JP6473426B2 - 落橋防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁の橋脚や橋台などの下部工と、橋桁などの上部工とを接続させる落橋防止構造に関するものである。

特許文献１−３に開示されているように、既存の橋梁の耐震性能を向上させるために、橋脚の外周面に鋼板や鉄筋コンクリートなどを巻き立てることで、せん断耐力を増加させる方法が知られている。

また、特許文献１には、橋台と橋桁とをケーブルで連結させることで、地震の揺れによる落橋を防止することができる耐震補強装置が記載されている。さらには、津波によって橋桁に上揚力が作用しても、橋梁の上部工の流出を防止することが可能な落橋防止構造ベルトも開示されている。

特開２０１６−２３５３４号公報 特開２０１１−９９２０１号公報 特開２０１１−８９２７５号公報

しかしながらケーブルやベルトを使用した構造では、機能が発揮されるまでの変形量が大きくなるため、落橋や流出は防げたとしても、橋梁の機能が保全された状態を保つのは難しい。すなわち、震災後のライフラインの確保及び早期復旧のためには、津波などを受けても最低限の機能が保全される橋梁が求められる。

そこで、本発明は、作用する力に対して感度の高い構造であるうえに、震災による橋梁の機能低下を最小限に抑えることが可能な落橋防止構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の落橋防止構造は、橋梁の下部工と上部工とを接続させる落橋防止構造であって、前記下部工の橋軸方向の鉛直面に固定される下部ブラケットと、前記上部工の橋軸方向の鉛直面に固定される上部ブラケットとを備え、前記下部ブラケットは、鉛直方向に延びる中央の凹部を挟んだ両側に橋軸方向に張り出される一対の受け部を有するとともに、前記上部ブラケットは、前記凹部に配置される垂下部と、前記垂下部の下端両側から橋軸直交方向に張り出されて前記受け部の下方に配置される突出部とを有していることを特徴とする。

ここで、前記受け部は、前記凹部の側面となる壁状に形成される構成とすることができる。また、前記下部ブラケットは、上縁に橋軸方向に棚状に張り出される棚部を有する構成とすることができる。さらに、前記突出部は、前記垂下部に一体に形成されている構成とすることができる。

また、前記下部ブラケットはアンカーボルトによって前記下部工に固定されているとともに、前記上部ブラケットもアンカーボルトによって前記上部工に固定されている構成とすることができる。そして、前記上部ブラケットと前記上部工との隙間には、セメント系硬化材が充填されている構成とすることができる。

このように構成された本発明の落橋防止構造では、下部工と上部工の橋軸方向の鉛直面に上部ブラケットと下部ブラケットを固定し、上部ブラケットの垂下部を下部ブラケットの凹部に配置させる。さらに、凹部には橋軸方向に張り出される一対の受け部が設けられるとともに、垂下部の下端には受け部の下方に配置される突出部が設けられる。

すなわち、垂下部と受け部との接触によって、橋軸直交方向の水平力やモーメントに直接的に抵抗させることができる。また、受け部と突出部との接触によって、津波などによる上揚力にも抵抗させることができる。
このため、作用する力に対して感度の高い構造となり、落橋や橋桁の流出を防ぐことができるうえに、震災による橋梁の機能低下を最小限に抑えることが可能となる。

また、受け部が凹部の側面となる壁状に形成されていれば、下部ブラケットを軽量化することができ、下部工の負担増加を最小限に抑えることができる。
さらに、下部ブラケットの上縁に橋軸方向に棚状に張り出される棚部が設けられていれば、橋軸方向の桁座が拡幅されたことになって、上部工が移動しても棚部に載ることで落橋を防ぐことができる。
そして、突出部が垂下部に一体に形成されていれば、上揚力に対して垂下部と一体になって抵抗させることができるので、靭性を高めることができる。

また、下部ブラケット及び上部ブラケットをアンカーボルトによって固定させる構成であれば、下部工及び上部工に与える影響を最小限に抑えることができるうえに、強固な固定とすることができる。さらに、上部ブラケットと上部工との隙間にセメント系硬化材が充填されていれば、両者を一体に挙動させることができる。

