JP4945151B2 - 橋梁 - Google Patents

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本発明は、橋梁に関するものである。
従来の耐震橋梁は、図1に図示したように、基礎杭35と橋座体たるフーチング36とから成る基礎31と、該基礎31上に略垂直に立設される複数の柱状の橋脚32と、該橋脚32の上端部に連結支承される上桁33とから成り、橋脚32と上桁33との間には制動支持装置34(例えば積層ゴム)が介存せしめられる構成が一般的である。
ところで、上記従来の橋梁は、基礎31上に略垂直に立設される橋脚32により上桁33を支承していることから、上桁33の橋脚32により支承される支点間の距離A’が長くなるため、上桁断面を大きくして強度を保つ必要があり、上桁33が重くなってしまう(即ち、上桁33に余分な耐力が要求されてしまう。)。そのため、以下のような問題が生じている。
(1)重い上桁33を支承するため、橋脚32の強度も大きくする必要があり、橋脚32の必要断面が大きくなる。即ち、橋脚32が重くなる。
(2)上桁33・橋脚32が重くなるため、鉛直荷重が大きくなり、上桁33・橋脚32を受ける制動支持装置34や基礎31の必要断面も大きくなる。
(3)そのため、全ての部材の必要断面が大きくなって重量化し、地震等による揺れの慣性力が大きくなってしまう(特に、上桁33が重い場合は、基礎31への転倒モーメントが大きく作用する。)。
(4)特に、基礎31の必要断面の増加は、施工時の地面掘削面積を大規模化し、交通阻害・工事長期化を招く原因となる。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、強固な構造をコスト安で実現可能な極めて安定的で耐久性に秀れた橋梁を提供するものである。
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
基礎杭7及び橋座体8から成る基礎1と、この基礎1上に立設される一対の橋脚2と、この各橋脚2によって支持される上桁3とから成る橋梁であって、前記橋脚2は、一対の柱状体若しくは板状体の下端部同士を連結して成る側面視略V字状体であり、この橋脚2の対向する上端部2aと前記上桁3とは夫々連結されて逆三角形状構造体が形成され、前記橋脚2の下端部2bは前記基礎1により鉛直荷重を支持し且つ水平方向に揺動可能で当該揺動を減衰させる機能を有する積層ゴムを介して支承されており、前記橋脚2同士は夫々横繋材6で連結され、また、前記橋脚2は、下端側程対向間隔が広くなるように設定され、前記上桁3は、前記橋脚2の上端部2aと連結される中間桁9と該中間桁9の両側若しくは片側に設けられる翼桁10とから成り、前記翼桁10は、隣接する基礎杭14及び橋座体15から成る翼桁用基礎13上に立設される翼桁用橋脚12により前記積層ゴムを介して支承されていることを特徴とする橋梁に係るものである。
また、請求項1記載の橋梁において、前記一対の柱状体若しくは板状体前記上桁3は着脱自在に連結されていることを特徴とする橋梁に係るものである。
また、請求項2記載の橋梁において、前記一対の柱状体及び上桁3はプレキャストコンクリート製であることを特徴とする橋梁に係るものである。
本発明は上述のように構成したから、上桁を支持する支点間の距離を短くすることができ、そのため、上桁の軽量化が達成され、それだけ基礎に作用する転倒モーメントを小さくすることが可能となる。しかも、上桁・橋脚の必要断面を小さくしてそれだけ各部材の軽量化が図れ、更に、橋脚と上桁とで逆三角形構造体を構成することで、上方ほど全体剛性が大きくなって地震による揺れが上桁に伝わりにくくなり、地震等の揺れを安定的に軽減可能な極めて耐久性に秀れた橋梁となる。
