JP4273037B2 - Ｐｃ橋におけるｐｃ外ケーブルの制振装置 - Google Patents

Description

この発明はＰＣケーブルを緊張状態に配設して成るＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの制振装置に関する。

従来、コンクリート橋としてはＰＣケーブルによる補強を行わないコンクリート（鉄筋コンクリート）から成るＲＣ橋と称されるものと、ＰＣケーブルを緊張状態に配設して成るＰＣ橋と称されるものとがある。
前者のＲＣ橋は主として比較的橋長の短い橋梁に採用されている。
一方後者のＰＣ橋は、ＰＣケーブルを軸方向に緊張し、その緊張力によってコンクリートの橋桁に圧縮方向の力を付与していることから高い耐荷力が得られ、主として橋長の長い橋梁に採用されている。

近年、橋梁技術の向上によってかかるＰＣ橋がますます長大化して来ている。
この種のＰＣ橋にあっては、従来、ＰＣケーブルをコンクリート内部に埋設した形態の内ケーブル方式が採用されて来た。
これに対して近年、ＰＣケーブルの大部分若しくは全体をコンクリート外に露出する状態で緊張状態に配設して成る外ケーブル方式のＰＣ橋が採用される傾向にある。

この外ケーブル方式のＰＣ橋では、ＰＣケーブルをコンクリートボックスの断面内部ではなく、コンクリートボックスの内側に露出する状態で緊張状態に配設しており、この場合、内ケーブル方式のＰＣ橋のようにＰＣケーブルをコンクリート内部に埋設した場合と異なって、ＰＣケーブルを緊張する際の力がコンクリートとの摩擦等によってＰＣケーブル自体に有効に働かなかったりすることがなく、ＰＣケーブルを緊張する際の力をそのままＰＣケーブルに与えることができ、またＰＣケーブルの配置位置を自由に選定できるなどの利点があることから、近年（ここ１０年くらい）日本で作られるボックス形状のＰＣ橋梁の場合、殆どがこうした外ケーブル方式のＰＣ橋とされている。

一方でこの外ケーブル方式のＰＣ橋は特有の問題点も内包している。
即ちこの外ケーブル方式のＰＣ橋では、コンクリートボックスの内側に露出している、即ちコンクリート断面の外側に露出しているＰＣ外ケーブルが１スパンごとに非拘束の、いわばフリーの状態にあるため、交通振動等によってコンクリートの橋桁に振動が加わると、その振動がＰＣ外ケーブルにも伝達されてしまって、ＰＣ外ケーブルがコンクリートの橋桁と共振を起してしまうことがあるといった問題がある。
内ケーブル方式のＰＣ橋の場合にはＰＣケーブルがコンクリート内部に埋り込んでいるため、ＰＣケーブルが単独で振動を起すといったことは生じないが、外ケーブル方式のＰＣ橋の場合、フリー状態にあるＰＣ外ケーブルが単独で振動を起してしまうのである。

そしてＰＣ外ケーブルが共振を起すと、恰もギターの弦が弾かれたときのようにコンクリートボックスが共鳴箱となって騒音を発生させてしまう。
詳しくは、ＰＣ外ケーブルが振幅０．２ｍｍ程度の、また周波数が１０〜２０Ｈｚ程度の低い周波数の振動共振を起し、これが低いうなり音のような音（騒音）を発生させてしまう。

現在こうしたＰＣ橋は殆ど都市郊外に建設されており、その騒音が大きな問題となっていないが、都市近郊でこうしたＰＣ橋が建設されるようになると、その騒音が大きな問題となる可能性がある。
更にＰＣ外ケーブルがこのような振動を生ずると、その振動が再び橋桁の方に戻って橋桁がいつまでも揺れ続けるといった問題の外、それらの振動がＰＣ外ケーブルないし橋梁の耐久性に悪影響を及ぼす問題を生ずる。

外ケーブル方式のＰＣ橋は、前述したようにごく近年採用されるに到ったものであり、従って外ケーブル方式のＰＣ橋における上記のような問題点は未だ一般に認識されておらず、従って本発明者等の知る限り外ケーブル方式のＰＣ橋における上記問題点の対策を図った従来技術は存在しない。

