JP5754920B2 - 橋梁における支承部の可動化工法 - Google Patents
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Description
この発明は、橋梁における支承部の可動化工法に関し、より詳細には既設支承の撤去や改造を加えることなく支承部を可動化し、地震時の橋梁構成部材の破壊を防止する技術に関する。
旧い耐震設計基準で設置された既設支承は、その固定方向（例えば、固定支承の場合は全方向、可動支承の場合は橋軸直角方向）に関して、レベル１地震時まで固定として設計されており、レベル２地震時では破壊してしまう。しかし、その破壊耐力は明確ではなく、支承の鉛直荷重支持機能に支障をきたすなどの損傷形態が不明確である。なお、レベル１，２地震動とは「道路橋示方書・同解説 V耐震設計偏」（社団法人 日本道路協会）で規定されている地震動のことである。
また、既設支承の可動方向（例えば可動支承の場合の橋軸方向）に関しては、過度の移動を制限するためにレベル１耐力で設計された移動制限装置が支承本体に組み込まれており、レベル２地震時では破壊してしまう。しかし、この場合も、その破壊耐力は明確でなく、移動制限装置のみならず上沓まで破損してしまうなどの損傷形態が不明確である。
このように既設支承は破壊耐力が明確でないため、レベル２地震時に下部構造への影響が不明確となり、下部構造に想定外の地震時慣性力が作用してしまう。また、レベル２地震時に破壊しないように支承本体を補強し、耐力を増大させた場合には、下部構造の地震時慣性力の負担が増大することになる。
以上のような背景のもと、レベル２地震動に対応するため、従来は既設支承を新規の免震支承などに交換する工法が採用されている。しかしながら、新規な支承は高価なため経済性に劣るという難点がある。また、既設支承の交換は、施工性、施工コストの点で問題がある。すなわち、既設支承の交換にあたって、従来技術では支承下面の下部構造コンクリートの斫り、既設支承の撤去、台座コンクリートの設置、アンカーボルトの設置、新規支承の設置が必要となり、施工日数が増加し、また施工性が劣るため施工コストが増大する。
また、既設支承の支承高は３０ｃｍ程度と低く、下部構造のコンクリートを斫るには非常に狭隘な箇所での作業となり施工性に劣る。アンカーボルトの設置にあたっては、下部構造コンクリートに埋設された既設鉄筋を切断してしまうことがないように、予め電磁波レーダー等により探査した後に、既設鉄筋が無い位置にアンカーボルトを設置する必要がある。さらに、ピン支承は反力が非常に大きい場合があるため、取り替えできないことがある。
特許文献１には、「既存支承を撤去することなく、この既存支承を改造してすべり支承化し、既設橋桁下面と既設橋脚上面または既設橋脚側面との間に免震装置を配設する」（請求項１）橋梁の免震工法が開示されている。しかしながら、この従来技術は、発明の詳細な説明を参照すると、アンカーバーは撤去することなく残しているものの、上沓及び下沓を新たに設置しており（段落００１４、段落００１５及び図２（ａ））、実質的に新たな支承に交換しているといわざるをえない。しかも、この新たな支承は、支承自体がすべり機能を有するすべり支承である。
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、既設支承を新たな支承に取り換えることなく支承部を可動化し、これによって大地震時において支承の破壊を防止し、また下部構造の負担を軽減することができ、また施工も極めて簡単で施工コストも安価に抑えることができる、橋梁における支承部の可動化工法を提供することにある。
この発明の目的は、既設支承を新たな支承に取り換えることなく支承部を可動化し、これによって大地震時において支承の破壊を防止し、また下部構造の負担を軽減することができ、また施工も極めて簡単で施工コストも安価に抑えることができる、橋梁における支承部の可動化工法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、既設支承が設置されている支承部の可動化工法であって、
前記既設支承の上面に前記上部構造との間ですべりを生じるすべりプレートを設置し、
前記上部構造と前記既設支承との間に、前記すべりプレートを貫通し、そのすべり面近くにおいてせん断破壊面を有するノックオフ型セットボルトを設けることを特徴とする橋梁における支承部の可動化工法にある。
