JP4466297B2

JP4466297B2 - 桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造

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Publication number: JP4466297B2
Application number: JP2004273314A
Authority: JP
Inventors: 郁夫下田
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-09-21
Also published as: JP2006089928A

Description

本発明は、橋梁又は高架道路等の桁の振動による脚を介する地盤の振動を低減する構造に関する。

特公昭５７−８２４４号公報特公平１−５２５２４号公報特公平２−１９２４４号公報特公平７−４３００３号公報

橋梁又は高架道路等において自動車又は列車等の車両の走行による地盤への振動の問題が顕在化しており、その原因は、車両が桁又はレールの連結部の段差、桁の路面の凹凸等を走行することにより、桁の上下方向の振動が励起されることにあるものとされており、この観点から桁に上下方向の振動を減衰する動吸振装置を付加して桁の振動を抑制して地盤の振動を解決しようとされている。

ところで、上下方向の振動を減衰する動吸振装置を桁に設置することは、桁重量を増加させる上に、桁の振動数が比較的広い範囲に亘っているために、各振動数に対応した多数の動吸振装置を桁に設置する必要がある結果、これによっても桁重量を増加させる虞がある。しかも、桁の上下方向の振動を減衰するためには動吸振装置は通常、桁の下面に設置されることになる結果、設置作業が極めて困難となる。

本発明は、車両走行に基づく脚周辺の地盤の振動の主要因が桁を支持する脚の上下方向及び／又は水平方向の振動に基づくものであることに着目してなされたものであって、桁の上下方向の振動が変換されて脚に伝達された上下方向及び／又は水平方向の振動を減衰するようにして、これにより、桁重量を増加させないで車両走行に基づく脚周辺の地盤の振動の低減を図り、しかも、設置作業の困難性を解消することができる桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造及び方法を提供することにある。

本発明による桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造は、桁の上下方向の振動に伴って生じる脚の上下方向及び／又は水平方向の振動を減衰させるべく、脚自体及び／又は脚周りの地盤に上下方向及び／又は水平方向の振動を減衰する動吸振器を配置してなる。

本発明の桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造によれば、上下方向及び／又は水平方向の振動を減衰する動吸振器を脚自体及び／又は脚周りの地盤に配置してなるために、桁の上下方向の振動が変換されて脚に伝達された上下方向及び／又は水平方向の振動を効果的に減衰することができる結果、車両走行に基づく脚周辺の地盤の振動の低減を図り得、しかも、上下方向の振動を減衰するための動吸振装置を桁の下面に設置する必要がなくなる結果、桁重量を増加させない上に、設置作業の困難性を解消することができる。

本発明の構造は、一般の橋梁、高速道路を含む高架道路、鉄道用高架橋等の脚に免震支承を介して支持された桁を有したものに適用できる。また、本発明の構造は、桁を直接的に脚で支持するようにしたものに適用しても、これに代えて、桁を免震支承体を介して脚で支持するようにしたものに適用してもよく、斯かる免震支承体を介する場合には、脚に加えて免震支承体の振動に対するフィルタ効果を利用できる結果、あまり広い範囲の振動数に対する減衰を考慮しなくてもよくなり、而して、各振動数に対応した少数の動吸振器で地盤の振動を低減することができる。免震支承体は、好ましくは、弾性ゴム支承体、滑り支承体若しくは転がり支承体又はこれらの組み合わせ体からなるが、桁の上下方向及び／又は桁の上下方向の振動に基づく桁の水平方向の振動を吸収して桁を支持できる他の免震支承体であってもよい。

本発明においては、動吸振器を脚の天端、脚の上部側面及び／又は脚の下部側面に配置してもよく、更には、脚の下部周りの地盤に埋設してもよく、好ましくは、少なくとも脚の下部側面に配置する。

