JP6671612B2 - Viaduct collapse prevention structure - Google Patents
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Description
本発明は、橋脚と横梁を有する高架橋の倒壊防止構造に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a viaduct and cross-over prevention structure having a bridge and a cross beam.
従来、高架橋では上部構造（桁）が横梁上面に設置され支承で支持されている。この支承が東北太平洋沖地震クラスの極大地震動によって破壊した場合、上部構造が水平方向に大きく移動し下部構造である橋脚と横梁から落下する可能性がある。 Conventionally, in a viaduct, an upper structure (girder) is installed on the upper surface of the cross beam and supported by a bearing. If this bearing is destroyed by a strong ground motion in the class of the Tohoku-Pacific Ocean Earthquake, the superstructure may move largely in the horizontal direction and fall from the piers and cross beams which are the substructure.
これを防止する目的で設置されるのが落橋防止装置である。落橋防止装置は橋脚が致命的な損傷に至っていない場合に有効に機能する。しかしながら、橋脚が倒壊した場合には無力であり高架橋全体の倒壊につながる。 A bridge prevention device is installed to prevent this. The fall prevention device functions effectively when the pier has not been fatally damaged. However, if the pier collapses, it is powerless and the entire viaduct collapses.
この種の落下防止装置として、上部構造端部と下部構造または隣接する上部構造端部同士をPCケーブルによって連結することにより、支承損壊後の上部構造の移動をPCケーブルによって制限し落橋を防止するもの（特許文献１参照）がある。
また、PCケーブル式と同様に、上部構造端部と下部構造を鋼製のチェーンによって連結し，上部構造の移動を制限することにより落橋を防止するもの（特許文献２参照）がある。
As a fall prevention device of this type, by connecting the end of the upper structure to the lower structure or the end of the adjacent upper structure with a PC cable, the movement of the upper structure after damage to the bearing is restricted by the PC cable, and the bridge is prevented from falling. (See Patent Document 1).
Further, similarly to the PC cable type, there is one in which the upper structure end and the lower structure are connected by a steel chain to restrict the movement of the upper structure to prevent a bridge from falling (see Patent Document 2).
従来技術は、上部構造が橋脚頂部から落下することを防止するものであり、したがって，橋脚が致命的な損傷に至っていない段階では機能する。しかし、想定を上まわる大地震によって橋脚が大きく損傷した場合には、本来の機能を発揮できない。 The prior art prevents the superstructure from falling off the pier top, and thus works when the pier has not been catastrophically damaged. However, if the pier is severely damaged by a larger earthquake than expected, the original function cannot be exhibited.
通常、高架橋では、橋脚を極大地震時における損傷部位と想定し耐震設計がなされるので、極大地震時においては、損傷は必然的に上部構造ではなく、下部構造の橋脚の方に集中する。このため、設計の想定を上まわる大地震が発生すると橋脚が甚大な損傷を受け倒壊する恐れがあり、このような場合、橋梁全体の倒壊を抑止することは困難であった。 Normally, in viaducts, seismic design is made by assuming the pier as a damaged part in the event of a maximal earthquake, so in the event of a maximal earthquake, the damage necessarily concentrates on the pier of the lower structure instead of the upper structure. For this reason, if a large earthquake that exceeds the design assumptions occurs, the pier may be seriously damaged and collapsed. In such a case, it has been difficult to suppress the collapse of the entire bridge.
本発明は、このような橋脚が倒壊した状況下においても高架橋の全体倒壊を防止する構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a structure that prevents the entire viaduct from collapse even under such a collapsed pier.
本発明は、課題を解決するための手段として以下の特徴を有する、
発明１は、橋脚と横梁を有し、橋脚と横梁とが略Ｔ字形状をなす高架橋において、横梁の長手方向の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、ケーブルの、横梁に固定された箇所を第１固定点とすること、ケーブルの他方を、横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、それぞれ弛ませて固定し、ケーブルの、アンカーに固定された箇所を第２固定点とすること、橋脚の基部が損傷し耐力を喪失することで、橋脚の変位が耐震設計での許容限界を超えたとき以降に、ケーブルが緊張することにより、橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止すること、ケーブルの長さは、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、耐震設計での許容限界に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した値を超えた値であり、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、倒壊点（荷重Ｈ＝０，図１７参照）に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した長さを超えない値であること、を特徴とする高架橋の倒壊防止構造である。
発明２は、横梁の両端部にそれぞれ２本のケーブルを取付け、橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、２本のケーブルの他端を、それぞれ弛ませて固定し、橋脚の橋軸方向の倒壊を抑止することを特徴とする発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。
発明３は、ケーブルの結合部にダンパーおよび／または弾性体を設置してケーブルに作用する衝撃力を低減することを特徴とする発明１または２の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造である。
以上、橋脚の横梁の両側に設置したブラケットに弛みを持たせたケーブル（PCケーブル
など）の一端を締結し，他端を適切なアンカーに定着することにより、橋脚が倒壊した場
合、高架橋の全体倒壊を防止するものである。
The present invention has the following features as means for solving the problem,
Location invention 1, have a pier and cross beam, the viaduct forming the piers and cross beam and is substantially T-shaped, the longitudinal ends of the transverse beams, which is fixed one end of the cable, respectively, of the cable, which is fixed to the cross beam Is the first fixed point, and the other end of the cable is loosened and fixed to the anchor located outside the cross beam in the same direction, and the portion of the cable fixed to the anchor is the second fixed point. After the pier displacement exceeds the permissible limit for seismic design due to damage to the base of the pier and loss of strength, the collapse of the pier and the total collapse of the accompanying viaduct due to the cable tension The length of the cable is determined by the horizontal distance between the first fixed point and the second fixed point before the displacement of the pier, and the length of the cable caused by the displacement of the pier occurring at the allowable limit in the seismic design . Horizontal direction of one fixed point And displacement were added value, and a first fixed point and the distance in the height direction of the second fixed point, based on a value exceeding a more calculated values to the Pythagorean theorem, first before the displacement of the pier the horizontal distance of the fixed point and the second fixed point, collapsed point (load H = 0, see FIG. 17) was added horizontal displacement of the first fixed point caused by the displacement of the pier that has occurred in the value When the distance of the first fixed point and the height direction of the second fixed point, based on, it is a value not exceeding more calculated length Pythagorean theorem, in collapse prevention structure viaduct characterized by is there.
Invention 2 is that two cables are attached to both ends of the cross beam, respectively, and the other ends of the two cables are respectively loosened and fixed to the anchors installed on both sides in the bridge axis direction with respect to the pier. The viaduct collapse prevention structure according to the first aspect of the present invention is characterized in that collapse in the bridge axis direction is suppressed.
Invention 3 is the collapse prevention structure of a viaduct according to any one of Inventions 1 or 2 , wherein a damper and / or an elastic body is provided at a joint portion of the cable to reduce an impact force acting on the cable. .
As described above, one end of a loose cable (PC cable, etc.) is fastened to the brackets installed on both sides of the cross beam of the pier, and the other end is fixed to an appropriate anchor. This is to prevent collapse.
