JP6594062B2 - 橋梁耐震装置のスライド機構 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁の橋脚と上部構造の間に設ける橋梁耐震装置のスライド機構に関するものである。

従来、橋脚に配設された可動支承を介して橋桁を支持する橋梁において、想定以上の地震動が発生した場合に、地震動のエネルギーを吸収して減衰力を生じさせるとともに、許容量以上の可動支承の移動を制限するための橋梁耐震装置が用いられている。

このような橋梁耐震装置としては、例えば、橋梁の下部構造の橋脚と上部構造の主桁の間に免震支承を設けるとともに、一軸方向に動作するダンパーを橋軸直角方向に設けたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この提案では、橋脚中央部にブラケットを設け、このブラケットにダンパーの一端を固定するとともに、他の一端を主桁に固定している。

また、ブラケットとダンパーの接続及び主桁とダンパーの接続は、クレビスにより上下方向の変位に対して可動するように接続されている。このような構造の橋梁耐震装置では、ダンパーが一軸方向の伸縮動作を行うため、主として免震支承の橋軸直角方向の移動に対してダンパーが作用し、免震支承の変位を制限している。

一方、近年、橋梁の橋脚と上部構造の間に配設する可動支承に対しては、大きな地震動に対しても確実に可動支承の移動を制限できるように、可能な限り省スペースに設置でき、特定の方向に確実に動作する橋梁耐震装置が望まれている。

特開２００２−１８０４１８号公報

しかしながら、特許文献１の橋梁耐震機構では、ダンパーの取り付けが２本の主桁を挟んだ中央部に位置するブラケットと主桁の側面であるため、設置空間が主桁間に限られてしまう。そのため、１主桁に対して片側にダンパーを設置するかたちとなり、さらに両端にクレビスを備える必要があるため、橋脚と上部構造との間の限られたスペースを大きく占有してしまうといった問題があった。

また、地震動による橋軸方向の可動支承の移動があった場合には、ダンパーの伸縮機能が橋軸直角方向と橋軸方向に分散され、橋梁耐震機構としての能力を発揮できないといった問題があった。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成とすることにより、橋脚と上部構造との間の限られたスペースに対して種々の設置バリエーションに対応でき、如何なる方向からの地震動に対しても、可動支承の特定方向の移動を確実に制限可能な橋梁耐震装置のスライド機構を提供することを課題としている。

本発明の橋梁耐震装置のスライド機構は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであって、以下のことを特徴としている。

第１に、橋脚に配設された可動支承を介して橋桁を支持する橋梁において、前記可動支承の動作を制限するための橋梁耐震装置のスライド機構であって、前記橋梁耐震装置が、一軸方向に伸縮するダンパーと、該ダンパーを複数基直列に連結させるための接続部材と、該接続部材に設けられた、断面形状が矩形又は円形の駒部材と、前記駒部材を摺動可能に保持する溝部を有する凹形状に形成されたガイドレールを備え、前記複数基直列に連結されたダンパーの両端が橋脚又は橋桁に固定され、前記ガイドレールが橋桁又は橋脚に、前記ダンパーの伸縮する一軸方向に対して直角方向に固定されていることを特徴とする。

第２に、橋脚に配設された可動支承を介して橋桁を支持する橋梁において、前記可動支承の動作を制限するための橋梁耐震装置のスライド機構であって、前記橋梁耐震装置が、長尺のロッドと、該ロッドが圧入して嵌合され、前記ロッドの長尺方向に摩擦抵抗力をもって移動可能なダイスからなるダンパーと、前記ダイスに設けられた駒部材と、前記駒部材を摺動可能に保持するガイドレールを備え、前記ロッドの両端が橋脚又は橋桁に固定され、前記ガイドレールが橋桁又は橋脚に、前ロッドの長尺方向に対して直角方向に固定されていることを特徴とする。

第３に、上記第１又は第２の発明において、前記ダンパーが摩擦ダンパーであることが好ましい。

第４に、上記第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記ダンパーの両端が、ブラケットを介して橋脚又は橋桁に固定されていることが好ましい。

