JP4391311B2 - 橋梁用制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁の振動を抑制する橋梁用制振装置に関する。

近年、橋梁の合理化・低コスト化等を目的として、少数主桁橋梁等が増加している。しかし、このような橋梁においては、従来構造の橋梁と比較して捩れ振動数や減衰特性が低下する傾向にあると言われており、風や交通による振動の問題が懸念されている。また、従来構造の橋梁においても、中小規模の橋梁においては、前述の振動に対して必ずしも十分な検討がなされていないために、その施工中や完成後に振動の発生が問題になる場合もある。そこで、このような振動を減衰するために、従来から種々の構造の制振装置が提案され、あるいは、実用化されている。

その中でも、特許文献１には、橋梁の端部から下方に延びるヒレ状板部材と、橋台に固定的に設けられ、このヒレ状板部材に対面する板部材と、これら２枚の板部材の間に設けられた粘弾性体や粘性流体などからなる制振部材とを有する制振装置が記載されている。この制振装置においては、橋梁に振動が生じてヒレ状板部材が変位したときに、２枚の板部材の間の制振部材に大きなせん断変形が生じ、この制振部材のせん断変形により橋梁の振動エネルギーが吸収される。

特開２００３−５５９０９号公報

前述の制振装置においては、制振部材により橋梁の振動エネルギーを効果的に吸収することができる。しかし、２枚の板部材の間に介装される制振部材として粘性流体を使用した場合などに、板部材の温度変化による熱ひずみや取りつけ誤差等に起因して、２枚の板部材が互いに接近する方向に変位して接触してしまうことが考えられる。この場合、その接触力が比較的小さい場合には特に問題はないものの、接触力が大きい場合には、制振部材による振動エネルギー吸収効果が低減するばかりでなく、板部材に過度の力が作用して破損する虞もある。

本発明の目的は、橋梁側の板部材と橋台又は橋脚側の板部材との接触状態を緩和して、２枚の板部材の間に介装された制振部材による制振機能を十分に発揮させることが可能な制振装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の橋梁用制振装置は、橋梁の端部に設けられ、橋梁から下方に延びる第１板部材と、橋台又は橋脚に固定的に設けられた容器と、前記容器に収容されるとともに、前記第１板部材に対面する第２板部材と、前記第１板部材と前記第２板部材との間に介装された粘弾性体からなる制振部材と、前記第２板部材と前記容器との間に充填された粘性流体とを備えたことを特徴とするものである。

この橋梁用制振装置においては、橋梁に振動が生じたときに、橋梁側の第１板部材と橋台又は橋脚側の第２板部材との間に介装された、粘弾性体からなる制振部材がせん断変形することにより、橋梁の振動エネルギーが吸収される。ここで、第２板部材は、橋台又は橋脚に固定的に設けられた外側容器内に収容されており、さらに、第２板部材と容器との間には粘性流体が充填されている。そのため、橋梁に振動が生じたときには、橋梁側の第１板部材が速い速度でこの第１板部材を含む鉛直面内で変位するが、このとき、第２板部材と容器との間に粘性流体の粘性による大きな抵抗力が発生し、第２板部材が容器に固定された状態と略等しい状態となり、橋梁の振動エネルギーが、粘弾性体からなる制振部材により確実に吸収される。一方、温度変化による熱ひずみや取り付け誤差等に起因して、第１板部材が第２板部材に対して接近する方向に変位して第１板部材と第２板部材とが接触した場合、第１板部材と接触した第２板部材の変位の速度は非常に遅く、第２板部材と容器との間に生じる粘性流体の抵抗力は小さいため、第２板部材が容器内で第１板部材に対して接近／離隔する方向に移動できるようになる。従って、２枚の板部材の接触状態が第２板部材と容器との間の粘性流体により緩和されることになり、第１板部材と第２板部材との間の制振部材による制振機能が低減してしまうのを防止できるし、第１板部材や第２板部材が破損することもない。

第２の発明の橋梁用制振装置は、前記第１の発明において、前記第２板部材に平行な方向における前記第２板部材と前記容器の隙間は、前記第２板部材に垂直な方向における前記第２板部材と前記容器の隙間よりも狭いことを特徴とするものである。橋梁に振動が生じて、第１板部材がこの板部材を含む鉛直面内で変位する場合には、隙間の狭い第２板部材と容器との間に粘性流体の粘性による大きな抵抗力が生じて、第２板部材が容器に固定された状態に略等しい状態となるため、第１板部材と第２板部材との間の粘弾性体からなる制振部材に大きなせん断変形が生じて、橋梁の振動エネルギーが確実に吸収される。一方、温度変化による熱ひずみや取り付け誤差等に起因して、第１板部材が第２板部材に接近／離隔する方向（第１板部材に垂直な方向）に変位して、第１板部材と第２板部材とが接触する場合には、第１板部材に垂直な方向における第２板部材と容器との間の隙間が大きくなっていることから、この方向に第２板部材が容易に変位できるようになり、第２板部材と容器との間の比較的大きな隙間の粘性流体により２枚の板部材の接触状態が緩和される。