本発明によれば、以下の効果がある。
発明１は、橋脚と横梁を有し、橋脚と横梁とが略Ｔ字形状をなす高架橋において、横梁の長手方向の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、ケーブルの、横梁に固定された箇所を第１固定点とすること、ケーブルの他方を、横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、それぞれ弛ませて固定し、ケーブルの、アンカーに固定された箇所を第２固定点とする。よって、橋脚の基部が損傷し耐力を喪失することで、橋脚の変位が耐震設計での許容限界を超えたとき以降に、ケーブルが緊張し、橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブルで支えることにより防止する高架橋の倒壊防止構造である。よって、高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
また、ケーブルの長さは、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、耐震設計での許容限界に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した値を超えた値であり、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、倒壊点（荷重Ｈ＝０，図１７参照）に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明２は、横梁の両端部にそれぞれ２本のケーブルを取付け、橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、２本のケーブルの他端を、それぞれ弛ませて固定する発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚の橋軸方向に倒壊した場合、ケーブルで支えることにより、橋脚の橋軸方向に倒壊を抑止する効果がある。
発明３は、ケーブルの結合部にダンパーおよび／または弾性体を設置する高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１または発明２の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブルに作用する衝撃力を低減する効果がある。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
Location invention 1, have a pier and cross beam, the viaduct forming the piers and cross beam and is substantially T-shaped, the longitudinal ends of the transverse beams, which is fixed one end of the cable, respectively, of the cable, which is fixed to the cross beam Is a first fixed point, and the other end of the cable is loosened and fixed to an anchor located outside the cross beam in the same direction, and a portion of the cable fixed to the anchor is set as a second fixed point . Therefore, the damage to the base of the pier and loss of strength causes the cable to become strained after the displacement of the pier exceeds the allowable limit of the seismic design, causing the collapse of the pier and the accompanying collapse of the viaduct. It is a structure to prevent the overpass from being collapsed by supporting it with a cable. Therefore, there is an effect of preventing the overall collapse of the viaduct.
In addition, the length of the cable is determined by the horizontal distance between the first fixed point and the second fixed point before the displacement of the pier, the first fixed point caused by the displacement of the pier occurring at the allowable limit in the seismic design. a value obtained by adding the horizontal displacement of a first fixed point and the distance in the height direction of the second fixed point, based on a value exceeding a more calculated values to the Pythagorean theorem, the displacement of the pier At the horizontal distance between the previous first fixed point and the second fixed point, the horizontal displacement of the first fixed point caused by the displacement of the pier occurring at the collapse point (load H = 0, see FIG. 17) and a value obtained by adding a first fixed point in the height direction of the distance between the second fixed point, on the basis of a collapse preventing structure of viaduct is a value that does not exceed more calculated length Pythagorean theorem. Therefore, there is an effect of preventing collapse of the pier with the cable length in this range.
Here, the cable calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design can be designed to have the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics during an earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent seismic force from acting on the cable until immediately before the collapse behavior occurs. This is for the purpose of preventing the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
Invention 2 is invention 1 in which two cables are attached to both ends of the cross beam, respectively, and the other ends of the two cables are respectively loosened and fixed to the anchors installed on both sides in the bridge axis direction with respect to the pier. It is a collapse prevention structure of the viaduct described. Therefore, when the pier collapses in the bridge axis direction, it is effective to suppress the pier in the bridge axis direction by supporting with a cable.
Invention 3 is a collapse prevention structure of a viaduct in which a damper and / or an elastic body is installed at a joint portion of a cable. Therefore, when applied to the collapse prevention structure of the viaduct according to any one of the invention 1 and the invention 2 , there is an effect of reducing the impact force at the time of collapse and reducing the impact force acting on the cable.
以上、本発明に係る高架橋の倒壊防止構造によれば、橋脚が想定外の大地震により致命的な損傷を受け倒壊しようとする場合、橋脚の横梁の両側に設置したブラケットに弛みを持たせたケーブル（PCケーブルなど）の一端を締結し，他端を適切なアンカーに定着することにより、高架橋の全体倒壊を防止する効果がある。 As described above, according to the viaduct collapse prevention structure of the present invention, when the pier is about to collapse due to fatal damage due to an unexpected large earthquake, the brackets installed on both sides of the cross beam of the pier have slack. Fastening one end of a cable (such as a PC cable) and fixing the other end to an appropriate anchor has the effect of preventing the overall collapse of the viaduct.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be made without departing from the scope of the invention.
図１は、高架橋の側面図である。
高架橋は上部構造１と下部構造の橋脚２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによって構成されている。
本発明に係る高架橋の倒壊防止構造を、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態により、以下に説明する。
FIG. 1 is a side view of the viaduct.
The viaduct is composed of an upper structure 1 and lower structure piers 2a, 2b, 2c, 2d.
A structure for preventing collapse of a viaduct according to the present invention will be described below with reference to a first embodiment, a second embodiment, a third embodiment, and a fourth embodiment.
（第１実施形態）
図２に、複数ある橋脚の中で橋脚２ｂが地震時に最も損傷を受けるとしたとき、橋脚２ｂに第1実施形態の倒壊防止構造を模式図に示す。図２は、図１のＩａ方向から見ている。上部構造１については、断面図に該当する。
(1st Embodiment)
FIG. 2 is a schematic view showing the collapse prevention structure of the pier 2b according to the first embodiment when it is assumed that the pier 2b is most damaged during an earthquake among a plurality of piers. FIG. 2 is viewed from the Ia direction in FIG. The upper structure 1 corresponds to a sectional view.
図３は、図２においてＩｂ方向から見た側面図である。
第１実施形態では、図２に示すように、橋脚２ｂの横梁３の両側に設置したブラケット４にケーブル５を締結させ、それを左右に広がるように垂らし、ケーブル５のもう一方の端を地面に埋め込んだアンカー６の上端のブラケット７に定着させる。
アンカー６の位置は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する。橋脚２ｂが、図２の左右のいずれかの方向に倒壊したとき、その反対側のケーブル５が緊張して橋脚２ｂを支える。これにより、倒壊した橋脚２ｂによる荷重を分担させ、橋脚２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止する。
FIG. 3 is a side view seen from the Ib direction in FIG.
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the cable 5 is fastened to the brackets 4 installed on both sides of the cross beam 3 of the pier 2b, and the cable 5 is dropped so as to spread right and left, and the other end of the cable 5 is grounded. Is fixed to the bracket 7 at the upper end of the anchor 6 embedded therein.
The position of the anchor 6 is located outside of the cross beam 3 having the bracket 4 to which the cable 5 is fastened, in the same direction. When the pier 2b collapses in either the left or right direction in FIG. 2, the cable 5 on the opposite side is tensioned to support the pier 2b. Thus, the load caused by the collapsed pier 2b is shared, and the collapse of the piers 2a, 2b, 2c, 2d and the overall collapse of the accompanying viaduct are prevented.
また、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上ある。
よって、ケーブル５は、PCケーブル（特許文献１参照）または鋼製のチェーン（特許文献２参照）など十分強度があり、弛みを持たせて施工できる物が良い。
In addition, the upper structure 1 between the piers and the pier 2b have a load of 1000 tons or more.
