JP6055231B2 - 橋梁および橋梁用制振ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、橋梁および橋梁用制振ダンパーに関する。

橋梁は、橋桁と、橋桁を支持する支持構造体（橋台又は橋脚）と、橋桁と支持構造体との間に配置された支承とを備えている。橋桁は、温度変化に対する影響で伸縮する。橋桁の歪はそれ程大きくない。しかし、橋桁は橋軸に沿って長い部材である。このため、伸縮量は、数センチから数十センチに達する場合がある。かかる橋桁の熱による伸縮を吸収するため、橋桁と、支持構造体（橋台又は橋脚）とは剛結せず、橋桁と支持構造体との間に支承が配置されている。支承は、沓（シュー）とも称され、支持構造体に対する橋桁の変位を吸収しうる構造を備えている。支承には、色々な種類がある。例えば、固定支承は、回転変位のみを許容し、鉛直荷重と水平荷重を支持する。可動支承は、鉛直荷重を支持し、支持構造体に対する橋桁の水平方向の変位は許容する。橋桁の両端を橋台によって支持する場合、橋桁の一端を固定支承とし、他端を可動支承とする。これにより、橋軸に沿った当該橋桁の伸縮を許容することができる。しかしながら、橋桁の一端を固定支承とし、他端を可動支承とする場合、地震動に伴う荷重が固定支承に集中し易く、固定支承が設けられた支持構造体へ負荷が集中する。

このように地震時に固定支承に負荷が集中するのを緩和するため、水平力を分散させることができる水平力分散支承が提案されている。かかる水平力分散支承には、振動を減衰させる装置としてオイルダンパーや、鉛プラグ入り積層ゴム支承などの減衰機能を備えた装置を組み合わせた構造が知られている（例えば、実開平５−３３１５号公報、特許第４３３６８５７号公報、特開平２００７−３２０４６号公報）。また、摩擦力によって地震動を減衰させる部材として摩擦ダンパーを用いた構造が知られている（特許４３３６８５７号公報）。また、水平力分散支承として、高減衰ゴムと鋼板とを交互に複数枚積層した積層ゴムを用いた構造も提案されている（例えば、特開２０１１−３３１９４号公報）。

実開平５−３３１５号公報 特許第４３３６８５７号公報 特開平２００７−３２０４６号公報 特許第４３３６８５７号公報 特開２０１１−３３１９４号公報

橋梁の支承構造では、地震動に対する橋桁の揺れを小さくし、かつ、地震動を早期に減衰させることができるように、地震動を減衰させる構造を設けることが望ましい。かかる地震動を減衰させる構造は、構造的にコンパクトかつ軽量とし、橋脚への負荷を小さく抑えることが望まれる。

ここで、地震動を減衰させる構造として、シリンダ型のオイルダンパーなどは、シリンダ軸線に沿った一方向には減衰機能を発揮するが、シリンダ軸線に直交する方向には機能しない。このため、シリンダの軸方向を変位させるクレビス構造を組み合わせることや、複数のオイルダンパーを非平行に取り付けることなどが提案されている。この場合、構造は複雑になるが、それでもシリンダ型のオイルダンパーでは、橋桁の可動方向に沿った全方向に均一に減衰機能を発揮させるには至らない。また、シリンダ型のオイルダンパーは、経年的にはオイルが漏れるなどの問題が生じ得る。このため、メンテナンスの頻度を高くする必要がある。また、オイルダンパーは、速度依存性がある。例えば、橋桁のゆっくりとした変位や、長周期の振動に対しては抵抗が小さくなるが、直下型の地震動のように、短周期の振動に対しては抵抗が高くなる。

また、水平な面に対して全方向に機能させることができる減衰装置として、積層ゴムがある。積層ゴムは、所要の鉛直荷重を支持する必要があるため、減衰ゴムと、鋼板とを交互に複数枚積層する構造である。かかる積層ゴムは、製造上割高であり、コストが嵩み易く、かつ、設置するスペースに所要の高さや面積を要する。

本発明の一実施形態に係る橋梁は、上部構造体と、上部構造体を支持する支持構造体と、上部構造体と支持構造体との間に介在し、上部構造体の鉛直荷重を支持する可動支承と、上部構造体と支持構造体との間に介在し、上部構造体に作用する水平力を減衰させる制振ダンパーとを備えている。ここで、制振ダンパーは、上部構造体に取り付けられた第１プレートと、支持構造体に取り付けられ、第１プレートに対向するように配置された第２プレートと、第１プレートの、第２プレート側に向いた面に取り付けられた第１連結板と、第２プレートの、第１プレート側に向いた面に取り付けられた第２連結板と、第１プレートと第２プレートとの間において、第１連結板と第２連結板を覆うように配置され、第１連結板と第２連結板とに接着された粘弾性体とを備えている。

この橋梁によれば、第１連結板と第２連結板に接着された粘弾性体の上下の端部の周縁には、応力が集中しない。このため、上部構造体が支持構造体に対して大きく水平方向に変位しても、粘弾性体の当該部位が損傷することがない。このため、上部構造体に大きな揺れが生じる場合でも、粘弾性体を適切に機能させることができ、上部構造体に生じる揺れを早期に減衰させることができる。