第５に、上記第１から第４の発明のいずれかにおいて、ガイドレールが、橋軸に対して平行に設けられていることが好ましい。

本発明によれば、コンパクトな構成とすることにより、橋脚と上部構造との間の限られたスペースに対して種々の設置バリエーションに対応でき、如何なる方向からの地震動に対しても、可動支承の特定方向の移動を確実に制限可能な橋梁耐震装置のスライド機構を提供することができる。

本発明に係る橋梁耐震装置のスライド機構の一実施形態の概略正面図である。 本発明に係る橋梁耐震装置のスライド機構を設置した橋脚を上から見た部分透視概略図である。 （ａ）は、ダンパーを示す概略図であり、（ｂ）は、ダイスの前後部を内筒が拘束し、緩衝材がない場合の概略縦断面図、（ｃ）は、ダイスの前後部と内筒の間に緩衝材を設けた場合の概略縦断面図である。 （ａ）は、左右のダンパーを別個に固定する分離したブラケットの概略図であり、（ｂ）は、左右のダンパーの固定部を一体化したブラケットの概略図である。 橋梁耐震装置のスライド機構を上から見た駒部材の断面形状を示す概略図であり、（ａ）は、長方形、（ｂ）は正方形、（ｃ）は円形の実施形態を示す。 ロッドとダイスからなるダンパーを用いた、他の実施形態の橋梁耐震装置のスライド機構を示す概略正面図である。 ゴム支承の構造を示す概略図である。 橋桁に３方向から力が加わった場合の、力の分解の状態を説明するための概略図である。

本発明の橋梁耐震装置のスライド機構は、橋脚に配設された可動支承を介して橋桁を支持する橋梁において、可動支承の動作を制限するための橋梁耐震装置のスライド機構である。

以下、本発明に係る橋梁耐震装置のスライド機構の実施形態について、図面を用いて詳述する。図１は、本発明に係る橋梁耐震装置のスライド機構を示す概略正面図であり、図２は、本発明に係る橋梁耐震装置のスライド機構を設置した橋脚を上から見た部分透視概略図である。

本実施形態の橋梁耐震装置３は、橋脚１に配設された可動支承２を介して橋桁を支持する橋梁において、可動支承２の動作を制限するための橋梁耐震装置３のスライド機構であって、一軸方向に伸縮するダンパー４と、ダンパー４を複数基直列に連結させるための接続部材３１と、接続部材３１に設けられた駒部材３２と、駒部材３２を摺動可能に保持するガイドレール３３を備えている。

ダンパー４は、移動方向に逆向きの抵抗力として作用するダンパー４であれば特に制限なく用いることができ、例えば、摩擦ダンパー、摩擦ダンパー以外のダンパーを挙げることができる。

摩擦ダンパーは、摩擦力が移動方向に逆向きの抵抗力として作用することを利用した減衰機構を有するもので、より具体的には、柱体の外面と筒体の内面が摺動して、一定の摩擦荷重を保持したまま軸方向に変位する機構を有し、柱体の外面と筒体の内面の摩擦により、震動エネルギーを熱エネルギーに変え、吸収するものを用いるのが望ましい。

また、柱体、筒体は、円形、角形等の形状のものでよいが、強度等の観点から、特に円形のものが望ましい。摩擦ダンパーの構成要素の材質の一実施形態としては、柱体が銅合金であり、筒体が合金工具鋼のものが挙げられる。また、より安定した摩擦荷重を得るために、柱体と筒体の摩擦面には、被膜潤滑剤を塗布してあるのが望ましい。また、他の実施形態としては、柱体と筒体が炭素鋼鋼管で、柱体と筒体がより安定した摩擦力を得るために、筒体の内面にポリテトラフルオロエチレン系の摩擦材を被覆してあるものが挙げられる。