Therefore, it is preferable that the cable 5 has sufficient strength, such as a PC cable (see Patent Literature 1) or a steel chain (see Patent Literature 2), and can be installed with slack.
なお、必要に応じて衝撃力低減のために図４（ａ）のようにダンパー１４または図４(b)のように弾性体７０をケーブル５端とアンカー６側ブラケット７間あるいはケーブル５端と橋脚３側ブラケット４間に設置する。ダンパー１４または弾性体７０は倒壊時の衝撃力を低減してケーブルに作用する衝撃力を低減する効果がある。また、図４(c)のようにダンパー１４と弾性体７０は、合わせて設置しても良い。 If necessary, the damper 14 as shown in FIG. 4 (a) or the elastic body 70 as shown in FIG. 4 (b) may be provided between the cable 5 end and the anchor 6 side bracket 7 or between the cable 5 end as shown in FIG. It is installed between the brackets 4 on the pier 3 side. The damper 14 or the elastic body 70 has an effect of reducing the impact force at the time of collapse and reducing the impact force acting on the cable. Further, as shown in FIG. 4C, the damper 14 and the elastic body 70 may be installed together.
ケーブル５が高架橋の下部交通などの妨げにならないように、アンカー６は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する歩道８などの道路幅方向の端部に設置される。ケーブル５には図２に示すように、弛みを持たせている。これは、常時や地震時において、ケーブル５に荷重が作用して、倒壊挙動が生じる以前に、高架橋の応答特性に変化やケーブル５の損傷が、生じないようにするためである。 The anchor 6 is installed at an end in the width direction of the road such as a sidewalk 8 located outside of the cross beam 3 having the bracket 4 to which the cable 5 is connected in the same direction so that the cable 5 does not hinder lower traffic of the viaduct. Is done. The cable 5 has slack as shown in FIG. This is to prevent a change in the response characteristics of the viaduct and damage to the cable 5 before a load is applied to the cable 5 and a collapse behavior occurs at all times or during an earthquake.
第１実施形態のケーブル５による倒壊防止構造は、耐震構造とは異なるものであり、本来の高架橋の耐震性能を変化さたり、倒壊挙動が生じる前に損傷することがあってはならない。
よって、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上あるが、動特性に影響がでないようにするため、ケーブル５の荷重を橋脚間の上部構造１と橋脚２ｂ荷重に対して５％程度とすることができる。
The collapse prevention structure using the cable 5 of the first embodiment is different from the earthquake-resistant structure, and it is not necessary to change the original earthquake-resistant performance of the viaduct or damage before the collapse behavior occurs.
Therefore, although the load of the superstructure 1 between the piers and the pier 2b has a load of 1000 tons or more, the load of the cable 5 is reduced with respect to the load of the superstructure 1 between the piers and the pier 2b so as not to affect the dynamic characteristics. It can be about 5%.
高架橋下の道路は車道９と歩道８などによって形成されるが、ケーブル５は高架橋下の車両空間１０を侵さないように配慮する必要がある。
図２に示すように、アンカー６の上端のブラケット７に支柱１１を立て、支柱１１にてケーブル５を支え、ケーブル５の弛みを規制すれば、車道９の常時の車両空間１０を確保することができる。
Although the road under the viaduct is formed by the roadway 9 and the sidewalk 8, it is necessary to take care that the cable 5 does not affect the vehicle space 10 under the viaduct.
As shown in FIG. 2, if the support 11 is erected on the bracket 7 at the upper end of the anchor 6, the cable 5 is supported by the support 11, and if the slack of the cable 5 is restricted, the regular vehicle space 10 on the road 9 can be secured. Can be.
この支柱１１は、倒壊防止構造が機能する段階において、ケーブル５が正常に機能するようにしておく。よって、支柱１１の強度はケーブル５の荷重を支える程度のもので良い。例えば、木製であっでも良いし、塩化ビニールなど樹脂製のパイプとして中空の内部にケーブル５を通す構造でも良い。よって、ケーブル５の支柱１１は、ケーブル５が緊張により容易に壊れるので、ケーブル５を傷つけることが無い。 The strut 11 is designed so that the cable 5 functions normally when the collapse prevention structure functions. Therefore, the strength of the column 11 may be such that it supports the load of the cable 5. For example, it may be made of wood, or may have a structure in which a cable 5 is passed through a hollow inside as a pipe made of resin such as vinyl chloride. Therefore, the strut 11 of the cable 5 does not damage the cable 5 because the cable 5 is easily broken by the tension.
前述したように、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル５の定着端とブラケット７間に設置する。 As described above, the damper 14 and / or the elastic body 70 for reducing the impact force are installed between the fixing end of the cable 5 and the bracket 7 as necessary.
図４に、ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部におけるダンパー１４および／または弾性体７０を設置した構造の実施を示す。
図４（ａ）は、ダンパーのみを設置した構造の例である。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２は、支圧板１３を介してダンパー１４に伝達される。ダンパー１４は支圧板１３が反力板１５に接触して支持されるまでの変位に対してエネルギを吸収することにより、倒壊時の衝撃力を吸収する。反力板１５は中央に孔が設けられており、ケーブルが貫通している。
図４(ｂ)に、ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部における弾性体７０を設置した構造の実施例に示す。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２によりケーブル端部と反力板１５の間に設置された弾性体７０に圧縮力が作用する．この圧縮力により弾性体７０が縮むことで倒壊時の衝撃力を吸収する。
図４(ｃ)に, ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部におけるダンパー１４および弾性体７０を併用した実施例を示す。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２は、ケーブル端部と支圧板１３間に設置された弾性体７０と支圧板１３を介してダンパー１４に伝達される。このときダンパー１４での倒壊時の衝撃力の吸収とともに、弾性体７０に圧縮力が作用し、この圧縮力により弾性体７０が縮むことで倒壊時の衝撃力を吸収する。
FIG. 4 shows an embodiment of a structure in which the damper 14 and / or the elastic body 70 are installed at the fastening portion of the cross beam 3 and the anchor 6 of the cable 5.
FIG. 4A shows an example of a structure in which only a damper is installed. The tensile force 12 acting on the cable 5 when collapsed is transmitted to the damper 14 via the support plate 13. The damper 14 absorbs energy when the support plate 13 is displaced until the support plate 13 comes into contact with and is supported by the reaction force plate 15, thereby absorbing the impact force at the time of collapse. The reaction plate 15 is provided with a hole in the center, through which a cable passes.
FIG. 4B shows an embodiment of a structure in which an elastic body 70 is installed at a fastening portion between the cross beam 3 of the cable 5 and the anchor 6. The compressive force acts on the elastic body 70 installed between the end of the cable and the reaction force plate 15 by the tensile force 12 acting on the cable 5 when it collapses. The compressive force causes the elastic body 70 to shrink, thereby absorbing the impact force at the time of collapse.
