JP6211378B2 - 橋梁制震構造 - Google Patents
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第2の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記制震装置は、前記ダンパーの変形を復元するための復元機構を有し、前記復元機構は、前記ダンパーに取り付けた上下の治具の間に、対角線状に交差して複数設けられる線材であることを特徴とする橋梁制震構造である。
第3の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記制震装置は、前記ダンパーの変形を復元するための復元機構を有し、前記復元機構は、前記ダンパーに取り付けた上下一対の治具を用いて横方向に設けられ、一端が前記治具を貫通する棒材と、前記棒材の前記一端と前記治具の間に設けられた弾性材と、を有することを特徴とする橋梁制震構造である。
第4の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記制震装置は、前記ダンパーの変形を復元するための復元機構を有し、前記復元機構は、前記ダンパーに取り付けた板バネであることを特徴とする橋梁制震構造である。
第5の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記制震装置は、前記ダンパーの面外変形を抑制するため、前記ダンパー全体を面外方向へ移動可能とする面外変形抑制機構を有し、前記面外変形抑制機構は、前記ダンパー全体を面外方向へスライド移動可能とするものであり、前記面外変形抑制機構では、前記ダンパーの上下の端部のそれぞれに、L字プレートの一辺が取り付けられ、各L字プレートの他辺が、前記他辺の長孔に通されたボルトによって、それぞれ前記橋脚と前記上部構造に取り付けられ、前記長孔を介して連結された、前記L字プレートと前記橋脚及び前記L字プレートと前記上部構造が面外方向に相対移動可能であることを特徴とする橋梁制震構造である。
第6の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記制震装置は、前記ダンパーの面外変形を抑制するため、前記ダンパー全体を面外方向へ移動可能とする面外変形抑制機構を有し、前記面外変形抑制機構は、前記ダンパー全体を面外方向に回転可能とするものであり、前記面外変形抑制機構は、前記ダンパーの上下の端部を前記上部構造と前記橋脚のそれぞれと接続する、面外方向の一対の板バネであることを特徴とする橋梁制震構造である。
第7の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記制震装置は、複数の前記ダンパーを井桁状に組んだものであることを特徴とする橋梁制震構造である。
第8の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記制震装置は、下部が前記橋脚に取り付けられ、上部がプレートに取り付けられた、並列配置された複数の前記ダンパーと、上部が前記上部構造に取り付けられ、下部がプレートに取り付けられた、並列配置された複数の前記ダンパーと、を有し、下部を前記橋脚に取り付けた前記ダンパーの配置方向と、上部を前記上部構造に取り付けた前記ダンパーの配置方向は互いに直交し、各プレートが接続されることを特徴とする橋梁制震構造である。
第9の発明は、橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、前記ダンパーが、前記ダンパーの面を水平方向にして配置され、前記制震装置は、前記橋脚もしくは前記上部構造のいずれか一方に取り付けられた前記ダンパーと、前記橋脚もしくは前記上部構造の前記ダンパーの取り付けられていない他方に取り付けられ、前記橋脚と前記上部構造の平面位置が相対変位した際に前記ダンパーに水平方向からの力を伝達するためのサイドブロックと、前記ダンパーに取付けられ、前記サイドブロックに当接して水平方向の力を受けるスライドプレートと、を有することを特徴とする橋梁制震構造である。
本発明で用いるダンパーとしては、例えばハニカムダンパーがあり、これにより橋梁の制震化が好適に実現できる。
これにより、免震・制震化された橋梁を実現できる。