この場合、第１連結板と第２連結板は周縁部にＲ加工が施されていてもよい。また、第１プレートと第１連結板との間、および、第２プレートと第２連結板との間のうち、少なくとも一方にキーが取り付けられていてもよい。この場合、キーは、第１プレートと第１連結板、または、第２プレートと第２連結板に設けられたキー溝に装着されていてもよい。また、キーは円板であり、キー溝はキーが嵌る円形の窪みであってもよい。

また、第１プレートを上部構造体に取り付ける第１ブラケットを備えていてもよい。また、第２プレートを支持構造体に取り付ける第２ブラケットを備えていてもよい。また、粘弾性体は、高減衰ゴム成形体であってもよい。この場合、高減衰ゴム成形体は、主鎖にＣ−Ｃ結合を有するポリマーからなる基材ゴムに、該基材ゴム１００重量部に対して１００〜１５０重量部のシリカを添加し、該シリカに対してシラン化合物を１０重量％〜３０重量％の割合で配合したゴムであってもよい。

図１は本発明の一実施形態に係る橋梁を示す側面図である。 図２は、橋梁に取り付けられた制振ダンパーの側面図である。 図３は、制振ダンパーが取り付けられた部位について、橋軸Ｌに対して直交する断面図である。 図４は、制振ダンパーの横断平面図（図２中のＩＶ−ＩＶ断面矢視図）である。 図５は、制振ダンパーの縦断面図（図４中のＶ−Ｖ断面図）である。 図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ断面を示す図である。 図７は、粘弾性体の実測ヒステリシス曲線の模式図である。 図８は、制振ダンパーにせん断変形が生じた状態を示す側面図である。 図９は、比較例としての制振ダンパーを示す図である。 図１０は、制振ダンパーの他の取り付け構造を示す図である。 図１１は、制振ダンパーの他の取り付け構造を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る橋梁および橋梁用制振ダンパーを図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、同じ作用を奏する部材または部位には、適宜に同じ符号を付している。また、各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。

≪橋梁１００≫
図１は、本発明の一実施形態に係る橋梁１００を示す図である。橋梁１００は、図１に示すように、上部構造体１０２と、支持構造体１０４と、可動支承１０６と、制振ダンパー１０８とを備えている。ここで、上部構造体１０２には、橋桁や床版などが含まれる。また、支持構造体１０４は、上部構造体１０２（橋桁や床版など）を支持する部材である。支持構造体１０４には、橋脚１２１、１２２や橋台１２３、１２４が含まれる。橋脚１２１、１２２は、橋梁の中間に設置されて上部構造体１０２を支える橋の下部構造であり、橋台１２３、１２４は、橋梁の端部に設置されて上部構造体１０２を支える橋の下部構造である。

≪橋脚１２１、１２２、橋台１２３、１２４≫
この実施形態では、橋脚１２１、１２２は、基礎部１２１ａ，１２２ａを有している。基礎部１２１ａ，１２２ａは地面１０に埋設されている。橋脚１２１、１２２は、地面１０に埋設された基礎部１２１ａ、１２２ａから立った状態で設置されている。橋脚１２１、１２２の上端には、上部構造体１０２を直接支持する支承を設置する支承設置部１２１ｂ、１２２ｂが設けられている。橋台１２３、１２４は、概ね地面１０に埋設されている。地面１０から露出した橋台１２３、１２４の上部には、上部構造体１０２を直接支持する支承を設置する支承設置部１２３ａ、１２４ａが設けられている。

≪上部構造体１０２≫
ここで、上部構造体１０２のうち、例えば、橋桁は、一般的な鋼橋やコンクリート橋などでは、長さが数メートルから数十メートルに達する鋼板製の長軸の部材であり、温度環境の変化に伴う熱膨張と熱収縮によって伸縮する。伸縮量としては、数センチ、場合によっては、数十センチに達する。かかる上部構造体１０２の熱による伸縮を吸収するため、上部構造体１０２と、支持構造体１０４（橋台１２３、１２４または橋脚１２１、１２２）とは、剛結せず、支持構造体１０４に対する上部構造体１０２の変位を許容しうる構造としている。この実施形態では、支持構造体１０４が上部構造体１０２の変位を許容できるように、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に、図２および図３に示すように、可動支承１０６と制振ダンパー１０８とが設けられている。図２は、この実施形態における橋梁１００に取り付けられた制振ダンパー１０８の側面図である。また、図３は、制振ダンパー１０８が取り付けられた部位について、橋軸Ｌに対して直交する断面図である。ここでは、可動支承１０６は、特に模式的に描かれている。

