JP3911672B2 - ラーメン高架橋の制震構造 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中梁を設けることなく、ラーメン高架橋の耐震性能を保持する高架橋の制震構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ラーメン高架橋1は、橋脚3どうしを地中梁によって連結することにより、耐震性能を保持している。しかし、地中梁を設ける際には、橋脚の建設に加えて、橋脚周辺の地盤を掘削する必要があるため、工期の長期化やコストの増大化等の問題が生じる。
そこで、地中梁を無くすことを目的に、図3に示すように、前記ラーメン高架橋1に対して、橋軸直角方向の変形を自在とする方向で、橋脚3と橋脚3により支持されている上部工7とを連結するように制震装置11を配置し、地震時のエネルギーを吸収する制震構造が検討されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような制震装置11を備えたラーメン高架橋1の代表的な横断面に対して、地中梁の有無、制震装置の有無をパラメータとして地震応答解析を実施したところ、図4に示すような最大変形図が得られ、何れの場合においても橋脚3の天端部近傍で曲げ曲率が増大することが分かった。ところで、前記制震装置11は、曲げ曲率の大きい部位に設置することにより、より制震効果を発揮することとなるが、図4でも分かるように、制震装置11を設けたラーメン高架橋1の橋脚3は、他に比べて曲げ曲率が小さく制震装置11の機能を十分に生かせていない様子が分かる。
【0004】
上記事情に鑑み、本発明は、施工性が良く、低コストでラーメン高架橋の耐震性能を保持する高架橋の制震構造を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のラーメン高架橋の制震構造は、橋軸直角方向の変形を自在とするように配置された制震装置が、ラーメン高架橋の上部工の下端部と、中空鋼管よりなる橋脚の所定高さの側面とを連結するように設けられており、前記橋脚を構成する中空鋼管の所定高さの上部近傍には、本体に比べて曲げ剛性を低下させる加工が施され、かつ、前記制震装置が、面どうしを向かい合わせて平行に配される第1の板材及び第2の板材と、該第1の板材及び第2の板材に挟まれるように配置される粘弾性体を備えてなり、第1の板材が、面を橋軸直角方向に向けて鉛直軸方向に立設するように配され、前記上部工の下端部に一方の端部を固着されるとともに、第2の板材が、前記橋脚の所定高さの側面に、前記第1の板材の他方の端部近傍と平行となるように固着されることを特徴としている。
【0006】
請求項2記載のラーメン高架橋の制震構造は、前記橋脚が、中空鋼管の中空部にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管よりなることを特徴としている。
【0007】
請求項3記載のラーメン高架橋の制震構造は、前記橋脚を構成する中空鋼管の所定高さの上部近傍には、コルゲート加工が施されていることを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高架橋の制震構造について、図1及び図2を用いて詳述する。本発明は、ラーメン高架橋を構成する橋脚の上部近傍に、局部的に曲げ剛性の低い部位を形成し、この部位の側面に高架橋を構成する上部工と連結した制震装置を設けることで、制震機能の効率化を図るものである。
【0010】
図1に示すように、ラーメン高架橋1は、支持杭4及び橋脚3を備える下部工2と、床版8、主桁9及び横桁10を備える上部工7により構成されている。前記橋脚3は、中空鋼管5と、該中空鋼管5の中空部に充填されるコンクリート6よりなるコンクリート充填鋼管により構成されている。このようなコンクリート充填鋼管よりなる橋脚3は、前記中空鋼管5が充填されたコンクリート6を拘束する構成となるため圧縮耐力に優れるとともに、大きく変形した際にも支持力を保持できるといった変形性能に優れた特徴を有している。
また、該橋脚3を支持する支持杭4は、鉄筋コンクリート造もしくは橋脚3と同様のコンクリート充填鋼管造等により構成されており、前記橋脚3が支持杭4と同軸状に配されて、両者は剛に接合されている。このように、下部工2は、支持杭4に橋脚3が直接支持されるのみの構成で、橋脚3を連結する地中梁は設けられていない。
【0011】
一方、上部工7に備えられた主桁9及び横桁10は、主桁9が橋軸方向に所定の距離を持って並列配置されている橋脚3どうしを連結するとともに、横桁10が橋軸直角方向に所定の距離を持って対をなして配置されている橋脚3どうしを連結している。これらは、ともに橋脚3の上端部に配置されており、橋脚3を構成する中空鋼管5の内周面に沿って鉛直方向と同軸に配置された複数の鉄筋5aが、上部を中空鋼管5より上方に突出するように設けられて、この突出した鉄筋5aの上端部を内方に納めるようにして、鉄筋コンクリート造の主桁9及び横桁10を構築することにより、前記橋脚3と主桁9及び横桁10とは剛に接合される。このような構成の主桁9及び横桁10に支持されるように、床版8が配置されて上部工7が構成されることとなる。
