JP5735365B2 - 吊橋の制振構造及び吊橋の架設方法 - Google Patents

Description

本発明は、吊橋の制振構造及び吊橋の架設方法に関する。

吊橋は、主塔間に張り渡したメインケーブルに、ハンガーケーブルにより主桁を吊り下げてなる構造を有しており、柔構造となっている。特に長大吊橋では、下方を船舶が航行できる高さを確保するために主塔間の距離が大きい場合が多い。このような長大吊橋では、縦揺れの他に、橋軸回りの回転、即ちねじれが生じ、風速が増大すればするほどねじれの振幅が増大して、発散型の不安定振動であるフラッター（flutter）を発現することが知られている。

又、吊橋の架設途中のように、主桁を構成する一部の橋桁ユニットのみがハンガーケーブルによってメインケーブルに吊り下げられた状況では、完成した吊橋と比較してねじれ剛性は更に小さいために、小さな風速の風を受けた場合でも、橋桁ユニットが揺れ動き、橋としての振幅が加速的に増大してフラッターを発現する問題がある。

吊橋において、フラッターを発生する風速が設計風速よりも十分に高い場合には、その吊橋はフラッターに対する安全性が確保されていると言える。従って、フラッターの発生を抑制する対策としては、ねじれ剛性を高めることでフラッター風速を高く維持することが有効であり、又、振動モードを変化させてフラッターが発生しないようにすることが有効である。

上記したようなフラッターの発生を抑制するようにした吊橋としては種々のものが提案されている（特許文献１、２、３、４等参照）。

特許文献１は、並設される２本のメインケーブルにハンガーケーブルにより吊り下げた橋桁ユニットに、一時的に付加荷重を載荷し、且つ、２本のメインケーブルと橋桁ユニットの幅方向端部との間にクロスステイを設けることで、ねじれ振動数を高めてフラッター発現の風速を上昇させることで、フラッター発現を抑制している。

特許文献２は、吊橋のメインケーブルと片側の主塔とを制振ワイヤで連結し、メインケーブルの変形が非対称となるようにして、フラッター発生時の全体の振動モードを変化させることで、フラッター風速を上昇させている。

特許文献３は、吊橋の橋桁から重錘を垂らして水中に沈め、重錘が水から受ける抵抗により減衰を増加させて、フラッター風速を上昇させ、耐風性を向上させている。

特許文献４は、橋桁を吊るハンガーケーブルを二股に分岐させ、ハンガーケーブル自体に横方向の剛性を持たせることで耐風性を向上させている。

特開平０９−１１１７１６号公報 特許第３１７４６７５号公報 特開平１１−０９３１１４号公報 特開平０９−１３７４０８号公報

しかし、前記特許文献１〜４に記載の吊橋においては、夫々以下のような問題点を有していた。

特許文献１は、クロスステイの設置が景観上好ましくないばかりでなく、車両等の交通を阻害し、また架設時の作業を阻害する問題がある。このために、橋桁ユニット上での舗装作業等の障害となる問題がある。又、主桁の幅が３０メートルにも及ぶ長大吊橋の場合には、前記クロスステイが長大となるために、クロスステイケーブルを用いることが考えられるが、クロスステイケーブルは張力の作用に対して支持するものであり、張力が抜けると効果を発揮できないため、クロスステイケーブルに予め大きな初期張力を導入しておく必要があり、このために大径・大重量の高強度のクロスステイケーブルを設ける必要がある。

特許文献２は、長大吊橋のメインケーブルの重量は１本あたり数トン／メートルと重いため、メインケーブルの振動（変形）を拘束するためには制振ワイヤにも大径・大重量の高強度のものが必要であり、更に、制振ワイヤの長さも数百メートルに及ぶものが必要となり、装置が非常に大規模なものとなる。

特許文献３は、重錘を吊り下げているワイヤの張力が抜けると効果がなくなるため、水の浮力を考慮した上で、橋桁の振動時に張力が抜けないような大重量の重錘が必要となる。又、台風時には船舶の航行が無いため問題にはならないが、平常時には船舶の航行のために前記したような重錘を吊り下げて設置することができない。