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
側面視略V字状の橋脚2の対向する上端部2aに夫々上桁3を連結して支持するため、それだけ支点間の距離Aが短くなる。従って、上桁3の断面を大きくする必要なく必要な強度を確保でき、上桁3の軽量化を図ることが可能となる。
そのため、上桁3を支持する橋脚2や基礎1の必要断面も小さくすることが可能となり、橋脚2及び基礎1の軽量化・コンパクト化を図れることになる。
また、橋脚2と基礎1との間の制動支持装置5により、地震時の水平力等が相互に伝わらない構造となるのは勿論、上述のように各部材の軽量化を図れるため、地震の慣性力はそれだけ小さくなり、安定的に揺れを軽減できることになる。
更に、橋脚2の対向する上端部2aが2点で上桁3と夫々連結して上桁3を支持すると共に、基礎1とは1点で連結されて支持されるから、橋脚2と上桁3とで、外力に対して非常に強固で安定的な逆三角形構造体を実現できることになり、軽量且つコンパクトな構造でありながら高強度を発揮できることになる。
また、上述のように橋脚2は上桁3と2点で連結されるにもかかわらず、基礎1とは1点で連結されるから、従来に比し基礎の施工箇所を削減でき、施工がよりコスト安に且つ短期間で行えることになり、強固な構造をコスト安に実現可能となる。
本発明の具体的な実施例について図2〜5に基づいて説明する。
本実施例は、基礎1と、該基礎1上に立設される橋脚2と、該橋脚2によって支持される上桁3とから成る橋梁であって、前記橋脚2は、一対の柱状体の下端部同士を連結して成る側面視略V字状体であり、この橋脚2の対向する上端部2aと前記上桁3とは夫々連結されて該上桁3と該橋脚2とで逆三角形状構造体が形成されており、前記橋脚2の下端部2bは前記基礎1により水平揺動を減衰させる制動支持装置5を介して支承されているものである。
各部を具体的に説明する。
基礎1は、図2に図示したように地面11に埋設されるコンクリート製の基礎杭7と、この基礎杭7上に該基礎杭7の杭頭と剛結合状態で設けられるコンクリート製の橋座体8とで構成されている。尚、この基礎杭7と橋座体8との結合は剛結合に限らず、スライド式結合等でも良い。
また、橋座体8とは、制動支持装置5のような支承体の受台であって、地盤中に一部を必ず入れるフーチングを含む構造体をいう。尚、橋座体8は、基礎杭7で支えられ地上に全体が露出する構成でも良い。
ところで、図1に図示したような従来構造では、基礎杭35の本数を多くしてしかも大断面積を有する橋座体たるフーチング36を施工する必要があったが、本実施例においては、橋脚2及び上桁3を軽量化でき、基礎1に作用する転倒モーメントを小さくできるため、基礎杭7の本数を減らすことができ、また、断面も従来より小さくすることができる。更に、橋座体8(フーチング)を減らすこともできる。従って、地面の掘削等が必要最小限で済み、極めて施工が容易となる。
本実施例においては、基礎杭7と橋座体8とから成る構造を採用しているが、基礎杭7のみや橋座体8のみの構成としても良い。この場合、それだけ施工が容易となる。
例えば、基礎杭7のみの構成は、水上などに設ける場合(水上に杭頭を出して活用する場合)や、軟弱地盤等で適用できる。この際、杭頭を鋼材で連結しても良い。また、基礎杭7はコンクリート製に限らず、鋼管杭等を用いても良い。また、橋座体8のみの構成は、比較的良好な地盤(固い地盤)で適用できる(所謂地盤のみで支持されるフーチング。)。
尚、橋座体8はコンクリート製に限らず、他の材質で形成したものでも良い。また、地面11に完全に埋設された構成としても良い。
橋脚2(側面視略V字状体4)は、図3,図4に図示したようなコンクリート製の柱状体の下端部同士を連結して成るものであり、橋軸aと直交する方向(橋幅方向)に2つ並設されている。この橋脚2は、その上端部同士及び下端部同士が柱状の横繋材6により夫々連結されている。