FIG. 4C shows an embodiment in which the damper 14 and the elastic body 70 in the fastening portion of the cross beam 3 and the anchor 6 of the cable 5 are used together. The tensile force 12 acting on the cable 5 when collapsed is transmitted to the damper 14 via the elastic body 70 provided between the cable end and the support plate 13 and the support plate 13. At this time, a compressive force acts on the elastic body 70 while absorbing the impact force when the damper 14 collapses, and the elastic body 70 is contracted by the compressive force, thereby absorbing the impact force when collapsed.
図５は、第１実施形態における効果を模式的に示した図である。想定外の大地震によって橋脚２ｂの基部が損傷し耐力が喪失した場合、橋脚２ｂはそのまま自重によって倒壊していく。図５に示すように、橋脚２ｂが右側に倒壊した場合、左側のケーブル５が緊張することによって、荷重を分担し、橋脚の倒壊挙動を抑止する。反対に、橋脚２ｂが左側に倒壊した場合、右側のケーブル５が緊張することによって、荷重を分担し、橋脚の倒壊挙動を抑止する。
よって、アンカー６の位置は、ケーブル５を取り付けた横梁３の端部に対して、橋脚２ｂの反対側にある。ケーブル５が緊張のより橋脚２ｂの倒壊を防止するからである。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the effect of the first embodiment. When the base of the pier 2b is damaged due to an unexpected large earthquake and the proof strength is lost, the pier 2b collapses by its own weight. As shown in FIG. 5, when the pier 2b collapses to the right side, the cable 5 on the left side is strained, thereby sharing the load and suppressing the collapse behavior of the pier. Conversely, when the pier 2b collapses to the left, the cable 5 on the right is strained, thereby sharing the load and suppressing the collapse behavior of the pier.
Therefore, the position of the anchor 6 is on the opposite side of the pier 2b with respect to the end of the cross beam 3 to which the cable 5 is attached. This is because the cable 5 prevents the pier 2b from being collapsed due to tension.
また、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上ある。従って、ブラケット４及び７は十分強度のある材料、構造を用いる。加えて、アンカー６は、地中に鉄筋やコンクリート等を用いて施工し、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂの倒壊により破損したり引き抜かれたりすることが無いようにする。
以上より、橋脚の倒壊を起点とした連鎖的な高架橋全体の倒壊を防止することができる。
In addition, the upper structure 1 between the piers and the pier 2b have a load of 1000 tons or more. Therefore, the brackets 4 and 7 use materials and structures having sufficient strength. In addition, the anchor 6 is constructed using a reinforcing bar, concrete or the like in the ground so that the anchor 6 is not damaged or pulled out due to the collapse of the upper structure 1 between the piers and the pier 2b.
As described above, it is possible to prevent the entire chain viaduct from collapsing from the collapse of the pier.
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の構造を模式的に示した図である。図６は、図１のＩａ方向から見た断面図に該当する。
(2nd Embodiment)
FIG. 6 is a diagram schematically showing the structure of the second embodiment. FIG. 6 corresponds to a cross-sectional view seen from the Ia direction in FIG.
橋脚２ｂの横梁３の両側と橋脚の左右に存在する建築構造物１６のアンカー６１に鋼製ブラケット１７を設置して、その間にケーブル１８を設置することにより、橋脚を固定することが第２実施形態の大きな特徴である。第２実施形態の場合，橋脚の倒壊を防止するために必要な力は小さくなるのでケーブル１８の断面積やブラケット１７とアンカー６１の構造は第1実施形態よりも小さくすることが可能である。
即ち、第１実施形態は、図５で示すように橋脚２ｂの下部が壊れ、右側へ倒壊した場合、ゲーブル５、ブラケット４、アンカー６には、モーメントとして、右側へ倒壊する荷重に高さHを乗じた力が加わる。高さHは、アンカー６から横梁３のブラケット４までの鉛直高さである。一方、第２実施形態は、図６で示すように橋脚２ｂの下部が壊れ、右側へ倒壊した場合、ゲーブル１８、ブラケット７、アンカー６１には、右側へ倒壊する荷重のみの力が加わる。アンカー６１を地上より高さHの位置に設置したことにより、横梁３のブラケット７の設置位置となって、モーメントが働かないからである。
よって、アンカー６１の位置は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する。ケーブル５が緊張により橋脚２ｂの倒壊を防止するからである。
The second embodiment is to fix the pier by installing the steel bracket 17 on the anchor 61 of the building structure 16 existing on both sides of the cross beam 3 of the pier 2b and on the left and right sides of the pier, and installing the cable 18 therebetween. This is a major feature of the form. In the case of the second embodiment, the force required to prevent the collapse of the pier is reduced, so that the cross-sectional area of the cable 18 and the structure of the bracket 17 and the anchor 61 can be made smaller than in the first embodiment.
That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, when the lower part of the pier 2b is broken and collapses to the right, the gable 5, the bracket 4, and the anchor 6 have a height H as a moment as a load that collapses to the right. Is added. The height H is a vertical height from the anchor 6 to the bracket 4 of the cross beam 3. On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, when the lower portion of the pier 2b is broken and collapses to the right, only the load that collapses to the right is applied to the gable 18, the bracket 7, and the anchor 61. This is because the installation of the anchor 61 at a height H above the ground causes the installation position of the bracket 7 of the cross beam 3 and no moment to work.
Therefore, the position of the anchor 61 is located outside the cross beam 3 having the bracket 4 to which the cable 5 is fastened, in the same direction. This is because the cable 5 prevents the pier 2b from collapsing due to tension.
このとき、第１実施形態と同様に、常時や地震時における高架橋の応答特性に直接的影響を及ぼさないように、ケーブル１８には弛みを持たせてある。
また、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパーまたは／および弾性体をケーブル１８端とブラケット１７間に設置することができる。
At this time, as in the first embodiment, the cable 18 is slackened so as not to directly affect the response characteristics of the viaduct at all times or during an earthquake.
If necessary, a damper or / and an elastic body for reducing an impact force can be provided between the end of the cable 18 and the bracket 17.
本例では第１実施形態のように、建設に手間がかかるアンカーの設置が、既存の建築構造物１６のアンカー６１が利用できるので、不要という利点がある。この際、アンカー６１は、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂの倒壊により破損したり引き抜かれたりすることが無いように十分強度を要する。 In this example, as in the first embodiment, there is an advantage that it is unnecessary to install an anchor that requires a lot of time for construction because the anchor 61 of the existing building structure 16 can be used. At this time, the anchor 61 must have sufficient strength so that it is not damaged or pulled out due to the collapse of the upper structure 1 between the piers and the pier 2b.
以上、第１実施形態および第２実施形態より、以下の作用および効果がある。
発明１は、橋脚２ｂと横梁３を有する高架橋において、横梁３の両端に、それぞれケーブル５またはケーブル１８の一方を固定し、ケーブル５またはケーブル１８の他方を、横梁３の同じ方向の外側に位置するアンカー６またはアンカー６１に、それぞれ弛ませて固定する。よって、橋脚２ｂの倒壊した場合のみケーブル５またはケーブル１８が緊張し、橋脚２ｂの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブル５またはケーブル１８で支えることにより防止する。高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル５またはケーブル１８の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明１の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル５またはケーブル１８に作用する衝撃力を低減する効果がある。
As described above, the following operations and effects are obtained from the first embodiment and the second embodiment.
