JP4780618B2 - 高架橋の耐震補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として鉄道用に係る高架橋の耐震補強構造に関する。

鉄道用高架橋の下部構造は、通常、鉄筋コンクリートのラーメン架構として構築されることが多いが、その設計施工の際には、地震時における高架橋の耐震性が十分検討されなければならない。特に、橋軸直交方向については、列車の脱線を未然に防止できるよう、同方向の剛性を十分に高めておく必要がある。

かかる状況下、本出願人は鉄筋コンクリートのラーメン架構内にダンパーブレースを配設した高架橋の下部構造を研究開発し、耐震性の向上を図ってきた。

ここで、既設の高架橋にダンパーブレースを配置する場合には、地上に構築される部分のみならず、地下部分についても耐震性を向上させる必要があるところ、基礎梁の再施工には多額の費用と時間を要する。

そのため、本出願人は、ラーメン架構を支持する既設の杭から離間した位置にあらたな杭を増し杭として設けるとともに、該増し杭の杭頭と梁の両端近傍又は柱の頭部近傍とをブレースを介して相互に連結する耐震補強構造を開発した。

特開２００１−０２０２２８号公報 特開２００４−２７０１６８号公報

上述した耐震補強構造によれば、鉛直荷重は従前通り、既設の杭で支持する一方、地震時水平力については、その一部をブレースを介して増し杭に伝達させることが可能となり、かくして高架橋の下部構造を地上部分のみならず地下部分についても耐震補強することが可能となる。

しかしながら、かかる耐震補強構造であっても、増設される杭を大断面杭としなければならないため、経済性の観点では未だ開発の余地があった。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、下部構造の地上部分のみならず地下部分も合わせて耐震補強可能な高架橋の耐震補強構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る高架橋の耐震補強構造は請求項１に記載したように、高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁と該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された直交基礎梁とが矩形状又は梯子状に緊結されてなり前記高架橋の上部構造を支持するラーメン架構が立設された第１の基礎構造と、前記基礎梁及び前記直交基礎梁と一体となるようにそれらで取り囲まれた矩形状平面空間に構築された鉄筋コンクリート床板及び該鉄筋コンクリート床板に頭部が接合され前記矩形状平面空間の周縁に沿って地盤に埋設された鋼矢板からなる第２の基礎構造と、前記鉄筋コンクリート床板の直上に複数のブレース本体を逆多角錐状に配置するとともにそれらの上端を前記ラーメン架構を構成する柱のうち、前記矩形状平面空間を取り囲む柱の頭部近傍に接合しそれらの下端を前記鉄筋コンクリート床板の中央近傍に接合してなる立体ブレースとを備えたものである。

また、本発明に係る高架橋の耐震補強構造は、前記複数のブレース本体と前記鉄筋コンクリート床板との間にダンパーを介在させることで前記立体ブレースを立体ダンパーブレースとしたものである。

本発明は、地上部分であるラーメン架構と該ラーメン架構が立設された地下部分の基礎構造（第１の基礎構造）とからなる高架橋の下部構造を耐震補強の対象としたものであり、第１の基礎構造は、高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁と該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された直交基礎梁とを矩形状又は梯子状に緊結して構成してある。

そして、本発明においては、上述した基礎梁及び直交基礎梁と一体となるようにそれらで取り囲まれた矩形状平面空間に鉄筋コンクリート床板をあらたに構築するとともに、該鉄筋コンクリート床板に頭部が接合されるように、シートパイルとも呼ばれる鋼矢板を矩形状平面空間の周縁に沿って地盤に埋設して第２の基礎構造とした上、矩形状平面空間を取り囲む柱の頭部近傍に複数のブレース本体を接合し、それらの下端を鉄筋コンクリート床板の中央近傍に接合して立体ブレースを構築する。

このようにすると、既設の基礎構造である第１の基礎構造の剛性が鉄筋コンクリート床板によって高まるとともに、ラーメン架構を介して第１の基礎構造に流れていた地震時水平力は、耐震補強後、その一部が、増設された基礎構造である第２の基礎構造に立体ブレースを介して流れ、結果として、高架橋上部構造からの地震時水平力を、第１の基礎構造のみならず、第２の基礎構造にあらたに負担させることが可能となり、立体ブレースによる地上部分の耐震補強と相俟って、高架橋の下部構造を全体的に耐震補強することが可能となる。