≪可動支承１０６≫
ここで、可動支承１０６は、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に介在し、上部構造体１０２の鉛直荷重を支承する部材である。この実施形態では、可動支承１０６は、支持構造体１０４（ここでは、橋脚１２１、１２２と橋台１２３、１２４）に対して上部構造体１０２が変位するのを許容する部材である。この実施形態では、上部構造体１０２は、橋脚１２１、１２２と橋台１２３、１２４に対して、橋軸Ｌの方向のみならず、橋軸Ｌに対して幅方向に移動することが許容されている。上部構造体１０２は、橋軸Ｌの方向および幅方向に、斜めに移動することも許容されている。なお、上部構造体１０２の支承構造によって、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して橋軸Ｌの方向に移動することが許容されているが、幅方向には移動が規制されている場合もある。かかる可動支承１０６は、滑り支承や転がり支承などで構成するとよい。なお、支持構造体１０４に対する上部構造体１０２の可動領域を拘束するため、支持構造体１０４と上部構造体１０２との間には、適宜に固定支承（図示省略）やストッパ（図示省略）が設けられている。

この実施形態では、図１に示すように、橋台１２３、１２４の支承設置部１２３ａ、１２４ａに制振ダンパー１０８が設けられている。ここでは、図３に示すように、可動支承１０６は、支承設置部１２３ａ、１２４ａにおいて、上部構造体１０２の幅方向Ｗ（橋軸直交方向とも称される。）において、少なくとも２箇所に設けられている。図３に示す例では、可動支承１０６は、支承設置部１２３ａ、１２４ａにおいて、制振ダンパー１０８を間に挟むように、２箇所に設けられている。これにより、上部構造体１０２は、上部構造体１０２の長さ方向に沿った橋軸Ｌの周りに回転しないように可動支承１０６によって支持されている。ここで、制振ダンパー１０８は、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に介在し、上部構造体１０２に作用する水平力を減衰させる部材である。

≪制振ダンパー１０８≫
図４は、制振ダンパー１０８の横断平面図である。図４は、制振ダンパー１０８について、図２中のＩＶ−ＩＶ断面矢視図である。図４は、制振ダンパー１０８について描かれている。図４では、図示の便宜上、締結ボルトは省略されている。また、図５は、制振ダンパー１０８の縦断面図である。ここでは、図４中のＶ−Ｖに示すように、各部材の締結構造が分かるように断面が設定されている。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ断面を示す図である。図６でも、各部材の締結ボルトは図示の便宜上省略されている。

制振ダンパー１０８は、図４および図５に示すように、第１プレート１４１と、第２プレート１４２と、第１連結板１４３と、第２連結板１４４と、粘弾性体１４５と、キー１４７、１４８を備えている。

第１プレート１４１は、上部構造体１０２に取り付けられる板材である。第２プレート１４２は、支持構造体１０４に取り付けられる板材であり、第１プレート１４１に対向するように配置されている。第１連結板１４３は、第１プレート１４１の第２プレート１４２側に向いた面に取り付けられている。第２連結板１４４は、第２プレート１４２の第１プレート１４１側に向いた面に取り付けられている。粘弾性体１４５は、第１プレート１４１と第２プレート１４２の間において、第１連結板１４３と第２連結板１４４を覆うように配置され、第１連結板１４３と第２連結板１４４とに接着されている。

この実施形態では、第１プレート１４１、第２プレート１４２、第１連結板１４３および第２連結板１４４は、それぞれ所要の剛性を備えた略正方形の鋼板で構成されている。また、図４および図５に示すように、第１プレート１４１と第２プレート１４２は、第１連結板１４３と第２連結板１４４よりも一回り大きい。第１プレート１４１と第１連結板１４３とは、図４に示すように、中心を合わせて第１連結板１４３に対して第１プレート１４１が均一にはみ出るように重ねられる。同様に、第２プレート１４２と第２連結板１４４とは、中心を合わせて第２連結板１４４に対して第２プレート１４２が均一にはみ出るように重ねられる。

第１プレート１４１と第１連結板１４３、および、第２プレート１４２と第２連結板１４４は、それぞれボルト１５１（ここでは、六角穴付きボルト）で固定されている。この実施形態では、第１プレート１４１と第２プレート１４２側から、それぞれボルト１５１を装着して、第１連結板１４３と第２連結板１４４とを固定している。ここで、第１プレート１４１と第１連結板１４３および第２プレート１４２と第２連結板１４４には、それぞれ重なる領域の周縁部に均等にボルト装着穴１５２が設けられている。ボルト装着穴１５２は、第１プレート１４１と第２プレート１４２の表面側において、ボルト１５１の頭が出ないように、ボルト１５１の頭が嵌るように凹んだ座ぐり穴が形成されている。

さらに、第１プレート１４１と上部構造体１０２とは、図５に示すように、複数のボルト１５３で固定されている。第１プレート１４１には、図４に示すように、第１連結板１４３からはみ出た周縁部に、上部構造体１０２に取り付けるための複数のボルト穴１５４が均一に設けられている。同様に、第２プレート１４２と支持構造体１０４とは、図５に示すように、複数のボルト１５５で固定されている。第２プレート１４２には、第２連結板１４４からはみ出た周縁部に、支持構造体１０４に取り付けるための複数のボルト穴１５６が均一に設けられている。