本発明は以上のような事情を背景とし、外ケーブル方式のＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの振動を抑制して、ＰＣ外ケーブルの振動に起因する各種の問題、即ちＰＣ外ケーブルの振動による低周波の低いうなり音のような騒音の発生や、橋桁にいつまでも揺れが残る問題、更にはＰＣ外ケーブル及び橋桁の振動がＰＣケーブル及び橋梁の耐久性に悪影響を及ぼす問題を解決することのできるＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの制振装置を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、ＰＣケーブルを軸方向に緊張状態に配設して成り且つ少なくとも一部の該ＰＣケーブルをコンクリート外に露出する状態に配置した外ケーブル方式のＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの制振装置であって、（イ）剛性の当り部と、（ロ）該当り部に対して前記ＰＣ外ケーブルの振動方向に遊動状態に設けられ、振動時に該当り部に衝突するマス部材と、（ハ）該当り部とマス部材との間に形成され、該マス部材を前記ＰＣ外ケーブルの振動方向に遊動させるための遊隙と、（ニ）それら当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面に形成された弾性体と、を有する制振本体を、前記ＰＣ外ケーブルの振動加速度を増幅して該制振本体に作用させる加速度増幅手段を介して該ＰＣ外ケーブルに装着し、該ＰＣ外ケーブルの振動を制振するようになしたことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記加速度増幅手段が前記ＰＣ外ケーブルに吊り下げられたコイルばねであることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記制振本体が内部に遊動室を形成する剛性のハウジングを有していて、該ハウジングが前記当り部を構成しており、該遊動室内に前記マス部材が遊動状態に収容されていることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、剛性の当り部と、ＰＣ外ケーブルの振動時にその当り部に衝突するマス部材と、それら当り部とマス部材との間に形成された遊隙と、当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面に形成された弾性体とを有する制振本体を、加速度増幅手段を介してＰＣ外ケーブルに装着したものである。

ここで本発明の制振装置における制振本体は次のように働く。
この制振本体では、ＰＣ外ケーブルが振動するとこれに伴って当り部が変位し振動を生ずる。
一方マス部材は当り部に対して振動方向に遊動状態にあるため、即ち当り部に対し同方向に独立して自由に移動するため、当り部の振動時にその当り部に衝突し、当り部の振動即ちＰＣ外ケーブルの振動を打ち消すように作用する。

このとき当り部に衝突したマス部材にはその当り部から逆向きに運動エネルギーが与えられ（従って当り部の振動エネルギーの一部がマス部材の運動エネルギーとして吸収される）、マス部材は遊動運動を継続して当り部に衝突し続ける。
そしてこれによるエネルギー吸収によってＰＣ外ケーブルの振動エネルギーが減衰し効果高く制振される。

尚、当り部とマス部材との何れもが剛体から成っていると、衝突時に大きな異音（衝突音）が発生してしまう。
しかるに本発明における制振装置では、当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面にゴム，樹脂等の弾性体が形成してあるため、衝突時に大きな異音が発生する問題がないとともに、衝突時における滑り摩擦，弾性体の粘性挙動により振動エネルギーが熱に変換・吸収され、即ち弾性体による制振作用が働いてＰＣ外ケーブルの振動減衰が助長される。

本発明における制振本体は周波数依存性が特になく、広い周波数範囲に亘って振動を抑制することができる。しかも温度に対する依存性も小さく、高温から低温までの幅広い温度範囲で良好な制振効果を発揮する。
また制振本体全体の所要スペースも小さくコンパクトであって、尚且つＰＣ外ケーブルに対し簡単に装着できるなど種々の特長を有する。

ところでこのような制振本体を直接ＰＣ外ケーブルに装着したとしても、そのＰＣ外ケーブルの振動を十分有効に制振することは困難である。
前述したようにＰＣ外ケーブルの振動（軸直角方向即ち上下方向の振動）は、振幅が０．２ｍｍ程度の微小振動であり、しかもその周波数（共振周波数）は１０〜２０Ｈｚ程度の低い周波数である。
上記制振本体が有効に制振効果を発揮するためにはマス部材に対して１．０Ｇ以上の加速度がかかる必要がある。
しかるに本発明の制振本体を直接ＰＣ外ケーブルに装着した場合、制振本体のマス部材にかかる加速度は１．０Ｇには達せず、そのため制振本体を直接ＰＣ外ケーブルに装着しても十分な制振効果が得られないのである。

そこで本発明では、制振本体を加速度増幅手段を介してＰＣ外ケーブルに装着するようになしたもので、かかる本発明の制振装置では、ＰＣ外ケーブルの振動加速度が加速度増幅手段により増幅された上で制振本体に作用せしめられる。
ここで加速度増幅手段は、ＰＣ外ケーブルと共振して振幅増幅及び加速度増幅し、これを制振本体に作用せしめる。
その結果として、制振本体のマス部材に対しＰＣ外ケーブルの振動に伴って１．０Ｇ以上の加速度を作用させることが可能となり、これに基づき制振本体は本来の制振効果を十分に発揮し得て、その制振本体の制振効果によりＰＣ外ケーブルの振動が良好に抑制される。

