JP6534628B2 - 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、偏向ブラケットによって折り曲げられたベルトで橋台と橋桁とを連結させることで、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のみ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、簡単な構成で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、前記下部ブラケットと前記上部ブラケットとを連結させる連結材と、前記下部工上において前記上部工の橋軸直交方向の両側に設置された突起体とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記連結材は、ＰＣ鋼材とすることができる。また、前記突起体と前記橋桁との間に、衝撃緩衝材が介在されている構成とすることができる。さらに、前記連結材は、鉛直に配置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。

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、連結材によって下部ブラケットと上部ブラケットとを連結させる。また、下部工上において上部工の橋軸直交方向の両側に突起体が設置される。

このように上下のブラケットを連結材で連結し、突起体を上部工の両側に設置するという簡単な構成で、震災による橋梁の機能低下を最小限に抑えることができる。

また、連結材がＰＣ鋼材であれば、津波などによって上揚力が作用して連結材に一時的に強い引張り力が作用しても、破断させることなく落橋防止機能を発揮させ続けることができる。

さらに、突起体と橋桁との間に、衝撃緩衝材が介在されていれば、津波などによって衝撃力が作用した場合にも、橋桁を損傷させることなく、橋軸直交方向の水平力に対抗させることができる。

また、連結材が鉛直に配置されていれば、折り曲げたり斜めにしたりして配置された場合と比べて、上揚力のような鉛直方向の力に対して直接的に反応させることができる。

そして、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。

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、下部ブラケット２と上部ブラケット３とを連結させる連結材（４）と、橋脚１１の上面１１ｂにおいて橋桁１２の橋軸直交方向Ｘの両側に設置された突起体としてのせん断ブロック５，５とによって主に構成される。

下部ブラケット２と上部ブラケット３は、連結材としてのＰＣケーブル４の下端４ａと上端４ｂを定着させるために、橋脚１１と橋桁１２にそれぞれ固定される部材である。

また、せん断ブロック５は、橋脚１１に対する橋桁１２の橋軸直交方向Ｘの相対変位を抑えるための部材である。せん断ブロック５には、コンクリートやモルタルを例えば直方体状に成形した、自重の大きな部材が使用できる。

このせん断ブロック５は、あと施工アンカー５２，・・・・によって橋脚１１の上面１１ｂに固定させる。また、せん断ブロック５と橋桁１２の主桁部１２１との間には、衝撃緩衝材５１を介在させる。この衝撃緩衝材５１には、ゴム、合成樹脂材などが使用できる。

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の下部には、ＰＣケーブル４の下端４ａを定着させるための下定着部２１が接合される。

下定着部２１は、台形状（図では六角形）に成形された部材の底辺を、ベース板２４に対して直交させて接合させる。この下定着部２１には、ＰＣケーブル４を通すための挿通穴２１２が穿孔される。

橋軸方向Ｙに向けて棚状に張り出される下定着部２１の下面側は、直角三角形状（図では五角形）の方杖板２１１，２１１によって支持される。このため、下定着部２１に下向きの大きな力が作用しても、変形を最小限に抑えることができる。

一方、下定着部２１の上面側には、略平行に一対のガイド板２２，２２が設けられる。このガイド板２２は、長方形に成形され、長手方向を鉛直方向に向けてベース板２４と下定着部２１に接合される。このため、下定着部２１に上向きの大きな力が作用しても、変形を最小限に抑えることができる。

このガイド板２２，２２間には、ＰＣケーブル４が敷設される。また、ガイド板２２，２２間の上部は、前面板２２１によって塞がれる。さらに、ガイド板２２の上部側面は、平面視五角形の補強板２３によって補強される。

また、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２５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。

上定着部３１は、台形状（図では六角形）に成形された部材の底辺を、ベース板３４に対して直交させて接合させる。この上定着部３１には、ＰＣケーブル４を通すための挿通穴３１２が穿孔される。