さらに、この実施形態では、第１連結板１４３と第２連結板１４４は、周縁部にＲ加工が施されている。ここでは、図５に示すように、第１連結板１４３は、第１プレート１４１に取り付けられた側とは反対側の面の周縁部Ｒ１にＲ加工が施されている。第２連結板１４４は、第２プレート１４２に取り付けられた側とは反対側の面の周縁部Ｒ２にＲ加工が施されている。また、この実施形態では、図４または図６に示すように、第１連結板１４３と第２連結板１４４は、略正方形の板材であり、当該正方形の角部Ｒ３もＲ加工が施されている。

また、この実施形態では、第１プレート１４１と第１連結板１４３との間、および、第２プレート１４２と第２連結板１４４との間に、それぞれキー１４７、１４８が取り付けられている。ここで、キー１４７、１４８は、図５に示すように、第１プレート１４１と第２連結板１４４、および、第２プレート１４２と第２連結板１４４に設けられた、キー溝１５７、１５８に装着されている。この実施形態では、キー１４７、１４８は、円板状の部材であり、キー溝１５７、１５８は、キー１４７、１４８が嵌る円形の窪みである。

≪粘弾性体１４５≫
粘弾性体１４５は、この実施形態では、第１プレート１４１と第２プレート１４２の間において、第１連結板１４３と第２連結板１４４を覆うように配置された矩形のゴム成形体である。粘弾性体１４５には、例えば、高減衰性を有する粘弾性ゴム（高減衰ゴム）を用いることができる。かかる高減衰ゴムには、例えば、天然ゴム，スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ），ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），ブタジエンゴム素材（ＢＲ），イソプレンゴム（ＩＲ），ブチルゴム（ＩＩＲ），ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）のゴム素材に、高減衰性を発揮する添加剤を加えて生成された高減衰性ゴム組成物を用いることができる。高減衰性を発揮させうる添加剤としては、例えば、カーボンブラックやシラン化合物など、種々の添加剤が知られている。また、ここでは、粘弾性体１４５は、ある程度以上のせん断歪（せん断変位／厚さ（高さ））が許容されるとよく、例えば、１５０％以上、より好ましくは２００％以上のせん断歪が許容される材料を選択するとよい。

図７は、粘弾性体に生じたせん断変位と、せん断荷重との関係を示すヒステリシスループＡ（実測ヒステリシス曲線）が模式的に示されている。図７中、横軸はせん断方向の変位を示し、縦軸はその際のせん断荷重を示している。かかるヒステリシスループＡによれば、粘弾性体生じたせん断変位が増加するにつれてせん断荷重が高くなり、抵抗力が大きくなることが分かる。この粘弾性体は、せん断変形を伴う振動を受けると、一周期毎に、当該ヒステリシスループＡで囲まれたエネルギに相当するエネルギを吸収し得る。

この実施形態では、粘弾性体１４５は、第１プレート１４１と第２プレート１４２の間において、第１連結板１４３と第２連結板１４４を覆うように配置され、第１連結板１４３と第２連結板１４４とに接着されている。ここでは、粘弾性体１４５は、基材としてゴムを用い、加硫成形する際に、第１連結板１４３と第２連結板１４４とに加硫接着させることができる。図示は省略するが、例えば、ゴム素材を成形する金型のキャビティー空間の対向する側面に、第１連結板１４３と第２連結板１４４（図５参照）とを対向配置する。金型のキャビティー空間は、第１連結板１４３と第２連結板１４４の対向する面１４３ａ、１４４ａおよび周側面１４３ｂ、１４４ｂが覆われるように構築されている。そして、当該第１連結板１４３と第２連結板１４４との間の所定のキャビティー空間に、ゴム素材を入れて加硫成形するとよい。これにより、粘弾性体１４５は、図５に示すように、第１連結板１４３と第２連結板１４４の互いに対向する面１４３ａ、１４４ａ、および、周側面１４３ｂ、１４４ｂに接着した状態で成形される。

この制振ダンパー１０８では、上述したように第１連結板１４３と第２連結板１４４が、第１プレート１４１と第２プレート１４２にそれぞれ取り付けられている。粘弾性体１４５は、第１連結板１４３と第２連結板１４４には接着されているが、第１プレート１４１と第２プレート１４２には接着されていない。

この実施形態では、第１連結板１４３と第２連結板１４４との距離は、凡そ６０ｍｍ程度であり、粘弾性体１４５は、単純な高減衰性を有する粘弾性ゴム（高減衰ゴム）の成形体である。つまり、粘弾性体１４５は、積層ゴムのように鋼板が含まれておらず、純粋に粘弾性ゴム（高減衰ゴム）の成形体である。この制振ダンパー１０８は、図２に示すように、第１プレート１４１と第２プレート１４２との間で、上部構造体１０２から受けうる荷重を実質的に支持することができない。つまり、この制振ダンパー１０８は、粘弾性体１４５を圧縮させるような荷重を継続して受けることができない。