すなわち、この発明は、上部構造と下部構造との間に、既設支承が設置されている支承部の可動化工法であって、
前記既設支承の上面に前記上部構造との間ですべりを生じるすべりプレートを設置し、
前記上部構造と前記既設支承との間に、前記すべりプレートを貫通し、そのすべり面近くにおいてせん断破壊面を有するノックオフ型セットボルトを設けることを特徴とする橋梁における支承部の可動化工法にある。
この発明は、より具体的には、下面にソールプレートが設けられた上部構造と下部構造との間に、既設支承がその上面に設けられたボスが前記ソールプレートに設けられたボス穴に嵌合した状態で設置されている支承部の可動化工法であって、
前記上部構造をジャッキアップして、前記ソールプレート及び前記ボスを切断除去した後、
前記上部構造の下面に上部構造側すべりプレートを設置するとともに、前記既設支承の上面に前記上部構造側すべりプレートとの間ですべりを生じる支承側すべりプレートを設置し、
前記上部構造をジャッキダウンすることを特徴とする。
前記上部構造をジャッキアップして、前記ソールプレート及び前記ボスを切断除去した後、
前記上部構造の下面に上部構造側すべりプレートを設置するとともに、前記既設支承の上面に前記上部構造側すべりプレートとの間ですべりを生じる支承側すべりプレートを設置し、
前記上部構造をジャッキダウンすることを特徴とする。
さらに、この発明は、下面にソールプレートが設けられた上部構造と下部構造との間に、既設支承がその上面に設けられたボスが前記ソールプレートに設けられたボス穴に嵌合した状態で設置されている支承部の可動化工法であって、
前記既設支承周囲の下部構造コンクリートを斫ったうえ、該既設支承をジャッキダウンして、前記ソールプレート及び前記ボスを切断除去した後、
前記上部構造の下面に上部構造側すべりプレートを設置するとともに、前記既設支承の上面に前記上部構造側すべりプレートとの間ですべりを生じる支承側すべりプレートを設置し、
前記既設支承をジャッキアップして、前記下部構造コンクリートの斫り部分にモルタルを充填することを特徴とする。
前記既設支承周囲の下部構造コンクリートを斫ったうえ、該既設支承をジャッキダウンして、前記ソールプレート及び前記ボスを切断除去した後、
前記上部構造の下面に上部構造側すべりプレートを設置するとともに、前記既設支承の上面に前記上部構造側すべりプレートとの間ですべりを生じる支承側すべりプレートを設置し、
前記既設支承をジャッキアップして、前記下部構造コンクリートの斫り部分にモルタルを充填することを特徴とする。
前記ボスを切断除去する際にその一部を残し、その残されたボスを前記支承側すべりプレートに設けた穴に嵌合させるようにしてもよい。また、前記上部構造と前記既設支承との間に、前記上部構造側すべりプレート及び前記支承側すべりプレートを貫通し、両者のすべり面において切断破壊面を有するノックオフ型セットボルトを設けるようにしてもよい。前記上部構造側すべりプレートと前記支承側すべりプレートとの間の摩擦係数を調整して、これらすべりプレートを設置するようにしてもよい。
この発明工法によれば、上部構造が支承本体の移動機能によって移動するのではなく、上部構造が既設支承に対して移動するようにするので、既設支承を高価な新規な支承に取り替えずとも大地震時における支承の破壊を防止し、また下部構造の負担を軽減することができる。また、下部構造コンクリートの斫り作業を不要又は最小限に抑えることができ、アンカーボルトの設置作業も不要であるので、施工も極めて簡単で施工コストも安価に抑えることができる
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〜図３に示す実施形態は、既設支承として固定支承の１つであるピン支承が設置された支承部を可動化する例である。各図に付された連続番号（１）〜（６）は施工手順を示し、各施工手順図における（ａ），（ｂ）はそれぞれ橋軸方向矢視断面図及び橋軸直角方向矢視図を示している。
まず、既設ピン支承の設置状態を示す図１（１）を参照して、ピン支承の概要について説明する。ピン支承１は橋桁である上部構造２の下面に固定される上沓３と、橋脚や橋台である下部構造４の上面に固定される下沓５とを備えている。上沓３の下面及び下沓５の上面には半円筒形ボス部６，７が形成されている。これらのボス部６，７は互いに対向して略円筒形のボス部となり、このボス部にピン８が嵌っている。これにより、上沓３は下沓５に対して鉛直方向に回転可能である。
