５４】
一方、ダンパーブレース解析モデル１２は、上述の柱２及び梁３をそれぞれ仮想剛体柱２２、仮想剛体梁２３に置換して互いにピン接合するとともに、上述のダンパーブレース機構５を各横Ｖ字状ブレース９、９の２つの他端が各仮想剛体柱２２、２２の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなるものと考えてモデル化する。
【００５５】
これは、ＲＣラーメン架構４をその柱２の上下端で塑性化させることを前提とした場合、柱２は、その上下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態となるとともに、履歴減衰型せん断ダンパー６にはかかる変形状態のＲＣラーメン架構４から強制変形が作用することとなるため、結局、ＲＣラーメン架構４の全体変形ΔＨのうち、上述した縦横比Ｂ／Ｈに応じた比率分が履歴減衰型せん断ダンパー６に強制変形として入り、その結果として、履歴減衰型せん断ダンパー６に生ずる相対変形δｄは、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００５６】
したがって、柱２及び梁３をそれぞれ仮想剛体柱２２、仮想剛体梁２３に置換して互いにピン接合し、該仮想剛体柱にダンパーブレース機構５の各横Ｖ字状ブレース９、９を上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。
【００５７】
このようにＲＣ解析モデル１１とダンパーブレース解析モデル１２のモデル化が終了したならば、耐震架構構造である高架橋の下部構造１に作用させるべき設計外力Ｐを、ＲＣ解析モデル１１とダンパーブレース解析モデル１２のそれぞれに分配する、すなわち、ダンパーブレース解析モデル１２にはＰdbを、ＲＣ解析モデル１１にはＰrc（Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb）をそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計を行うとともに、高架橋の下部構造１の全体性能については、それぞれの解析結果を重ね合わせたものとして評価する。
【００５８】
ここで、履歴減衰型せん断ダンパー６の荷重変位特性（相対変形量ΔＨに対する荷重）をＱと定義したならば、該ダンパーに強制的な相対変形（Ｂ／Ｈ）ΔＨが入るのであるから、ダンパーブレース解析モデル１２の負担分Ｐdbは、その強制変形から自ずと定まり、（Ｂ／Ｈ）Ｑと表すことができる。
【００５９】
この式からわかるように、ダンパーブレース解析モデル１２の負担分Ｐdbは、（Ｂ/Ｈ）が決まれば、後はダンパーの荷重変位特性Ｑによって一義的に決定されることとなる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態に係る高架橋の下部構造１によれば、履歴減衰型せん断ダンパー６は、直線傾斜状態の柱２から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、ＲＣラーメン架構４の縦横比Ｂ／Ｈの大きさに応じてＲＣラーメン架構４に生じる水平変形量ΔＨよりも低減され、（Ｂ／Ｈ）ΔＨとなる。
【００６１】
したがって、例えばＢ／Ｈ＝１／２となるような場合には、ＲＣラーメン架構４を従来よりも二倍の変形量まで変形させてその靭性を十分に活用することが可能となり、履歴減衰型せん断ダンパー６の履歴減衰による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能となる。ここで、従来のような中間梁を省略することができることは言うまでもない。
【００６２】
また、本実施形態に係る高架橋の下部構造１によれば、各横Ｖ字状ブレース９、９は、直線傾斜状態となった柱２から傾斜方向の強制変形を受け、該強制変形によってそれらの頂点で履歴減衰型せん断ダンパー６から鉛直方向の反力を受けるだけなので、各横Ｖ字状ブレース９、９は、三角トラスに似た構造となり、曲げモーメントがほとんど発生しない。
【００６３】
したがって、横Ｖ字状ブレース９、９は、それらの端部をピン接合とせずとも実質的にはトラス構造として設計することが可能となり、比較的小さな断面の鉄骨材で構成することができるとともに、柱２との接合箇所を剛接合としても該箇所にて曲げ破壊する懸念もなくなる。
【００６４】
なお、本実施形態に係る高架橋の下部構造１によれば、ＲＣラーメン架構４の構面内に横Ｖ字状ブレース９、９を配置してあるため、基礎梁を設置せずとも、橋軸に直交する水平方向の剛性を十分に確保することが可能となる。
【００６５】
また、本実施形態に係る耐震架構構造の設計方法によれば、本来であれば、ＲＣラーメン架構４とダンパーブレース機構５とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構４とダンパーブレース機構５とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【００６６】
本実施形態では、鉛直変位ダンパーとして履歴減衰型せん断ダンパー６を採用したが、鉛直相対変位に対して減衰力を発揮するものであればどのようなダンパーでもよく、例えば履歴減衰型曲げダンパーを使用することも可能である。
【００６７】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用すれば、該ダンパーに軸力が発生しないため、上述した作用効果に加えて、大変形時における軸力の影響を取り除くことができるという作用効果も奏する。
【００６８】
図４乃至図９は、このような水平変位吸収型ダンパーを示したものである。なお、これらはすべて履歴減衰型曲げダンパーで構成してあるが、せん断ダンパーでも同様に構成可能であることは言うまでもない。
【００６９】
まず、図４に示した水平変位吸収型ダンパー２４は、横Ｖ字状ブレース９、９の頂部にそれぞれダンパ部材２５ａ、２５ｂを対向配置し、それらの先端を、横Ｖ字状ブレース９、９の鉛直相対変位に対しては曲げ変形が生じるようにかつ水平相対変位（同図矢印方向）に対してはこれを許容できるように相互に連結してある。
【００７０】