かかる本発明によれば、外ケーブル方式のＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの振動に起因する低周波の低いうなり音のような騒音の発生を有効に防止できるとともに、ＰＣ外ケーブルの振動が橋桁の方に戻って橋桁がいつまでも揺れ続けるといった問題を解決でき、更にＰＣ外ケーブル及び橋桁の振動によるＰＣ外ケーブルないし橋梁への耐久性の悪影響の問題も解決することができる。

本発明においては、上記加速度増幅手段をＰＣ外ケーブルから吊下げたコイルばねにて構成し、かかるコイルばねを介して制振本体を吊持させるようになすことができる（請求項２）。
このように加速度増幅手段として、ＰＣ外ケーブルから吊下げたコイルばねを用いた場合、コイルばねがＰＣ外ケーブルと共振を起して制振本体（厳密には制振本体の当り部）をＰＣ外ケーブルよりも大振幅且つ大きい加速度でこれを振動せしめる。
この請求項２によれば制振装置がＰＣ外ケーブルの側方にスペースを取らず、またＰＣ外ケーブルの側方に制振装置を設けた場合のように制振装置のＰＣ外ケーブルに対する取付角度が長期の間にずれてしまって、制振効果が低下するといった不具合を生じない利点を有する。

本発明においては、制振本体に剛性のハウジングを具備させて当り部を構成させ、そのハウジング内側の遊動室内にマス部材を遊動状態に収容しておくことができる（請求項３）。
このようにすることで、容易に制振本体をコイルばね等の加速度増幅手段を介してＰＣ外ケーブルに取付固定することが可能となる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は外ケーブル方式のＰＣ橋で、１２はコンクリートの橋桁、１４は橋脚である。
１６はコンクリートボックス１８の内側に露出する状態で配設された、ＰＣ鋼線の撚り線から成るＰＣ外ケーブルで軸方向に緊張状態とされている。そしてその緊張力によりコンクリート橋桁１２に対して圧縮方向（橋軸方向における圧縮）の力を及ぼしている。

２０はＰＣ外ケーブル１６に装着された本実施形態の制振装置で、具体的な構成が図２及び図３に示してある。
これらの図において２２は制振本体で、２４はＰＣ外ケーブル１６に吊下げられたコイルばね（加速度増幅手段）で、制振本体２２はこのコイルばね２４を介してＰＣ外ケーブル１６に垂直に吊持されている。

２６は円筒状の固定金具で、この固定金具２６は分割体２６Ａ，２６Ａに２分割されている。
各分割体２６Ａのそれぞれにはフランジ部２８が設けられていて、それらフランジ部２８においてボルト３０により一対の分割体２６Ａ，２６Ａが、ＰＣ外ケーブル１６を外周面から挟み込む状態で締結されている。

図３に示しているように、制振本体２２は箱状をなす剛性のハウジング（ここでは金属製）３２を有している。
ハウジング３２の内側には遊動室３４が形成されていて、そこにマス部材（ここでは金属製且つ球状）３６が、その外周面をゴム等の弾性体３８で被覆された状態で、またハウジング３２との間に上下の遊隙Ｓ１及び左右の遊隙Ｓ２（Ｓ２-１＋Ｓ２-２）を形成する状態で遊動可能に収容されている。

本実施形態において、加速度増幅手段としてのコイルばね２４はＰＣ外ケーブル１６と共振するようにその固有振動数が定められている。ここでコイルばね２４の固有振動数（共振周波数）ｆ_ｎは下記式（１）で与えられる。

例えば制振本体２２、詳しくは弾性体３８で被覆されたマス部材３６及びハウジング３２を合せた重量Ｗを２ｋｇｆ，コイルばね２４のばね定数ｋを１０ｋｇｆ／ｃｍとしたとき、コイルばね２４の固有振動数ｆ_ｎは１１．１Ｈｚとなる。

本実施形態の制振装置２０の場合、ＰＣ外ケーブル１６がコンクリート橋桁１２と共振して振動すると、これと共振するコイルばね２４によってその振幅及び加速度が増大されて制振本体２２（詳しくはハウジング３２）に伝えられ、かかる制振本体２２が大きな振幅且つ大きな加速度で図３中上下方向、即ちＰＣ外ケーブル１６の振動方向である軸直角方向に振動する。