仮に、上部構造体１０２から制振ダンパー１０８に鉛直荷重が作用すると、第１プレート１４１と第２プレート１４２との間に配置された粘弾性体１４５を圧縮させるように荷重が作用する。粘弾性体１４５は、過度の圧縮荷重が継続して作用するとクリープ（応力緩和）が生じ、成形された形状が維持できなくなる。この実施形態では、図１から図３に示すように、上部構造体１０２は、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に設けられた支承（可動支承１０６）によって支持されている。このため、上部構造体１０２から制振ダンパー１０８に鉛直荷重は作用しない。つまり、この制振ダンパー１０８は、薄いゴム板と鋼板とが交互に積層され、圧縮荷重を支持することができる積層ゴム（例えば、鉛プラグ入り積層ゴム支承）などと明確に区別される。また、この制振ダンパー１０８は、積層ゴムに比べて、格段に安価に製造でき、同程度のせん断変位を許容する場合には、格段に薄くできる。反対に、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間隔が同じであれば、この制振ダンパー１０８は、積層ゴムよりも格段に大きいせん断変位を許容しうる。

≪粘弾性体１４５の厚さ（第１連結板１４３と第２連結板１４４の距離）≫
ここで、粘弾性体１４５の厚さ（第１連結板１４３と第２連結板１４４の距離）は、１０ｍｍ以上、好ましくは２５ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上、さらに好ましくは４０ｍｍ以上、さらには６０ｍｍ以上であるとよい。粘弾性体１４５は、同じ材料であれば厚さが厚い程、せん断変位を許容できる。つまり、例えば、粘弾性体１４５が２００％程度のせん断歪（せん断変位／厚さ（高さ））が許容される場合には、粘弾性体１４５の厚さが２５ｍｍ以上であれば、上部構造体１０２と支持構造体１０４の水平変位を５０ｍｍ程度許容できる。また、粘弾性体１４５の厚さが３０ｍｍ以上であれば６０ｍｍの水平変位を許容できる。さらに粘弾性体１４５の厚さが４０ｍｍ以上であれば、８０ｍｍの水平変位が許容できる。このように、粘弾性体１４５の厚さは、厚いほど上部構造体１０２と支持構造体１０４の水平変位を許容できる。

≪耐候性ゴム≫
また、図４および図５に示すように、粘弾性体１４５を覆う耐候性ゴム１６０を備えていてもよい。ここでは、耐候性ゴム１６０は、シート状のゴムであり、粘弾性体１４５の外周を覆うように、粘弾性体１４５の周囲に巻かれている。耐候性ゴム１６０は、粘弾性体１４５の挙動を阻害しない程度に、適度に軟らかいシート状のゴムを採用するとよい。ここで、耐候性ゴム１６０に用いられ得るゴムとしては、例えば、クロロプレンアクリロゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）などが挙げられる。

≪制振ダンパー１０８の取り付け≫
この制振ダンパー１０８は、図２に示すように、上下に対向する上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に配置されている。そして、第１プレート１４１が上部構造体１０２に取り付けられ、第２プレート１４２が支持構造体１０４に取り付けられている。図２および図３に示すように、上部構造体１０２の鉛直荷重は、可動支承１０６によって支持されている。また、上部構造体１０２は、可動支承１０６によって支持構造体１０４に対して水平移動可能に支持されている。このように、上部構造体１０２の鉛直荷重は、可動支承１０６によって支持されているので、制振ダンパー１０８には、上部構造体１０２の鉛直荷重は作用しない。また、上部構造体１０２は、支持構造体１０４に対して水平移動すると、制振ダンパー１０８にせん断変形が生じる。

図８は、制振ダンパー１０８にせん断変形が生じた状態を示す側面図である。図８に示すように、制振ダンパー１０８の第１プレート１４１は上部構造体１０２に取り付けられており、第２プレート１４２は支持構造体１０４に取り付けられている。このため、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して水平移動すると、同様に、制振ダンパー１０８の第１プレート１４１が第２プレート１４２に対して水平移動する。ここで、第１プレート１４１には、第１連結板１４３が取り付けられており、第２プレート１４２には第２連結板１４４が取り付けられている。そして、第１連結板１４３と第２連結板１４４の間には、図５に示すように、粘弾性体１４５が配置されている。粘弾性体１４５は、第１連結板１４３と第２連結板１４４とに接着されている。このため、図８に示すように、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して水平移動し、制振ダンパー１０８の第１プレート１４１が第２プレート１４２に対して水平移動すると、粘弾性体１４５にせん断変形が生じる。

また、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して水平方向に振動すると、粘弾性体１４５にせん断変形が繰返し生じる。この粘弾性体１４５は、せん断変形を伴う振動を受けると、一周期毎に、当該ヒステリシスループＡで囲まれたエネルギに相当するエネルギを吸収し得る。このため、上部構造体１０２に生じる水平方向の振動を早期に減衰させることができる。

このように、この制振ダンパー１０８は、上部構造体１０２に第１プレート１４１が取り付けられ、支持構造体１０４に第２プレート１４２が取り付けられる。そして、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して水平方向に移動した場合には、制振ダンパー１０８の第１プレート１４１が第２プレート１４２に対して水平移動する。そして、制振ダンパー１０８の第１プレート１４１が第２プレート１４２に対して水平移動した場合には、粘弾性体１４５にせん断変形が生じ、上部構造体１０２に生じる水平方向の振動を早期に減衰させることができる。