本発明では、動吸振器は、重錘とこの重錘を弾性的に支持する弾性体とを有すると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数に同調されていてもよく、また本発明の構造は、複数個の動吸振器を脚自体及び／又は脚周りの地盤に配置してなっていてもよく、この場合、各動吸振器は、重錘とこの重錘を弾性的に支持する弾性体とを有していると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数及び／又はその固有振動数の近傍の振動数に同調されているとよい。

また本発明では、動吸振器は、複数個の重錘とこの複数個の重錘の夫々を弾性的に支持する複数個の弾性体とこの複数個の弾性体を共通に支持する共通支持部材とを有すると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数及び／又はその固有振動数の近傍の振動数を含む複数個の同調振動数を有している多重動吸振器を具備しており、多重動吸振器は、共通支持部材を介して脚自体及び／又は脚周りの地盤に配置されていてもよく、本発明による構造はまた、複数個の動吸振器を脚自体及び／又は脚周りの地盤に配置してなっていてもよく、この場合、各動吸振器は、複数個の重錘とこの複数個の重錘の夫々を弾性的に支持する複数個の弾性体とこの複数個の弾性体を共通に支持する共通支持部材とを有すると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数及び／又はその固有振動数の近傍の振動数を含む複数個の同調振動数を有している多重動吸振器を具備しており、各多重動吸振器は、共通支持部材を介して脚自体及び／又は脚周りの地盤に配置されているとよい。

本発明の桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する方法は、桁と脚の下部の周辺の地盤との間に上下方向及び／又は水平方向の振動を減衰する動吸振器を配置し、この動吸振器により脚の下部の周辺外への振動の伝達を低減するようにしたものであって、斯かる方法によれば、桁の上下方向の振動に基づいて脚に伝達された上下方向及び／又は水平方向の振動を減衰することができる結果、車両走行に基づく脚周辺の地盤の振動の低減を図り得、しかも、上下方向の振動を減衰するための動吸振装置を桁の下面に設置する必要をなくすことができて桁重量を増加させない上に、設置作業の困難性を解消することができ、その上、脚自体及び／又は脚周りの地盤の水平方向の振動を減衰するために、脚による振動に対するフィルタ効果を利用できる結果、あまり広い範囲の振動数に対する減衰を考慮しなくてもよくなり、而して、各振動数に対応した少数の動吸振器で地盤の振動を低減することができる。

本発明によれば、上下方向の振動を減衰するための動吸振装置を桁の下面に設置する必要をなくすことができるのであるが、脚周辺の地盤の振動をより低減するために、斯かる上下方向の振動を減衰する動吸振装置を桁の下面に設置してもよく、したがって、本発明は、上下方向の振動を減衰するための動吸振装置を桁の下面に設置することを排除するものではない。

本発明によれば、桁重量を増加させないで車両走行に基づく脚周辺の地盤の振動の低減を図り、しかも、設置作業の困難性を解消することができる桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造及び方法を提供することができる。

次に本発明及びそれを実施するための最良の形態を図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。

図１から図５において、各桁１の上下方向Ｖの振動による地盤２の振動を低減する本例の構造３は、脚４に載置された免震支承体である弾性ゴム支承体５及び６により桁１を脚４に対して免震支承すると共に桁１の上下方向Ｖの振動に伴って生じる脚４の水平方向Ｈの振動を減衰させるべく、脚４自体及び／又は脚４周り、本例では脚４自体であって脚４の天端７に水平方向Ｈの振動を減衰する動吸振器８を配置してなる。

各桁１の上面１１には道路面が設けられるようになっており、両桁１は、その端面１２で隙間１３をもって互いに付き合わされて連結されており、一方の桁１は、その端部で複数個の弾性ゴム支承体５を介して、他方の桁１は、その端部で同じく複数個の弾性ゴム支承体６を介して夫々脚４の天端７に支持されている。