従って、橋幅に近い幅の板状体を斜材として用いる必要がなく、それだけ軽量化を図れると共に、部材間に空間ができ、開放されたデザインを形成できることになる。また、各部材で極端に大きさが異なることがなく、橋脚2の形成が工程上のネックとなり難いため、プレキャスト化し易くなる。
また、横繋材6により橋脚2同士を強固に連結でき、上桁3と橋脚2とから成る逆三角形状構造体を強固に一体化できることになる。更に、橋脚2の下端部同士を連結する横繋材6により基礎1との間に制動支持装置5を複数配置することが容易となる。
また、橋脚2は、図5に図示したように橋軸aと直交する方向において、下端側程対向間隔が広くなるように設定しても良い。この場合、橋軸aと直交する方向の揺れによる転倒モーメントを良好に受けることができ、水平方向に揺動する制動支持装置5を橋脚2の下端部2aに設けたことによるデメリットを解消できる。更に、下端側を幅広とすることで応力分散ができ、橋座体8の厚みをそれだけ薄くすることができる。尚、橋脚2を、例えば一方は垂直に基礎上に立設し、他方の上端部だけを一方側に傾斜させる構成としても良い。
橋脚2は、前記橋座体8上に制動支持装置5としてのゴム板と鋼板とを交互に積層して成る積層ゴムを介して設けられている。この制動支持装置5により、地震時に発生する水平力や温度差による桁伸縮等に対して抗力を発生せずに対応でき、各構造に余分な荷重を発生させることを阻止できる。
特に、地面からわずかに露出した橋座体8上に制動支持装置5を設けることで、制動支持装置5を上桁3と橋脚2との間に設けた場合に比し、基礎1から制動支持装置5までの距離がそれだけ短くなり、地震時水平力の作用に伴い基礎1に作用する転倒モーメントの影響が極めて小さくなる。従って、基礎1の設計がこの転倒モーメントにより支配されることがなく、基礎杭7と橋座体8とから成る簡易構成で実現でき、構造の単純化と低コスト化に加え、施工時の路上掘削面積の低減や交通阻害の阻止、工期短縮等の効果が発揮されることになる。
尚、本実施例において制動支持装置とは、鉛直荷重を支持し且つ水平方向に揺動可能でありながら、その揺動を減衰させる機能を有するものをいう。
また、本実施例においては、制動支持装置5としては揺動・減衰・復元機能を同一装置で得られる鉛を添加した積層ゴムが採用されているが、上記鉛直荷重を支持し且つ水平方向に揺動可能でありながら、その揺動を減衰させる機能を有する構成であれば、転がり式(例えば、中央を低くすることで傾斜により減衰・復元できるもの。)やスライド式(例えば、底面の摩擦抵抗で減衰のみさせるもの、また、側面等に油圧ダンパーを設けて減衰・復元できるもの)等、他の構成を採用しても良い。
特に摩擦抵抗で制動する場合は、極めて簡便で安価な制動支持装置を構成できる。例えば、基礎上面と橋脚の下端部とで(コンクリート部材同士の間に生じる摩擦抵抗を利用した)制動支持装置としても良いし、基礎上面と橋脚の下端部にプレートを貼り付けるなどして材質を変えて制動装置としてもよい。好適な材質としては、コンコクリート、鉄(特にステンレスがよい)、樹脂、セラミックス等があげられる。摩擦抵抗が小さいと、中小程度の地震や風等の水平力により常時揺動することになり橋梁が不安定になる。また、摩擦抵抗が大きすぎると、大地震が発生したときに動きを止める阻害要因となる。これらを考慮して適宜な摩擦抵抗を決定する。適宜な摩擦抵抗は、接触面積や材質を変えたり、また、接触面に凹凸をつけたりすることで得られる。尚、摩擦抵抗で制動する場合、揺動して基礎面から外れないように適宜な箇所にストッパーを設けるとよい。
橋脚2の上端部は夫々コンクリート製の柱状体である上桁3(H鋼)に連結されている。この上桁3上に床板(図示省略)を付設して橋梁が形成される。尚、上桁3としては、予めH鋼などの桁と床板とを一体化した合成桁を採用しても良い。