このような柱体と筒体から構成される摩擦ダンパーは、比較的単純な構造であるため、経済的で、繰り返しに対し高い耐久性があり、疲労寿命を考慮する必要がなく、エネルギー吸収装置として高い信頼性が得られるとともに、優れたメンテナンス性を得ることができる。

摩擦ダンパー以外のダンパーとしては、例えば鋼製ダンパー、粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、ゴム製ダンパー等を挙げることができる。また、鋼製ダンパーとしては軸降伏型ダンパー、曲げ降伏型ダンパー、せん断降伏型ダンパー等を挙げることができる。

摩擦ダンパー又は摩擦ダンパー以外のダンパーを設置する橋脚１及び設置基数については、橋梁の設計において地震動のエネルギーを吸収するために必要な有効抵抗力を計算し、また設置スペースや橋梁各部位の強度等設計に応じて所望の位置、基数を適宜設定、設置することができる。

図３（ａ）にダンパー４の概略図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）のダンパー４の一実施形態の縦断面図であり、ダイス４２の前後部を内筒が拘束している場合を示している。この構成では、柱状体のロッド４１と、内筒４３に拘束された円筒体のダイス４２を嵌合させて、ロッド４１の外面と、ダイス４２の円筒体の内面との摺動の摩擦により、地震動等のエネルギーを熱エネルギーに変換し、エネルギーを吸収するようにしている。

図３（ｃ）は、図３（ａ）のダンパー４の他の実施形態の縦断面図であり、ダイス４２の前後部と内筒４３の間に緩衝材４５を設け、ダイス４２の前後部を内筒４３が拘束しない構成を示している。この構成は、ダイス４２の前後部と内筒４３の間に緩衝材４５を設けることにより、内筒４３に軸方向の動きに対して緩衝材４５による伸び縮み（遊び）を持たせている。緩衝材としては、バネを用いるのが望ましい。

本実施形態においては、上記２基のダンパー４を直列かつ一直線状に連結可能な接続部材３１により連結して用いている。連結は、２基のダンパー４の外筒を向い合せるように接続部材３１の左右に設けられた連結孔に嵌合され、強固に固定されている。なお、この固定はダンパー４の端部にクレビスを設け、このクレビスを連結部材に固定するようにしてもよい。

接続部材３１の材質は、ダンパー４の伸縮とスライドによりかかる力に対して容易に崩壊しないものであれば特に制限はないが、通常、鋼材、コンクリート、樹脂等を挙げることができる。

また、２基のダンパー４の両端部は、橋脚１に固定するためにブラケット５に固定されている。ブラケット５は、図４（ａ）に示すように左右のダンパー４それぞれを別個に固定するように分離したタイプや、図４（ｂ）に示すように左右のダンパー４を一体として固定するように一体化したタイプが考慮される。作業性等を考慮し、設置するブラケット５のサイズや重量が大きい場合は、別箇に固定してもよく、ブラケット５のサイズや重量が大きくなく容易に取り扱える場合は、一体化して固定してもよい。

また、連結部材の上部には駒部材３２が設けられており、この駒部材３２を摺動可能に保持するガイドレール３３が橋梁の上部構造に固定されている。

具体的には、正面断面が矩形に形成された駒部材３２に、長手方向に対して直角方向の断面が、溝部を有する逆凹形状に形成されたガイドレール３３に形成された溝部３４に摺動自在に保持され、容易に外れないようになっている。

また、ガイドレール３３は、ダンパー４が伸縮する一軸方向に対して直角方向に橋桁に固定されている。すなわち、橋梁耐震装置３が、ダンパー４が伸縮する一軸方向に対してガイドレール３３に沿って直角方向にスライドするようになっている。

なお、駒部材３２を上部から見た断面形状は、ガイドレール３３に保持される大きさ及び形状であれば特に制限はなく、例えば、図５（ａ）に示すような長方形や、図５（ｂ）に示す正方形、図５（ｃ）に示す円形とすることができる。