図９は、比較例としての制振ダンパー１０８Ａを示す。図９では、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して水平方向に変位し、制振ダンパー１０８Ａがせん断変形した状態が描かれている。ここで、比較例としての制振ダンパー１０８Ａでは、図９に示すように、第１連結板１４３と第２連結板１４４（図８参照）がない。粘弾性体１４５Ａは単純な矩形の成形体である。さらに、粘弾性体１４５Ａの上下の端面が直接第１プレート１４１と第２プレート１４２に接着された単純な構造である。かかる制振ダンパー１０８Ａは、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に配置され、制振ダンパー１０８Ａの第１プレート１４１と第２プレート１４２とが、それぞれ上部構造体１０２と支持構造体１０４とに取り付けられている。

この場合、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して水平方向に変位すると、制振ダンパー１０８Ａがせん断変形する。この際、第１プレート１４１と第２プレート１４２に接着された粘弾性体１４５Ａの上下の端部の周縁は引張荷重が集中しやすい。このため、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して大きく水平方向に変位すると、粘弾性体１４５の損傷や粘弾性体１４５Ａの接着箇所の剥がれなどの原因となりやすい。

これに対して、図２に示す制振ダンパー１０８では、粘弾性体１４５は、第１プレート１４１と第２プレート１４２の間において、第１連結板１４３と第２連結板１４４を覆うように配置され、第１連結板１４３と第２連結板１４４とに接着されている。この実施形態では、具体的には、粘弾性体１４５は、第１連結板１４３と第２連結板１４４の互いに対向する面１４３ａ、１４４ａ、および、周側面１４３ｂ、１４４ｂに接着している。そして、粘弾性体１４５は、第１連結板１４３と第２連結板１４４とを介して、第１プレート１４１と第２プレート１４２とに取り付けられている。

この場合、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して水平方向に変位すると、図８に示すように、制振ダンパー１０８がせん断変形する。この際、第１連結板１４３と第２連結板１４４に接着された粘弾性体１４５の上下の端部の周縁は、第１プレート１４１と第２プレート１４２には、接着されておらず、当該部位はフリーな状態であり、応力が集中しない。このため、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して大きく水平方向に変位しても、粘弾性体１４５の当該部位が損傷することがない。つまり、図２に示す制振ダンパー１０８では、上部構造体１０２が支持構造体１０４に対して大きく水平方向に変位しても、粘弾性体１４５に生じる応力集中が緩和される。このため、大きな地震のように上部構造体１０２に大きな揺れが生じる場合でも、粘弾性体１４５を適切に機能させることができる。これにより、上部構造体１０２に生じる揺れを早期に減衰させることができる。

以上、制振ダンパー１０８について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上述した実施形態では、粘弾性体１４５は、図６に示すように、横断面が矩形の柱状に成形されている。矩形の角部Ｒ３にはＲが設けられている。このように、粘弾性体１４５の角部に所要の大きさのＲを設けられている。これにより、せん断変形する際に角部への応力集中が小さく抑えられている。また、所要の大きさのＲを設けることによって、第２プレート１４２に対して第１プレート１４１が変位する方向に対する影響が小さくなる。なお、制振ダンパー１０８の粘弾性体１４５は、断面を矩形とすることに限らない。例えば、制振ダンパー１０８の粘弾性体１４５は、断面を円形にしてもよい。粘弾性体１４５は、断面を円形にすることにより、第２プレート１４２に対して第１プレート１４１が変位する方向に対する影響が概ね均一になる。

但し、橋梁用の制振ダンパー１０８としては、上部構造体１０２と支持構造体１０４が垂直方向において重なった部分は、橋軸Ｌ（図１参照）に沿って長方形である場合が多い。また、粘弾性体１４５が振動を吸収する機能は、粘弾性体１４５のせん断変形に対する抵抗に起因する。この際、粘弾性体１４５のせん断変形に対する抵抗は、せん断方向に対する粘弾性体１４５の断面積に比例して大きくなる。このため、橋梁用の制振ダンパー１０８としては、水平方向の横断面において、粘弾性体１４５の有効面積を広く確保したい。この場合、上部構造体１０２と支持構造体１０４が、橋軸Ｌに沿って垂直方向において重なった部分が橋軸Ｌに沿った長方形であるので、粘弾性体１４５は水平方向の断面において矩形であることが有効である。

≪制振ダンパー１０８の他の取り付け構造≫
また、図１および図２に示すように、上述した実施形態では、制振ダンパー１０８は、上部構造体１０２と支持構造体１０４とが対向する部位に配置されている。制振ダンパー１０８を取り付ける構造は、かかる形態に限定されない。

例えば、図１０および図１１に示す例では、上部構造体１０２と支持構造体１０４とに適当なブラケット２１０、２２０が取り付けられている。そして、制振ダンパー１０８は、当該ブラケット２１０、２２０を介して、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に取り付けられている。

ここで、図１０に示す例では、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間隙が、設置しようとする制振ダンパー１０８に対して狭い。ここでは、図１０に示すように、支持構造体１０４の側壁１０４ａに、制振ダンパー１０８を取り付けるためのブラケット２１０（第２ブラケット）が取り付けられている。ここで、ブラケット２１０は、直角に組まれた２枚の板材２１１、２１２と、当該２枚の板材を支持するリブ２１３とが互いに溶接されている。このブラケット２１０は、一方の板材２１１が、支持構造体１０４の側壁１０４ａに取り付けられ、他方の板材２１２が上部構造体１０２の下面に対向している。