鋼材を用いたダンパーは安価であるが降伏後の復元力が小さく、地震後に大きな残留変位を生じて使用性が損なわれやすい。建築構造物ではダンパーの周囲のフレーム構造が復元機構となるが、橋梁にはそれがない。したがって、ダンパーに復元機構を設けることで、残留変位を低減し、制震性能を維持できる。
こうして横方向に設けた線材の弾性力により、復元力を発揮させることができる。
こうして線材を複数設けておけば、ダンパーの正逆方向の塑性変形に対しそれぞれ復元力を発揮させることができる。
これによっても復元機構を構成でき、前者の場合では弾性材の復元力により、後者の場合では板バネの復元力により、残留変位を低減することができる。
これにより両面の復元機構にて復元力を付与できる。また、両面の復元機構で正逆方向の塑性変形に対し復元力を発揮させることも可能である。
ハニカムダンパーなどのダンパーは、面内方向の塑性変形により地震エネルギーを吸収するが、橋梁にこれを用いる場合、建築構造物よりも大きな変形性能が必要であり、そのために高さ寸法が大きくなりやすい。高さ寸法が大きくなると面外座屈が生じやすく、これによりエネルギー吸収性能が損なわれる。そこで、制震装置にダンパーの面外座屈を抑制する機構を設けることで、エネルギー吸収性能を維持できる。
このように一対の板材でダンパーを挟むことにより、面外座屈を抑制できる。
ハニカムダンパーなどのダンパーを用いて二方向の地震力に対応するには、面内方向をそれぞれの方向に合わせて複数のダンパーを配置する必要がある。ただし、この場合では、一方向のダンパーが面内方向に塑性変形する前に、他方向のダンパーが面外変形し、ダンパーのエネルギー吸収性能が損なわれる恐れがある。そこで、ダンパー自体を面外方向に移動可能とすることで、ダンパーの面外変形を防ぎ、エネルギー吸収性能を維持できる。
ダンパー全体を面外方向へスライド移動させることで、ダンパーの面外変形を防ぐことができる。
上記の構成によってダンパー自体をスライド移動させることで、安価な構成でダンパーの面外変形を防ぐことができる。
このように、ダンパー自体が回転することによってもダンパーの面外変形を防ぐことができる。
この構成によりダンパー自体を回転可能とし、面外変形を抑制できる。また、地震時に上部構造が回転するような挙動を起こしたり、支承が沈下したりして橋脚と上部構造の間隔が増減しても、ダンパーへの上下方向の力の作用を限られた範囲内とできる。
こうしてダンパーを井桁状に配置することで、省スペースで2方向の地震力に対応できる。
これにより、井桁状に組んだ場合と同等のダンパー配置を制震装置の高さを低減しつつ実現できる。
こうしてダンパーの面外変形を防ぎ、他のダンパーの面内方向の塑性変形を先行させることで、制震装置の制震性能を好適に発揮させることができる。
これにより制震装置の高さを更に低減し、橋脚と主桁間など、狭い隙間でも制震装置の設置が容易になる。
これにより、水平配置したダンパーに好適に地震力を作用させ、ダンパーの塑性変形により地震エネルギーを吸収できる。
これにより、上部構造等の温度変形によりダンパーに力が作用するのを防止できる。
これにより、支承の沈下、上部構造のたわみ、回転などにより上部構造がスライドプレートに接触するのを防ぎ、ダンパーの制震性能への影響を防ぐことができる。
(1.橋梁制震構造10)
本実施形態の橋梁制震構造10は、図1に示す橋梁1に設けられる。図1(a)は橋梁1の鉛直方向断面図、図1(b)は橋脚100上の平面図であり、図1(a)は図1(b)の線A−Aに沿った断面を示す。
本実施形態では、制震装置20に、鋼材からなる板材等を加工することで、面内方向の塑性変形による地震エネルギーの吸収を可能としたダンパーを用いる。このようなダンパーとしては、特開平03−156075のような鋼板を特殊な形状に加工したハニカムダンパー、特開2008-179950のようなLENS型せん断パネルダンパー等があるが、これらに限られるものではない。以下の実施形態では、ハニカムダンパーを用いる例を説明する。
ハニカムダンパー11は、地震が生じた際に、連結部112が面内方向に塑性変形することで地震エネルギーを吸収し、制震効果を発揮するものであるが、降伏後の剛性が小さく単体では復元性を有しない。そのため地震時に大変形を起こした場合は大きな残留変位が生じ、地震後の橋梁としての使用性が損なわれることがある。
図5は第2の実施形態に係る制震装置20aの正面と側面を示す図である。
図6は第3の実施形態に係る制震装置20bの正面と側面を示す図である。
図7は、第4の実施形態に係る制震装置20cの正面と側面を示す図である。この制震装置20cでは、復元機構として、ハニカムダンパー11の両面において、連結部112に沿った一対の板バネ151が設けられる。
ハニカムダンパー11は、連結部112が面内方向に塑性変形することで地震エネルギーを吸収する。しかしながら、通常の建築構造物などに比べ、橋梁1などにハニカムダンパー11を用いる場合では大きな変形性能が必要になり、そのために高さ寸法が大きくなりやすい。高さ寸法が大きくなると面外座屈が生じやすく、これにより所定のエネルギー吸収性能が確保できなくなる恐れがある。そこで、第5の実施形態では、ハニカムダンパー11に面外座屈を抑制するための面外座屈抑制機構を設ける例を説明する。
ハニカムダンパー11は、単体では面内方向しかエネルギー吸収効果を発揮しない。これに対し、橋梁1では橋軸方向と橋軸直角方向の2方向の地震力に対応する必要がある。これについては、前記の通りそれぞれの方向に面内方向を合わせて必要な性能と数のハニカムダンパー11を設置すれば良い。
図10は、第7の実施形態に係る制震装置40aの正面と側面を示す図である。制震装置40aは、面外変形抑制機構として、ハニカムダンパー11の上下端でヒンジ結合を行い、ハニカムダンパー11全体を面外方向に回転可能とすることで、面外変形を抑制するものである。
図11(a)に第8の実施形態に係る制震装置40bの側面を示す。この制震装置40bも、ハニカムダンパー11全体を面外方向に回転可能として面外変形を抑制するものであり、このための面外変形抑制機構として、ハニカムダンパー11の上下端にプレート192を取付け、これらのプレート192と床版200b、橋脚100とを、面外方向の一対の板バネ193によってそれぞれ接続したものである。
図12は、本発明の第9の実施形態に係る制震装置50の正面と側面を示す図である。この制震装置50は、上下にプレート203を取付け複数並列したハニカムダンパー11を、プレート204を介して上下に2段設置したものである。上下のハニカムダンパー11の面内方向の配置(配置方向)は直交し、全体として井桁状に構成される。
ただし、第9の実施形態では、制震装置50の高さが高くなり場所によっては設置できなくなる問題がある。そこで、本実施形態では、第9の実施形態と同等のダンパー配置を、高さを低減しつつ実現する例を示す。
以上の実施形態では、ハニカムダンパー11を立てて配置したが、ハニカムダンパー11はその面を水平方向にして配置した場合でもその機能を発揮させることができる。このようなケースでは設置高さをさらに低減でき、主桁200aと橋脚100の間など、滑り支承140や積層ゴム支承等が存在する狭い隙間にも容易に設置できる。
10、10a;橋梁制震構造
11;ハニカムダンパー
20、20a、20b、20c、30、40、40a、40b、50、50a、60;制震装置
Claims (18)
- 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、前記ダンパーの変形を復元するための復元機構を有し、
前記復元機構は、前記ダンパーに取り付けた上下一対の治具の間を横方向に連結するように設けた線材であることを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、前記ダンパーの変形を復元するための復元機構を有し、
前記復元機構は、前記ダンパーに取り付けた上下の治具の間に、対角線状に交差して複数設けられる線材であることを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、前記ダンパーの変形を復元するための復元機構を有し、
前記復元機構は、
前記ダンパーに取り付けた上下一対の治具を用いて横方向に設けられ、一端が前記治具を貫通する棒材と、
前記棒材の前記一端と前記治具の間に設けられた弾性材と、
を有することを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、前記ダンパーの変形を復元するための復元機構を有し、
前記復元機構は、前記ダンパーに取り付けた板バネであることを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、前記ダンパーの面外変形を抑制するため、前記ダンパー全体を面外方向へ移動可能とする面外変形抑制機構を有し、
前記面外変形抑制機構は、前記ダンパー全体を面外方向へスライド移動可能とするものであり、
前記面外変形抑制機構では、
前記ダンパーの上下の端部のそれぞれに、L字プレートの一辺が取り付けられ、
各L字プレートの他辺が、前記他辺の長孔に通されたボルトによって、それぞれ前記橋脚と前記上部構造に取り付けられ、
前記長孔を介して連結された、前記L字プレートと前記橋脚及び前記L字プレートと前記上部構造が面外方向に相対移動可能であることを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、前記ダンパーの面外変形を抑制するため、前記ダンパー全体を面外方向へ移動可能とする面外変形抑制機構を有し、
前記面外変形抑制機構は、前記ダンパー全体を面外方向に回転可能とするものであり、
前記面外変形抑制機構は、前記ダンパーの上下の端部を前記上部構造と前記橋脚のそれぞれと接続する、面外方向の一対の板バネであることを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、複数の前記ダンパーを井桁状に組んだものであることを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記制震装置は、
下部が前記橋脚に取り付けられ、上部がプレートに取り付けられた、並列配置された複数の前記ダンパーと、
上部が前記上部構造に取り付けられ、下部がプレートに取り付けられた、並列配置された複数の前記ダンパーと、
を有し、
下部を前記橋脚に取り付けた前記ダンパーの配置方向と、上部を前記上部構造に取り付けた前記ダンパーの配置方向は互いに直交し、
各プレートが接続されることを特徴とする橋梁制震構造。 - 橋脚とその上部構造の間に、鋼材の塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーを用いた制震装置を配置してなることで、平面の2方向の揺れに対する制震を行い、
前記ダンパーが、前記ダンパーの面を水平方向にして配置され、
前記制震装置は、
前記橋脚もしくは前記上部構造のいずれか一方に取り付けられた前記ダンパーと、
前記橋脚もしくは前記上部構造の前記ダンパーの取り付けられていない他方に取り付けられ、前記橋脚と前記上部構造の平面位置が相対変位した際に前記ダンパーに水平方向からの力を伝達するためのサイドブロックと、
前記ダンパーに取付けられ、前記サイドブロックに当接して水平方向の力を受けるスライドプレートと、
を有することを特徴とする橋梁制震構造。 - 前記ダンパーは、ハニカムダンパーであることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の橋梁制震構造。
- 前記橋脚と前記上部構造の間に滑り支承が設けられることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の橋梁制震構造。
- 前記復元機構は、前記ダンパーを挟んで両側に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の橋梁制震構造。
- 前記制震装置は、前記ダンパーの面外座屈を抑制するための面外座屈抑制機構を有することを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の橋梁制震構造。
- 前記面外座屈抑制機構は、前記ダンパーを挟む一対の板材であることを特徴とする請求項13に記載の橋梁制震構造。
- 平面において隣り合う複数の前記ダンパーの面外変形に対する耐力を高めるためのブレース材が設けられることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の橋梁制震構造。
- 前記ダンパーが、前記ダンパーの面を水平方向にして配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の橋梁制震構造。
- 前記ダンパーに取り付けた前記スライドプレートと、これと当接するサイドブロックとの間に遊間を設けたことを特徴とする請求項9に記載の橋梁制震構造。
- 前記ダンパーに取り付けた前記スライドプレートと前記上部構造との間に遊間を設けたことを特徴とする請求項9または請求項17に記載の橋梁制震構造。
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