これらの中でも、図５（ｃ）に示す円形、即ち、円柱状の駒部材３２とするのが好ましい。このように円柱状の駒部材３２を用いることにより、図５（ｃ）に示すように、橋桁が本来の橋軸方向に対して左右に振れ、橋桁６に固定したガイドレール３３が矢印方向に左右に振れる場合でも、駒部材３２がガイドレール３３内で回転し、ストレスなくスムーズに摺動させることができる。

また、本発明の橋梁耐震装置３のスライド機構においては、上記実施形態のほか、他の実施形態として、図６に示すような、長尺のロッドと、ロッドに圧入して嵌合され、ロッドの長尺方向に摩擦抵抗力をもって移動可能なダイスのみからなるダンパー７を用いることができる。このダンパー７は、ロッド８に対する貫通孔を有するダイス９の嵌合、即ち、ロッド８表面とダイス９の貫通孔の内面との接触圧力により摩擦抵抗力を有する摩擦ダンパーである。

また、ダンパー７のダイス９の上部には駒部材７１が設けられており、この駒部材７１を摺動可能に保持するガイドレール３３が橋梁の上部構造に固定されている。なお、この他の実施形態の橋梁耐震装置３のスライド機構における駒部材７１とガイドレール３３の構成については、上記実施形態と同様である。

この、他の実施形態の橋梁耐震装置３のスライド機構におけるダンパー７の固定は、１本のロッド８の両端を橋脚１に固定する。このロッド８の両端の橋脚１への固定はブラケット５を介して固定することができ、ブラケット５に対するダンパー７の取り付けは上記実施形態の橋梁耐震装置３のスライド機構と同様とすることができる。

本発明の橋梁耐震装置のスライド機構は、可動支承２が設置された橋梁であれば、橋脚１と橋梁の上部構造の間の如何なる場所に対しても設置することができる。これは、本発明の橋梁耐震装置のスライド機構が可動支承２に直接固定するものではなく、橋脚１と橋桁６の間の空間に独立して設置でき、可動支承２の移動範囲を制限できる機構を有しているためである。

また、橋梁耐震装置３のスライド方向は、通常、橋軸直角方向の可動支承２の移動を制限するために、橋軸方向にスライドする方向、即ち、橋桁６に対して平行方向に設置するが、これに限定されるものではなく、橋軸方向から橋軸直角方向の間の如何なる角度にもスライドするように設置することができる。

本発明の橋梁耐震装置のスライド機構は、上記のようにコンパクトな構成とすることにより、橋脚１と橋桁６等の上部構造との間の限られたスペースに対する種々の設置バリエーションに対応することができる。

なお、本発明の橋梁耐震装置３のスライド機構が適用可能な可動支承２は、可動支承２上部が移動する支承であればよく、免震機能を有するもの、有さないもの双方適用可能である。このようなものとしては、例えば、ゴム支承、転がり支承、滑り支承等を挙げることができる。これらの中でもゴム支承に対する適用が好ましい。ゴム支承としては、安定したバネ性能を有する天然ゴム系積層ゴム、減衰機能を併せ持つ高減衰積層ゴム、鉛プラグ入り積層ゴム等を用いたゴム支承を挙げることができる。

図７にゴム支承の構造概略図を示す。ゴム支承２は、通常、橋脚１上にアンカーボルト２６により固定されたベースプレート２０の上に、下沓２１、積層ゴム部材２２、上沓２３の順で設置されている。また、上沓２３と積層ゴム部材２２及び下沓２１と積層ゴム部材２２の間には、部分的に水平方向の移動を制限するためのせん断キー２４が設けられている。そして、上沓２３の上にフランジ、ウェブ等を介して橋梁の上部構造が設置される。このような構造により、地震動等により橋梁上部に対して水平方向に力が加わった場合、ゴム支承２の弾性により地震動を減衰させることができる。

以下、本発明の橋梁耐震装置のスライド機構の動作について説明する。図８に、橋梁耐震装置のスライド機構を橋軸直角方向にダンパー４が動作し、橋軸方向にスライドするように設置した状態を示す概略図を示す。