【0012】
ところで、前記橋脚3の所定高さ3aの上部近傍には、図2(a)に示すように、中空鋼管5の肉厚を変えることなく起伏を設けたコルゲート加工がなされている。これは曲げ剛性を低くし、塑性ヒンジを誘導することを目的に施すもので、本実施の形態では、中空鋼管5の所定高さ3aの上部近傍に3つの起伏を設けている。このように、曲げ剛性の高いコンクリート充填鋼管において、局部的に曲げ剛性を低くする加工を施しておくことにより、上部工7に橋軸直角方向の地震力が作用すると、該所定高さ3aの上部近傍に応力が集中し、塑性ヒンジを誘導でき、橋脚3の所定高さ3aの上部近傍の曲げ曲率を効果的に増大することができるものである。
なお、前記橋脚3の所定高さ3aの上部近傍に施すコルゲート加工は、図2(b)(c)に示すように、起伏の数にこだわるものではないが、図2(d)に示すように、起伏の数が多いほど曲げ剛性を低くできるものである。
【0013】
上述するラーメン高架橋1には、地震が発生した際に橋軸直角方向に作用する水平力に対応する制震装置11が備えられている。本実施の形態で用いる制震装置11は、図2(a)に示すように、第1の板材12と、第2の板材13と、粘弾性体14により構成されており、第1の板材12、及び第2の板材13は、外力により容易に変形することのない剛性の高い鋼材等の板材によりなり、また、粘弾性体14は、アスファルトや合成ゴム、アクリル樹脂、シリコーン等、減衰性能を有する材料が用いられている。これらは、第1の板材12及び第2の板材13が面どうしを向かい合わせて平行に配され、両者の隙間を充填するように粘弾性体14が充填されることにより、制震装置11が構成される。該制震装置11は、地震等の発生により第1の板材12及び第2の板材13が面内で相対変位した際に、両者に挟まれた粘弾性体14に生じる粘性抵抗力によって振動エネルギーを吸収するものである。
【0014】
本実施の形態では、図1に示すように、前記第2の板材13は、一方の面13aを平滑面、他方の面13bを前記橋脚3の側面と同形状の凹面に形成しており、一方の面13aをラーメン高架橋1の橋軸直角方向に面を向けるようにして、橋脚3の所定高さ3aの側面に、他方の面13bを固定手段を介して固定されている。また、第1の板材12は、部材長が長く、上部工7の下端部から前記橋脚3の所定高さ5aに達する長さを有しており、第2の板材13に面どうしを向かい合わせるとともに、鉛直方向に立設するように配されて、一方の端部12aを上部工7を構成する主桁9の下端面に固着されている。これにより、第1の板材12の他方の端部12b近傍の面と第2の板材13の一方の面13aとが向かい合う構成となり、両者の隙間に前記粘弾性体14を充填することにより、制震装置11が構成される。
【0015】
このように、本実施の形態では、ラーメン高架橋1の上部工7を構成する主桁9と橋脚3の所定高さ3aの側面を連結するように制震装置11を取り付け、橋脚3の所定高さ3aの上部近傍にコルゲート加工を施し、局部的に曲げ剛性を低くする構成とした。これにより、地震等が発生し、ラーメン高架橋1の橋軸直角方向に水平力が作用した際には、橋脚3の制震装置11が固定された所定高さ3aの上部近傍で曲げ曲率が増大し、橋脚3は上部工7を支持する支持耐力は保持するものの、所定高さ3aより上部の橋脚3は、上部工7に追従して変形する。これに伴い、前記制震装置11の第1の板材12及び第2の板材13も橋軸直角方向の面内で相対変位し、両者に挟まれた粘弾性体14に粘性抵抗力が生じて、振動エネルギーを吸収し、ラーメン高架橋1の振動を減衰して安全性を確保するものである。
【0016】
このような本実施の形態は、あくまでも一つの例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本実施の形態に限定されずにいかなる形態をも採用しうることは、言うまでもない。
また、本実施の形態では、前記橋脚3のコンクリート充填鋼管を用いているが、これにこだわるものではなく、前記上部工7の鉛直荷重に耐えうる支持耐力を有する中空鋼管5のみを用いてこれを橋脚3とし、所定高さ5aにコルゲート加工を施しても良い。
【0017】
上述する構成によれば、前記ラーメン高架橋1の橋脚3の所定高さ3aの上部近傍に曲げ剛性を低下させる加工を施すとともに、該橋脚3の所定高さ3aに、上部工7に連結された制震装置11を固定することから、地震等の発生の際には、曲げ剛性の高いコンクリート充填鋼管よりなる橋脚3の所定高さ3aの上部近傍に塑性ヒンジを誘導でき、また塑性ヒンジの発生箇所近傍である所定高さ3aに制震装置11が設けられる構成となるため、制震装置11の制震性能を向上することが可能となり、ラーメン高架橋1の耐震性能の向上を図ることが可能となるとともに、簡略な構成で施工性が良く、工期短縮、工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【0018】