特許文献４は、ハンガーケーブルを分岐させることは技術的に困難である上に、コストが上昇する問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなしたもので、簡単・小型の構成により橋桁ユニットの幅方向端部が剛性強度を保持してメインケーブルに連結され、更に、橋桁ユニット上の車両等の交通や架設時の作業を可能にした吊橋の制振構造及び吊橋の架設方法を提供しようとするものである。

本発明は、並設したメインケーブルに橋桁ユニットの幅方向一端と他端を吊り下げて主桁を架設する吊橋の制振構造であって、前記橋桁ユニットの幅方向一端及び他端と前記各メインケーブルとの間を上下に連結する端部固定材と、前記各メインケーブルと前記橋桁ユニットにおける前記端部固定材の下端部よりも幅方向内側位置との間を斜めに連結する傾斜固定材により前記橋桁ユニットを長手方向で吊り下げる複数の幅端部拘束装置を備え、 吊橋の長手方向の中心に長手方向中心が位置する橋桁ユニットに備えた各幅端部拘束装置の端部固定材の下端と傾斜固定材の下端を前記橋桁ユニットに連結する底辺長さが、橋桁ユニットの長手方向における中心部と端部との間にある端部固定材の長さに等しいことを特徴とする吊橋の制振構造、に係るものである。

上記吊橋の制振構造において、前記メインケーブルの外周に固定バンドを設置し、該固定バンドに前記端部固定材及び傾斜固定材の上端を連結したことは好ましい。

又、上記吊橋の制振構造において、前記端部固定材の下端部及び傾斜固定材の下端部を連結して前記橋桁ユニットに固定される底辺固定材を有していてもよい。

本発明は、上記吊橋の制振構造を用いた吊橋の架設方法であって、橋桁ユニットの幅方向一端と他端の夫々を、並設したメインケーブルに端部固定材により連結すると共に、前記橋桁ユニットにおける前記端部固定材の下端部よりも幅方向内側位置と前記各メインケーブルとの間を傾斜固定材により連結することで、幅端部拘束装置を介して前記橋桁ユニットを前記メインケーブルに吊り下げることを特徴とする吊橋の架設方法、に係るものである。

本発明の吊橋の制振構造及び吊橋の架設方法によれば、橋桁ユニットの幅方向端部が、端部固定材及び傾斜固定材を有する簡単・小型の幅端部拘束装置により高い剛性を有してメインケーブルに固定されるため、特に吊橋の架設初期における吊橋の振動を効果的に低減してフラッターの発現を抑制することができ、更に、幅端部拘束装置は橋桁ユニットの幅方向端部のみに設けられるため、橋桁ユニット上での機材運搬や架設時の作業を容易に行えるという優れた効果を奏し得る。

本発明の吊橋の制振構造の一実施例の概略を示す正面図である。 本発明を適用する吊橋の全体構成を示す斜視図である。 図２のメインケーブルに橋桁ユニットを幅端部拘束装置で連結した状態を示す側面図である。 幅端部拘束装置の取り付け状態を示す正面図である。 幅端部拘束装置の具体的な一例を示す斜視図である。 幅端部拘束装置の他の例を示す斜視図である。 幅端部拘束装置の更に他の例を示す斜視図である。 従来の長大吊橋における橋桁ユニットの架設割合とフラッター風速の関係を示すグラフである。 従来の長大吊橋と本発明による長大吊橋とによる橋桁ユニットの架設割合とフラッター風速の関係を比較する試験を実施した結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図２は本発明を適用する吊橋の全体構成を示すもので、対峙して立設された主塔１，１間には２本のメインケーブル２，２が平行に張り渡されており、図示しない台船等により運ばれてきた橋桁ユニット３を前記メインケーブル２に連結して吊り下げた架設初期の状態を示している。図２は、主塔１，１間の距離Ｓ（スパン）が例えば１５００メートル程度を有する長大吊橋の場合であり、メインケーブル２の長手方向中間部に吊り下げる初期の橋桁ユニット３の長さは２００メートル（架設率１３％）程度の場合を示している。