半円筒形ボス部６，７の内周中央には半環状突起９，１０がそれぞれ設けられている。一方、ピン８には、これらの半環状突起９，１０が嵌まる環状溝部が設けられている。これにより上沓３は下沓５に対して橋軸直角方向に移動できないようになっている。
上沓３の上面にはボス１１が設けられている。図には上部構造２として鋼桁が示され、そのフランジ１２の下面にはソールプレート１３が溶接により固定されている。このソールプレート１３にはボス穴１４が設けられている。上沓３はボス１１がボス穴１４に嵌合された状態で、フランジ１２に取り付けられるセットボルト１５により上部構造２に固定されている。
下部構造４にはベースプレート１６が図示しないアンカーボルトにより固定され、下沓５はこのベースプレート１６の上面に固定されている。下部構造４としては、図示の例では橋台が示されている。
上記のようなピン支承１が設置された支承部を可動化するためには、まず、図１（２）に示すように、セットボルト１５を撤去して上部構造２をジャッキアップする。ジャッキアップ量は後述するワイヤソーなどによる切断施工が可能なわずかな量（２０ｍｍ程度）であり、橋梁の他の設備、例えば既設伸縮装置の排水装置などへの影響がほとんどない。
次に、図２（３）に示すように、ワイヤソーなどの切断機によりボス１１を切断除去する。このときボス１１の一部は残しておく。また、ソールプレート１３も、その溶接部をグラインダー切断機などの切断機やガスガウンジングにより切断し、撤去する。図において鎖線で示した部分が切断除去部である。
次に、図２（４）に示すように、上部構造２のフランジ１２の下面に上部構造側すべりプレート１７を取り付ける。上部構造側すべりプレート１７としては、例えばステンレス（ＳＵＳ）板が用いられる。この上部構造側すべりプレート１７は、フランジ１２に孔を明け、これに挿入される取付けボルト１８によって取り付けられる。上部構造２のフランジ１２は、橋台上において桁端部が橋軸方向に沿って傾斜しているので、フランジ１２に取り付けられる上部構造側すべりプレート１７の取付け面も同方向に沿って傾斜するようにテーパ加工を施す。
次に、図３（５）に示すように、上沓３の上面に支承側すべりプレート１９を設置する。支承側すべりプレート１９は、鋼材からなる本体プレートの表面に凹部を形成し、この凹部にすべり材２２（図４参照）を嵌め込んで形成される。すべり材２２としては、例えば四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）板が用いられる。支承側すべりプレート１９は外形寸法が上沓３の上面の外形寸法とほぼ同じ大きさのもので、中央にボス１１の残部１１ａが嵌まる穴２０が設けられている。支承側すべりプレート１９は穴２０に残部１１ａが嵌った状態で上沓３の上面に単に載置されるだけである。このように、ボス１１の一部を残部１１ａとして残しておくことにより、残部１１ａを利用して支承側すべりプレート１９を位置決めすることができ、その据え付けが容易となる。
次に、図３（６）に示すように、上部構造２をジャッキダウンする。この状態で、上部構造２は既設支承１に対して、具体的にはその上沓３に対して水平方向全方向にすべりを生ずるようになる。すなわち、常時、レベル１地震時及びレベル２地震時のいずれにおいても支承部が可動化することになる。
この発明工法は、上述のピン支承が設置されている支承部に限らず、既設支承によって固定方向が設定された種々の支承部に適用可能である。具体的には、既設支承としてゴム支承が設置された支承部や、既設支承として線接触支承、上述のピン支承、ピンローラ支承、支承板支承、球面支承、円柱面支承、点接触支承などの鋼製支承が設置された支承部に適用可能である。
この発明工法により可動化した支承部は、上部構造が支承本体の移動機能によって移動するのではなく、上部構造が既設支承に対して移動するので、既設支承の移動制限距離に依存せず、移動量を設定できる。さらに、大移動量にも対応することが可能である。上記実施形態では、上部構造２のフランジ１２に上部構造側すべりプレート１７を設けたが、上部構造側すべりプレート１７を設置せずに、ソールプレート１３を切断除去したフランジ１２と支承側すべりプレート１９との間ですべりを生じさせるようにすることも可能である。
上部構造側すべりプレート１７と支承側すべりプレート１９の材質の組み合わせを次のように適宜選択することにより、両者間の摩擦係数を調整することができる。
(1) 高摩擦（摩擦係数：0.2〜0.5）とし地震時の摩擦減衰を期待する場合