In the invention 1, in the viaduct having the pier 2b and the cross beam 3, one of the cables 5 or the cables 18 is fixed to both ends of the cross beam 3, respectively, and the other of the cables 5 or the cables 18 is positioned outside the cross beam 3 in the same direction. To the anchor 6 or 61 to be fixed. Therefore, the cable 5 or the cable 18 is strained only when the pier 2b is collapsed, and the collapse of the pier 2b and the overall collapse of the viaduct accompanying the pier 2b are prevented by supporting the cable 5 or the cable 18. It has the effect of preventing the overall collapse of the viaduct.
Invention 4 is that the length of the cable 5 is equal to or greater than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design, and not more than the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. It is a collapse prevention structure. Therefore, when applied to the collapse prevention structure of a viaduct according to any one of Inventions 1 to 3, there is an effect of preventing collapse of a pier with a cable length in this range.
Here, the cable calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design can be designed to have the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics during an earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent seismic force from acting on the cable until immediately before the collapse behavior occurs. This is for the purpose of preventing the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
A fifth aspect of the present invention is a viaduct collapse prevention structure in which the damper 14 and / or the elastic body 70 is installed at the joint of the cable 5 or the cable 18. When applied to the collapse prevention structure of the viaduct of the first aspect, there is an effect that the impact force at the time of collapse is reduced and the impact force acting on the cable 5 or the cable 18 is reduced.
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の構造を模式的に示した図である。図７は図２のＩｂ方向から見た図に対応する。第３実施形態と第1実施形態の違いは、図３と対比するとよくわかるが、橋軸方向にもケーブル５を２本配置する点である。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of the third embodiment. FIG. 7 corresponds to the view seen from the Ib direction in FIG. The difference between the third embodiment and the first embodiment can be clearly understood in comparison with FIG. 3, but is that two cables 5 are also arranged in the bridge axis direction.
図８は第３実施形態における動作を模式的に示した図であるが、橋脚２ｂが右側に倒壊した場合、左側のケーブル５が緊張することで橋軸方向の橋脚の倒壊を抑止していることが確認できる。
よって、アンカー６は、前記横梁に対応する橋脚に対して橋軸方向の両側の位置に施工する。
FIG. 8 is a view schematically showing the operation in the third embodiment. When the pier 2b collapses to the right, the left cable 5 is strained to prevent collapse of the pier in the bridge axis direction. Can be confirmed.
Therefore, the anchors 6 are installed at both sides in the bridge axis direction with respect to the pier corresponding to the cross beam.
必要に応じて、衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル５の端とブラケット４または７間に設置する。 If necessary, a damper 14 and / or an elastic body 70 for reducing an impact force are installed between the end of the cable 5 and the bracket 4 or 7.
以上、第３実施形態より、以下の作用および効果がある。
発明２は、横梁３の両端部にそれぞれ２本のケーブル５を取付け、橋脚２ｂに対して橋軸方向の両側に設置したアンカー６２に、２本のケーブル５の他端を、それぞれ弛ませて固定する発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚２ｂが橋軸方向に倒壊した場合、一方のケーブル５で支えることにより、橋脚の橋軸方向に倒壊を抑止する効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル５の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明２の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル５に作用する衝撃力を低減する効果がある。
As described above, the following actions and effects are obtained from the third embodiment.
In the invention 2, two cables 5 are attached to both ends of the cross beam 3, respectively, and the other ends of the two cables 5 are respectively loosened by the anchors 62 installed on both sides in the bridge axis direction with respect to the pier 2b. It is a collapse prevention structure of a viaduct described in Invention 1 to be fixed. Therefore, when the pier 2b collapses in the bridge axis direction, by supporting the pier 2b with the one cable 5, there is an effect of suppressing the collapse of the pier in the bridge axis direction.
Invention 4 is that the length of the cable 5 is equal to or greater than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design, and not more than the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. It is a collapse prevention structure. Therefore, when applied to the collapse prevention structure of a viaduct according to any one of Inventions 1 to 3, there is an effect of preventing collapse of a pier with a cable length in this range.
Here, the cable calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design can be designed to have the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics during an earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent seismic force from acting on the cable until immediately before the collapse behavior occurs. This is for the purpose of preventing the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
Invention 5 is a collapse prevention structure of a viaduct in which the damper 14 and / or the elastic body 70 are installed at the joint portion of the cable 5. When applied to the collapse prevention structure of the viaduct of the second aspect, there is an effect of reducing the impact force at the time of collapse and reducing the impact force acting on the cable 5.
（第４実施形態）
図９は、倒壊を防止する橋脚（当該橋脚１９ａ）に隣接する十分強度の高い橋脚１９ｂを利用した倒壊防止構造である。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 shows a collapse prevention structure using a sufficiently high strength pier 19b adjacent to a pier for preventing collapse (the pier 19a in question).
この倒壊防止構造では、当該橋脚１９ａの横梁２０ａ両端と、隣接する橋脚１９ｂの横梁２０ｂ両端に設置するブラケット２１を介して、ケーブル２２で対角方向に互いに交差するように、斜めに弛みを持って締結する。 In this collapse prevention structure, a cable 22 has a slack slack so as to intersect each other diagonally with a cable 22 via brackets 21 installed at both ends of the cross beam 20a of the pier 19a and both ends of the cross beam 20b of the adjacent pier 19b. To conclude.
なお、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル２２端とブラケット２１間に設置する。 The damper 14 and / or the elastic body 70 for reducing the impact force are installed between the end of the cable 22 and the bracket 21 as necessary.
本例では、図１０のように、隣接する橋台２３を利用することも可能である。この場合、倒壊を防止する橋脚１９ａの横梁２０ａに設置したブラケット２１と橋台前面に設置したブラケット２７の間にケーブル２２を設置する。ここで橋台２３は、具体的には河川にかけた橋の場合、両側の岸部に相当する。橋台２３へのケーブル２２を取り付けるブラケット２７の位置は、隣接する橋脚１９ａの横梁２０ａ両端に取り付けたケーブル２２を取り付けるブラケット２１の位置と対応する高さ、幅とするのが良い。
この倒壊防止構造は橋軸方向の倒壊を主に防止するものであるが、ケーブル２２を斜めに張ることにより、橋軸直角方向の倒壊にも有効に機能する。
In this example, it is also possible to use the adjacent abutment 23 as shown in FIG. In this case, the cable 22 is installed between the bracket 21 installed on the cross beam 20a of the pier 19a to prevent the collapse and the bracket 27 installed on the front of the abutment. Here, the abutment 23 specifically corresponds to shores on both sides in the case of a bridge over a river. The position of the bracket 27 for attaching the cable 22 to the abutment 23 is preferably a height and width corresponding to the position of the bracket 21 for attaching the cable 22 attached to both ends of the cross beam 20a of the adjacent pier 19a.