弾性ゴム支承体５及び６の夫々は、桁１の下面１５にボルト等により固着された上取り付け板１６と、脚４の天端７にボルト等により固着された下取り付け板１７と、上面では上取り付け板１６に下面では下取り付け板１７に夫々固着されていると共に鋼板とゴム板とが交互に積層された積層ゴム体１８とを具備しており、桁１の上下方向Ｖの振動に基づく桁１の端部の水平方向Ｈの振動において水平方向Ｈに剪断変形して桁１の端部の水平方向Ｈの振動を脚４に対して免震するようになっている。弾性ゴム支承体５及び６の夫々は、その中心部に鉛支柱を有していてもよい。

脚４は、弾性ゴム支承体５及び６が載置、固定される天部２１と、下端面２２でアンカーボルト及び基礎等を介して地盤２に固着されている基部２３と、天部２１及び基部２３間に配された支柱部２４とを一体的に有している。

動吸振器８は、平面視において実質的に正方形であって直方体からなる重錘３１と、重錘３１を取り囲んだ枠体３２と、重錘３１を弾性的に支持する弾性体３３と、重錘３１の水平方向Ｈでの振動を減衰させる減衰機構３４とを有すると共に桁１、脚４並びに弾性ゴム支承体５及び６を含む構造物３５の固有振動数に同調されている。

枠体３２は、重錘３１を間にしてしかも重錘３１との間に隙間Ｘ１をもって水平方向ＨのＸ方向において互いに対向する一対のＸ方向縦壁部４１及び４２と、重錘３１を間にしてしかも重錘３１との間に隙間Ｙ１をもって水平方向ＨのＸ方向に直交するＹ方向において互いに対向する一対のＹ方向縦壁部４３及び４４とを有しており、一対のＸ方向縦壁部４１及び４２並びに一対のＹ方向縦壁部４３及び４４は、平面視で正方形の枠体３２を形成するように一体的に互いに連結されている。

弾性体３３は、重錘３１を水平方向Ｈの全方向に関して可動に保持する一方、水平方向Ｈに直交する上下方向Ｖに不動に保持するように、枠体３２と重錘３１との間に介在された二個一組の合計四組の縦置きのＵ字状の板ばね４５、４６、４７及び４８とを具備している。

一対のＸ方向縦壁部４１及び４２と重錘３１の側面５１及び５２との夫々の間に、上下方向Ｖに伸びる一方の縁部５３がＸ方向縦壁部４１及び４２の夫々に、上下方向Ｖに伸びる他方の縁部５４が重錘３１の側面５１及び５２の夫々に夫々固着されて二個一組の合計二組の板ばね４５及び４６が介在されており、一対のＹ方向縦壁部４３及び４４と重錘３１の側面５５及び５６との夫々の間に、上下方向Ｖに伸びる一方の縁部５３がＹ方向縦壁部４３及び４４の夫々に、上下方向Ｖに伸びる他方の縁部５４が重錘３１の側面５５及び５６の夫々に夫々固着されて二個一組の合計二組の板ばね４７及び４８が介在されている。

Ｘ方向縦壁部４１と重錘３１の側面５１との間には、並列に配された複数個、本例では一対の板ばね４５が介在されており、Ｘ方向縦壁部４２と重錘３１の側面５２との間には、並列に配された複数個、本例では一対の板ばね４６が介在されており、Ｙ方向縦壁部４３と重錘３１の側面５５との間には、並列に配された複数個、本例では一対の板ばね４７が介在されており、Ｙ方向縦壁部４４と重錘３１の側面５６との間には、並列に配された複数個、本例では一対の板ばね４８が介在されており、互いに凹面で対面した各板ばね４５は、一方の縁部５３でＸ方向縦壁部４１に、他方の縁部５４で重錘３１の側面５１に固着されており、互いに凹面で対面した各板ばね４６は、一方の縁部５３でＸ方向縦壁部４２に、他方の縁部５４で重錘３１の側面５２に固着されており、互いに凹面で対面した各板ばね４７は、一方の縁部５３でＹ方向縦壁部４３に、他方の縁部５４で重錘３１の側面５５に固着されており、互いに凹面で対面した各板ばね４８は、一方の縁部５３でＹ方向縦壁部４４に、他方の縁部５４で重錘３１の側面５６に固着されている。

