JP3999364B2

JP3999364B2 - 橋梁の免震構造

Info

Publication number: JP3999364B2
Application number: JP21444198A
Authority: JP
Inventors: 吉輝土橋; 忠彦伊藤
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-07-29
Also published as: JP2000045225A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体が所定の深さで満たされた液体槽に、橋脚の下部構造の少なくとも一部を埋没させる橋梁の免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震による振動や衝撃を緩和するための建造物の免震構造として、建造物の基礎と上部構造との間に、積層ゴム等を設置するものが挙げられる。
この構造においては、積層ゴム等を挟むことによって、地震によるせん断力が上部構造に伝達されにくくなるとともに、建造物の剛性が小さくなることから固有周期が長くなり、地震振動に対して建造物が共振することを防ぐという効果がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構造の効果は、前記積層ゴム等が軟らかいほど向上する。しかし、それによって建造物の固有周期が長くなると、地震の際に、基礎に対する上部構造の水平方向の応答変位が大きくなり、それによって建造物の内部が修復不可能な程度にまで破壊されたり、さらには建造物の崩壊等の可能性がある。
そして、建造物ごとに許容できる水平方向の変位量には限界があり、それに従い、固有周期の長さにも制限がある。よって、上記免震構造では、建造物ごとに、許容できる固有周期の範囲内での免震効果しか得ることができず、建造物によっては十分な免震効果を得ることができないことがあった。
従来においても、前記積層ゴム等と併用して、ダンパーを設置することで、地震エネルギーを減衰させ、水平方向の変位量を小さくする工夫はされてはいるものの、十分とは言えないものであった。
【０００４】
また、上記免震構造は左右方向の揺れに対応しているもので、衝撃的な上下動を有する直下型地震に対しては、免震効果を期待することはできなかった。
加えて、前記免震構造に負の反力が発生するような建造物には採用することができなかった。
【０００５】
上記の問題点に鑑み、本発明は、地震による、横揺れ及び上下動の揺れのいずれに対しても十分に効果的で、様々な建造物に適用できる、橋梁の免震構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決すべく、本発明の請求項１に記載の発明は、地盤に対して固定されていて液体が所定の深さで満たされた液体槽に、橋梁の下部構造の少なくとも一部を、前記下部構造の側部と前記液体槽との間に隙間がある状態で埋没させる橋梁の免震構造であって、前記下部構造は橋脚を支持する複数の浮体であり、前記橋梁が前記液体より受ける浮力は前記橋梁の死荷重とほぼ等しいことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の橋梁の免震構造によれば、地盤に対して固定されていて液体が所定の深さで満たされた液体槽に、橋梁の下部構造の少なくとも一部を、前記下部構造の側部と液体槽との間に隙間がある状態で埋没させることから、下部構造の側部は液体槽と直接接しておらず、これらの間に液体槽を満たす液体が存在することになる。したがって、地震が発生した際に、地盤を介して液体槽そのものが横方向に振動したとしても、液体槽内の液体がダンパーの役割を果たし、揺れを吸収することができ、地盤から橋梁に伝達される振動エネルギーを小さくすることができる。
【０００８】
また、橋梁が液体より受ける浮力は橋梁の死荷重とほぼ等しいことから、橋梁に掛かる重力はキャンセルされていることになるので、直下型地震が発生し、地盤を介して液体槽が一瞬のうちに上下方向に移動したとしても、橋梁は共に瞬間的に上下方向に移動するようなことはなく、橋梁全体が上下動自在であれば、死荷重と等しい浮力を受ける位置までゆっくりと上下に震動することになる。したがって、この場合にも、地盤を介して伝達された振動を、そのまま橋梁が受けることはない。
【０００９】
また、橋梁そのものに振動が直接伝達されない構造であることから、橋梁の固有周期や地盤種別に関係なく、様々な建造物に適用できる免震構造となる。これに加えて、橋梁から地盤そのものには直接重量がかからず、液体槽を介して、液体槽の自重と橋梁に掛かる活荷重分の重量のみが地盤に作用することから、軟弱な地盤であっても建設可能であり、建設される地盤にあまり制約がないという点からも、様々な建造物に適用できるものである。
【００１０】
加えて、請求項１の免震構造では、平常時における、温度変化やクリープ現象によって生じる応力も、橋梁と液体槽との隙間で吸収できる。
【００１１】
ここで、液体槽は、地盤に対してどのように固定されていてもよいが、たとえば、地盤表面に対して設置した状態で固定されてもよいし、また、地盤中に液体槽の少なくとも一部を埋め込んだ状態で固定されてもよい。
また、液体槽は１つであってもよいし、前記建造物の下部構造が複数に分割されていたり複雑な形状である場合には、それに応じて複数設けられ、それぞれの液体槽に下部構造が浸されている状態であってもよい。加えて、液体槽に満たす液体は特に限定されないが、取り扱いやすさやコストの点から水などが挙げられる。