加えて、橋軸直交方向に沿ったラーメン架構全体のロッキング振動に起因して生じる地震時の引抜き力や圧縮力は、上述した水平力と同様、それらの一部が立体ブレースを介して第２の基礎構造に流れる。そして、これらの引抜き力又は圧縮力は、鋼矢板と周辺地盤との摩擦力、特に、基礎梁に沿って配置された鋼矢板と周辺地盤との摩擦力で支持される。

立体ブレースは、３以上のブレース本体が同一構面に配置されない、換言すれば３以上のブレース本体を互いに平行でない２つの異なる構面に配置してなるブレースという意味であって、ブレース本体が４本の場合、逆多角錐状は逆四角錐状となる。さらには、矩形状平面空間が正方形であってブレース本体の下端を鉄筋コンクリート床板の中央に接合した場合、立体ブレースの形状は、正四角錐の上下を逆にした形状となる。

なお、本明細書では、狭義のブレースに加えて、ダンパー機構を組み込んだダンパーブレースを包摂する概念として、ブレースなる用語を広義に用いるものとする。

基礎梁と直交基礎梁とが梯子状に緊結されてなる第１の基礎構造においては、矩形状平面空間が複数存在するが、かかる矩形状平面空間のどこに第２の基礎構造を構築するかは任意であり、すべての矩形状平面空間に構築してもよいし、例えば橋軸方向中央に位置する矩形状平面空間だけに構築してもかまわない。

立体ブレースを配置する位置や個数も任意であり、例えば橋軸方向中央の矩形状平面空間だけに第２の基礎構造を設けた場合、それに合わせて立体ブレースを一つ配置してもよい。また、すべての矩形状平面空間に第２の基礎構造をそれぞれ構築した場合であれば、同じ数だけ立体ブレースを配置してもよいし、橋軸方向中央の矩形状平面空間に構築された第２の基礎構造の直上だけに配置するようにしてもよい。但し、いずれの場合であっても、立体ブレースを配置する箇所には第２の基礎構造を必ず構築する。

第２の基礎構造において、鋼矢板を矩形状平面空間の周縁に沿って必ずしも全周配置する必要はない。すなわち、橋軸直交方向に沿ったラーメン架構のロッキング振動に起因した引抜き力や圧縮力を支持させるのであれば、対向する一対の基礎梁の内側にてそれぞれ地盤に埋設するのが有効であるし、橋軸直交方向の水平地震力を支持させるのであれば、対向する一対の直交基礎梁の内側にてそれぞれ地盤に埋設するのが有効である。

鋼矢板と鉄筋コンクリート床板との接合構造は、立体ブレースから伝達される引抜き力、圧縮力及び水平力のうち、少なくとも引抜き力及び圧縮力が鋼矢板に伝達される限り、任意の構造を採用することが可能であり、剛接合でもよいし、ピン接合でもかまわない。

以下、本発明に係る高架橋の耐震補強構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１乃至図３は、本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造を示した図である。これらの図でわかるように本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１は、地上部分であって一対の柱８，８と該柱の頭部に架け渡された梁９とで構成してなるラーメン架構４と該ラーメン架構が立設された第１の基礎構造としての地下部分の基礎構造５とからなる高架橋の下部構造３を耐震補強の対象としたものであり、基礎構造５は、高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁６，６と該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された複数の直交基礎梁７とを梯子状に緊結して構成してある。かかる基礎構造５は、橋軸方向に沿って連続的に構築され、地上部分であるラーメン架構４を介して高架橋の上部構造２を支持している。