前記ラーメン高架橋1の橋脚3の所定高さ3aの上部近傍に曲げ剛性を低下させる方法として、コルゲート加工を適用したことから、簡略な構成で施工性が良く、橋脚3に対して上部工7の支持耐力を保持しながら、塑性ヒンジを積極的に誘導することが可能となる。
【0019】
前記ラーメン高架橋1には、第1の板材12と第2の板材13と粘弾性体14よりなる制震装置11が用いられていることから、簡略な構成で施工性が良く工期短縮、工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【0020】
【発明の効果】
請求項1、2記載のラーメン高架橋の制震構造によれば、橋軸直角方向の変形を自在とするように配置された制震装置が、ラーメン高架橋の上部工の下端部と、中空鋼管よりなる橋脚の所定高さの側面とを連結するように設けられており、前記橋脚を構成する鋼管の所定高さの上部近傍には、本体に比べて曲げ剛性を低下させる加工が施されている。もしくは、前記橋脚が、中空鋼管の中空部にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管よりなることから、地震等の発生の際には、曲げ剛性の高いコンクリート充填鋼管よりなる橋脚の所定高さの上部近傍に塑性ヒンジを誘導でき、また塑性ヒンジの発生箇所近傍の所定高さ位置に制震装置が設けられる構成となるため、制震装置の制震性能を向上することが可能となり、地中梁を設けることなくラーメン高架橋の耐震性能の向上を図ることが可能となるとともに、簡略な構成で施工性が良く、工期短縮、工費削減に大きく寄与することが可能となる。
また、前記制震装置が、面どうしを向かい合わせて平行に配される第1の板材及び第2の板材と、該第1の板材及び第2の板材に挟まれるように配置される粘弾性体を備えてなり、第1の板材が、面を橋軸直角方向に向けて鉛直軸方向に立設するように配され、前記上部工の下端部に一方の端部を固着されるとともに、第2の板材が、前記橋脚の所定高さの側面に、前記第1の板材の他方の端部近傍と平行となるように固着されることから、簡略な構成で施工性が良く工期短縮、工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【0021】
請求項3記載のラーメン高架橋の制震構造によれば、前記橋脚を構成する鋼管の所定高さの上部近傍には、コルゲート加工が施されていることから、簡略な構成で施工性が良く、橋脚に対して上部工の支持耐力を保持しながら、塑性ヒンジを積極的に誘導することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るラーメン高架橋の制震構造を示す図である。
【図2】 本発明に係るラーメン高架橋の制震装置の取り付け部を示す図である。
【図3】 従来のラーメン高架橋の制震構造を示す図である。
【図4】 従来のラーメン高架橋に地震が発生した際の最大変形を示す図である。
【符号の説明】
1 ラーメン高架橋
2 下部工
3 橋脚
4 支持杭
5 中空鋼管
5a 鉄筋
6 コンクリート
7 上部工
8 床版
9 主桁
10 横桁
11 制震装置
12 第1の板材
12a 一方の端部
12b 他方の端部
13 第2の板材
13a 一方の面
13b 他方の面
14 粘弾性体

Claims (3)

  1. 橋軸直角方向の変形を自在とするように配置された制震装置が、ラーメン高架橋の上部工の下端部と、中空鋼管よりなる橋脚の所定高さの側面とを連結するように設けられており、
    前記橋脚を構成する中空鋼管の所定高さの上部近傍には、本体に比べて曲げ剛性を低下させる加工が施され、
    前記制震装置が、面どうしを向かい合わせて平行に配される第1の板材及び第2の板材と、該第1の板材及び第2の板材に挟まれるように配置される粘弾性体を備えてなり、
    第1の板材が、面を橋軸直角方向に向けて鉛直軸方向に立設するように配され、前記上部工の下端部に一方の端部を固着されるとともに、
    第2の板材が、前記橋脚の所定高さの側面に、前記第1の板材の他方の端部近傍と平行となるように固着されることを特徴とするラーメン高架橋の制震構造。
  2. 請求項1に記載のラーメン高架橋の制震構造において、
    前記橋脚が、中空鋼管の中空部にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管よりなることを特徴とするラーメン高架橋の制震構造。
  3. 請求項1または2に記載のラーメン高架橋の制震構造において、
    前記橋脚を構成する中空鋼管の所定高さの上部近傍には、コルゲート加工が施されていることを特徴とするラーメン高架橋の制震構造。
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