橋軸方向Ｙに向けて棚状に張り出される上定着部３１は、上述した下定着部２１よりも長く張り出される。すなわち図２に示すように、上部ブラケット３を取り付ける橋軸内面１２ａは、下部ブラケット２を取り付ける橋軸面１１ａよりも奥まった位置（橋脚１１の中心側）に配置されるため、ＰＣケーブル４を鉛直に配置するために、上定着部３１の張出し量を長くする。

図４に示すように上定着部３１の上面側は、直角三角形状（図では五角形）の吊り板３１１，３１１によって支持される。このため、上定着部３１に上向きの大きな力が作用しても、変形を最小限に抑えることができる。

一方、上定着部３１の下面側には、略平行に一対のガイド板３２，３２が設けられる。このガイド板３２は、長方形に成形され、鉛直方向に向けてベース板３４と上定着部３１に接合される。このため、上定着部３１に下向きの大きな力が作用しても、変形を最小限に抑えることができる。

このガイド板３２，３２間には、ＰＣケーブル４が敷設される。また、ガイド板３２，３２間の下部は、前面板３２１によって塞がれ、内部には中板３２２が介在される。さらに、ガイド板３２の下部側面は、平面視五角形の補強板３３によって補強される。

また、ベース板３４には、複数のボルト穴３４１，・・・が穿孔される。このボルト穴３４１は、図１，２に示すように、上部ブラケット３を橋脚１１にアンカーボルト３５で固定する際に使用される。

そして、下部ブラケット２と上部ブラケット３に定着されるＰＣケーブル４は、ＰＣ鋼材である複数のＰＣ鋼より線によって主に構成される。ＰＣ鋼より線の外周は、被覆材４３によって覆われて防錆処理が施されている。

ＰＣケーブル４の下端４ａ及び上端４ｂ付近には、保護チューブ４４を介してネジ溝が設けられており、支圧板４１とナット４２とによって定着が行われる。すなわち、下端４ａ又は上端４ｂを支圧板４１の穴に通して、支圧板４１を下定着部２１又は上定着部３１に接触させ、ナット４２を締め付けることで固定させる。

また、ＰＣケーブル４は、下部ブラケット２においてはガイド板２２，２２間の略中央に配置されるとともに、前面板２２１とベース板２４との間を通って上方に延びる。一方、上部ブラケット３におけるＰＣケーブル４は、前面板３２１と中板３２２との間を通って、ガイド板３２，３２間の略中央を通りながら上方に延びる。

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２５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２５を挿入して定着させる。

アンカーボルト２５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２５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３４１，・・・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のベース板３４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。

そして、上定着部３１の上面に、挿通穴３１２の位置に合わせて支圧板４１を載せ、上端４ｂにナット４２を装着したＰＣケーブル４を挿通穴３１２に通す。ＰＣケーブル４は、ガイド板３２，３２間を通って前面板３２１と中板３２２との間に通される。

橋脚１１側に垂れ下がったＰＣケーブル４は、前面板２２１とベース板２４との間を通ってガイド板２２，２２間に敷設される。そして、挿通穴２１２から突出させたＰＣケーブル４の下端４ａに、下定着部２１の下面側から支圧板４１とナット４２を装着して、ナット４２を締め付ける。

一方、橋脚１１の上面１１ｂにおいては、主桁部１２１，１２１の外側面側にそれぞれせん断ブロック５，５を設置する。この際、主桁部１２１の外側面とせん断ブロック５の側面との間には、衝撃緩衝材５１を介在させる。また、せん断ブロック５は、あと施工アンカー５２，・・・によって橋脚１１に固定させる。

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、せん断ブロック５の自重及びあと施工アンカー５２，・・・による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せん断ブロック５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、衝撃緩衝材５１によって衝撃力が緩衝された力が橋桁１２からせん断ブロック５に作用することになるが、せん断ブロック５が抵抗になって橋桁１２の橋軸直交方向Ｘの移動が制限される。また、モーメントＭについては、橋桁１２が傾こうとすると、橋桁１２の両側のせん断ブロック５，５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、ＰＣケーブル４によって連結された下部ブラケット２と上部ブラケット３との間は離隔が広がらないので、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、ＰＣケーブル４によって下部ブラケット２と上部ブラケット３とを連結させる。また、橋脚１１の上面１１ｂにおいて橋桁１２の橋軸直交方向Ｘの両側にせん断ブロック５，５が設置される。