さらに、建造物に掛かる活荷重によって動かないようにする必要がある建造物であれば、建造物の下部構造の底が、液体槽の底等と軽く接触しているような状態であるように、液体の深さ等を調節すればよい。
【００１２】
橋梁に従来の固有周期に基づいた免震構造を組み込む場合には、水平方向の揺れによって橋桁等に過大な応答変位が生じないように、固有周期の長さが制限される場合があった。加えて、軟弱地盤に建設された橋梁や橋脚が高く、固有周期がもともと長い橋梁では、望ましい免震効果が得られるような免震構造とすることが難しい場合があった。しかし、請求項１に記載の橋梁の免震構造によれば、橋梁の固有周期や地盤の種類とは無関係に、十分な免震効果を得ることができるようになり、高い耐震性を有する橋梁となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の橋梁の免震構造において、前記隙間には外力によって変形可能な変形部材が介設されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の橋梁の免震構造によれば、橋梁の下部構造の側部と液体槽との隙間に、外力によって変形可能な変形部材が介設されているので、液体槽を介して伝達される横方向の揺れを、液体と、さらにこの変形部材によって吸収することができ、より一層、高い免震効果を発揮することができる。また、揺れが激しい場合にも、液体槽と橋梁の下部構造の側部が直接衝突することはなく、これらの破損等が起きにくくなる。
【００１５】
ここで、変形部材としては、軟質ゴム、各種バネ、油圧を用いたショックアブソーバ等が挙げられる。また、変形部材は、下部構造の側部を被うように連続的に介設されていてもよいし、下部構造の側部に沿って断続的に複数、介設されていてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明について説明する。
図１は、本発明の免震構造を組み込んだ建造物としての一例である、橋梁の一部を示したものである。図１において、１は橋梁、２は橋桁、３は橋脚、４は浮体、５は水槽であり、橋梁１は、水槽５、５…に、浮体４、４…を入れた状態で、水槽５…内の水の浮力によって支持されているものである。
【００１８】
橋梁１は、たとえば、鉄道などの高架橋として用いられるコンクリート製のもので、４径間連続ラーメン構造を有する。すなわち、５本の橋脚３、３…に対し橋桁２が一体あるいは剛結されているもので、図示の４径間については剛直な構造となっている。
橋脚３それぞれの下部には、浮体（下部構造）４が橋脚３に連続して設けられていて、浮体４は、水槽５内において十分な浮力を受けることができるように、橋脚３よりも太く形成されている。また、橋梁１全体の死荷重を小さくするために、浮体４、４…内部には空洞４ａ…が形成されている。なお、浮体４、４…は鋼製としてもよい。
【００１９】
水槽５、５…は、鋼製またはコンクリート製であり、有底円筒形状に形成されていて、内部に所定の水位で水（液体）が満たされている。その内径は、浮体４、４…の直径よりも太く、水槽５…と浮体４…との間には隙間８、８…がある。
【００２０】
前記隙間８には、図２に示すように浮体４の外周面（側部）に沿って、変形部材としての衝撃吸収部材７、７、７…が取り付けられている。これら衝撃吸収部材７、７…は、軟質ゴムや、各種バネ、あるいは油圧を用いたショックアブソーバ等の外力によって変形できるものであり、地震が発生し水槽５が振動した場合に、それに応じて変形し、水槽５から浮体４に伝達される振動をある程度吸収するものである。また、地震時だけでなく、平常時の温度変化やクリープ現象によって橋梁１に発生した、応力も吸収できるものである。
【００２１】
水槽５それぞれの底には、図１及び図３に示すように、積層ゴムと摩擦係数の小さいテフロン板などからなる支承６が固定されている。
平常時は、この支承６…に対して浮体４…の底はほぼ全面が軽く接触した状態であり、橋梁１は、風や活荷重等の外力によって揺動したりすることはなく、安定した状態である。
しかし、支承６…に浮体４…は固定されてはいないので、地震による水平力が作用すれば、これらは互いに滑りながらずれることができるようになっている。
また、この橋梁１では、水槽５…の水全体から橋梁１が受ける浮力と、橋梁１の死荷重がほぼ釣り合うようになっているため、支承６には橋梁１を通る車両等の活荷重のみが掛かることになる。
【００２２】
なお、上記水槽５…の深さは、浮体４の直径を３メートルとした場合、具体的な細部構造等によって異なるが、１５メートル程度にすれば、橋梁１の死荷重を支持することができるようになる。
【００２３】
上記橋梁１の施工方法を以下に説明する。
まず、地盤を一般的に用いられている方法、たとえば地中連続壁工法等で掘削して、穴を形成し、その穴に水槽５、５…を構築する。このとき、水槽５、５…の上部が地面（図１中、ＧＬ線）から突出するように埋める。
次に、各水槽５内の底に支承６を設置する。この支承６上に、浮体４を築造する。
次に、水槽５と浮体４との間に、衝撃吸収部材７、７…を取り付ける。
そして、浮体４、４…上に、橋脚３、３…と橋桁２を構築する。
最後に、水槽５、５…内に、図１における逆三角形の印のところまで、水を入れ浮力を発生させる。
【００２４】