上桁3は、橋脚2の上端部と連結される中間桁9と、この中間桁9の両側に設けられる翼桁10とで構成されている。
従って、この中間桁9と橋脚2とで逆三角形状構造体が形成されることになる。この逆三角形状構造体においては、上桁3の上縁に一部引張応力が発生する以外は、上桁3の下縁及び一対の柱状体(逆三角形構造体の各辺)に発生する応力は圧縮力に限定されることになり、極めて秀れた耐久性を発揮する。よって、上桁3は上縁に引張抵抗要素たる鉄筋を有する鉄筋コンクリート部材、一対の柱状体は鉄筋コンクリート部材で構成することで、高い剛性を確保しながら安価なコンクリート製部材を採用することでコスト削減を図ることができる。
また、翼桁10は、地面11に埋設されるコンクリート製の基礎杭14と、この基礎杭14上に該基礎杭14の杭頭と剛結合状態で設けられるコンクリート製の橋座体15とで構成された翼桁用基礎13上に立設される翼桁用橋脚12により制動支持装置5’(積層ゴム)を介して支承されている。尚、この制動支持装置5’は前記制動支持装置5と同様のものであり、前記の記載がそのまま当てはまる。
従って、翼桁10も両端で良好に支持されることになり、桁断面が小さくて済むことになる。この翼桁10と前記中間桁9とを交互に連結することで、連続桁構造の橋梁を形成することが可能となる。
また、本実施例においては、各部材同士の連結構造としては剛結合を採用している。具体的には、部材中にシース管を埋設し、PC鋼線でプレストレスをかけながらの結合(シールドセグメントでの結合方法)を採用している。尚、上記逆三角形状構造体により極めて高い耐力を発揮できるから、剛結合以外の結合構造であっても良好な耐久性を発揮できる。
また、例えばピン結合構造等、着脱自在な連結構造を採用し、前記一対の柱状体同士及び橋脚2と上桁3とを着脱自在に連結可能な構成とした場合には、上部構造(一対の柱状体及び上桁3)を分割して別箇所でプレキャストとして製造でき(現場でコンクリート施工する必要がない)、現場組み立てが可能で現場調整も容易となり、それだけ施工が容易となる。また、施工後の補修時に部分的に取り外すなどして取替えや補修を容易に行えることになる。
尚、支承とは、一般的に、橋桁(上桁)を、該橋桁と橋脚若しくは該橋脚と基礎等の台座との間等に設けられる橋桁等の上部荷重の支持機能、橋桁の撓みに追従するヒンジ機能、温度変化に伴う橋桁の伸縮に追従する伸縮追従機能、地震時の揺れから橋を守る免震・耐震機能を有する部材(支承体,沓,シュー等)を介して支持することをいう。
本実施例は上述のように構成したから、側面視略V字状の橋脚2の対向する上端部2aに夫々上桁3を連結して支持するため、それだけ支点間の距離Aが短くなる。従って、上桁3の断面を大きくする必要なく必要な強度を確保でき、上桁3の軽量化を図ることが可能となる。
そのため、上桁3を支持する橋脚2や基礎1の必要断面も小さくすることが可能となり、橋脚2及び基礎1の軽量化・コンパクト化を図れることになる。
また、橋脚2と基礎1との間の制動支持装置5により、地震時の水平力等が相互に伝わらない構造となるのは勿論、上述のように各部材の軽量化を図れるため、地震の慣性力はそれだけ小さくなり、安定的に揺れを軽減できることになる。
更に、橋脚2の対向する上端部2aが2点で上桁3と夫々連結して上桁3を支持すると共に、基礎1とは1点で連結されて支承されるから、橋脚2と上桁3とで、外力に対して非常に強固で安定的な逆三角形構造体を実現できることになり、軽量且つコンパクトな構造でありながら高強度を発揮できることになる。
また、橋脚2は上桁3を2点で支持するにもかかわらず、基礎1とは1点で連結され、従来に比し基礎の施工箇所及び必要断面を小さくできるから、施工がよりコスト安に且つ短期間で行えることになり、強固な構造をコスト安に実現可能となる。