本実施形態においては、例えば、地震動が矢印Ａ方向に加わった場合にはダンパー４が動作して橋軸直角方向の可動支承２の移動を制限する。また、地震動及び温度による橋桁の伸縮が矢印Ｂ方向に加わった場合にはダンパー４は動作せず、橋軸方向に橋梁耐震装置３がスライドする。

また、地震動が矢印Ｃ方向に加わった場合にはＣ方向の力は橋軸直角方向（矢印Ａ方向）と橋軸方向（矢印Ｂ方向）に分解され、橋軸直角方向（矢印Ａ方向）の力に対してはダンパー４が動作し、橋軸方向（矢印Ｂ方向）の力に対しては橋梁耐震装置３がスライドする。

これらの橋梁耐震装置３の動作からもわかるように、橋梁に対して如何なる方向から地震動が加わった場合でもその力は分解され、橋軸方向の力は橋梁耐震装置３がスライドすることにより解消される。そして、橋軸直角方向にかかる力はダンパー４が伸縮する一軸方向に対してのみ効率的かつ確実に吸収することができる。

以上、本発明の橋梁耐震装置３のスライド機構を実施形態に基づいて説明したが、本発明の橋梁耐震装置のスライド機構は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、上部構造の主脚にガイドレール３３を固定し、橋脚１にブラケット５を固定したが、これとは上下を逆にして、橋脚１にガイドレール３３を固定し、橋桁６にブラケット５を固定する構成とすることもできる。

また、上記実施形態では、橋梁耐震装置３のスライド機構の固定部材３１又はダイス９に駒部材３２、７１を設けたが、固定部材３１又はダイス９を橋桁６に固定するとともに、ブラケット５の下部に駒部材３２を固定し、駒部材３２を摺動自在に支持するガイドレール３３を橋脚１に固定する構成とすることもできる。

１ 橋脚
２ 可動支承
３ 橋梁耐震装置
３１ 接続部材
３２ 駒部材
３３ ガイドレール
３４ 溝部
４ ダンパー
５ ブラケット
６ 橋桁
７ ダンパー
８ ロッド
９ ダイス

Claims (5)

1. 橋脚に配設された可動支承を介して橋桁を支持する橋梁において、前記可動支承の動作を制限するための橋梁耐震装置のスライド機構であって、
   前記橋梁耐震装置が、一軸方向に伸縮するダンパーと、
   該ダンパーを複数基直列に連結させるための接続部材と、
   該接続部材に設けられた、断面形状が矩形又は円形の駒部材と、
   前記駒部材を摺動可能に保持する溝部を有する凹形状に形成されたガイドレールを備え、
   前記複数基直列に連結されたダンパーの両端が橋脚又は橋桁に固定され、前記ガイドレールが橋桁又は橋脚に、前記ダンパーの伸縮する一軸方向に対して直角方向に固定されていることを特徴とする橋梁耐震装置のスライド機構。
2. 橋脚に配設された可動支承を介して橋桁を支持する橋梁において、前記可動支承の動作を制限するための橋梁耐震装置のスライド機構であって、
   前記橋梁耐震装置が、長尺のロッドと、該ロッドが圧入して嵌合され、前記ロッドの長尺方向に摩擦抵抗力をもって移動可能なダイスからなるダンパーと、
   前記ダイスに設けられた駒部材と、
   前記駒部材を摺動可能に保持するガイドレールを備え、
   前記ロッドの両端が橋脚又は橋桁に固定され、前記ガイドレールが橋桁又は橋脚に、前ロッドの長尺方向に対して直角方向に固定されていることを特徴とする橋梁耐震装置のスライド機構。
3. 前記ダンパーが摩擦ダンパーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の橋梁耐震装置のスライド機構。
4. 前記ダンパーの両端が、ブラケットを介して橋脚又は橋桁に固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の橋梁耐震装置のスライド機構。
5. ガイドレールが、橋軸に対して平行に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の橋梁耐震装置のスライド機構。

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