前記橋桁ユニット３は、図３に示す如く、長手方向複数箇所を幅端部拘束装置４によりメインケーブル２に連結することで吊り下げている。例えば主塔１，１間の距離Ｓが１５００メートル程度の長大吊橋で２００メートル程度の橋桁ユニット３を架設する場合を対象に解析を行った場合には、直径３００ミリメートルの鋼管を用いたトラスにより５断面程度の幅端部拘束装置４Ａ，４Ｂ，４Ｂ'，４Ｃ，４Ｃ'を構成することが好ましいことが判明した。

前記幅端部拘束装置４は、図１に示す如く、橋桁ユニット３の幅方向一端３ａ及び他端３ｂと前記各メインケーブル２との間を上下に連結する端部固定材５と、前記橋桁ユニット３における前記端部固定材５の下端部よりも幅方向内側位置Ｘと前記各メインケーブル２との間を斜めに連結する傾斜固定材６とを有している。ここで、前記端部固定材５の下端部と傾斜固定材６の下端部は、図４に示す橋桁ユニット３の横梁８上に直接固定していてもよく、又は、幅端部拘束装置４を設置する場所に横梁８が存在しない場合には、前記端部固定材５の下端部と傾斜固定材６の下端部を連結する底辺固定材９(図７)を設けて、該底辺固定材９を前記橋桁ユニット３に固定してもよい。従って、前記幅端部拘束装置４は、端部固定材５と傾斜固定材６と前記橋桁ユニット３の横梁８とにより、又は、前記端部固定材５と傾斜固定材６と底辺固定材９とにより三角トラスを形成している。

又、図３に示すように、前記橋桁ユニット３を吊り下げるメインケーブル２は、メインケーブル２の長手方向中心Ｏが最も垂れ下がった湾曲形状を有しており、従って、図３、図４に示す如く、吊橋の中心Ｏ位置Ｐ_０における幅端部拘束装置４Ａの端部固定材５の長さＬ_０は最も短く、前記中心Ｏから最も離反した位置Ｐ_２の幅端部拘束装置４Ｃ，４Ｃ'における端部固定材５の長さＬ_２は最も長く、位置Ｐ_０と位置Ｐ_２の中間の位置Ｐ_１における幅端部拘束装置４Ｂ，４Ｂ'の端部固定材５の長さは中間の長さＬ_１となっている。

ここで、前記幅端部拘束装置４Ａ，４Ｂ，４Ｂ'，４Ｃ，４Ｃ'における前記端部固定材５の下端部と傾斜固定材６の下端部とを連結する底辺長さＬが、前記中間の位置Ｐ_１における幅端部拘束装置４Ｂ，４Ｂ'の端部固定材５の長さＬ_１と同程度になるようにする。即ちＬ≒Ｌ_１であることが好ましい。従って、前記中間の幅端部拘束装置４Ｂ，４Ｂ'は、図１、図４に示す如く、端部固定材５と傾斜固定材６と底辺固定材９からなる二等辺三角形のトラスを形成する。一方、図４において、前記中心Ｏの幅端部拘束装置４Ａの端部固定材５の長さＬ_０は、前記底辺長さＬに対して短くなり、又、中心Ｏから最も離反した幅端部拘束装置４Ｃ，４Ｃ'の端部固定材５の長さＬ_２は、前記底辺長さＬに対して長くなる場合を示している。

次に、前記幅端部拘束装置４の具体例について説明する。

図５は前記幅端部拘束装置４の一例を示すもので、前記メインケーブル２の外周には二つ割れ形状を有する固定バンド１１がボルト１０により固定されており、該固定バンド１１の外周には固定ブラケット１２が設けられている。

端部固定材５及び傾斜固定材６は、パイプ材１３の内部に直径方向の補強板１４が溶接固定された構成を有しており、端部固定材５及び傾斜固定材６の夫々の上端には、前記固定バンド１１の固定ブラケット１２にボルト１５で連結するためのボルト孔１５'を有する上部連結ブラケット１６，１７が設けてあり、又、端部固定材５及び傾斜固定材６の夫々の下端には、ボルト孔１８'を有する下部連結ブラケット１９，２０が設けられている。