・燒結金属系すべり材とステンレスの組み合わせ
・鋼と鋼の組み合わせ
・鉄と亜鉛めっきの組み合わせ
(2) 中摩擦（摩擦係数：0.1〜0.15）とし地震時の摩擦減衰を期待する場合
・ＰＴＦＥとステンレスの組み合わせ
・ＰＴＦＥと鋼の組み合わせ
(3) 低摩擦（摩擦係数：0.02〜0.08）とし地震時の摩擦減衰を期待せずに地震力を遮断する場合
・繊維強化熱硬化樹脂とステンレスの組み合わせ
・ポリアミドとステンレスの組み合わせ
(1) 高摩擦（摩擦係数：0.2〜0.5）とし地震時の摩擦減衰を期待する場合
・燒結金属系すべり材とステンレスの組み合わせ
・鋼と鋼の組み合わせ
・鉄と亜鉛めっきの組み合わせ
(2) 中摩擦（摩擦係数：0.1〜0.15）とし地震時の摩擦減衰を期待する場合
・ＰＴＦＥとステンレスの組み合わせ
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(3) 低摩擦（摩擦係数：0.02〜0.08）とし地震時の摩擦減衰を期待せずに地震力を遮断する場合
・繊維強化熱硬化樹脂とステンレスの組み合わせ
・ポリアミドとステンレスの組み合わせ
可動化した支承部は、他の部材と組み合わせることで、種々の形態を採ることができる。例えば、上述の既設ピン支承１を有する支承部の場合、図３（６）に示すように、ノックオフ型セットボルト２１を用いて、上部構造２と既設支承１とを固定することにより、支承部をレベル１地震動までは固定、レベル２地震時に可動とすることができる。
ノックオフ型セットボルト２１は、図４に示すように、その軸部２１ａに外径を小さくしたくびれ部２５を設けることにより、水平荷重によりせん断破壊するようにしたボルトであり、符号２４はせん断破壊面を示している。上部構造側すべりプレート１７と支承側すべりプレート１９、具体的にはそのすべり材２２との接する面が地震時すべり面２３であり、ノックオフ型セットボルト２１はせん断破壊面２４が地震時すべり面２３近くに位置するように取り付けられる。
上記のようにノックオフ型セットボルト２１を用いた支承部においては、レベル１地震時まではノックオフ型セットボルト２１によって上部構造２と既設支承１とが固定されるので、上部構造２は既設支承１に対してすべらず、上部構造２は下部構造４に対して水平移動しない。しかし、レベル２地震動になるとノックオフ型セットボルト２１がせん断破壊面２４に沿って破壊し、上部構造２が既設支承１に対してすべりを生じるようになる。その結果、レベル２地震時においても既設支承１は破壊することがなく、また下部構造４にも過大な負荷が加わらない。
また、別の支承部形態として、鉛直荷重は既設支承を利用し、水平荷重を制震デバイスや、免震デバイス、あるいは反力分散デバイスなどが分担するタイプＢ（「道路橋示方書・同解説 V耐震設計偏」（社団法人 日本道路協会））の機能分離型支承部構造とすることが可能である。
図５〜図８は別の実施形態を示している。この実施形態も、既設支承として固定支承の１つであるピン支承が設置された支承部を可動化する例である。上記実施形態と同様に、各図に付された連続番号（１）〜（８）は施工手順を示し、各施工手順図における（ａ），（ｂ）はそれぞれ橋軸方向矢視断面図及び橋軸直角方向矢視図を示している。
図５（１）は既設ピン支承１の設置状態を示す図であり、ピン支承の構造は上記実施形態に関して説明したものと同様である。この実施形態では、上部構造２はジャッキアップせずに、既設ピン支承１をジャッキダウンする。そのために、図５（２）に示すように、既設ピン支承１周囲の下部構造コンクリートを斫り、斫り部３０を形成する。このとき、下沓５を下部構造４に固定しているアンカーボルト３１は撤去しないで、そのまま残しておく。
次に、図６（３）に示すように、図示しない治具を介して既設ピン支承１をジャッキに支持し、アンカーボルト３１をガイドとして既設ピン支承１をジャッキダウンさせる。これによって、上沓３のボス１１はボス穴１４から抜け出るので、図６（４）に示すように、下沓５から上沓３を取り外す。取り外した上沓３は、施工現場以外の場所に運び、ボス１１を上記実施形態と同様の手段により切断除去する。
次に、図７（５）に示すように、ソールプレート１３を上記実施形態と同様な手段により切断除去する。そして、図７（６）に示すように、上部構造２のフランジ１２下面に上部構造側すべりプレート１７を取付けボルト１８により取り付ける。また、図８（７）に示すように、取り外した上沓３に支承側すべりプレート１９をセットし、この上沓３を再び下沓５に取り付け、既設ピン支承１を復元する。