この制振本体２２におけるハウジング３２内のマス部材３６は、ハウジング３２に対して振動方向に遊動状態にあって独立して自由に移動するため、ハウジング３２の振動時にマス部材３６がハウジング３２に対し振動方向に衝突し、ハウジング３２の振動即ちＰＣ外ケーブル１６の振動を打ち消すように作用する。
このときマス部材３６にはＰＣ外ケーブル１６から逆向きに運動エネルギーが与えられ、マス部材３６は逆方向に運動を行う。
そしてこの実施形態では、マス部材３６が最初の当り面とは逆位置にある当り面に再び衝突してＰＣ外ケーブル１６の振動を打ち消すように作用する。

マス部材３６は以後も同様の運動をハウジング３２とは逆位相ないし異なった位相で繰り返し行い、衝突の度にハウジング３２即ちＰＣ外ケーブル１６の振動エネルギーを吸収するとともにこれを自身の運動エネルギーに変換する。
これによりまたその際の滑り摩擦によるエネルギー吸収によって、ＰＣ外ケーブル１６の振動エネルギーが減衰し、効果高く制振される。

以上のような本実施形態の制振装置２０によれば、外ケーブル方式のＰＣ橋１０におけるＰＣ外ケーブル１６の振動に起因する低周波の低いうなり音のような騒音の発生を有効に防止できるとともに、ＰＣ外ケーブル１６の振動がコンクリート橋桁１２の方に戻ってコンクリート橋桁１２がいつまでも揺れ続けるといった問題を解決でき、更にＰＣ外ケーブル１６及びコンクリート橋桁１２の振動によるＰＣ外ケーブル１６ないし橋梁への耐久性の悪影響の問題も解決することができる。

また本実施形態においては、加速度増幅手段をＰＣ外ケーブル１６から吊下げたコイルばね２４にて構成し、かかるコイルばね２４を介して制振本体２２を吊持させているため、コイルばね２４がＰＣ外ケーブル１６と共振を起して制振本体２２（詳しくはハウジング３２）をＰＣ外ケーブル１６よりも大振幅で且つ１．０Ｇよりも大きい加速度でこれを振動せしめ、制振本体２２に本来の制振効果を有効に発揮させる。

本実施形態によれば、制振装置２０がＰＣ外ケーブル１６の側方にスペースを取らず、またＰＣ外ケーブル１６の側方に制振装置２０を設けた場合のようにＰＣ外ケーブル１６に対する取付角度が長期の間にずれてしまって制振効果が低下するといった不具合を生じず、長期に亘り安定した制振効果を発揮する。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上記実施形態では加速度増幅手段としてコイルばね２４を用いているが、本発明においてはかかる加速度増幅手段として他の様々なものを用いることが可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明のＰＣ外ケーブルの制振装置をＰＣ橋とともに示す図である。 図１の要部を拡大して示す斜視図（一部断面図）である。 図１の要部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１０ ＰＣ橋
１２ コンクリート橋桁
１６ ＰＣ外ケーブル
２０ 制振装置
２２ 制振本体
２４ コイルばね（加速度増幅手段）
３２ ハウジング（当り部）
３４ 遊動室
３６ マス部材
３８ 弾性体
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２-１，Ｓ２-２ 遊隙

Claims (3)

1. ＰＣケーブルを軸方向に緊張状態に配設して成り且つ少なくとも一部の該ＰＣケーブルをコンクリート外に露出する状態に配置した外ケーブル方式のＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの制振装置であって、
   （イ）剛性の当り部と、（ロ）該当り部に対して前記ＰＣ外ケーブルの振動方向に遊動状態に設けられ、振動時に該当り部に衝突するマス部材と、（ハ）該当り部とマス部材との間に形成され、該マス部材を前記ＰＣ外ケーブルの振動方向に遊動させるための遊隙と、（ニ）それら当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面に形成された弾性体と、を有する制振本体を、前記ＰＣ外ケーブルの振動加速度を増幅して該制振本体に作用させる加速度増幅手段を介して該ＰＣ外ケーブルに装着し、該ＰＣ外ケーブルの振動を制振するようになしたことを特徴とするＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの制振装置。
2. 請求項１において、前記加速度増幅手段が前記ＰＣ外ケーブルに吊り下げられたコイルばねであることを特徴とするＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの制振装置。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記制振本体が内部に遊動室を形成する剛性のハウジングを有していて、該ハウジングが前記当り部を構成しており、該遊動室内に前記マス部材が遊動状態に収容されていることを特徴とするＰＣ橋におけるＰＣ外ケーブルの制振装置。

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