板ばね４５、４６、４７及び４８の夫々は、上下方向Ｖに伸びる一方の縁部５３と上下方向Ｖに伸びる他方の縁部５４とに加えて、縁部５３と縁部５４との間に湾曲するＵ字状部５７を具備しており、Ｕ字状部５７でもって重錘３１を枠体３２に対して水平方向Ｈの全方向に関して可動に保持している。

減衰機構３４は、天端７に固定されている容器６１と、容器６１に収容された粘性体６２と、容器６１の底板６３との間に微小隙間をもって対面して粘性体６２内に配された抵抗板６４と、抵抗板６４を重錘３１の底面６５に取り付ける取り付け部材６６とを具備しており、減衰機構３４は、重錘３１の天端７に対する水平方向Ｈの相対的振動で、底板６３と抵抗板６４との間の粘性体６２に剪断変形を生じさせて、この剪断変形による剪断抵抗でもって重錘３１の天端７に対する水平方向Ｈの相対的振動を減衰させるようになっている。

以上の動吸振器８は、枠体３２がその下縁で天端７に固着されて脚４に設置されている。この設置にあたっては、重錘３１の固有振動数が構造物３５の固有振動数に同調される。斯かる動吸振器８では、脚４が水平方向Ｈで振動しない際には、重錘３１は、板ばね４５、４６、４７及び４８により水平方向Ｈの全方向に可動で上下方向Ｖに不動であって枠体３２の略中央部に保持されている。

動吸振器８では、桁１の上下方向Ｖの振動に基づいて脚４の天端７がＸ方向及びＹ方向に振動して、この振動に同調して重錘３１が天端７に対して相対的にＹ方向及びＸ方向に振動すると、この振動で底板６３と抵抗板６４との間の粘性体６２に剪断変形を生じさせて、この剪断変形による剪断抵抗でもって重錘３１の天端７に対する水平方向Ｈの相対的振動を減衰させ、斯かる減衰機構３４の振動エネルギの吸収により脚４の天端７のＸ方向及びＹ方向の振動を減衰させるようになっている。

構造３では、桁１上を走行する車両による桁１の上下方向Ｖの振動に基づく脚４の天端７の地盤２に対する水平方向Ｈの振動は動吸振器８で減衰される。そして水平方向Ｈの振動を減衰する動吸振器８を脚４自体に配置してなるために、桁１の上下方向Ｖの振動が弾性ゴム支承体５及び６を介して変換されて脚４に伝達された水平方向Ｈの振動を減衰することができる結果、車両走行に基づく脚４周辺の地盤２の振動の低減を図り得、しかも、上下方向Ｖの振動を減衰するための動吸振装置を各桁１の下面１５に設置する必要をなくすことができて桁重量を増加させない上に、設置作業の困難性を解消することができ、その上、弾性ゴム支承体５及び６を介した脚４自体の水平方向Ｈの振動を減衰するために、弾性ゴム支承体５及び６並びに脚４による振動に対するフィルタ効果を利用できる結果、あまり広い範囲の振動数に対する減衰を考慮しなくてもよくなり、而して、もっとも大きな振幅を持った振動数に対応した動吸振器８でも地盤２の振動を低減することができる。

以上の例では、一個の動吸振器８を脚４の天端７に配置したが、複数個の動吸振器８を脚４の天端７に配置してもよく、この場合、各動吸振器８は、構造物３５の固有振動数及び／又はその固有振動数の近傍の振動数に同調されているとよい。