Although this collapse prevention structure mainly prevents collapse in the bridge axis direction, it also functions effectively when collapsed in the direction perpendicular to the bridge axis by stretching the cable 22 obliquely.
橋軸方向のみの倒壊の防止であれば、図１１のように、ケーブル２８を橋軸方向に平行に配置する。 To prevent collapse only in the bridge axis direction, the cable 28 is arranged in parallel to the bridge axis direction as shown in FIG.
発明３は、隣接する橋脚１９ａおよび橋脚１９ｂの、一方の橋脚１９ａの横梁２０ａの両端と、他方の橋脚１９ｂの横梁２０ｂの両端または橋台２３の一方の橋脚１９ａの横張２０ａの両端に対応する両端とを、ケーブル２２で弛みを持って、対角方向に互い交差するように、または、ケーブル２８で弛みを持って橋軸方向に平行に結合する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚１９aの倒壊した場合のみケーブル２２またはケーブル２８が緊張し、橋脚１９ａの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブル２２またはケーブル２８で支えることにより防止する。よって、高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚２ｂの倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル２２またはケーブル２８の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明３の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル２２またはケーブル２８に作用する衝撃力を低減する効果がある。
Invention 3 is the two ends of the adjacent pier 19a and the pier 19b corresponding to both ends of the cross beam 20a of one pier 19a and both ends of the cross beam 20b of the other pier 19b or both ends of the horizontal bridge 20a of one pier 19a of the abutment 23. Are connected to each other so as to cross each other in a diagonal direction with a slack in the cable 22, or in parallel to the bridge axis direction with a slack in the cable 28. Therefore, the cable 22 or the cable 28 is tensioned only when the pier 19a is collapsed, and the collapse of the pier 19a and the overall collapse of the viaduct accompanying the pier 19a are prevented by supporting the cable 22 or the cable 28. Therefore, there is an effect of preventing the overall collapse of the viaduct.
Invention 4 is that the length of the cable 5 is equal to or greater than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design, and not more than the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. It is a collapse prevention structure. Therefore, when applied to the collapse prevention structure of the viaduct according to any one of the inventions 1 to 3, there is an effect of preventing the pier 2b from collapsing with the cable length in this range.
Here, the cable calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design can be designed to have the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics during an earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent seismic force from acting on the cable until immediately before the collapse behavior occurs. This is for the purpose of preventing the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
Invention 5 is a collapse prevention structure of a viaduct in which the damper 14 and / or the elastic body 70 is installed at the joint of the cable 22 or the cable 28. When applied to the collapse prevention structure of the viaduct of Invention 3, there is an effect of reducing the impact force at the time of collapse and reducing the impact force acting on the cable 22 or the cable 28.
（ＦＥＭ解析によるシミュレーション）
第１実施形態について、倒壊防止の効果についてシミュレーションを行った。発明者等は別途論文発表する予定である。論文において、地震振動の入力波として、兵庫県南部地震にてＪＪＲ鷹取駅で観測されたＲＴ観測波（直下型）並びにＨ２５年に内閣府から提示された南海トラフ巨大地震の工学基盤波（海溝型）に基づく愛知県東部の地上波を用いて、橋脚２ｂについてＦＥＭ解析によるシミュレーションを行なった。シミュレーションでは、橋脚２ｂを、三曲面モデルを導入したシェル要素でモデル化し、上部構造１を集中質量と回転慣性要素で表し橋脚２ｂに剛性をもたせて結合した。
また、ケーブル５無しでのシミュレーションの結果を、ケーブル無しの橋脚について１／８スケールの模型による振動台を用いた加振実験を行って検証した。図１２は、加振実験の供試体とシミュレーションで用いたモデルを示す。
検証の結果、倒壊時における橋脚基部の座屈変形の進展など、シミュレーションと実験とは良く一致した（詳細割愛）。
図１３は、立体交差部への第１実施形態の倒壊防止構造の適用イメージを示す。本発明の倒壊防止構造は、このような立体交差などの重要な箇所で橋脚の補強が困難な場所への設置が可能である。なお、ケーブル５は橋脚２ｂの両側に設置されている（片側のみ図示）。
(Simulation by FEM analysis)
With respect to the first embodiment, a simulation was performed on the effect of preventing collapse. The inventors plan to publish a separate paper. In the paper, as input waves of seismic vibration, RT observation waves (direct type) observed at JJR Takatori Station during the Hyogoken Nanbu Earthquake and engineering base waves of the Nankai Trough Giant Earthquake presented by Cabinet Office in H25 (trench) The pier 2b was simulated by FEM analysis using terrestrial waves in the eastern part of Aichi Prefecture based on the type. In the simulation, the pier 2b was modeled by a shell element in which a three-curved surface model was introduced, and the superstructure 1 was represented by a concentrated mass and a rotary inertia element, and was connected to the pier 2b with rigidity.
In addition, the results of the simulation without the cable 5 were verified by performing a vibration experiment using a shaking table with a 1/8 scale model for the pier without the cable. FIG. 12 shows a specimen used in the vibration experiment and a model used in the simulation.
As a result of the verification, the simulation and the experiment were in good agreement with each other, such as the progress of buckling deformation of the pier base at the time of collapse (details omitted).
FIG. 13 shows an application image of the collapse prevention structure according to the first embodiment to a three-dimensional intersection. The collapse prevention structure of the present invention can be installed in a place where it is difficult to reinforce a pier at an important place such as a grade separation. The cables 5 are installed on both sides of the pier 2b (only one side is shown).
図１４は、図２をベースにした倒壊防止構造の解析モデルを示す。橋脚２ｂは、鋼製橋脚であり、板厚３６ｍｍの鋼板で、直径２５００ｍｍの円形断面、高さ（ｈ）１６３３４ｍｍである。上部構造１の荷重は、高さ１７５８４ｍｍに、質量Ｍが１０９３０００ｋｇとした。ケーブル５は、上端を横梁３の端部にブラケット４を介して固定し、下端をアンカー６に、ブラケット７を介して固定した。また、ケーブル５とブラケットの間には、弾性体７０を追加、または弾性体７０を追加した場合もシミュレーションした。尚、ダンパー１４は考慮しなかった。
弾性体７０は、ケーブル５をアンカー６に直接固定すると倒壊時の衝撃によりケーブル５に過大な張力が作用するので、衝撃吸収の手段として用いた。ケーブルは常時は弛んだ状態にある。
FIG. 14 shows an analysis model of the collapse prevention structure based on FIG. The pier 2b is a steel pier, a steel plate having a thickness of 36 mm, a circular cross section having a diameter of 2500 mm, and a height (h) of 16334 mm. The load of the upper structure 1 was 17584 mm in height and the mass M was 1093000 kg. The cable 5 has an upper end fixed to an end of the cross beam 3 via a bracket 4, and a lower end fixed to an anchor 6 via a bracket 7. Also, a simulation was performed when an elastic body 70 was added between the cable 5 and the bracket, or when the elastic body 70 was added. The damper 14 was not considered.
When the cable 5 is directly fixed to the anchor 6, an excessive tension acts on the cable 5 due to the impact at the time of collapse. The cable is always slack.
