JP4549230B2 - 橋梁用複合支承 - Google Patents

Description

この発明は、橋梁用複合支承に関し、さらに詳細には、回転機能と水平変形機能とを分離した支承に関する。

従来、橋梁用の支承として水平力分散ゴム支承が知られている。これは、ゴム層と鋼板とを積層してなる積層ゴム（ゴム沓）の上下に上沓及び下沓をそれぞれ取付け、上部構造と下部構造との間に設置される支承である。この水平力分散ゴム支承においては、ゴム沓が鉛直方向に変形することにより上部構造の回転を吸収し、またせん断変形することにより上部構造の水平変位を吸収するようになっている。

すなわち、積層ゴムは鉛直荷重支持の他に、回転機能と水平変形機能との３つの役割を担っている。このため、一つの支承に３つの機能を集約するため設計が難しく、支承の大きさも大きくなるという難点があった。このようなことから、回転機能と水平変形機能とを分離した支承、言い換えれば回転機能を持つ支承と水平変形機能を持つ支承とを複合させた支承が提案されている（特許文献１参照）。

この支承は水平変形機能を担う積層ゴム支承と、その上に設けられて回転機能を担う密閉ゴム支承板支承とからなる複合支承である。より詳細には、積層ゴム支承の上部鋼板の上面に円形の鍋状凹部（ポット）を形成し、この鍋状凹部に圧縮ゴム板を封入するとともに、上沓の下面に鍋状凹部に嵌合する嵌合凸部（ピストン）を設けた支承である。

しかしながら、この従来の複合支承は、上部鋼板に鍋状凹部を、また上沓に嵌合凸部をそれぞれ一体に形成する構造を採用している。このため、加工が面倒であり、製造コストも高くなるという難点を指摘することができる。また、上揚力を受け止める手段については、何ら開示されていない。
特開２００３−６４６２２号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、構造が極めてシンプルで加工も容易であって、低コストで製造することができる橋梁用複合支承を提供することにある。

この発明の別の目的は、上揚力を受け止める手段を付加した橋梁用複合支承を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、上部構造と下部構造との間に設置され、積層ゴム支承からなる下部支承と、この下部支承上に設けられる上部支承とからなる橋梁用複合支承であって、
前記上部支承は、上沓及び下沓と、
前記上沓と下沓との間に設けられて、前記上部構造の鉛直荷重を前記下部支承に伝達するとともに、鉛直方向の回転を可能とするゴム体とからなり、
前記下部支承を構成する前記積層ゴム支承は、上部に前記下沓が固定される厚肉の上部鋼板を有し、
前記上沓、前記ゴム体、前記下沓及び前記上部鋼板にそれぞれ設けられたキー穴に嵌合され、前記ゴム体のせん断変形を拘束するとともに、前記上部構造の水平荷重を前記下部支承に伝達するせん断キーを備え、
前記せん断キーは、上端部に前記上部構造の下面に設けられたキー穴に嵌合されるとともに、前記上沓と係合可能なフランジ部を有し、また前記下沓のキー穴周壁に形成された雌ねじに螺着される雄ねじ部を有していることを特徴とする橋梁用複合支承にある。

また、この発明は、上部構造と下部構造との間に設置され、積層ゴム支承からなる下部支承と、この下部支承上に設けられる上部支承とからなる橋梁用複合支承であって、
前記上部支承は、上沓及び下沓と、
前記上沓と下沓との間に設けられて、前記上部構造の鉛直荷重を前記下部支承に伝達するとともに、鉛直方向の回転を可能とするゴム体とからなり、
前記下部支承を構成する前記積層ゴム支承は、上部に前記上部支承の前記下沓を兼ねる厚肉の上部鋼板を有し、
前記上沓、前記ゴム体、前記下沓にそれぞれ設けられたキー穴に嵌合され、前記ゴム体のせん断変形を拘束するとともに、前記上部構造の水平荷重を前記下部支承に伝達するせん断キーを備え、
前記せん断キーは、上端部に前記上部構造の下面に設けられたキー穴に嵌合されるとともに、前記上沓と係合可能なフランジ部を有し、また前記下沓のキー穴周壁に形成された雌ねじに螺着される雄ねじ部を有していることを特徴とする橋梁用複合支承にある。

この発明の複合支承によれば、構造的には、上部支承が上沓及び下沓間にゴム体を設けて、せん断キーを嵌合した簡単なものであるので、上沓及び下沓にはキー穴を設けるだけの簡単な加工を施せばよく、製造コストを安価なものとすることができる。