また脚４の天端７に動吸振器８を配置する代わりに又はそれと共に一個又は複数個の動吸振器８を脚４の上部側面７１及び／又は下部側面７２に、更には、脚４の下部周り、即ち基部２３の周りの地盤２に配置してもよい。これらの場合においても、複数個の動吸振器８の夫々は、構造物３５の固有振動数及び／又はその固有振動数の近傍の振動数に同調されているとよい。上部側面７１に動吸振器８を配置する場合には、上部側面７１に載置台７５を、下部側面７２に動吸振器８を配置する場合には、下部側面７２及び基部２３に載置台７６を夫々取り付け、各載置台７５及び／又は７６上に各動吸振器８を設置し、各動吸振器８における枠体３２及び容器６１を載置台７５及び／又は７６に固着するとよい。基部２３の周りの地盤２に一個又は複数個の動吸振器８を配置する場合には、その枠体３２及び容器６１を地盤２に固着すると共に斯かる動吸振器８を地盤２に埋設するとよい。

上記の例の各動吸振器８は、一個の重錘３１を有しているが、これに代えて、図６及び図７に示すように、互いに質量の異なる複数個、本例では４個の重錘８１と、各重錘３１を取り囲んだ４個の枠体８２と、重錘８１の夫々を個別に弾性的に支持する４個の弾性体８３と、夫々が減衰機構３４と同様の減衰機構であって各重錘８１の水平方向Ｈでの振動を個別に減衰させるように各重錘８１に対応して設けられた４個の減衰機構（図示せず）と、４個の弾性体８３を対応の枠体８２を介して共通に支持する共通支持部材８４とを有すると共に桁１及び脚４を含む構造物３５の固有振動数及び／又はその固有振動数の近傍の振動数を含む４個の同調振動数を有している多重動吸振器８５を具備していてもよく、この場合、共通支持部材８４は、各枠体８２及び各減衰機構の容器６１（図４参照）が固着された共通の基台８６と、一端では基台８６に、他端では例えば脚４の天端７に夫々固着された共通の支柱８７とを有しており、各弾性体８３は、前記と同様に、対応の重錘を水平方向Ｈの全方向に関して可動に保持する一方、水平方向Ｈに直交する上下方向Ｖに不動に保持するべく、二個一組の合計四組の縦置きのＵ字状の板ばね４５、４６、４７及び４８を具備している。

図６及び図７に示す多重動吸振器８５では、一つの重錘８１に関しては構造物３５の固有振動数の振動を、残りの他の重錘８１に関しては構造物３５の固有振動数の近傍の振動数であって夫々異なる振動数の振動、例えば固有振動数に対して±１０％の範囲の振動、具体的には例えば固有振動数をｆ_０とすると、・・・、０．８・ｆ_０、０．９・ｆ_０、１．１・ｆ_０、・・・のように夫々異なる振動数の振動を夫々減衰させるように同調されているとよい。

斯かる多重動吸振器８５を具備した構造３でも、桁１上を走行する車両による桁１の上下方向Ｖの振動に基づく脚４の天端７の地盤２に対する水平方向Ｈの振動は多重動吸振器８５で減衰される。そして水平方向Ｈの振動を減衰する多重動吸振器８５を具備した動吸振器８を脚４自体に配置してなるために、桁１の上下方向Ｖの振動が弾性ゴム支承体５及び６を介して変換されて脚４に伝達された水平方向Ｈの振動を減衰することができる結果、車両走行に基づく脚４周辺の地盤２の振動の低減を図り得、しかも、上下方向Ｖの振動を減衰するための多重動吸振装置を各桁１の下面１５に設置する必要をなくすことができて桁重量を増加させない上に、設置作業の困難性を解消することができ、その上、弾性ゴム支承体５及び６を介した脚４自体及び／又は脚４周りの地盤２の水平方向Ｈの振動を減衰するために、弾性ゴム支承体５及び６並びに脚４による振動に対するフィルタ効果を利用できる結果、あまり広い範囲の振動数に対する減衰を考慮しなくてもよくなり、而して、狭い範囲の複数の同調振動数をもった多重動吸振器８５でも地盤２の振動を低減することができる。

本発明に係る構造３は、多重動吸振器８５を具備した一個の動吸振器８を脚４自体及び／又は脚４周りの地盤２に配置したものであってもよいが、これに代えて、夫々が多重動吸振器８５を具備した複数個の動吸振器８を脚４自体及び／又は脚４周りに配置したものであってもよく、また、水平方向Ｈの振動を減衰させる動吸振器８に代えて又はこれと共に上下方向Ｖの振動を減衰させる動吸振器又は上下方向Ｖ及び水平方向Ｈの両振動を減衰させる動吸振器を具備していてもよい。