一方、橋桁ユニット３の横梁８上には、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の各下部連結ブラケット１９，２０を橋桁ユニット３の横梁８上に連結するため連結金具２１，２２を設けている。該連結金具２１，２２は、平板部２３と該平板部２３の面の中心に縦板２４が鉛直に溶接固定されたＴ字形を有しており、前記縦板２４には前記下部連結ブラケット１９，２０のボルト孔１８'と一致してボルト１８で連結するボルト孔１８'が形成してあり、又、前記平板部２３には、ボルト２５により横梁８上に連結するためのボルト孔２５'が形成してある。

図５において、前記メインケーブル２の外周には固定バンド１１をボルト１０により固定し、一方、橋桁ユニット３の横梁８上には連結金具２１，２２の平板部２３をボルト２５により連結固定する。

更に、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の夫々の上端に備えた上部連結ブラケット１６，１７を、前記固定バンド１１の固定ブラケット１２にボルト１５で連結すると共に、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の夫々の下端に備えた下部連結ブラケット１９，２０を、橋桁ユニット３の横梁８上に固定した連結金具２１，２２の縦板２４にボルト１８により連結固定する。尚、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の下部連結ブラケット１９，２０には、前記連結金具２１，２２が予め溶接で一体に固定されていてもよい。

この時、前記端部固定材５及び傾斜固定材６は、図５に示す如く、夫々の軸中心が前記メインケーブル２の軸中心に向かうように連結されることが好ましい。

図６は、前記幅端部拘束装置４の他の例を示すもので、図６の例では、前記連結金具２１，２２に代えて、ボルト孔１８'を有する縦板２４'のみを備えた場合を示しており、この縦板２４'は下端を橋桁ユニット３の横梁８上に溶接により直接固定する。そして、前記縦板２４'は、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の下部連結ブラケット１９，２０に、ボルト１８を介して連結する。その他の構成は前記図５の場合と同様である。

図７は、前記幅端部拘束装置４の更に他の例を示すもので、図７の例では、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の下端部に備えた下部連結ブラケット１９，２０に対してボルト１８で連結される縦板２４'が溶接固定された底辺固定材９を備えた場合を示している。この底辺固定材９は、前記端部固定材５及び傾斜固定材６と同様にパイプ材１３の内部直径方向に補強板１４が溶接固定されている。前記底辺固定材９は、前記幅端部拘束装置４を設置する前記橋桁ユニット３の横梁８の強度が不足する場合に設置する。

上記図５〜図７に示した幅端部拘束装置４によれば、端部固定材５と傾斜固定材６と前記橋桁ユニット３とが三角トラスを形成するので、橋桁ユニット３の幅方向端部を、高い剛性強度を有してメインケーブル２に固定することができる。

次に、上記実施例の作動を説明する。

図２に示す前記メインケーブル２の長さ方向中心部に前記橋桁ユニット３を架設するには、図１に示す橋桁ユニット３の幅方向一端３ａと他端３ｂの夫々を、端部固定材５により並設したメインケーブル２に連結すると共に、前記橋桁ユニット３における前記端部固定材５の下端部よりも幅方向内側位置Ｘと前記各メインケーブル２との間を傾斜固定材６により連結する。これにより、幅端部拘束装置４は三角トラスを形成して前記橋桁ユニット３の幅端部を前記メインケーブルに固定することができる。

従って、上記幅端部拘束装置４によれば、橋桁ユニット３の幅方向端部が高い剛性を有してメインケーブルに固定されるので、特に吊橋の架設初期における吊橋のねじれ剛性を高めることができ、よってフラッターの発現を抑制することができる。更に、幅端部拘束装置４は橋桁ユニット３の幅方向端部のみに設けられており、更に、図４に示すように各幅端部拘束装置４の底辺長さを同一の長さＬとすることにより、各幅端部拘束装置４が橋桁ユニット３上に張り出す長さは同一となり、よって、橋桁ユニット３上での機材運搬や架設時の作業を容易に行うことができる。即ち、車両用の多数の車線が備えられる長大吊橋では、図１に示す如く、最外側の車線、或いは、更にその最外側に設けられる路側帯に前記幅端部拘束装置４が張り出すのみであるため、前記幅端部拘束装置４が存在しない箇所の車線は車両等が自由に走行することができる。又、前記した幅端部拘束装置４は、主桁の架設完了後には取り外すことができるが、主桁の架設完了後にも吊橋の振動が問題になる場合には簡略・小型の幅端部拘束装置４を設置したままとしておくこともできる。