すなわち、ダンパ部材２５ａ、ダンパ部材２５ｂの先端にはそれぞれ凹部２６、凸部２７を形成してあり、凹部２６内に凸部２７を進退自在に嵌め込むことによって、横Ｖ字状ブレース９、９の水平相対変位を吸収しつつ、鉛直力を相互に伝達可能な構造となっている。
【００７１】
次に、図５に示した水平変位吸収型ダンパー３０は、横Ｖ字状ブレース９、９の頂部に円筒状凹部３１が形成されたダンパ部材３２と、円筒状凸部３３が形成されたダンパ部材３４をそれぞれ設け、ダンパ部材３２の円筒状凹部３１にダンパ部材３４の円筒状凸部３３を進退自在に挿入してなる。
【００７２】
本変形例の作用効果については、上述した変形例とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００７３】
次に、図６に示した水平変位吸収型ダンパー４０は、一方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に水平に突設された一対のダンパ部材４２、４２で他方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に水平に突設されたダンパ部材４１を挟み込んでなる。かかる構造は、基本的には、図４に示したものと同じであり、その作用効果については繰り返し説明することは省略するが、図４の変形例とは異なり、鉛直方向の繰り返し強制変形によってダンパ部材４２、４２の間隔が拡がり、ダンパ部材４１との接触が維持できなくなる懸念がある。
【００７４】
そのため、ダンパ部材４２、４２に設けられた丸孔４５及びダンパ部材４１に形成された長孔４３にボルト４４を通し、これらダンパ部材の曲げ変形が拘束されない程度になおかつ横Ｖ字状ブレース９、９同士の水平相対変位の吸収が妨げられることがない程度にナット４６で緩く締め付けてある。したがって、鉛直方向の繰り返し強制変形によってダンパ部材４２、４２の間隔が拡がる懸念がないのであれば、ボルト４４及びナット４６による締結を省略してもよい。
【００７５】
次に、図７に示した水平変位吸収型ダンパー４７は、図６で用いたダンパ部材４２、ダンパ部材４１を交互に配置して櫛状構造としてある。かかる構成における作用効果は、図６の変形例とほぼ同様であるのでその内容については省略するが、ダンパ部材４１やダンパ部材４２の配置組数を変更することによって、エネルギー減衰量や曲げ剛性を適宜設定することが可能となるという作用効果も奏する。
【００７６】
次に、図８に示した水平変位吸収型ダンパー５０は、図６や図７のようにダンパ部材４１とダンパ部材４２とを直接接触させて鉛直力を伝達させるのではなく、ダンパ部材４１とダンパ部材４２との間にボルト５１及びナット５２を介在させ、該ボルトのせん断力を介してダンパ部材４１とダンパ部材４２で鉛直力を伝達させるようになっている。ちなみに、本変形例は、図６に示す構造を水平軸線廻りに直角に回転させたものに相当する。
【００７７】
次に、図９(a)に示した水平変位吸収型ダンパー６０は、一方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に取り付けられた基部６１と該基部から突設されたダンパ本体６２ａとからなるダンパ部材６３ａと、他方の横Ｖ字状ブレース９の頂部に取り付けられた基部６１と該基部から突設されたダンパ本体６２ｂとからなるダンパ部材６３ｂとからなるとともに、ダンパ部材６３ａ及びダンパ部材６３ｂをそれらの先端にて互いに嵌合して構成してあり、基部６１は、ダンパ本体６２ａ、６２ｂよりも拡幅形成してある。
【００７８】
かかる構成によれば、基部６１において曲げモーメントが最大となるものの、該基部での引張応力が低減されるため、接合箇所での破断を未然に防止することが可能となる。
【００７９】
また、同図(b)に示す水平変位吸収型ダンパー７０のように、基部断面を徐々に拡幅してテーパ状としたダンパ部材７１ａ、ダンパ部材７１ｂを使用すれば、引張応力が同じ領域、ひいては曲げ降伏域が拡がり、エネルギー吸収性能を向上させることも可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る耐震架構構造によれば、ＲＣラーメン架構を従来よりも変形させてその靭性を十分に活用することが可能となり、ダンパーの減衰による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能となる。
【００８１】
また、本発明に係る耐震架構構造の設計方法によれば、本来であれば、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、ＲＣラーメン架構とダンパーブレース機構とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【００８２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【図２】本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造の作用を示した概念図。
【図３】本実施形態に係る耐震架構構造の設計方法の基本的な考え方を示した概念図。
【図４】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は(a)のＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図。
【図５】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【図６】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は平面図。
【図７】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【図８】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は(a)のＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。
【図９】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【符号の説明】
１ 高架橋の下部構造（耐震架構構造）
２ 柱
３ 梁
４ ＲＣラーメン架構
５ ダンパーブレース機構