次に、図８（８）に示すように、既設ピン支承１を上部構造側すべりプレート１７と支承側すべりプレート１９とが接するまでジャッキアップする。この状態で斫り部３０にモルタル３２を充填し、硬化させる。また、上記実施形態で示したと同様に、ノックオフ型セットボルト２１を用いて、上部構造２と既設支承１とを固定する。
以上のように、この発明工法によれば、上部構造が支承本体の移動機能によって移動するのではなく、上部構造が既設支承に対して移動するので、既設支承を高価な新規な支承に取り替える必要がない。このため、下部構造コンクリートの斫り作業や、アンカーボルトの設置作業を省略することができる。また、タイプＢの機能分離型支承部構造の一部として既設支承を利用することが可能となるため、変位制限構造を省略することが可能となる。
この発明により、支承部をその固定方向に関して可動化し、さらには必要に応じて摩擦減衰を付加することで、レベル２地震時の慣性力を作用させないかもしくは低減することができる。その結果、支承部を可動化した橋脚ひいては橋梁全体が受けるダメージを最小限とすることができる。また、レベル２地震時において既設支承の移動制限距離を超える地震時移動量が発生した場合でも、既設支承にダメージを与えることがない。さらに、各種デバイスと組み合わせることで、既設支承を利用した機能分離型支承部として、レベル２地震時の慣性力を低減することができる。
１ ピン支承（既設支承）
２ 上部構造
３ 上沓
４ 下部構造
５ 下沓
８ ピン
１１ ボス
１１ａ ボス残部
１２ フランジ
１４ ボス穴
１５ セットボルト
１７ 上部構造側すべりプレート
１９ 下部構造側すべりプレート
２１ ノックオフ型セットボルト
２２ すべり材
２３ すべり面
２４ せん断破壊面
２ 上部構造
３ 上沓
４ 下部構造
５ 下沓
８ ピン
１１ ボス
１１ａ ボス残部
１２ フランジ
１４ ボス穴
１５ セットボルト
１７ 上部構造側すべりプレート
１９ 下部構造側すべりプレート
２１ ノックオフ型セットボルト
２２ すべり材
２３ すべり面
２４ せん断破壊面
Claims (5)
- 下面にソールプレートが設けられた上部構造と下部構造との間に、既設支承がその上面に設けられたボスが前記ソールプレートに設けられたボス穴に嵌合した状態で設置されている支承部の可動化工法であって、
前記上部構造をジャッキアップして、前記ソールプレート及び前記ボスを切断除去した後、
前記上部構造の下面に上部構造側すべりプレートを設置するとともに、前記既設支承の上面に前記上部構造側すべりプレートとの間ですべりを生じる支承側すべりプレートを設置し、
前記上部構造をジャッキダウンすることを特徴とする橋梁における支承部の可動化工法。 - 下面にソールプレートが設けられた上部構造と下部構造との間に、既設支承がその上面に設けられたボスが前記ソールプレートに設けられたボス穴に嵌合した状態で設置されている支承部の可動化工法であって、
前記既設支承周囲の下部構造コンクリートを斫ったうえ、該既設支承をジャッキダウンして、前記ソールプレート及び前記ボスを切断除去した後、
前記上部構造の下面に上部構造側すべりプレートを設置するとともに、前記既設支承の上面に前記上部構造側すべりプレートとの間ですべりを生じる支承側すべりプレートを設置し、
前記既設支承をジャッキアップして、前記下部構造コンクリートの斫り部分にモルタルを充填することを特徴とする橋梁における支承部の可動化工法。 - 前記ボスを切断除去する際にその一部を残し、その残されたボスを前記支承側すべりプレートに設けた穴に嵌合させることを特徴とする請求項１又は２記載の橋梁における支承部の可動化工法。
- 前記上部構造と前記既設支承との間に、前記上部構造側すべりプレート及び前記支承側すべりプレートを貫通し、両者のすべり面近くにおいてせん断破壊面を有するノックオフ型セットボルトを設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の橋梁における支承部の可動化工法。
- 前記上部構造側すべりプレートと前記支承側すべりプレートとの間の摩擦係数を調整して、これらすべりプレートを設置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の橋梁における支承部の可動化工法。
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