本実施形態に係る耐震補強構造１は図２でよくわかるように、基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７で取り囲まれた３つの矩形状平面空間８１ａ，８１ｂ，８１ｃのうち、基礎構造５の橋軸方向中央に位置する矩形状平面空間８１ｂの周縁（基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７の内側）に沿って鋼矢板１３を地盤１４にボックス状に埋設するとともに、該鋼矢板の頭部が接合されるように矩形状平面空間８１ｂに鉄筋コンクリート床板６２を構築してあり、かかる鋼矢板１３及び鉄筋コンクリート床板６２は、耐震補強工事の際にあらたに施工される第２の基礎構造としての基礎構造６３を形成する。

ここで、鉄筋コンクリート床板６２は、上述したように鋼矢板１３の頭部に接合されているのみならず、その周縁にて基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７に剛接してあり、かかる構成によって基礎構造５との一体化を図っている。

矩形状平面空間８１ｂの直上、すなわち鉄筋コンクリート床板６２の直上には、立体ブレースとしての立体ダンパーブレース７１を配置してなる。

立体ダンパーブレース７１は、矩形状平面空間８１ｂの直上に４本のブレース本体７２を逆四角錐状に配置するとともに、それらの上端をラーメン架構４を構成する柱８のうち、矩形状平面空間８１ｂを取り囲む柱８の頭部近傍に接合し、それらの下端を履歴減衰ダンパー７３を介して鉄筋コンクリート床板６２の中央近傍に接合して構成してあり、ラーメン架構４からの地震時水平力及びロッキング振動に伴う圧縮力及び引張力を基礎構造６３に伝達するようになっている。

本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１を構築するには、まず、基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７の内側に沿って鋼矢板１３をボックス状に地盤１４に埋設する。鋼矢板１３は、バイブロハンマーによって地盤１４に揺動圧入するようにしてもよいし、油圧ハンマーによって地盤１４に打ち込むようにしてもよい。いずれにしろ、鋼矢板１３の施工については、従来行われている公知の方法に従って行えばよい。

ここで、鋼矢板１３の施工位置は、基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７との接合作業が可能となるように、必要であれば、基礎梁６及び直交基礎梁７，７から一定距離だけ内周側に離間させる。以下、本実施形態では、鋼矢板１３を基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７から一定距離だけ内周側に離間させて埋設し、その離間空間を鋼矢板１３の頭部と基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７との接合空間とする場合について説明する。

鋼矢板１３の施工完了後、鋼矢板１３と基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７との間に拡がる地盤を溝状に掘り下げて基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７を露出させ、鋼矢板１３と基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７との接合作業空間を確保する。

次に、接合作業空間に突出されるように基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７にコンクリートアンカーを打ち込むとともに、同様に鋼矢板１３の頭部にスタッドを溶接し、次いで、必要に応じて接合作業空間に補強筋を配筋した後、該接合作業空間にコンクリートを打設する。

一方、ボックス状に配置された鋼矢板１３で囲まれた地盤を掘り下げ、次いで、鋼矢板１３の内側側面にスタッドを溶接するとともに、必要に応じて補強筋を配設した後、掘り下げた空間にコンクリートを打設して鉄筋コンクリート床板６２を構築する。

次に、鉄筋コンクリート床板６２の直上に立体ダンパーブレース７２を配置する。

本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１においては図４に示すように、地震時に上部構造２から下部構造３に作用する水平力は、ラーメン架構４を介して既設の基礎構造５に流れるとともに、立体ダンパーブレース７１を介して基礎構造６３に流れる。

ここで、基礎構造５を構成する基礎梁６，６及び直交基礎梁７，７と基礎構造６３を構成するコンクリート床板６２とは一体化してあるため、地震時水平力は、高い強度及び剛性をもって支持される。ちなみに、立体ダンパーブレース７１を介して伝達されてきた水平力は、基礎構造５でも支持されるほか、鉄筋コンクリート床板６２に伝達された後、直交基礎梁７，７に沿って配置された鋼矢板１３と周辺地盤との摩擦力で支持されるとともに、基礎梁６，６に沿って配置された鋼矢板１３と周辺地盤との法線方向力（面圧）で支持される。

一方、ラーメン架構４のロッキング振動に伴う引抜き力及び圧縮力は、既設の基礎構造５に伝達されるほか、立体ダンパーブレース７１を介して基礎構造６３に伝達され、主として基礎梁６，６に沿った側に配置された鋼矢板１３と周辺地盤との摩擦力で支持される。