第３の発明の橋梁用制振装置は、前記第１又は第２の発明において、前記第２板部材を、前記容器の内壁へ付勢する弾性部材を有することを特徴とするものである。このような構成にすることで、第２板部材と容器の加工精度が悪い場合でも、第２板部材と容器との間の隙間を非常に小さなものとすることが可能になる。

第４の発明の橋梁用制振装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記第１板部材が、前記第２板部材に対して接近／離隔する方向に移動可能に構成されていることを特徴とするものである。このように、第１板部材も第２板部材に対して接近／離隔する方向に移動可能にすることで、２枚の板部材の接触状態がより確実に緩和される。

本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、橋梁１が両側の橋台２に架け渡されており、橋梁１は、橋台２上部に設けられた支点２ａを介して橋台２に固定されている。そして、橋梁１の両端部と橋台２との間には、橋梁１の振動を抑制する制振装置３が夫々設けられている。

図２〜図４に示すように、制振装置３は、橋梁１の端部に固定的に設けられ、橋梁１から下方に延びる板部材４と、板部材４に対面する壁部５ａを有し板部材４を囲う内側容器５と、橋台２に固定的に設けられ、内側容器５を収容する外側容器６と、板部材４と内側容器５との間に介装された制振部材７と、内側容器５と外側容器６との間に介装された粘性流体８とを備えている。

図３、図４に示すように、板部材４（第１板部材）は、矩形状の平面形状を有し、３枚の板部材４がその面に垂直な方向に３枚並んだ状態で橋梁１の下部に固定されている。これら３枚の板部材４は剛性の高い材料で構成されている。

橋台２には、内部に上方開放状の収容穴６ａを有する矩形板状の外側容器６が固定されており、この外側容器６の収容穴６ａに直方体状且つ有底状の内側容器５が収容されている。この内側容器５には、壁部５ａで区画された上方開放状の３つの収容穴５ｂがその厚み方向に並んで形成されており、これら３つの収容穴５ｂに橋梁１側の３枚の板部材４の下側約２／３の部分が夫々収容されている。尚、内側容器５の３つの収容穴５ｂを区画する壁部５ａが本願の第２板部材に相当する。

内側容器５と板部材４との隙間（例えば、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度）には、制振部材７が介装されている。この制振部材７としては、粘弾性体や粘性流体等を用いることができる。例えば、高分子材料、ゴム、アスファルト材、ウレタン材、ゲル、ゾル、シリコンオイル等である。

さらに、図３、図４に示すように、内側容器５と外側容器６との間にはシリコンオイル等の粘性流体８が充填されている。ここで、上下方向及び左右方向（板部材４に平行な方向）の内側容器５と外側容器６の隙間ｄ１は、非常に狭くなっている。そのため、橋梁１に振動が生じて板部材４がこの板部材４を含む鉛直面内で速い速度で変位した場合には、内側容器５と外側容器６との間の微少隙間ｄ１に粘性流体８の粘性による大きな抵抗力が生じ、内側容器５と外側容器６とが固定された状態と略等しい状態となる。尚、内側容器５と外側容器６とは部分的に接触した状態となっていてもよい。

一方、板部材４の厚み方向（板部材４に垂直な方向）の内側容器５と外側容器６の隙間ｄ２は、前述の隙間ｄ１よりも大きくなっている。ここで、板部材４や内側容器５の温度変化による熱ひずみや取り付け誤差等に起因して、板部材４が内側容器５の壁部５ａに対して相対的に接近して接触した場合に、この板部材４及び内側容器５の変位の速度は非常に遅く、内側容器５と外側容器との間の粘性流体８の抵抗力は小さくなる。そして、板部材４の厚み方向の隙間ｄ２は比較的大きいため、内側容器５がその厚み方向に容易に移動することができるようになる。

次に、制振装置３の作用について説明する。
図２の鎖線で示すように、風や交通の影響により橋梁１に振動が生じたときには、橋梁１の端部には支点２ａを中心とする回転変位が生じる。そして、橋梁１の端部に設けられた３枚の板部材４もこの橋梁１の振動に追従して、この板部材４を含む鉛直面内で速い速度で変位する。

このとき、板部材４を収容する内側容器５と外側容器６との間の、上下方向及び左右方向の隙間ｄ１は非常に狭くなっているため、図２のように板部材４がこの板部材４を含む鉛直面内で速い速度で変位するときには、内側容器５と外側容器６との間の狭い隙間ｄ１に粘性流体８の粘性による大きな抵抗力が生じ、内側容器５と外側容器６とが固定された状態と略等しい状態となる。そのため、速い速度で変位する板部材４と外側容器６に略固定された状態の内側容器５の壁部５ａとの間に介在する制振部材７には大きなせん断変形が生じ、この制振部材７により橋梁１の振動エネルギーが吸収される。