また、下沓のキー穴を雌ねじ穴としてせん断キーを下沓に固定するとともに、上端部に上沓と係合するフランジ部を設けることにより、上部構造の上揚力を受け止めることができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示す橋軸方向に沿った断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。複合支承は積層ゴム支承からなる下部支承１と、その上に設けられる上部支承２とで構成される。下部支承である積層ゴム支承１は全体に四角柱状のもので、厚肉の上下部鋼板３，４と、薄肉の複数の中間鋼板５と、ゴム層６とを交互に積層し加硫接着して形成される。

下部鋼板４はせん断キー７及びボルト８を介してベースプレート９に固定され、これにより積層ゴム支承１とベースプレート９とが一体化される。このベースプレート９はアンカーボルト１０（この実施形態ではカプラー１１付き）を介して橋脚や橋台などの下部構造１２に固定される。

上部支承２は上沓１３と、下沓１４と、これら上下沓１３，１４間に挟持される硬質ゴム体１５とを有している。上沓１３及び下沓１４は、いずれも四角形の鋼板からなる部材で、それぞれ中央にキー穴１６，１７が設けられている。下沓１４のキー穴１７はその周壁に雌ねじが形成された雌ねじ穴となっている。橋桁（鋼桁）である上部構造１８の下面にはソールプレート１９が溶接等により固定され、このソールプレート１９に上沓１３がセットボルト２０により固定される。下沓１４は上沓１３よりも大きく、積層ゴム支承である下部支承１と平面的な大きさがほぼ等しくなっていて、取付けボルト２１により上部鋼板３に固定されている。

硬質ゴム体１５はポリウレタンなどからなる円形の部材で、中央にキー穴２２が設けられ、したがって全体的にはドーナツ状をなしている。硬質ゴム体１５は、上下沓１３，１４間に単に挟み置かれるだけで、上下沓１３，１４には固着されていない。この硬質ゴム体１５を定位置に保持するための保持リング２３が、上下沓１３，１４の下面及び上面にそれぞれ設けられている。硬質ゴム体１５は、上部構造１８の鉛直荷重を下部支承１に伝達するとともに、外周が部分的に圧縮変形することにより上部構造１８の鉛直方向の回転を可能とする部材である。この上部構造の回転をしやすくするために硬質ゴム体１５の外周にはくびれ２４が形成されている。

上沓１３，硬質ゴム体１５及び下沓１４の各キー穴１６，２２，１７には、せん断キー２５が嵌合されている。図３は、せん断キー２５の嵌合状態を拡大して示す断面図である。せん断キー２５は下沓１４の雌ねじ穴１７に螺着される雄ねじ部２６を有し、下端部３０は上部鋼板３の上面に形成されたキー穴２７に嵌合されている。また、せん断キー２５の上端部にはフランジ部２９が形成されている。このフランジ部２９はソールプレート１９に形成されたキー穴２８に嵌合され、下面が上沓１３と係合可能となっている。

フランジ部２９の外周は湾曲面２９ａとなっている。また、フランジ部２９と上沓１３との間、せん断キー２５と上沓１３及び硬質ゴム体１５の各キー穴１６，２２の内周との間には隙間が設けられている。せん断キー２５はフランジ部２９の湾曲面２９ａでソールプレート１９のキー穴２８に周接し、また上記のような隙間が設けられていることにより、せん断キー２５によって上部構造１８の回転が阻害されない構造となっている。なお、フランジ部２９の上面に設けられた穴３１は、せん断キー２５を廻して下沓１４に螺着する際に、スパナを掛けるためのものである。

以上のような複合支承において、上部構造１８の鉛直荷重は、上部支承２を介して下部支承１に伝達される。また、上部構造１８の水平荷重は、フランジ部２９の湾曲面２９ａを介してせん断キー２５に伝達され、その下端部３０を介して下部支承１すなわち積層ゴム支承の上部鋼板３に伝達される。これにより、積層ゴム支承１がせん断変形して上部構造１８の水平変位が吸収される。このとき、硬質ゴム体１５はせん断キー２５によって拘束されているのでせん断変形することはない。さらに、上部構造１８の回転は硬質ゴム体１５の外周が部分的に圧縮変形することにより吸収される。

このように、水平変形機能は下部支承である積層ゴム支承１が担い、回転機能は上部支承２が担っていることから、積層ゴム支承１の鉛直ばね剛性を高めることができる。すなわち、ゴム層６の一層厚を薄くして一次形状係数を高めることにより、積層ゴム支承１の鉛直ばね剛性を高めることができる。これにより、積層ゴム支承１の鉛直たわみが抑えられるので、振動問題が解消する。また、所定のせん断ばね剛性を設定し易くなり、地震時の変位を低減することが可能となる。なお、次式で表される積層ゴム支承１の一次形状係数は１０以上とすることが好ましい。
Ｓ＝ａ・ｂ／２(ａ＋ｂ)・ｔ_e
ここに、Ｓ：一次形状係数、ａ，ｂ：積層ゴム支承の平面上の一辺の長さ、ｔ_e：ゴム層の一層厚である。

