JP6059555B2 - 既設支承の可動化工法 - Google Patents

Description

この発明は、橋梁における既設支承の可動化工法に関し、より詳細には既設支承の撤去や大幅な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。

このようなことから、この出願人は先にピン支承などの既設支承を撤去することなく、そのまま利用し、支承部を可動化する工法を提案した（特許文献１参照）。しかしながら、既提案の工法は、特に請求項２以下に記載の発明については上部構造が鋼桁の場合を想定したものであるので、上部構造がコンクリート桁の場合については適用が困難である。すなわち、上部構造が鋼桁である場合には、ソールプレートを撤去することですべり面を形成することができるが、コンクリート桁の場合にはすべり面を形成することができない。

特開２０１１−６９１９１号公報

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、上部構造がコンクリート桁からなる橋梁において、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、既設支承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、上部構造に固定された上沓と、下部構造に固定された下沓とを有し、前記上沓が前記上部構造に固定するためのプレート部を有している既設支承の可動化工法であって、
前記上沓を前記プレート部の下面に沿って水平に切断して、該プレート部を前記上部構造に残置する工程と、
前記プレート部が分離された前記上沓を仮撤去し、その上部に支承側すべりプレートを取り付ける工程と、
前記残置されたプレート部の下面に上部構造側すべりプレートを取り付ける工程と、
前記支承側すべりプレートと前記上部構造側すべりプレートとの間にすべり面が形成されるように、前記上沓を再設置する工程と、
を備えてなることを特徴とする既設支承の可動化工法にある。

より具体的には、前記支承側すべりプレートと前記上部構造側すべりプレートとを、両者のすべり面近くにおいて切断破壊面を有するノックオフボルトによって固定する工程を備えてなる。

また、前記上沓を仮撤去するに際し、前記下沓周囲の下部構造コンクリートを斫ったうえ、下沓を既設アンカーボルトをガイドとしてジャッキダウンする工程と、前記上沓の再設置後、前記下沓をジャッキアップして前記下部構造の斫り部分にモルタルを充填する工程とを備えてなる。

さらに、前記既設支承はピン支承であって、前記上沓は前記プレート部と、このプレート部に複数のリブを介して一体成形された半円筒形ボス部を有し、前記支承側すべりプレートには、前記プレート部が分離されて上端面が露出した前記上沓の前記リブに嵌合される凹溝が形成されている。

この発明工法によれば、上沓をプレート部下面に沿って切断して上部構造に残置し、この残置したプレート部には上部構造側すべりプレートを、プレート部が分離された上沓には支承側すべりプレートをそれぞれ取付けて上沓を再設置するので、上部構造がコンクリート桁であっても、既設支承を高価な新たな支承に取り替えることなく可動化することが可能となる。これにより、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また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示す施工手順図である。 図１に引き続く施工手順を示す図である。 図２に引き続く施工手順を示す図である。 図３に引き続く施工手順を示す図である。 上部構造側すべりプレートを示す斜視図である。 上部構造側すべりプレートを示す斜視図である。 プレート部が切断分離された上沓を示す平面図である。 ノックオフ型ボルトの取付け状態を示す断面図である。

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４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）〜（７）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はコンクリート桁からなる上部構造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は上部に上部構造２に固定するためのプレート部３ａを有し、下部には半円筒形ボス部３ｂが形成されている。この半円筒形ボス部３ｂは複数のリブ３ｃ，３ｄを介してプレート部３ａと鋳造により一体成形されている。リブ３ｃ，３ｄについては後述する。

また、下沓５も上沓３とほぼ同様の構造であり、下部に下部構造４に固定するためのプレート部５ａを有し、上部には半円筒形ボス部５ｂが形成されている。この半円筒形ボス部５ｂは複数のリブ５ｃ，５ｄを介してプレート部５ａと鋳造により一体成形されている。２つの半円筒形ボス部３ｂ，５ｂは軸方向端面が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６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３ｂ，５ｂの内周中央には半環状突起７，８がそれぞれ設けられている。一方、ピン６には、これらの半環状突起７，８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のプレート部３ａには複数のアンカーボルト９が設けられている。上沓３は、これらのアンカーボルト９が上部構造コンクリートに埋め込まれることにより、上部構造２に固定されている。下沓５のプレート部５ａには、プレート部５ａを貫通して上部にナット３０が螺着された複数のアンカーボルト１０が設けられている。下沓５は、これらのアンカーボルト１０が下部構造コンクリートに埋め込まれることにより、下部構造４に固定されている。

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、上沓３をプレート部３ａの下面に沿って水平に切断する。上沓３はワイヤソー１１などの切断具を用いて容易に切断することができる。切断によって分離されたプレート部３ａは上部構造２に残置する。次に、図２（３）に示すように、下沓５の周囲のの下部構造コンクリートを所定深さまで斫る。斫り部を符号１２で示す。

次に、図２（４）に示すように、下沓５をアンカーボルト１０をガイドとしてジャッキダウンさせ、上沓３を仮撤去する。その結果、図３（５）に示すように上部構造２の下方には空間１３が形成されるので、この空間１３を利用して残置したプレート部３ａの下面に上部構造側すべりプレート１４を取り付ける。

上部構造側すべりプレート１４は、図５に示すように、矩形の枠体１５の下面にすべり材１６を固定して形成される。すべり材１６としては、例えばステンレス（ＳＵＳ）板などを用いることができる。この上部構造側すべりプレート１４は、枠体１５の内方に残置プレート部３ａが嵌まるように取り付けられる。

一方、仮撤去した上沓３の上面には、支承側すべりプレート１７が固定される（図３（６）参照）。支承側すべりプレート１７は、図６に示すように、鋼材からなる本体プレート１８の表面に凹部を形成し、この凹部にすべり材１９を嵌め込んで形成される。すべり材１９としては、例えば四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）板などを用いることができる。