本実施の形態の落橋防止構造部の構成を説明するための横断面図である。 本実施の形態の落橋防止構造部の構成を説明するための縦断面図である。 下部ブラケットの構成を説明する４面図である。 上部ブラケットの構成を説明する４面図である。 本実施の形態の落橋防止構造に作用する力を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本実施の形態で説明する橋梁１の概略構成を、橋軸直交方向Ｘで切断した横断面図と、橋軸方向Ｙで切断した縦断面図とで示している。

橋梁１は、橋脚１１や橋台などの下部工と、橋桁１２などの上部工とによって主に構成される。通常、上部工は、下部工の上に支承部を介して設置される。本実施の形態では、橋脚１１の上面１１ｂに設置されたゴム支承１３，１３の上に、橋桁１２の橋軸方向Ｙの端部が載せられた構成を例にして説明する。

図１，２に例示した橋脚１１は、平面視略長方形又は平面視略長円形の四角柱状に鉄筋コンクリートによって構築されている。ここで、橋軸方向Ｙの側面となる鉛直面を橋軸面１１ａとする。

一方、図１，２に例示した橋桁１２は、橋軸方向Ｙに延伸される長尺の鉄筋コンクリート構造物又はプレストレストコンクリート構造物である。この橋桁１２は、橋軸直交方向Ｘに間隔を置いて平行に設けられる一対の主桁部１２１，１２１と、橋軸方向Ｙの端部となる橋脚１１上に設けられる横桁部１２２と、橋桁１２の上面を形成するスラブ１２３とによって、主に構成される。

横桁部１２２は、主桁部１２１，１２１の延伸方向（橋軸方向Ｙ）に略直交する向き（橋軸直交方向Ｘ）で、主桁部１２１，１２１間の間隙を塞ぐように設けられる。そして、主桁部１２１，１２１間に露出される、横桁部１２２の橋軸方向Ｙの側面となる鉛直面を、橋軸内面１２ａとする。

図５は、本実施の形態の落橋防止構造を模式的に説明する図である。この落橋防止構造は、橋脚１１の橋軸面１１ａに固定される下部ブラケット２と、橋桁１２の橋軸内面１２ａに固定される上部ブラケット３とによって主に構成される。

下部ブラケット２は、橋軸直交方向Ｘが長手方向となる正面視略長方形に形成され、橋軸直交方向Ｘの略中央に鉛直方向に延びる凹部２２が設けられる。そして、その凹部２２の両側には、橋軸方向Ｙに張り出される一対の受け部としての溝壁部２１，２１が設けられる。さらに、下部ブラケット２の上縁には、橋軸方向Ｙに棚状に張り出される棚部２３，２３が設けられる。

一方、上部ブラケット３は、鉛直方向が長手方向となる正面視略長方形の帯状に形成され、下端の両側から橋軸直交方向Ｘに張り出される突出部３２，３２がそれぞれ設けられる。

上部ブラケット３の橋桁１２より下方に垂下される垂下部３１は、下部ブラケット２の凹部２２に配置される。また、垂下部３１の下端の突出部３２，３２は、溝壁部２１，２１の下方にそれぞれ配置される。

続いて、下部ブラケット２と上部ブラケット３の詳細な構成について、図３，４を参照しながら説明する。まず、図３の４面図を参照しながら、下部ブラケット２について説明する。

図３は、中央に下部ブラケット２の正面図を示し、その上下に下部ブラケット２の平面図と底面図を示し、右側に下部ブラケット２の側面図を示している。下部ブラケット２は、例えば鋼板などの鋼材を溶接などで接合させることによって製作される。

下部ブラケット２は、長方形のベース板２４上に組み立てられる。ベース板２４の長手方向の略中央は、凹部２２の底面となる。この凹部２２は、垂下部３１の幅よりも僅かに広い幅でベース板２４の短手方向に縦断される。

凹部２２の両側面は、一対の溝壁部２１，２１によって形成される。溝壁部２１は、ベース板２４に対して直交させる長方形の側板部２１１と、側板部２１１の両端の凹部２２側に固定ボルト２１３によって接合されるスペーサ２１２，２１２とによって主に構成される。

スペーサ２１２は、凹部２２の幅を調整したり、溝壁部２１の端部を補強したりするために設けられる。また、側板部２１１の上端において、スペーサ２１２の反対側には棚部２３が設けられる。