図１５は、倒壊防止構造の変形時の形状を示す。図５に相当する状態である。橋脚２ｂが損傷するレベルの大きな地震が発生すると、橋脚２ｂの橋脚基部には、上部構造１の揺れによる応力が集中して損傷する。損傷が起こると橋脚２ｂは一方へ倒壊するが、倒壊の反対方向のケーブル５が引っ張られ緊張することで倒壊が防止される。即ち、ケーブルは常時は弛んだ状態にあり、耐震設計の許容限界を超える地震が発生した場合、一定の変位(作用開始点，図-１７（ｂ）参照)に達するとケーブルが緊張し倒壊を防止する。この際、倒壊側の橋脚基部には、座屈変形が発生している。ここで、地震振動の入力波は、想定外の地震を考慮してＪＲＴ ＮＳ波の１．５倍増幅波とする。 FIG. 15 shows the shape of the collapse prevention structure when deformed. This is a state corresponding to FIG. When a large earthquake that causes damage to the pier 2b occurs, stress caused by the swing of the upper structure 1 is concentrated and damaged at the pier base of the pier 2b. When the damage occurs, the pier 2b collapses to one side, but the collapse is prevented by pulling and tensioning the cable 5 in the direction opposite to the collapse. In other words, the cable is always slack, and when an earthquake exceeding the allowable limit of the seismic design occurs, the cable becomes tensed and collapses when it reaches a certain displacement (start point of action, see Fig. 17 (b)). To prevent. At this time, buckling deformation has occurred at the base of the pier on the collapse side. Here, the input wave of the seismic vibration is a 1.5-times amplified wave of the JRT NS wave in consideration of an unexpected earthquake.
図１６に、ケーブル５の長さの計算方法を示す。図１６（ａ）は、橋脚２ｂに地震による変位ｕが発生していない場合を示す。ケーブル５の長さＬ１は、横梁の端部のケーブル５を取り付けるブラケットの位置４からアンカー６（弾性体７０、ダンパー１４は省略）までの長さで、式（１）である。
Ｌ１＝（ｂ２＋ｈ２）０．５ （１）
図１６（ｂ）に、橋脚２ｂに地震による変位ｕが発生している場合を示す。この場合のケーブル５の長さＬ２は、式（２）である。
Ｌ２＝（（ｂ＋ｕ）２＋ｈ２）０．５ （２）
よって、ケーブルの弛み長さは、Ｌ２−Ｌ１となる。
FIG. 16 shows a method for calculating the length of the cable 5. FIG. 16A shows a case where the displacement u due to the earthquake has not occurred on the pier 2b. The length L1 of the cable 5 is the length from the position 4 of the bracket for attaching the cable 5 at the end of the cross beam to the anchor 6 (the elastic body 70 and the damper 14 are omitted), and is expressed by the following equation (1).
L1 = (b 2 + h 2 ) 0.5 (1)
FIG. 16B shows a case where a displacement u due to an earthquake has occurred on the pier 2b. The length L2 of the cable 5 in this case is represented by Expression (2).
L2 = ((b + u) 2 + h 2 ) 0.5 (2)
Therefore, the slack length of the cable is L2-L1.
図１７は、第１実施形態の橋脚の倒壊モードと倒壊防止作用開始点を示す。図１５（ａ）は橋脚の倒壊モード、図１５（ｂ）は倒壊モードにおける変位と荷重の関係における倒壊防止作用開始点を示す。
図１７（ａ）の橋脚２ｂの倒壊モードは、倒壊防止構造の設計の考え方を示す。倒壊モードは、鉛直に立てられた柱の上部に、鉛直上方から一定荷重Ｐかかかった状態にて、上部に水平方向の力ＨとそのＨによる変位ｕの関係を示す。水平変位の限界値までは力Ｈは増加する。この領域では、変位ｕと力Ｈは比例関係にあり、力学的に安定している。力Ｈｕは、力Ｈの最大値であり水平復元力の限界値である。ここで、水平変位が限界値を超えると、いわゆる座屈現象が発生し、変位ｕが増加すると共に力Ｈが減少する。力Ｈがゼロになるとその変位ｕで橋脚２ｂは倒壊している。座屈現象が発生している領域は不安定である。この不安定な領域が、本発明の倒壊防止構造の対象とする範囲である。これは、倒壊防止構造の設計と橋脚の耐震設計とは明確に分離できることを意味している。
図１７（ｂ）に、ＦＥＭ解析によるシミュレーションにより求めた、倒壊モードにおける変位ｕと荷重Ｈの関係における倒壊防止作用開始点を示す。縦軸は荷重Ｈ、横軸は変位ｕである。ｕ０は、初期水平降伏変位、即ち弾性限G（荷重Ｈをゼロにすると変位δもゼロになる弾性領域）での変位である。Ｈｍａｘは、耐震設計での許容限界の荷重であり、その時の変位は、３．９４ｕ０である。橋脚２ｂの上部の横梁３の揺れ変移が、３．９４ｕ０以下（弾制限Ｇの変位ｕ０以上）の場合、橋脚２ｂの橋脚基部に座屈は発生しない。但し、橋脚２ｂに生じた変位は地震が終了しても、小さくはなるが残留変位として残る。
ここで、荷重Ｈｍａｘ、３／４Ｈｍａｘ、１／２Ｈｍａｘを基準とすると、変位は、３．９４ｕ０、７．６５ｕ０、１１．４０ｕ０となる。これを、ケーブル５が緊張する作用開始点として検討した。図１５に示す不安定領域の荷重Ｈが、耐震設計での許容限界（Ｈｍａｘ）から倒壊点（Ｈ＝０）に向けて減少しているが、これは橋脚２ｂが有している強度が減少していることを示している。即ち、倒壊時とは、耐震設計での許容限界での変位以上の変位が発生した場合を指す。ここでは、耐震設計での許容限界での変位は、３．９４ｕ０である。弾制限Gでの変位ｕ０の約４倍である。
また、弾性体７０はね剛性は、作用応力が許容値を満足しケーブル断面積が最小となるように決定した。
FIG. 17 shows the collapse mode of the pier and the collapse prevention action start point of the first embodiment. FIG. 15A shows the collapse mode of the pier, and FIG. 15B shows the collapse prevention action start point in the relationship between the displacement and the load in the collapse mode.
The collapse mode of the pier 2b in FIG. 17A shows the concept of designing a collapse prevention structure. The collapse mode indicates a relationship between a horizontal force H and a displacement u due to the H in a state where a constant load P is applied from above vertically to a vertical column. The force H increases up to the limit value of the horizontal displacement. In this region, the displacement u and the force H are in a proportional relationship, and are mechanically stable. The force Hu is the maximum value of the force H and the limit value of the horizontal restoring force. Here, when the horizontal displacement exceeds the limit value, a so-called buckling phenomenon occurs, and the displacement H increases and the force H decreases. When the force H becomes zero, the pier 2b has collapsed at the displacement u. The region where the buckling phenomenon has occurred is unstable. This unstable region is the range to which the collapse prevention structure of the present invention is applied. This means that the design of the collapse prevention structure and the seismic design of the pier can be clearly separated.