また、図１１に示す例では、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間隙が、設置しようとする制振ダンパー１０８に対して広い。また、支持構造体１０４に、制振ダンパー１０８を配置するスペースがない。ここでは、図１１に示すように、支持構造体１０４の側壁１０４ａに、制振ダンパー１０８を取り付けるためのブラケット２１０（第２ブラケット）が取り付けられている。さらに、上部構造体１０２の下面にブラケット２２０（第１ブラケット）が取り付けられている。ブラケット２２０は、上部構造体１０２の下面に取り付けられる板材２２１と、制振ダンパー１０８の第１プレート１４１が取り付けられる板材２２２と、板材２２１と板材２２２との間に配置された柱材２２３とを備えている。

このように、制振ダンパー１０８は、当該ブラケット２１０、２２０を介して、上部構造体１０２と支持構造体１０４との間に取り付けられていてもよい。また、図１に示す例では、制振ダンパー１０８は、支持構造体１０４として橋台１２３、１２４に取り付けられているが、支持構造体１０４としての橋脚１２１、１２２に取り付けられていてもよい。

また、上述した制振ダンパー１０８は、第１プレート１４１と第１連結板１４３との間、および、第２プレート１４２と第２連結板１４４との間に、それぞれキー１４７、１４８が取り付けられている。ここで、キー１４７、１４８は、図５に示すように、第１プレート１４１と第１連結板１４３、および、第２プレート１４２と第２連結板１４４に設けられた、キー溝１５７、１５８に装着されている。この実施形態では、キー１４７、１４８は、円板状の部材であり、キー溝１５７、１５８は、キー１４７、１４８が嵌る円形の窪みである。かかるキー１４７、１４８によって、大きなせん断力に対して、第１プレート１４１と第１連結板１４３との連結、第２プレート１４２と第２連結板１４４との連結が確保されている。このようなキー１４７、１４８を設けることによって、第１プレート１４１と第１連結板１４３、および、第２プレート１４２と第２連結板１４４を取り付けるボルト１５１（図５参照）に作用するせん断力を緩和することができる。

キー１４７、１４８およびキー溝１５７、１５８の構造は、第１プレート１４１と第１連結板１４３、および、第２プレート１４２と第２連結板１４４に作用するせん断力を受けることができればよく、その形状や構造などは、特に言及されない限りにおいて限定されない。例えば、図４から図６に示す例では、キー１４７、１４８およびキー溝１５７、１５８は円形であるが、矩形のキーでもよい。また、キー１４７、１４８は、それぞれ複数設けても良い。また、上部構造体１０２と第１プレート１４１との連結構造、支持構造体１０４と第２プレート１４２との連結構造にも、同様にキー構造を採用してもよい。これにより、上部構造体１０２と第１プレート１４１、および、支持構造体１０４と第２プレート１４２を取り付けるボルト１５３、１５５（図５参照）に作用するせん断力を緩和することができる。

また、初期状態で、粘弾性体１４５にせん断変形が生じないように調整する調整部材（図示省略）を配置してもよい。調整部材として、例えば、上部構造体１０２と第１プレート１４１との間や、支持構造体１０４と第２プレート１４２との間に、スペーサ（図示省略）を配置してもよい。

≪粘弾性体１４５の好適例≫
ここで、粘弾性体１４５には、せん断変形に対して、所要の抗力を発揮し、振動を早期に減衰させる機能を奏する高減衰ゴムの成形体が用いられていると良い。かかる高減衰ゴム成形体としては、主鎖にＣ−Ｃ結合を有するポリマーからなる基材ゴム１００重量部に対してシリカを１００〜１５０重量部添加し、そのシリカに対してシラン化合物を１０重量％〜３０重量％配合したものを挙げることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る橋梁１００および橋梁用制振ダンパー１０８について、種々を説明したが、本発明は、特段言及されない限りにおいて、上述した何れの実施形態にも限定されない。

１０ 地面
１００ 橋梁
１０２ 上部構造体
１０４ 支持構造体
１０４ａ 支持構造体の側壁
１０６ 可動支承
１０８ 制振ダンパー（橋梁用制振ダンパー）
１２１、１２２ 橋脚
１２１ａ、１２２ａ 基礎部
１２１ｂ、１２２ｂ 支承設置部
１２３、１２４ 橋台
１２３ａ、１２４ａ 支承設置部
１４１ 第１プレート
１４２ 第２プレート
１４３ 第１連結板
１４３ａ、１４４ａ 第１連結板１４３と第２連結板１４４の対向する面
１４３ｂ、１４４ｂ 第１連結板１４３と第２連結板１４４の周側面
１４４ 第２連結板
１４５ 粘弾性体
１４７、１４８ キー
１５１ ボルト
１５２ ボルト装着穴
１５３ ボルト
１５４ ボルト穴
１５５ ボルト
１５６ ボルト穴
１５７、１５８ キー溝
１６０ 耐候性ゴム
２１０ ブラケット（第２ブラケット）
２１１ 板材
２１２ 板材
２１３ リブ
２２０ ブラケット（第１ブラケット）
２２１ 板材
２２２ 板材
２２３ 柱材
Ｌ 橋軸
Ｗ 橋桁の幅方向