このように上下のブラケット（２，３）をＰＣケーブル４で連結し、せん断ブロック５，５を橋桁１２の両側に設置するという簡単な構成で、震災による橋梁１の機能低下を最小限に抑えることができる。

すなわち、せん断ブロック５と橋桁１２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、ＰＣケーブル４による橋脚１１と橋桁１２との連結によって、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、ＰＣケーブル４であれば、津波などによって上揚力Ｖが作用してＰＣケーブル４に一時的に強い引張り力が作用しても、破断させることなく落橋防止機能を発揮させ続けることができる。

さらに、せん断ブロック５と橋桁１２との間に、衝撃緩衝材５１が介在されていれば、津波などによって衝撃力が作用した場合にも、橋桁１２を損傷させることなく、橋軸直交方向Ｘの水平力Ｈに対抗させることができる。

また、ＰＣケーブル４が鉛直に配置されていれば、鉛直方向の上揚力Ｖに対して断面積の全面で対抗させることができる。要するに折り曲げたり斜めにしたりして配置された連結ケーブルと比べて、上揚力Ｖのような鉛直方向の力に対して直接的に反応させることができる。

さらに、ＰＣケーブル４は、地震力や津波などによって大きな力を受けた後や経年劣化した場合でも、簡単に取り換えることができる。また、鋼材で製作されてアンカーボルト２５，３５を介して固定された下部ブラケット２と上部ブラケット３も、損傷した部材を部分的に取り換えたり、修繕したりを容易に行うことができる。

さらに、ＰＣケーブル４で橋桁１２を橋脚１１に連結させる構造であれば、大きな上揚力Ｖが作用した場合でも、ＰＣケーブル４の伸び率の範囲でねばり強く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２５，３５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。

また、図２に示すように、上部ブラケット３の張出し量が下部ブラケット２の張出し量より長い場合は、橋桁１２の横桁部１２２の位置を橋脚１１の内側に配置することができる。既存の橋梁１で、もともと橋軸面１１ａと橋軸内面１２ａとの位置が図のようにずれている場合は、上下のブラケット（２，３）をそのまま取り付けることができる。

これに対して、橋軸面１１ａと橋軸内面１２ａとの位置が近い場合は、橋脚１１の上部を橋軸方向Ｙに拡幅させて対応させることができる。この結果、橋脚１１の上面１１ｂによる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。

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。

さらに、前記実施の形態では、連結材としてＰＣケーブル４を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ＰＣ鋼棒などのＰＣ鋼材を連結材とすることもできる。また、ＰＣ鋼材以外の、引張り力の高い線状又は棒状部材を連結材にすることもできる。

また、前記実施の形態では、突起体としてせん断ブロック５を設置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、鋼製ブロックをあと施工アンカー５２で固定することによって突起体を形成することもできる。

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 下定着部
２５ アンカーボルト
３ 上部ブラケット
３１ 上定着部
３５ アンカーボルト
４ ＰＣケーブル（連結材、ＰＣ鋼材）
５ せん断ブロック（突起体）
５１ 衝撃緩衝材
Ｘ 橋軸直交方向
Ｙ 橋軸方向

Claims (3)

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、
   前記下部ブラケットと前記上部ブラケットとを連結させる連結材と、
   前記下部工上において前記上部工の橋軸直交方向の両側に設置された突起体とを備え、
   前記連結材は、鉛直に延伸されたＰＣ鋼材であることを特徴とする落橋防止構造。
2. 前記突起体と前記上部工との間に、衝撃緩衝材が介在されてい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又は２に記載の落橋防止構造。