図８は、従来の長大吊橋Ａ〜Ｄにおける橋桁ユニットの架設割合とフラッター風速の関係を示したものであり、橋桁ユニットの架設割合が２０％程度の架設初期において、フラッター風速が著しく低下することが現われている。

本発明者らは、図８に示す従来の長大吊橋Ｃと本発明による長大吊橋とにおける橋桁ユニットの架設割合とフラッター風速の関係を比較する試験を実施し、その結果を図９に示した。

図９から明らかのように、従来の長大吊橋Ｃでは、橋桁ユニットの架設割合が２０％程度の架設初期においてフラッター風速が著しく低下しているのに対し、本発明では架設割合が４０％程度までのフラッター風速を引き上げることができた。特に、架設割合が１０％〜２０％のときのフラッター風速を従来に比して２０％前後高めることができた。このように、本発明ではフラッター風速を高められることにより、吊橋の架設時の安全性を向上させることができる。

上記実施例においては、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の上端をメインケーブル２にボルト１５で連結し、前記端部固定材５及び傾斜固定材６の下端を橋桁ユニット３の横梁８にボルト１８で連結して三角トラスを形成する場合について説明したが、ピン連結によって三角トラスを形成するようにしても、橋桁ユニット３の幅方向端部を高い剛性強度を有してメインケーブル２に固定することができる。

尚、本発明の吊橋の制振構造及び吊橋の架設方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、橋桁ユニット３をメインケーブル２に固定する幅端部拘束装置４の設置数には限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２ メインケーブル
３ 橋桁ユニット
３ａ 幅方向一端
３ｂ 幅方向他端
４ 幅端部拘束装置
４Ａ，４Ｂ，４Ｂ'，４Ｃ，４Ｃ' 幅端部拘束装置
５ 端部固定材
６ 傾斜固定材
９ 底辺固定材
１１ 固定バンド
Ｘ 幅方向内側位置

Claims (4)

1. 並設したメインケーブルに橋桁ユニットの幅方向一端と他端を吊り下げて主桁を架設する吊橋の制振構造であって、前記橋桁ユニットの幅方向一端及び他端と前記各メインケーブルとの間を上下に連結する端部固定材と、前記各メインケーブルと前記橋桁ユニットにおける前記端部固定材の下端部よりも幅方向内側位置との間を斜めに連結する傾斜固定材により前記橋桁ユニットを長手方向で吊り下げる複数の幅端部拘束装置を備え、
   吊橋の長手方向の中心に長手方向中心が位置する橋桁ユニットに備えた各幅端部拘束装置の端部固定材の下端と傾斜固定材の下端を前記橋桁ユニットに連結する底辺長さが、橋桁ユニットの長手方向における中心部と端部との間にある端部固定材の長さに等しいことを特徴とする吊橋の制振構造。
2. 前記メインケーブルの外周に固定バンドを設置し、該固定バンドに前記端部固定材及び傾斜固定材の上端を連結したことを特徴とする請求項１に記載の吊橋の制振構造。
3. 前記端部固定材の下端部及び傾斜固定材の下端部を連結して前記橋桁ユニットに固定される底辺固定材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の吊橋の制振構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の吊橋の制振構造を用いた吊橋の架設方法であって、橋桁ユニットの幅方向一端と他端の夫々を、並設したメインケーブルに端部固定材により連結すると共に、前記橋桁ユニットにおける前記端部固定材の下端部よりも幅方向内側位置と前記各メインケーブルとの間を傾斜固定材により連結することで、前記橋桁ユニットの幅端部を幅端部拘束装置により拘束して前記メインケーブルに吊り下げることを特徴とする吊橋の架設方法。

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