すなわち、基礎梁６，６に沿った側に配置された鋼矢板１３は、設置幅Ｗ×埋込み深さＤの面積をもって地盤１４と接している。そのため、引抜き力や圧縮力は、既存の杭１５による周面摩擦力に加えて、鋼矢板１３と周辺地盤との間に生じる大きな摩擦力で確実に支持される。

以上説明したように、本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１によれば、基礎構造５の剛性が鉄筋コンクリート床板６２によって高まるとともに、ラーメン架構４を介して基礎構造５に流れていた地震時水平力は、耐震補強後、その一部が、増設された基礎構造６３にも流れ、結果として、高架橋上部構造２からの地震時水平力を、基礎構造５のみならず、基礎構造６３にあらたに負担させることが可能となり、立体ダンパーブレース７１による地上部分の耐震補強と相俟って、高架橋の下部構造３を全体的に耐震補強することが可能となる。

また、本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１によれば、ラーメン架構４全体のロッキング振動に起因した引抜き力や圧縮力は、杭１５と周辺地盤との周面摩擦力で支持されるほか、基礎梁６，６に沿って配置された鋼矢板１３と周辺地盤との摩擦力で支持される。

したがって、立体ダンパーブレース７１による耐震補強作用と相俟って、高架橋の下部構造３を全体的に耐震補強することが可能となる。

本実施形態では、ブレースとして履歴減衰ダンパー１０が組み込まれた立体ダンパーブレース７１を採用したが、ダンパーを組み込むかどうかは任意であり、これを省略し、ブレース本体７２のみでブレースを構成してもかまわない。かかる場合においては、ブレース本体７２の下端を鉄筋コンクリート床板６２に剛接して構成することとなる。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、矩形状平面空間８１ａ，８１ｃにも矩形状平面空間８１ｂと同様に第２の基礎構造を構築するようにしてもよい。

かかる構成によれば、既設の基礎構造５の一体化をさらに高めることが可能となり、より優れた耐震補強が可能となる。なお、矩形状平面空間８１ａ，８１ｃに第２の基礎構造を形成する施工手順は、矩形状平面空間８１ｂに第２の基礎構造６３を構築する手順と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造の鉛直断面図。 Ａ−Ａ線に沿う水平断面図。 Ｂ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。 本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造における作用を示した図。

符号の説明

１ 高架橋の耐震補強構造
２ 高架橋の上部構造
３ 高架橋の下部構造
４ ラーメン架構
５ 基礎構造（第１の基礎構造）
６ 基礎梁
７ 直交基礎梁
８ 柱
１３ 鋼矢板
１４ 地盤
６２ 鉄筋コンクリート床板
６３ 基礎構造（第２の基礎構造）
７１ 立体ダンパーブレース（立体ブレース）
７２ ブレース本体
７３ 履歴減衰ダンパー

Claims (2)

1. 高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁と該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された直交基礎梁とが矩形状又は梯子状に緊結されてなり前記高架橋の上部構造を支持するラーメン架構が立設された第１の基礎構造と、前記基礎梁及び前記直交基礎梁と一体となるようにそれらで取り囲まれた矩形状平面空間に構築された鉄筋コンクリート床板及び該鉄筋コンクリート床板に頭部が接合され前記矩形状平面空間の周縁に沿って地盤に埋設された鋼矢板からなる第２の基礎構造と、前記鉄筋コンクリート床板の直上に複数のブレース本体を逆多角錐状に配置するとともにそれらの上端を前記ラーメン架構を構成する柱のうち、前記矩形状平面空間を取り囲む柱の頭部近傍に接合しそれらの下端を前記鉄筋コンクリート床板の中央近傍に接合してなる立体ブレースとを備えたことを特徴とする高架橋の耐震補強構造。
2. 前記複数のブレース本体と前記鉄筋コンクリート床板との間にダンパーを介在させることで前記立体ブレースを立体ダンパーブレースとした請求項１記載の高架橋の耐震補強構造。

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