長方形の棚部２３は、側板部２１１の上端からベース板２４の長手方向（橋軸直交方向Ｘ）に張り出されて、ベース板２４に接合される。そして、この棚部２３によって、橋軸方向Ｙに棚状に張り出される拡幅された桁座が形成される。

一方、側板部２１１の下端においては、スペーサ２１２の反対側に底板部２３１が設けられる。底板部２３１は、棚部２３と同じ形状で、棚部２３と略平行となるようにベース板２４に接合される。

また、棚部２３と底板部２３１との間は、側板部２１１と略平行となる複数の縦板２５，・・・によって接続される。縦板２５，・・・は、橋軸直交方向Ｘにほぼ等間隔でベース板２４に接合され、側板部２１１と縦板２５との間及び縦板２５，２５間のベース板２４には、複数のボルト穴２４１，・・・が穿孔される。このボルト穴２４１は、図１，２に示すように、下部ブラケット２を橋脚１１にアンカーボルト２６で固定する際に使用される。

図４は、中央に上部ブラケット３の正面図を示し、その上下に上部ブラケット３の平面図と底面図を示し、右側に上部ブラケット３の側面図を示している。上部ブラケット３は、例えば鋼板などの鋼材を溶接などで接合させることによって製作される。

上部ブラケット３の橋桁１２に固定させる上半部は、長方形の固定板３３上に組み立てられる。固定板３３の上端からは棚状に上蓋３３３が張り出される。上蓋３３３の下方には、上蓋３３３と略平行となる複数の上補強部３３２，・・・が固定板３３などに接合される。

上蓋３３３と上補強部３３２との間及び上補強部３３２，３３２間の固定板３３には、複数のボルト穴３３１，・・・が穿孔される。このボルト穴３３１は、図１，２に示すように、上部ブラケット３を橋桁１２にアンカーボルト３５で固定する際に使用される。

最下段の上補強部３３２の下方には、中段板３１１が固定板３３から橋軸方向Ｙに向けて棚状に張り出される。この中段板３１１の下面の略中央に、長方形状の垂下部３１の上端面が接合される。

上部ブラケット３の橋桁１２より下方に垂下させる下半部は、垂下部３１によって主に構成される。垂下部３１の下端両側には、水平方向（橋軸直交方向Ｘ）に突出された突出部３２，３２がそれぞれ形成される。すなわち、垂下部３１と突出部３２，３２とによって、略逆Ｔ字形が形成される。

垂下部３１の橋軸直交方向Ｘの両側縁には、帯状の側端板３４，３４が接合される。側端板３４は、上半部が固定板３３に直交した状態で接合されるとともに、下半部の略中央に垂下部３１の側縁が接合される。
さらに垂下部３１と側端板３４，３４との間は、中段板３１１と略平行となる複数の横リブ３１２，３１２と底リブ３１３とによって補強される。

次に、本実施の形態の落橋防止構造の構築方法、及び落橋防止構造の作用について説明する。
この落橋防止構造は、新設の橋梁にも既設の橋梁１にも設けることができる。本実施の形態では、既設の橋梁１に対して、補強のために落橋防止構造を設ける場合について説明する。

まず、橋脚１１の上端付近（上面１１ｂより少し下方）の橋軸面１１ａ側から、下部ブラケット２を取り付けるためのアンカー孔の削孔を行う。このアンカー孔の径は、アンカーボルト２６の径に合わせた大きさとする。

アンカー孔の削孔は、下部ブラケット２のボルト穴２４１，・・・の位置に合わせて行われるが、橋脚１１の主鉄筋の位置は避けて行う。削孔後、下部ブラケット２のベース板２４を橋軸面１１ａに接触させ、アンカー孔にアンカーボルト２６を挿入して定着させる。

アンカーボルト２６の定着は、アンカー孔に充填された接着材を介して行われ、アンカーボルト２６の頭部はナットなどを介してベース板２４に固定される。この結果、橋脚１１の橋軸面１１ａに、図３の正面図の状態で強固に下部ブラケット２が固定されることになる。