ところで、従来の耐震橋梁は、上桁33が基礎31上に立設される橋脚32と制動支持装置34を介して支承されているため、地震等により上桁33に作用する水平力は、基礎31の重心からX’だけ上方の制動支持装置34が受けることになり、従って、基礎31に作用する前記水平力とX’の積で求められる転倒モーメントは非常に大きくなる。
上記転倒モーメントに対する抵抗モーメントを得るためには、基礎31を重く且つ大断面積化する必要があり、基礎杭35の本数を多くして橋座体たるフーチング36の断面積を大きくする等、過剰な基礎工事が必要となり、コスト高となるのは避けられない。
この点、本実施例は、橋脚2が制動支持装置5を介して基礎1上に設けられているから、基礎1に作用する転倒モーメントは地震等の水平力と、基礎1の重心から制動支持装置5までの距離Xとの積となり、従来に比し橋脚2の高さ分だけ転倒モーメントが小さくなり、必要な抵抗モーメントも小さくなるから、基礎1を簡素化することが可能となる。従って、基礎1の施工をよりコスト安に且つ短期間で行えることになる。
また、このように制動支持装置5を基礎1上に設けることで、基礎1に作用する転倒モーメントが減少する一方、橋脚2及び上桁3に作用する曲げモーメントが増加するが、本実施例においては、橋脚2(側面視略V字状体4)と上桁3とで逆三角形状構造体を構成しているから、この逆三角形状構造体に作用する曲げモーメントは、上桁3の上縁に一部引張応力が発生する以外は、上桁3の下縁及び一対の柱状体(逆三角形構造体の各辺)に発生する応力は圧縮力に限定されることになり、橋脚2及び上桁3を大断面積化することなく橋脚2及び上桁3の剛性を十分確保できることになる。
従って、本実施例は、上桁を支持する支点間の距離を短くすることができるから、上桁を軽量化することができ、それだけ基礎に作用する転倒モーメントを小さくすることが可能で、しかも、上桁・橋脚の必要断面を小さくしてそれだけ各部材の軽量化を図れ、更に、橋脚と上桁とで逆三角形構造体を構成することで、上方ほど全体剛性が大きくなって地震による揺れが上桁に伝わりにくくなり、地震等の揺れを安定して軽減可能な極めて耐久性に秀れた橋梁となる。
従来例の概略説明側面図である。 本実施例の概略説明側面図である。 本実施例の概略説明斜視図である。 本実施例の概略説明端面図である。 別例の概略説明端面図である。
1 基礎
2 橋脚
2a 上端部
2b 下端部
3 上桁
4 側面視略V字状体
5・5’ 制動支持装置
6 横繋材
7 基礎杭
8 橋座体
9 中間桁
10 翼桁

Claims (3)

  1. 基礎杭及び橋座体から成る基礎と、この基礎上に立設される一対の橋脚と、この各橋脚によって支持される上桁とから成る橋梁であって、前記橋脚は、一対の柱状体若しくは板状体の下端部同士を連結して成る側面視略V字状体であり、この橋脚の対向する上端部と前記上桁とは夫々連結されて逆三角形状構造体が形成され、前記橋脚の下端部は前記基礎により鉛直荷重を支持し且つ水平方向に揺動可能で当該揺動を減衰させる機能を有する積層ゴムを介して支承されており、前記橋脚同士は夫々横繋材で連結され、また、前記橋脚は、下端側程対向間隔が広くなるように設定され、前記上桁は、前記橋脚の上端部と連結される中間桁と該中間桁の両側若しくは片側に設けられる翼桁とから成り、前記翼桁は、隣接する基礎杭及び橋座体から成る翼桁用基礎上に立設される翼桁用橋脚により前記積層ゴムを介して支承されていることを特徴とする橋梁。
  2. 請求項1記載の橋梁において、前記一対の柱状体若しくは板状体前記上桁は着脱自在に連結されていることを特徴とする橋梁。
  3. 請求項2記載の橋梁において、前記一対の柱状体及び上桁はプレキャストコンクリート製であることを特徴とする橋梁。
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