図７は仮撤去した上沓３を示す平面図であり、上沓３はプレート部３ａが切断分離されたことにより、リブ３ｃ、３ｄの上端面が露出することとなる。リブ３ｃは半円筒形ボス部３ｂの頂部に軸方向に形成されている主リブであり、リブ３ｄは軸方向リブ３ｃの両側面から直角方向に互いに間隔を置いて複数分岐する分岐リブである。プレート部３ａが切断分離される前の半円筒形ボス部３ｂの周面は、これらのリブ３ｃ，３ｄを介してプレート部３ａの下面と繋がっている。３ｅは補強リブである。

上沓３に支承側すべりプレート１７を取り付けるにあたっては、これらのリブ３ｃ〜３ｅを利用する。そのために、支承側すべりプレート１７には本体プレート１８の下面に、リブ３ｃ〜３ｅの全体形状と同一形状の凹溝２６が設けられている。そして、支承側プレート１７の取付け時には、凹溝２６にリブ３ｃ〜３ｅの端部が嵌合される（図８も併せて参照）。なお、リブ３ｃ〜３ｅの端面にはタップ穴２７が形成され、リブ３ｃ〜３ｅと支承側プレート１７とは本体プレート１８からタップ穴２７にねじ込まれる図示しないボルトにより固定される。このように、支承側すべりプレート１７はリブ３ｃ〜３ｅに嵌合した状態で取り付けられるので確実に位置決め・固定される。

上記のようにして、上部構造側すべりプレート１４を取り付けるとともに、仮撤去した上沓３に支承側すべりプレート１７を取り付けたら、図３（６）に示すように、上沓３を再設置する。その際、上沓３をすぐさま残置プレート部３ａの下面に固定してもよいが、下沓５との位置合わせが必要となるため、適宜手段により仮固定しておく。

次に、図４（７）に示すように、下沓５をジャッキアップし、上沓３の半円筒形ボス部３ｂをピン６に被着して元のピン支承の形態とし、下部構造４の斫り部１２にはモルタル２１を充填する。また、上部構造側すべりプレート１４は、その枠体１５に取り付けた短尺のアンカーボルト２３により、上部構造２に固定する。

この状態で、上部構造２は既設支承１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。

上部構造側すべりプレート１４と支承側すべりプレート１７の各すべり材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

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４（７）に示すように、複数のノックオフボルト２０を用いて、上部構造側すべりプレート１４と支承側すべりプレート１７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。

ノックオフボルト２０は、図８に示すように、その軸部２０ａに外径を小さくしたくびれ部２３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る。このノックオフボルト２０は、支承側すべりプレート１７の本体プレート１８及び上部構造側すべりプレート１４の枠体１６に形成されたねじ孔に螺着される。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１４と支承側すべりプレート１７、具体的にはそれらのすべり材１６，１９の接する面が地震時すべり面２５であり、ノックオフボルト２０はせん断破壊面２４が地震時すべり面２５近くに位置するように取り付けられる。

上記のように、この発明工法によれば、上沓３をプレート部３ａの下面に沿って切断して上部構造２に残置し、この残置したプレート部３ａには上部構造側すべりプレート１４を、プレート部が分離された上沓３には支承側すべりプレート１７をそれぞれ取付けて上沓を再設置するので、上部構造２がコンクリート桁であっても、既設支承１を新たな支承に取り替えることなく可動化することが可能となる。

また、すべり部をノックオフボルト２０で固定することにより、レベル１地震時まではノックオフボルト２０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、既設支承は固定支承として機能する。しかし、レベル２地震動になるとノックオフボルト２０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。

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。

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。

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
６ ピン
８ ピン
１１ ワイヤソー
１４ 上部構造側すべりプレート
１６ すべり材
１７ 支承側すべりプレート
１９ すべり材
２０ ノックオフボルト
２４ せん断破壊面
２５ すべり面

Claims (4)

1. 上部構造に固定された上沓と、下部構造に固定された下沓とを有し、前記上沓が前記上部構造に固定するためのプレート部を有している既設支承の可動化工法であって、
   前記上沓を前記プレート部の下面に沿って水平に切断して、該プレート部を前記上部構造に残置する工程と、
   前記プレート部が分離された前記上沓を仮撤去し、その上部に支承側すべりプレートを取り付ける工程と、
   前記残置されたプレート部の下面に上部構造側すべりプレートを取り付ける工程と、
   前記支承側すべりプレートと前記上部構造側すべりプレートとの間にすべり面が形成されるように、前記上沓を再設置する工程と、
   を備えてなることを特徴とする既設支承の可動化工法。
2. 前記支承側すべりプレートと前記上部構造側すべりプレートとを、両者のすべり面近くにおいて切断破壊面を有するノックオフボルトによって固定する工程を備えてなることを特徴とする請求項１記載の既設支承の可動化工法。
3. 前記上沓を仮撤去するに際し、前記下沓周囲の下部構造コンクリートを斫ったうえ、下沓を既設アンカーボルトをガイドとしてジャッキダウンする工程と、
   前記上沓の再設置後、前記下沓をジャッキアップして前記下部構造の斫り部分にモルタルを充填する工程と
   を備えてなることを特徴とする請求項１又は２記載の既設支承の可動化工法。
4. 前記既設支承はピン支承であって、前記上沓は前記プレート部と、このプレート部に複数のリブを介して一体成形された半円筒形ボス部を有し、
   前記支承側すべりプレートには、前記プレート部が分離されて上端面が露出した前記上沓の前記リブに嵌合される凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の既設支承の可動化工法。

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