さらに、上記複合支承では、上部構造１８に上揚力が作用した場合、せん断キー２５のフランジ部２９が上沓１３に係合するので、この係合によって上揚力を受け止めることができる。

上記のような複合支承によれば、構造的には、上部支承が上沓１３及び下沓１４間に硬質ゴム体１５を挟持してせん断キーを嵌合した簡単なものであるので、上沓１３及び下沓１４はキー穴を設けるだけの簡単な加工を施せばよく、製造コストを安価なものとすることができる。

図４は、別の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、図１に示した上部支承２の下沓１４は、単独のものとして設けられていない。すなわち、下部支承１の上部鋼板３が上部支承２の下沓を兼ねている。上部鋼板３に設けられたキー穴２７が雌ねじ穴となっていて、この雌ねじ穴２７にせん断キー２５の下端部３０に形成された雄ねじ部２６が螺着されている。なお、上部鋼板３には保持リング２３とともに、硬質ゴム体１５を保持するための保持板２３ａが設けられている。その他の構成は、図１に示した実施形態と同様である。この実施形態の複合支承によれば、上部鋼板３が上部支承２の下沓を兼ねているので、支承全体の高さを低くすることができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は例えば以下に示すような種々の態様を採ることができる。
(1)上記実施形態では、上部支承２のゴム体として硬質ゴムを用いて上下沓間に挟み置かれる構造としたが、高面圧ゴム支承で用いられるゴム（内部に鋼板が埋め込まれている）のように、上下沓に加硫接着する構造とすることもできる。
(2)上記実施形態では、上部構造１８として鋼桁が示されているが、この発明は上部構造がコンクリート桁の場合でも適用できる。

この発明の実施形態を示す橋軸方向に沿った断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 せん断キー２５の嵌合状態を拡大して示す断面図である。 別の実施形態を示す橋軸方向に沿った断面図である。

符号の説明

１ 下部支承（積層ゴム支承）
２ 上部支承
３ 上部鋼板
４ 下部鋼板
５ 中間鋼板
６ ゴム層
１２ 下部構造
１３ 上沓
１４ 下沓
１５ 硬質ゴム体
１６ キー穴
１７ キー穴（雌ねじ穴）
１８ 上部構造
１９ ソールプレート
２２ キー穴
２３ 保持リング
２５ せん断キー
２６ 雄ねじ部
２７ キー穴
２８ キー穴
２９ フランジ部
２９ａ 湾曲面

Claims (2)

1. 上部構造と下部構造との間に設置され、積層ゴム支承からなる下部支承と、この下部支承上に設けられる上部支承とからなる橋梁用複合支承であって、
   前記上部支承は、上沓及び下沓と、
   前記上沓と下沓との間に設けられて、前記上部構造の鉛直荷重を前記下部支承に伝達するとともに、鉛直方向の回転を可能とするゴム体とからなり、
   前記下部支承を構成する前記積層ゴム支承は、上部に前記下沓が固定される厚肉の上部鋼板を有し、
   前記上沓、前記ゴム体、前記下沓及び前記上部鋼板にそれぞれ設けられたキー穴に嵌合され、前記ゴム体のせん断変形を拘束するとともに、前記上部構造の水平荷重を前記下部支承に伝達するせん断キーを備え、
   前記せん断キーは、上端部に前記上部構造の下面に設けられたキー穴に嵌合されるとともに、前記上沓と係合可能なフランジ部を有し、また前記下沓のキー穴周壁に形成された雌ねじに螺着される雄ねじ部を有していることを特徴とする橋梁用複合支承。
2. 上部構造と下部構造との間に設置され、積層ゴム支承からなる下部支承と、この下部支承上に設けられる上部支承とからなる橋梁用複合支承であって、
   前記上部支承は、上沓及び下沓と、
   前記上沓と下沓との間に設けられて、前記上部構造の鉛直荷重を前記下部支承に伝達するとともに、鉛直方向の回転を可能とするゴム体とからなり、
   前記下部支承を構成する前記積層ゴム支承は、上部に前記上部支承の前記下沓を兼ねる厚肉の上部鋼板を有し、
   前記上沓、前記ゴム体、前記下沓にそれぞれ設けられたキー穴に嵌合され、前記ゴム体のせん断変形を拘束するとともに、前記上部構造の水平荷重を前記下部支承に伝達するせん断キーを備え、
   前記せん断キーは、上端部に前記上部構造の下面に設けられたキー穴に嵌合されるとともに、前記上沓と係合可能なフランジ部を有し、また前記下沓のキー穴周壁に形成された雌ねじに螺着される雄ねじ部を有していることを特徴とする橋梁用複合支承。

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