６ 履歴減衰型せん断ダンパー（鉛直変位ダンパー）
９ 横Ｖ字状ブレース
１１ ＲＣ解析モデル
１２ ダンパーブレース解析モデル
２１ 回転バネ
２２ 仮想剛体柱
２３ 仮想剛体梁
２４、３０、４０、４７、５０、６０、７０
水平変位吸収型ダンパー
Claims (3)
- 互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラーメン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構とからなるとともに、該ダンパーブレース機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレースとから構成し、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を前記各柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合し、大地震時において前記柱の上下端に塑性ヒンジが生じるように前記ＲＣラーメン架構を構成し、前記梁の長さをＢ、前記柱の高さをＨとしたときの前記ＲＣラーメン架構の縦横比Ｂ／Ｈを１未満としたことを特徴とする耐震架構構造。
- 前記鉛直変位ダンパーを、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーとした請求項１記載の耐震架構構造。
- 互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるＲＣラーメン架構と、該ＲＣラーメン架構の構面内に配置されたダンパーブレース機構とからなるとともに、該ダンパーブレース機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の横Ｖ字状ブレースとから構成し、該各横Ｖ字状ブレースの２つの他端を前記各柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記ＲＣラーメン架構の剛接点を回転バネに置換したＲＣ解析モデルと、前記柱及び前記梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに前記ダンパーブレース機構を前記各横Ｖ字状ブレースの２つの他端が前記各仮想剛体柱の中間位置近傍であって互いに上下に離間した位置にそれぞれ接合してなるダンパーブレース解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、
前記耐震架構構造に作用させる設計外力Ｐのうち、前記ダンパーブレース解析モデルの負担分Ｐdbを、Ｈを前記仮想剛体柱の高さ、Ｂを前記仮想剛体梁の長さ、Ｑをダンパーの荷重変位特性として
Ｐdb＝（Ｂ／Ｈ）Ｑ
とするとともに、前記ＲＣ解析モデルの負担分Ｐrcを、
Ｐrc＝Ｐ―Ｐdb
とし、前記ダンパーブレース解析モデルにＰdbを、前記ＲＣ解析モデルにＰrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うことを特徴とする耐震架構構造の設計方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000186931A JP3712178B2 (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 耐震架構構造及びその設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000186931A JP3712178B2 (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 耐震架構構造及びその設計方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002004463A JP2002004463A (ja) | 2002-01-09 |
| JP3712178B2 true JP3712178B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=18687008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000186931A Expired - Fee Related JP3712178B2 (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 耐震架構構造及びその設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3712178B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012117364A (ja) * | 2012-01-20 | 2012-06-21 | Kajima Corp | 制震橋脚構造 |
| JP2015121092A (ja) * | 2015-02-23 | 2015-07-02 | 鹿島建設株式会社 | 制震橋脚構造 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4957295B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2012-06-20 | 鹿島建設株式会社 | 制震橋脚構造 |
| CN106639022A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-05-10 | 东北林业大学 | 一种新型非线性减震器 |
| CN110258317B (zh) * | 2019-06-28 | 2024-05-28 | 中铁大桥科学研究院有限公司 | 一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置 |
| CN113432557B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-12-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种用于防屈曲约束支撑施工效果的评估方法 |