一方、橋桁１２の横桁部１２２の橋軸内面１２ａ側からは、上部ブラケット３を取り付けるためのアンカー孔の削孔を行う。このアンカー孔の径は、アンカーボルト３５の径に合わせた大きさとする。

アンカー孔の削孔は、上部ブラケット３のボルト穴３３１，・・・の位置に合わせて行われるが、横桁部１２２の主鉄筋の位置は避けて行う。削孔後、上部ブラケット３の固定板３３を橋軸内面１２ａに接触させ、アンカー孔にアンカーボルト３５を挿入して定着させる。

橋桁１２に固定された上部ブラケット３の垂下部３１は、下部ブラケット２の凹部２２に収容された状態となる。また、垂下部３１の下端両側から張り出された突出部３２，３２は、下部ブラケット２より下方に飛び出し、溝壁部２１，２１の真下にそれぞれ配置される。

主桁部１２１，１２１間に上部ブラケット３が取り付けられた段階では、主桁部１２１の内側面及びスラブ１２３の下面と上部ブラケット３との間には隙間が存在する。

この隙間には、セメント系硬化材としての間詰めコンクリート４又はモルタルなどを充填する。すなわち、主桁部１２１の内側面と側端板３４との間、及びスラブ１２３の下面と上蓋３３３との間を、間詰めコンクリート４を介して連続させる。

このようにして落橋防止構造が構築された橋梁１がある地盤に地震が起きると、図５に示すような様々な力が作用することになる。既設の橋梁１であれば、地震力に対抗させるための耐震構造が別途、設けられているが、橋軸直交方向Ｘの水平力Ｈに対しては、上部ブラケット３のせん断抵抗を加えることができる。すなわち、既存の水平力に対する耐力構造と上部ブラケット３とが協働して、水平力Ｈを分担することができる。

さらに、既存の橋梁１の設計では考慮されていない、津波や洪水などによって橋梁１が受ける力に対しても、本実施の形態の落橋防止構造を設けることで対抗させることができる。

津波などが橋梁１に襲来すると、橋軸直交方向Ｘからは、衝撃力や水圧が水平力Ｈとして作用する。また、この水平力Ｈによって、ゴム支承１３周辺には、橋桁１２が転倒する方向のモーメントＭが作用する。さらに、橋桁１２の下方からは、水没等によって上揚力Ｖが作用することになる。

これらの力に対して、水平力Ｈについては、上部ブラケット３の垂下部３１の橋軸直交方向Ｘの移動が溝壁部２１との接触で制限されることによって、せん断抵抗が発生する。

また、モーメントＭについては、橋桁１２が傾こうとすると、垂下部３１の下端の一方の突出部３２が溝壁部２１の下端に接触することによって、傾きが制限される。

さらに、上揚力Ｖについては、橋桁１２が浮き上がろうとすると、垂下部３１の下端の両方の突出部３２，３２が溝壁部２１，２１の下端と接触して、ゴム支承１３における上下の分離を防ぐことができる。

このように構成された本実施の形態の落橋防止構造では、橋脚１１と橋桁１２の橋軸方向Ｙの鉛直面（１１ａ，１２ａ）に上部ブラケット３と下部ブラケット２を固定し、上部ブラケット３の垂下部３１を下部ブラケット２の凹部２２に配置させる。

さらに、凹部２２には橋軸方向Ｙに張り出される一対の溝壁部２１，２１が設けられるとともに、垂下部３１の下端には溝壁部２１，２１の下方に配置される突出部３２，３２が設けられる。

すなわち、垂下部３１と溝壁部２１との接触によって、橋軸直交方向Ｘの水平力ＨやモーメントＭに直接的に抵抗させることができる。また、溝壁部２１と突出部３２との接触によって、モーメントＭだけでなく津波などによる上揚力Ｖにも抵抗させることができる。

このため、作用する力（Ｈ，Ｍ，Ｖ）に対して感度の高い構造となり、落橋や橋桁１２の流出を防ぐことができるうえに、震災による橋梁１の機能低下を最小限に抑えることが可能となる。

また、受け部が凹部２２の側面となる壁状に形成された溝壁部２１となっているので、下部ブラケット２を軽量化することができ、橋脚１１の自重の増加などの負担増加を最小限に抑えることができる。