一方、板部材４や内側容器５の熱ひずみ等により、板部材４が内側容器５の壁部５ａに接近して、場合によっては、接触してしまうことがある。しかし、この場合、板部材４及び内側容器５の変位の速度は非常に遅いため、内側容器５と外側容器との間の粘性流体８の抵抗力は小さくなり、内側容器５がその厚み方向（互いに接近／離隔する方向）に容易に移動することができるようになる。つまり、比較的大きな隙間ｄ２の粘性流体８により、板部材４と内側容器５との間の接触状態が緩和されるため、板部材４と内側容器５との間に介在する制振部材７による前述の制振機能が低下してしまうのを防止でき、接触により板部材４や内側容器５が破損してしまうのを防止することもできる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同じ構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］前述したように、内側容器５の壁部５ａと外側容器６との間の隙間に生じる粘性流体８の抵抗力を大きくして、橋梁１に振動が生じたときに内側容器５と外側容器６と確実を結合するために、隙間ｄ１は非常に狭くなっていることが好ましい。しかし、隙間ｄ１を狭くするためには、内側容器５と外側容器６を製作する際に、高い加工精度が要求される。そこで、図５に示すように、外側容器６内に配設された弾性部材１０により、内側容器５を外側容器６の内壁側へ付勢して押しつけるようにすれば、内側容器５と外側容器６の加工精度が多少悪い場合でも、内側容器５と外側容器６の間の隙間を小さくすることが可能になる。尚、この弾性部材１０としては、例えば、コイルバネ、板バネ、空気バネ、ゴム等、種々の形状、材質のものを使用できる。また、引っ張りバネ等の弾性部材により、内側容器５を外側容器６の内壁に引きつけるようにして隙間を小さくしてもよい。

２］板部材４と内側容器５との間の空間と内側容器５と外側容器６との間の空間とを連通させて、内側容器５と外側容器６の間の粘性流体８を板部材４と内側容器５との間にも充填することにより、内側容器５の、その面に垂直な方向の変位を吸収するための粘性流体８が、制振部材としても機能するようにしてもよい。
３］橋梁１の端部から下方に延びる板部材４の枚数は３枚に限るものではなく、１枚でもよいし、あるいは、３枚以外の複数枚でもよい。

４］橋梁１側の板部材４（第１板部材）に対面する橋台２側の第２板部材は、前記実施形態の内側容器５のような有底の容器状に形成されている必要は必ずしもない。例えば、板部材４に対面する複数の壁部がその厚み方向に互いに連結されており、壁部間の空間（板部材４が挿入される空間）が上下に開放された構造であってもよい。

５］前記実施形態では、壁部５ａ（第２板部材）を有する内側容器５が板部材４（第１板部材）に対して移動可能になっているが、板部材４をリニアスライダー等を介して橋梁１に取り付けることにより、板部材４を、その面に平行な方向には移動不能で、且つ、内側容器５の壁部５ａに対して接近／離隔する方向（面に垂直な方向）には移動可能に構成してもよい。このように構成することにより、板部材４と壁部５ａの接触状態がより確実に緩和される。さらに、板部材４がその面に垂直な方向に移動可能に構成されている場合には、内側容器５を省略することもできる。例えば、制振材料としての粘性流体８を介在させた状態で外側容器６の内部に板部材４を収容して、板部材４が外側容器６の壁部に対して接近／離隔する方向に移動可能な構成としてもよい。尚、この形態では、外側容器６の板部材４と対面する壁部が本発明の第２板部材に相当する。

６］橋梁１側の板部材４（第１板部材）に対面する第２板部材は、前記実施形態の橋台２の他に、橋脚に設けられていてもよい。

本発明の制振装置が設けられた橋梁の概略図である。 図１の部分拡大図である。 図２の縦断面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 変更形態の図３相当図である。

符号の説明

１ 橋梁
２ 橋台
３ 制振装置
４ 板部材
５ 内側容器
５ａ 壁部
６ 外側容器
７ 制振部材
８ 粘性流体
１０ 弾性部材

Claims (4)

1. 橋梁の端部に設けられ、橋梁から下方に延びる第１板部材と、
   橋台又は橋脚に固定的に設けられた容器と、
   前記容器に収容されるとともに、前記第１板部材に対面する第２板部材と、
   前記第１板部材と前記第２板部材との間に介装された粘弾性体からなる制振部材と、
   前記第２板部材と前記容器との間に充填された粘性流体と、
   を備えたことを特徴とする橋梁用制振装置。
2. 前記第１板部材に平行な方向における前記第２板部材と前記容器の隙間は、前記第１板部材に垂直な方向における前記第２板部材と前記容器の隙間よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の橋梁用制振装置。
3. 前記第２板部材を、前記容器の内壁側へ付勢する弾性部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の橋梁用制振装置。
4. 前記第１板部材が、前記第２板部材に対して接近／離隔する方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の橋梁用制振装置。
   

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