| CN113340549B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-12-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种用于防屈曲约束支撑施工效果的评估装置 |
-
2000
- 2000-06-21 JP JP2000186931A patent/JP3712178B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012117364A (ja) * | 2012-01-20 | 2012-06-21 | Kajima Corp | 制震橋脚構造 |
| JP2015121092A (ja) * | 2015-02-23 | 2015-07-02 | 鹿島建設株式会社 | 制震橋脚構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002004463A (ja) | 2002-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4631280B2 (ja) | 制震橋脚 | |
| JP3712178B2 (ja) | 耐震架構構造及びその設計方法 | |
| JP3608136B2 (ja) | 建築物の制振構造 | |
| JP2008214973A (ja) | 制震橋脚構造 | |
| JP3835676B2 (ja) | 耐震架構構造及びその設計方法 | |
| JP4140028B2 (ja) | 耐震補強構造 | |
| JP3835677B2 (ja) | 耐震架構構造及びその設計方法 | |
| JPH10220062A (ja) | 建築構造物の制振構造 | |
| JP4242673B2 (ja) | 制振装置及びそれを用いた制振構造 | |
| JP4445587B2 (ja) | 耐震架構構造及びその設計方法 | |
| JP2507596Y2 (ja) | 複合構造物 | |
| JP4181680B2 (ja) | 制震ブレースダンパー及びそれに用いるエネルギー吸収体とこれの設計方法 | |
| JPH10131543A (ja) | 制震躯体構造 | |
| JP4282003B2 (ja) | 制振構造 | |
| JP4479138B2 (ja) | 柱脚構造及び耐震補強方法 | |
| JP3493495B2 (ja) | エネルギ吸収機構を備えた柱梁接合部 | |
| JPH1171934A (ja) | 制振構造 | |
| JP2008133662A (ja) | 建物の耐震構造 | |
| JPH11131861A (ja) | 制震装置 | |
| JPH10227061A (ja) | 偏心型引張ブレース構造 | |
| JPH07207985A (ja) | 偏心ブレースダンパーによる建築物の制振装置 | |
| JP3705784B2 (ja) | 制振構造物 | |
| JPH10306502A (ja) | 建築物の架構構造 | |
| JP2012117364A (ja) | 制震橋脚構造 | |
| JP4379732B2 (ja) | 建物の耐震補強工法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041125 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041207 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050204 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050324 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050518 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20050526 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050729 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050811 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080826 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090826 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100826 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100826 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110826 Year of fee payment: 6 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110826 Year of fee payment: 6 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110826 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120826 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120826 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130826 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130826 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140826 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |