JP6326389B2 - 橋梁の変位制限装置 - Google Patents

Description

この発明は、橋梁の変位制限装置に関し、さらに詳細には、上部構造に所定以上の変位制限方向の荷重が加わったときその固定を解除する機能を具備した変位制限装置に関する。

橋梁において、上部構造の荷重を支持する支承の１つとしてゴム支承が広く知られている。このゴム支承はそれ自体では上部構造の変位制限機能を持たず、このため一般にはサイドブロックを付設して、このサイドブロックにより上部構造の水平変位を制限するようにしている。

サイドブロックが全ての地震動に対して抵抗する構造であるとすると、大地震時には橋脚が損傷を受け、甚大な被害をもたらす。このようなことから、サイドブロックは、Ｌ１地震動時までは荷重に対して抵抗し、Ｌ２地震動時にはその固定を解除してゴム支承が水平方向全方向に移動できる構造、すなわち上部構造の変位制限を解除できる構造となっている。ここに、Ｌ１，Ｌ２地震動とは、「道路橋示方書（Ｖ耐震設計編）・同解説」（社団法人 日本道路協会編）に示されている地震動のことである。

サイドブロックの固定を解除する構造として、サイドブロックの取付ボルトを想定される地震による水平力で破断させて固定を解除する構造（特許文献１参照）、サイドブロックにノッチ部を形成して、このノッチ部からサイドブロックを破断させる構造（特許文献２参照）、サイドブロックの下部の断面積を減らして破断しやすくし、補強用にサイドブロックの後方に座屈板を取り付けて、この座屈板が座屈することによりサイドブロックが破断し拘束を解除する構造（特許文献３参照）等が知られている。

しかしながら、上記従来の変位制限構造はいずれも、それらが破断した後の復帰については何ら考慮がされておらず、復帰作業に多大な手間と労力を要するという問題がある。

特開平１１−２８７２２８号公報 特許第３５６１７８２号公報 特開２００５−７６１９５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、変位制限構造が破断した後、復帰作業を容易に短時間で行うことができる変位制限装置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設置され、上部構造の水平方向変位を制限するための装置であって、
前記上部構造の下面に固定される上沓と、前記下部構造の上面に固定される下沓と、これら上沓及び下沓間に配置されるせん断キーとを備え、
前記上沓の下面には前記上部構造の変位制限方向と直角な水平方向に沿って延びる上側嵌合溝が形成され、
前記下沓の上面には前記上部構造の変位制限方向と直角な水平方向に沿って延びる下側嵌合溝が形成され、
前記せん断キーは、前記上側嵌合溝にスライド嵌合される上側嵌合部と、前記下側嵌合溝にスライド嵌合される下側嵌合部と、前記上側嵌合部と下側嵌合部との間を連結し、前記上部構造に所定以上の変位制限方向の荷重が加わったとき破断するノッチ部とからなり、
前記上側嵌合溝の両内壁面及び前記上側嵌合部の両外側部には、互いに係合して前記せん断キーを鉛直方向に支持するための係合部がそれぞれ設けられ、前記下側嵌合部と前記下側嵌合溝の底面との間には隙間が形成されていることを特徴とする橋梁の変位制限装置にある。

上記変位制限装置において、前記上側嵌合溝の両内壁面及び前記上側嵌合部の両外側部に設けられる係合部は、それぞれ内向きのフランジ及び外向きのフランジとすることができる。

また、前記せん断キーには前記ノッチ部を通る穴が形成されている構成を採用することもできる。また、前記上側嵌合溝及び下側嵌合溝はそれぞれ前記上沓及び下沓に設けられた１対の突条によって区画形成されている構成を採用することができる。

この発明によれば、上部構造に所定以上の変位制限方向の荷重が加わったとき破断するノッチ部を有するせん断キーが、上沓および下沓にそれぞれスライド嵌合されるので、ノッチ部の破断後、上側嵌合部及び下側嵌合部を容易に撤去できる。また、新たなせん断キーもスライド嵌合により容易に上沓および下沓に取り付けることができる。したがって、地震後の復帰作業を短時間で容易に行うことができる。この発明による変位制限装置は、発明の適用を限定することを意図するものではないが、特に、供用時に橋軸直角方向の変位を拘束する必要がある鉄道橋に有効である。

また、上側嵌合部を上側嵌合溝の内壁面に係合させて、せん断キーを鉛直方向に支持するための係合部を設け、下側嵌合部と下側嵌合溝の底面との間に隙間を設けることにより、ノッチ部が破断すると下側嵌合部は下側嵌合溝の底面まで落下する。この結果、上側嵌合部と下側嵌合部との間に隙間が形成されるので、上沓の移動の障害となるものは何ら存せず、上沓の水平移動を確実なものとすることができる。

せん断キーにノッチ部を通る穴を設けることにより、ノッチ部の破断面は山形とはならず平坦面に近いものとなり、上側嵌合部と下側嵌合部との間に確実に隙間を形成することができる。

この発明による変位制限装置の設置箇所を示し、橋梁を橋軸方向に見た正面図である。 変位制限装置の詳細構造を示し、橋軸方向に見た正面図である。 同変位制限装置の橋軸直角方向に見た側面図である。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 せん断キーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は橋軸直角方向に見た側面図である。

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は、この発明による変位制限装置の設置箇所を示し、橋梁を橋軸方向Ｘに見た正面図である。橋桁である上部構造１と橋脚や橋台である下部構造２との間には、上部構造１の鉛直荷重を支持する１対のゴム支承３，３が設置されている。この実施形態では、変位制限装置１０は、これら１対のゴム支承３，３と組み合わせて両者間に設置され、上部構造１の橋軸直角方向Ｙの変位を制限するためのものである。

図２〜図５は変位制限装置１０の詳細構造を示し、図２は橋軸方向Ｘに見た正面図、図３は橋軸直角方向Ｙに見た側面図、図４は図２のＡ−Ａ線矢視断面図、図５は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。変位制限装置１０は、上部構造１の下面に固定される上沓１１と、下部構造２の上面に固定される下沓１２と、上沓１１及び下沓１２間に配置されるせん断キー１３を備えている。

上沓１１は矩形の鋼製プレートであり、上面に上部構造１に固定するための複数のアンカーボルト１４が設けられている。上沓１１の下面には橋軸方向に沿う１対の突条１５，１５が互いに平行となるように形成されている。これらの突条１５，１５は両者間に上側嵌合溝１６を区画形成し、突条１５，１５の内壁面下部には内向きのフランジ１７，１７が形成されている。

下沓１２も上沓と同様に矩形の鋼製プレートであり、下面に下部構造２に固定するための複数のアンカーボルト１８が設けられている。下沓１２の上面には橋軸方向に沿う１対の突条１９，１９が互いに平行となるように形成されている。これらの突条１９，１９は下側嵌合溝２０を区画形成する。

せん断キー１３は、図６にもそれのみを単独で示すように、上側嵌合部２１と、下側嵌合部２２と、これら嵌合部２１，２２間を連結するノッチ部２３とからなっている。上側嵌合部２１は上側嵌合溝１６の幅及び深さにそれぞれほぼ等しい幅及び厚みを有し、上側嵌合溝１６にスライド嵌合可能である。そして、上側嵌合部の両側部には外向きのフランジ２４，２４が形成され、これらの外向きフランジ２４，２４は上側嵌合溝１６のフランジ１７に係合し、この係合によってせん断キー１３が上沓１１に鉛直方向に支持される。

下側嵌合部２２は下側嵌合溝２０の幅とほぼ等しい幅を有し、下側嵌合溝２０にスライド嵌合可能である。下側嵌合部２２の厚みは下側嵌合溝２０の深さよりも小さく、したがって、下側嵌合部２２と下側嵌合溝２０の底面との間には隙間２５が形成される。

せん断キー１３が上側嵌合溝１６及び下側嵌合溝２０にそれぞれ嵌合した状態で、上側嵌合部２１の下面は突条１５，１５の下面と面一となり、また下側嵌合部２２の上面は突条１９，１９の上面と面一となる。したがって、ノッチ部２３は、突条１５，１５と突条１９，１９との間の隙間の大きさに対応する長さを有している。

ノッチ部２３は、この実施形態では、下側嵌合溝２０の幅とほぼ等しい直径をもつ断面円形のものとなっている。ノッチ部２３の形状は断面円形に限らず、断面角形等を採用することもできる。また、ノッチ部２３の断面積は想定される水平荷重に応じて適宜決定される。ノッチ部２３の外周には断面Ｖ字形の切り込みが周方向に形成されている。また、せん断キー１３にはこれを鉛直方向に貫通し、ノッチ部２３の中心を通る穴２６が形成されている。

せん断キー１３は、鋼材の切削加工により上側嵌合部２１、下側嵌合部２２及びノッチ部２３を含めて一体成形することができる。鋼材としては、一般構造用圧延鋼材、溶接構造用圧延鋼材、炭素鋼鋳鋼品、溶接構造用鋳鋼品、ネズミ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、機械構造用炭素鋼鋼材等、種々のものを使用することができる。このせん断キー１３は、作業者が一人で運搬できる程度の大きさ、重量のものであり、したがって後述する地震後の復帰作業は作業者が一人で簡単に行うことができる。

せん断キー１３は、その上側嵌合部２１を上側嵌合溝１６に、また下側嵌合部２２を下側嵌合溝２０にそれぞれスライド嵌合させることにより、上沓１１及び下沓１２間に取り付けられる。せん断キー１３は取り付け後、上沓１１に対しては所定位置に固定される。そのためのストッパプレート２７，２７が、上側嵌合部２１を橋軸方向前後に挟むように、上沓１１の下面にボルト２８を介して固定される（特に図４参照）。

上記のような変位制限装置１０において、常時あるいはＬ１地震動により上部構造１に橋軸直角方向の水平荷重が加わると、荷重は上沓１１から突条１５，１５を介してせん断キー１３の上側嵌合部２１に伝達され、さらにノッチ部２３を介して下側嵌合部２２に伝達される。そして、その荷重は下側嵌合部２２から突条１９，１９を介して下沓１２に伝達され、これによって上部構造１の橋軸直角方向の変位が制限される。他方、下側嵌合部２２は橋軸方向に対しては拘束されず、下側嵌合溝２０をスライド可能であるので、上部構造１は橋軸方向に対しては変位が許容される。これによって、温度変化等による上部構造１の伸縮を吸収することができる。

Ｌ２地震動により上部構造１に橋軸直角方向の荷重が加わると、ノッチ部２３が破断する。その結果、変位制限装置１０による上部構造１の橋軸直角方向に対する固定が解除され、図１に示したゴム支承３，３が全方向に移動可能となり、橋梁の損壊が防止される。また、このゴム支承３，３の全方向移動により地震時のエネルギーが吸収される。

ノッチ部２３が破断すると下側嵌合部２２は、下側嵌合溝２０の底面まで落下する。その結果、上側嵌合部２１と下側嵌合部２２との間には隙間が形成される。これにより、上沓１１の移動の障害となるものは何ら存せず、上沓１１は確実に水平移動することができる。また、せん断キー１３にはノッチ部２３中心を通る穴２６が設けられているので、ノッチ部２３の破断面は平坦面に近いものとなる。すなわち、穴２６が無いとノッチ部２３の破断面は中央部が膨れて山形となるが、穴２６があるとこのような破断面中央の膨れは生じない。したがって、ノッチ部２３に穴２６を設けることにより、上側嵌合部２１と下側嵌合部２２との間に確実に隙間を形成することができる。

地震後の復帰時には、ストッパプレート２７を取り外して上側嵌合部２１をスライドさせ撤去する。同様にして下側嵌合部２２もスライドさせて撤去する。そして新たなせん断キー１３の上側嵌合部２１を上側嵌合溝１６に、下側嵌合部２２を下側嵌合溝２０にそれぞれスライド嵌合させることにより、せん断キー１３を上沓１１及び下沓１２に取り付ける。このような、破断したせん断キー１３の撤去、新たなせん断キー１３の取り付けを含む復帰作業は、極めて容易であり作業を短時間で行うことができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の形態を採ることができる。例えば、上記したように、せん断キー１３に穴２６を設けるのは望ましい形態ではあるが、穴を設けない形態もあり得る。また、上記実施形態で示された変位制限装置は、上部構造の橋軸直角方向の変位を制限する構造であるが、上部構造の橋軸方向の変位を制限する構造とすることもできる。

１ 上部構造
２ 下部構造
３ ゴム支承
１０ 変位制限装置
１１ 上沓
１２ 下沓
１３ せん断キー
１５ 突条
１６ 上側嵌合溝
１７ フランジ
１９ 突条
２０ 下側嵌合溝
２１ 上側嵌合部
２２ 下側嵌合部
２３ ノッチ部
２４ フランジ
２５ 隙間
２６ 穴
２７ ストッパプレート

Claims (4)

1. 上部構造と下部構造との間に設置され、上部構造の水平方向変位を制限するための装置であって、
   前記上部構造の下面に固定される上沓と、前記下部構造の上面に固定される下沓と、これら上沓及び下沓間に配置されるせん断キーとを備え、
   前記上沓の下面には前記上部構造の変位制限方向と直角な水平方向に沿って延びる上側嵌合溝が形成され、
   前記下沓の上面には前記上部構造の変位制限方向と直角な水平方向に沿って延びる下側嵌合溝が形成され、
   前記せん断キーは、前記上側嵌合溝にスライド嵌合される上側嵌合部と、前記下側嵌合溝にスライド嵌合される下側嵌合部と、前記上側嵌合部と下側嵌合部との間を連結し、前記上部構造に所定以上の変位制限方向の荷重が加わったとき破断するノッチ部とからなり、
   前記上側嵌合溝の両内壁面及び前記上側嵌合部の両外側部には、互いに係合して前記せん断キーを鉛直方向に支持するための係合部がそれぞれ設けられ、前記下側嵌合部と前記下側嵌合溝の底面との間には隙間が形成されていることを特徴とする橋梁の変位制限装置。
2. 前記上側嵌合溝の両内壁面及び前記上側嵌合部の両外側部に設けられる係合部は、それぞれ内向きのフランジ及び外向きのフランジであることを特徴とする請求項１記載の橋梁の変位制限装置。
3. 前記せん断キーには前記ノッチ部を通る穴が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の橋梁の変位制限装置。
4. 前記上側嵌合溝及び下側嵌合溝はそれぞれ前記上沓及び下沓に設けられた１対の突条によって区画形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の橋梁の変位制限装置。

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