以上の本発明の免震構造を組み込んだ橋梁１によれば、地盤に対して固定されていて水が所定の水位で満たされた水槽５に、橋梁１の浮体４を、その側部と水槽５との間に隙間８がある状態で、埋没させていることから、浮体４の外周面は水槽５と直接接しておらず、これらの間に水が存在することになる。
したがって、地震が発生した際に、地盤を介して水槽５そのものが横方向に振動したとしても、水槽５内の水がダンパーの役割を果たし、揺れを吸収することができ、橋梁１に伝達される振動エネルギーを小さくすることができる。
しかも、隙間８には、衝撃吸収部材７、７…が介設されているので、水槽５を介して伝達される横方向の揺れを、これら衝撃吸収部材７…によっても吸収することができ、より一層、高い免震効果を発揮する。
また、揺れが激しい場合には、衝撃吸収部材７…の存在によって、水槽５と橋梁１の浮体４が直接衝突することはなく、これらの破損等が起きにくくなる。
【００２５】
また、橋梁１が水より受ける浮力はその死荷重とほぼ等しいことから、橋梁１に掛かる重力はキャンセルされていることになるので、直下型地震が発生し、地盤を介して水槽５が一瞬のうちに上下方向に移動して、水槽５と橋梁１が離間した状態になっても、橋梁１は一瞬のうちに重力によって下方向に落下することはなく、死荷重と等しい浮力を受ける位置まで、つまり、支承６と接触するところまで、ゆっくりと下方に移動することになる。
したがって、この場合にも、地盤を介して伝達された上下振動をそのまま橋梁１が受けることはない。
【００２６】
また、橋梁１は剛直な連続ラーメン構造であるので、温度変化やクリープ現象によって応力が発生しやすいが、浮体４と水槽５との間の隙間８や衝撃吸収部材７…によって、前記応力を吸収することができる。
【００２７】
なお、本発明は、連続ラーメン構造以外の構造を有する橋梁に適用してもよく、たとえば、連続桁橋、単純桁橋、トラス橋等にも適用できる。
加えて、本発明の免震構造を橋梁に適用することで、地盤そのものに橋梁の重量はかからず、水槽と水の自重と橋梁の活荷重分の重量のみが地盤にかかるようになることから、軟弱な地盤であっても合理的に免震橋梁を建設できる。
【００２８】
また、上記実施の形態では浮力を水によって得たが、他の液体であってもよく、この場合、水よりも比重の大きい液体（たとえば、水銀）を用いれば、より少ない容量で橋梁を支持することが可能となり、水槽も浮体も短く形成することができる。
【００２９】
さらに、前記実施の形態では、一例として橋梁を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な建造物に適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、地震が発生した際に、地盤を介して液体槽そのものが横方向に振動したとしても、水槽内の液体がダンパーの役割を果たし、揺れを吸収することができ、橋梁に伝達される振動エネルギーを小さくすることができる。また、橋梁が液体より受ける浮力は橋梁の死荷重とほぼ等しいことから、橋梁に掛かる重力はキャンセルされていることになるので、直下型地震が発生し、地盤を介して液体槽が一瞬のうちに上下方向に移動したとしても、橋梁は共に瞬間的に上下方向に移動するようなことはなく、橋梁が上下動自在であれば、死荷重と等しい浮力を受ける位置まで、ゆっくりと上下に震動することになる。したがって、この場合にも、地盤を介して伝達された振動をそのまま橋梁が受けることはない。以上のように、地震による、横揺れ及び上下方向の揺れのいずれに対しても十分に効果的な免震構造となる。
【００３１】
また、従来の固有周期に基づいた免震構造とは異なり、橋梁そのものに振動が直接伝達されない構造であることから、橋梁の地震応答特性等に関係なく、様々な建造物に適用できる免震構造となる。これに加えて、橋梁から地盤そのものには直接重量がかからず、液体槽を介して、液体槽の自重と橋梁に掛かる活荷重分の重量のみが地盤にかかることから、軟弱な地盤であっても合理的に免震構造物が建設可能であり、建設される地盤にあまり制約がないという点からも、様々な建造物に適用できるものである。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、液体槽を介して伝達される横方向の揺れを、液体と、さらに変形部材によって吸収することができ、より一層、高い免震効果を発揮する。
加えて、この変形部材は、平常時の活荷重、風、あるいは温度変化等の外力による応力を吸収する役目も兼ねることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例としての橋梁の一部を示す断面図である。
【図２】図１の水槽と浮体の水平方向の断面図である。
【図３】図１の水槽底部の支承部分の拡大図である。
【符号の説明】
１橋梁（建造物）
２橋桁
３橋脚
４浮体（下部構造）
５水槽（液体槽）
６支承
７衝撃吸収部材（変形部材）
８隙間

Claims

地盤に対して固定されていて液体が所定の深さで満たされた液体槽に、橋梁の下部構造の少なくとも一部を、前記下部構造の側部と前記液体槽との間に隙間がある状態で埋没させる橋梁の免震構造であって、前記下部構造は橋脚を支持する複数の浮体であり、前記橋梁が前記液体より受ける浮力は前記橋梁の死荷重とほぼ等しいことを特徴とする橋梁の免震構造。
前記隙間には外力によって変形可能な変形部材が介設されていることを特徴とする請求項１に記載の橋梁の免震構造。