さらに、下部ブラケット２や上部ブラケット３を構成する鋼板などの部材は、地震力や津波などを受けた際に変形しても簡単に取り換えることができる。例えば、上述した力（Ｈ，Ｍ，Ｖ）が作用した場合は、側端板３４、側板部２１１、垂下部３１、突出部３２などが変形したり、破損したりする可能性があるが、それらの損傷した部材を部分的に取り換えるだけで、機能を回復させることができる。特に、側端板３４を交換しやすい取付構造として、側端板３４に損傷が集中するようにすることで、部分的な交換で容易に修繕を行うことができるようになる。

また、下部ブラケット２の上縁に橋軸方向Ｙに棚状に張り出される棚部２３が設けられていれば、橋桁１２が橋軸方向Ｙに移動して橋脚１１から落ちそうになっても、棚部２３に載ることで落橋を防ぐことができる。すなわち、棚部２３によって桁座が拡幅されたことになり、想定外の大規模地震時の落橋防止機能となる桁かかり長を延長させることができる。

さらに、突出部３２，３２が垂下部３１に一体に形成されていれば、上揚力ＶやモーメントＭによって突出部３２に大きな力が作用した場合に、垂下部３１が変形しながら一体になって抵抗させることができるので、靭性を高めることができる。

そして、下部ブラケット２及び上部ブラケット３をアンカーボルト２６，３５によって固定させる構成であれば、橋脚１１及び橋桁１２に与える影響がアンカー孔の削孔のみと最小限に抑えることができるうえに、強固な固定とすることができる。

さらに、上部ブラケット３と橋桁１２との隙間に間詰めコンクリート４が充填されていれば、橋桁１２に作用した力を効率的に上部ブラケット３に伝達させて、両者を一体に挙動させることができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば前記実施の形態では、壁状の溝壁部２１を受け部として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば直方体状の受け部を設けることもできる。また、前記実施の形態では、一対の溝壁部２１，２１が一つの下部ブラケット２に設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、凹部を挟んで別体の受け部が設けられる構成とすることもできる。

さらに、前記実施の形態で説明した橋脚１１、橋桁１２及びゴム支承１３は例示であり、これに限定されるものではなく、別の形態の下部工、上部工及び支承部にも本発明を適用することができる。また、前記実施の形態では、既設の橋梁１を補強する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、新設の橋梁の建設時に本発明の落橋防止構造を同時に設けることもできる。

１ 橋梁
１１ 橋脚（下部工）
１１ａ 橋軸面（鉛直面）
１２ 橋桁（上部工）
１２ａ 橋軸内面（鉛直面）
２ 下部ブラケット
２１ 溝壁部（受け部）
２２ 凹部
２３ 棚部
２６ アンカーボルト
３ 上部ブラケット
３１ 垂下部
３２ 突出部
３５ アンカーボルト
４ 間詰めコンクリート（セメント系硬化材）
Ｘ 橋軸直交方向
Ｙ 橋軸方向

Claims (6)

1. 橋梁の下部工と上部工とを接続させる落橋防止構造であって、
   前記下部工の橋軸方向の鉛直面に固定される下部ブラケットと、
   前記上部工の橋軸方向の鉛直面に固定される上部ブラケットとを備え、
   前記下部ブラケットは、鉛直方向に延びる中央の凹部を挟んだ両側に橋軸方向に張り出される一対の受け部を有するとともに、
   前記上部ブラケットは、前記凹部に配置される垂下部と、前記垂下部の下端両側から橋軸直交方向に張り出されて前記受け部の下方に配置される突出部とを有していることを特徴とする落橋防止構造。
2. 前記受け部は、前記凹部の側面となる壁状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の落橋防止構造。
3. 前記下部ブラケットは、上縁に橋軸方向に棚状に張り出される棚部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の落橋防止構造。
4. 前記突出部は、前記垂下部に一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の落橋防止構造。
5. 前記下部ブラケットはアンカーボルトによって前記下部工に固定されているとともに、前記上部ブラケットもアンカーボルトによって前記上部工に固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の落橋防止構造。
6. 前記上部ブラケットと前記上部工との隙間には、セメント系硬化材が充填されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の落橋防止構造。