以上のように本発明に係る桁１の上下方向Ｖの振動による地盤３の振動を低減する方法では、桁１と脚４の下部の周辺の地盤３との間に水平方向Ｈの振動を減衰する動吸振器８を配置し、この動吸振器８により脚４の下部の周辺外への振動の伝達を低減しているのである。

本発明の実施の形態の好ましい一例の図２に示すＩ−Ｉ線矢視断面説明図である。図１に示す例の側面図である。図１に示す例の動吸振器の平面図である。図３に示す動吸振器のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図１の例の板ばねの斜視図である。本発明の実施の形態の好ましい他の例の一部説明図である。図６に示す他の例の説明図である。

符号の説明

１桁
２地盤
３構造
４脚
５、６弾性ゴム支承体
８動吸振器

Claims

橋梁、高速道路を含む高架道路又は鉄道用高架橋の脚に免震支承を介して支持された桁の上下方向の振動に伴って生じる脚の上下方向の振動を減衰させるべく、脚自体に上下方向の振動を減衰する複数個の動吸振器を配置してなり、免震支承は、桁の下面に固着された上取り付け板と、脚の天端に固着された下取り付け板と、上面では上取り付け板に下面では下取り付け板に夫々固着されていると共に鋼板とゴム板とが交互に積層された積層ゴム体とを具備しており、桁の上下方向の振動に基づく桁の端部の水平方向の振動において水平方向に剪断変形して桁の端部の水平方向の振動を脚に対して免震するようになっており、各動吸振器は、脚の上部側面及び下部側面のうちの少なくとも一方の側面に配されて当該側面に支持されてなり、重錘とこの重錘を弾性的に支持する弾性体とを有すると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数又はその固有振動数の近傍の振動数に同調されている桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造。
各動吸振器は、複数個の重錘とこの複数個の重錘の夫々を弾性的に支持する複数個の弾性体とこの複数個の弾性体を共通に支持する共通支持部材とを有すると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数及びその固有振動数の近傍の振動数の少なくとも一方の振動数を含む複数個の同調振動数を有している多重動吸振器を具備しており、多重動吸振器は、共通支持部材を介して脚の前記側面に支持されている請求項１に記載の桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造。
橋梁、高速道路を含む高架道路又は鉄道用高架橋の脚に免震支承を介して支持された桁の上下方向の振動に伴って生じる脚の上下方向の振動を減衰させるべく、脚の下部周りの地盤に上下方向の振動を減衰する複数個の動吸振器を配置してなり、免震支承は、桁の下面に固着された上取り付け板と、脚の天端に固着された下取り付け板と、上面では上取り付け板に下面では下取り付け板に夫々固着されていると共に鋼板とゴム板とが交互に積層された積層ゴム体とを具備しており、桁の上下方向の振動に基づく桁の端部の水平方向の振動において水平方向に剪断変形して桁の端部の水平方向の振動を脚に対して免震するようになっており、各動吸振器は、脚の下部周りの地盤に埋設されて当該地盤に支持されてなり、重錘とこの重錘を弾性的に支持する弾性体とを有すると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数又はその固有振動数の近傍の振動数に同調されている桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造。
各動吸振器は、複数個の重錘とこの複数個の重錘の夫々を弾性的に支持する複数個の弾性体とこの複数個の弾性体を共通に支持する共通支持部材とを有すると共に桁及び脚を含む構造物の固有振動数及びその固有振動数の近傍の振動数の少なくとも一方の振動数を含む複数個の同調振動数を有している多重動吸振器を具備しており、多重動吸振器は、共通支持部材を介して脚の下部周りの地盤に支持されている請求項３に記載の桁の上下方向の振動による地盤の振動を低減する構造。