Claims (18)

1. 上部構造体と、
   前記上部構造体を支持する支持構造体と、
   前記上部構造体と前記支持構造体との間に介在し、前記上部構造体の鉛直荷重を支持する可動支承と、
   前記上部構造体と前記支持構造体との間に介在し、前記上部構造体に作用する水平力を減衰させる制振ダンパーとを備え、
   前記制振ダンパーは、
   前記上部構造体に取り付けられた第１プレートと、
   前記支持構造体に取り付けられ、前記第１プレートに対向するように配置された第２プレートと、
   前記第１プレートの、前記第２プレート側に向いた面に取り付けられた第１連結板と、
   前記第２プレートの、前記第１プレート側に向いた面に取り付けられた第２連結板と、
   前記第１プレートと前記第２プレートとの間において、前記第１連結板と前記第２連結板を覆うように配置され、前記第１連結板と前記第２連結板とに接着された粘弾性体と
   を備え、
   ここで、粘弾性体は、内部に鋼板を含まず、かつ、厚さが１０ｍｍ以上である、橋梁。
2. 前記第１連結板と前記第２連結板は、周縁部にＲ加工が施されている、請求項１に記載された橋梁。
3. 前記第１プレートと前記第１連結板との間、および、前記第２プレートと前記第２連結板との間のうち、少なくとも一方にキーが取り付けられている、請求項１または２に記載された橋梁。
4. 前記キーは、前記第１プレートと前記第１連結板、または、前記第２プレートと前記第２連結板に設けられた、キー溝に装着された、請求項３に記載された橋梁。
5. 前記キーは円板であり、前記キー溝は前記キーが嵌る円形の窪みである、請求項４に記載された橋梁。
6. 前記第１プレートを前記上部構造体に取り付ける第１ブラケットを備えた、請求項１から５までの何れか一項に記載された橋梁。
7. 前記第２プレートを前記支持構造体に取り付ける第２ブラケットを備えた、請求項１から６までの何れか一項に記載された橋梁。
8. 前記粘弾性体は、高減衰ゴム成形体である、請求項１から７までの何れか一項に記載された橋梁。
9. 前記高減衰ゴム成形体は、主鎖にＣ−Ｃ結合を有するポリマーからなる基材ゴムに、該基材ゴム１００重量部に対して１００〜１５０重量部のシリカを添加し、該シリカに対してシラン化合物を１０重量％〜３０重量％の割合で配合したゴムである、請求項８に記載された橋梁。
10. 第１プレートと、
    前記第１プレートに対向するように配置された第２プレートと、
    前記第１プレートの、前記第２プレート側に向いた面に取り付けられた第１連結板と、
    前記第２プレートの、前記第１プレート側に向いた面に取り付けられた第２連結板と、
    前記第１プレートと前記第２プレートとの間において、前記第１連結板と前記第２連結板を覆うように配置され、前記第１連結板と前記第２連結板とに接着された粘弾性体とを備え、
    前記第１プレートは、橋梁の上部構造体に取り付けられる第１取付部を備え、
    前記第２プレートは、前記橋梁の支持構造体に取り付けられる第２取付部を備え、
    ここで、粘弾性体は、内部に鋼板を含まず、かつ、厚さが１０ｍｍ以上である、
    橋梁用制振ダンパー。
11. 前記第１連結板と前記第２連結板は、周縁部にＲ加工が施されている、請求項１０に記載された橋梁用制振ダンパー。
12. 前記第１プレートと前記第１連結板との間、および、前記第２プレートと前記第２連結板との間のうち、少なくとも何れか一方にキーが取り付けられている、請求項１０または１１に記載された橋梁用制振ダンパー。
13. 前記キーは、前記第１プレートと前記第１連結板、または、前記第２プレートと前記第２連結板に設けられた、キー溝に装着された、請求項１２に記載された橋梁用制振ダンパー。
14. 前記キーは円板であり、前記キー溝は前記キーが嵌る円形の窪みである、請求項１３に記載された橋梁用制振ダンパー。
15. 前記第１プレートを前記上部構造体に取り付ける第１ブラケットを備えた、請求項１０から１４までの何れか一項に記載された橋梁用制振ダンパー。
16. 前記第２プレートを前記支持構造体に取り付ける第２ブラケットを備えた、請求項１０から１５までの何れか一項に記載された橋梁用制振ダンパー。
17. 前記粘弾性体は、高減衰ゴム成形体である、請求項１０から１６までの何れか一項に記載された橋梁用制振ダンパー。
18. 前記高減衰ゴム成形体は、主鎖にＣ−Ｃ結合を有するポリマーからなる基材ゴムに、該基材ゴム１００重量部に対して１００〜１５０重量部のシリカを添加し、該シリカに対してシラン化合物を１０重量％〜３０重量％の割合で配合したゴムである、請求項１７に記載された橋梁用制振ダンパー。

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