FIG. 17B shows the collapse prevention action start point in the relationship between the displacement u and the load H in the collapse mode, obtained by simulation by FEM analysis. The vertical axis represents the load H and the horizontal axis represents the displacement u. u 0 is the initial horizontal yield displacement, that is, the displacement in the elastic limit G (the elastic region where the displacement δ becomes zero when the load H is made zero). Hmax is the load of the allowable limit in seismic design, the displacement at that time is 3.94u 0. Shaking transition crossbeam 3 at the top of the pier 2b is, in the case of 3.94U 0 or less (bullet limit displacement u 0 or more G), buckling a pier base piers 2b does not occur. However, the displacement generated at the pier 2b becomes small even after the earthquake, but remains as a residual displacement.
Here, based on the loads Hmax, ／ Hmax, and ＨHmax, the displacements are 3.94u0, 7.65u0, and 11.40u0. This was examined as the starting point of the action where the cable 5 becomes taut. Although the load H in the unstable region shown in FIG. 15 decreases from the allowable limit (Hmax) in the seismic design toward the collapse point (H = 0), the strength of the pier 2b decreases. It indicates that you are doing. That is, the time of collapse refers to a case where a displacement greater than the displacement at the allowable limit in the seismic design occurs. Here, the displacement of the allowable limit in seismic design is 3.94u 0. It is about four times the displacement u 0 at the bullet limit G.
The spring stiffness of the elastic body 70 was determined so that the applied stress satisfied the allowable value and the cable cross-sectional area was minimized.
以上の条件にて、円形断面鋼製橋脚の崩壊特性とＦＥシェルモデルの倒壊解析を行った結果を図１８、図１９、図２０に示す。
図１８に、倒壊防止構造の諸元と倒壊防止時の状況を示す。ケーブル５に張力が作用する作用開始点の変位が小さいほど、ケーブル５の断面積は小さくなるとともに，倒壊が防止された状態での橋脚２ｂの傾斜も小さい。逆に、ケーブル５に張力が作用する作用開始点の変位が大きいほど、ケーブル５の断面積は大きくなるとともに，倒壊が防止された状態での橋脚２ｂの傾斜も大きい。よって、橋脚２ｂの傾斜が大きい程、ケーブル５の断面積が大きく、許容荷重も大きくなる。これは，倒壊防止装置の作用開始点変位が小さいと橋脚の水平変位が小さく、死荷重による倒壊モーメントも小さくなるためである。これは、図１6よりケーブル5の許容荷重は５６５.０〜１４９３．６ｋＮであるので、橋脚に作用する上部構造１の質量Ｍの１０９３０００ｋｇによる死荷重１０７１１ｋＮの５.３〜１３.９％に過ぎない小さい力で橋脚の倒壊の防止が可能になることを示している。この時の橋脚の傾きは０.０６３〜０.１３２である。
ケーブル５が、死荷重の５.３〜１３.９％の張力Ｔで、橋脚２ｂの倒壊の防止ができる理由を図１５の橋脚基部Ｏ周りに発生するモーメントで説明する。反時計周りには、死荷重に距離Ｒ１を乗じたモーメントが発生する。一方、時計周りには、ケーブル５の張力Ｔに距離Ｒ２を乗じたモーメントが発生する。この２つのモーメントは釣り合っているが、ケーブル５の張力Ｔによる距離Ｒ２が死荷重Ｍによる距離Ｒ１よりも大きくすることができるからである。距離Ｒ２が距離Ｒ１より大きく取れるのは、発明１が、橋脚２ｂと横梁３を有する高架橋において、横梁３の両端に、それぞれケーブル５の一方を固定し、ケーブル５の他方を、横梁３の同じ方向の外側に位置するアンカー６にそれぞれ弛ませて固定し、橋脚２ｂの倒壊時のみに、ケーブル５が緊張することにより、橋脚２ｂの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造だからである。発明２においても同様である。
また、ケーブル5の長さは、２３.３６〜２４.１４ｍである。弛みの無い基準長は図１３より２３.１ｍであるので、ケーブル５の弛み長さは、０.２６〜１.０４ｍとなる。 この弛み長さが、ケーブル５を弛ませている。
ここで、橋脚２ｂの倒壊防止をするための、横梁３の変位uは、図１７ｂの耐震設計でも許容限界の３.９４以上、倒壊点の変位を超えない値であれば良い。したがって、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である。この範囲で橋脚２ｂの倒壊を防止する効果がある。
また、ケーブル５の強度は、耐震設計での許容限界で最小値、倒壊点の変位を超えない値で最大値をとる単調減少の関係になる。よって、ケーブル５は、耐震設計での許容限界を基準として、径年変化等を考慮して余裕をもたせて設計するのが良い。
加えて、ケーブルの質量を小さくすることで、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
The collapse characteristics of the steel pier with a circular cross section and the collapse analysis of the FE shell model under the above conditions are shown in FIGS. 18, 19, and 20.
FIG. 18 shows the specifications of the collapse prevention structure and the situation when the collapse is prevented. The smaller the displacement of the operation start point at which the tension acts on the cable 5, the smaller the cross-sectional area of the cable 5 and the smaller the inclination of the pier 2b in a state where the cable 5 is prevented from collapse. Conversely, the larger the displacement of the operation start point where the tension acts on the cable 5, the larger the cross-sectional area of the cable 5 and the greater the inclination of the pier 2b in the state where the collapse is prevented. Therefore, the larger the inclination of the pier 2b, the larger the cross-sectional area of the cable 5 and the larger the allowable load. This is because the horizontal displacement of the pier is small when the operation start point displacement of the collapse prevention device is small, and the collapse moment due to the dead load is also small. This is because the allowable load of the cable 5 is 565.0 to 1493.6 kN from FIG. 16, which is only 5.3 to 13.9% of the dead load 10711 kN due to 1093,000 kg of the mass M of the upper structure 1 acting on the pier. It shows that it is possible to prevent collapse of the pier with less force. The inclination of the pier at this time is 0.063 to 0.132.
The reason why the cable 5 can prevent the pier 2b from collapsing with the tension T of 5.3 to 13.9% of the dead load will be described with reference to the moment generated around the pier base O in FIG. In the counterclockwise direction, a moment is generated by multiplying the dead load by the distance R1. On the other hand, in the clockwise direction, a moment is generated by multiplying the tension T of the cable 5 by the distance R2. Although these two moments are balanced, the distance R2 due to the tension T of the cable 5 can be greater than the distance R1 due to the dead load M. The reason that the distance R2 can be larger than the distance R1 is that, in the viaduct having the pier 2b and the cross beam 3, one of the cables 5 is fixed to both ends of the cross beam 3 and the other of the cables 5 is connected to the same cross beam 3 The cable 5 is tightened only when the pier 2b is collapsed, so that it is prevented from collapsing the pier 2b and the overall collapse of the accompanying viaduct. This is because it is a feature that prevents the viaduct from collapsing. The same applies to invention 2.
The length of the cable 5 is 23.36 to 24.14 m. Since the reference length without slack is 23.1 m from FIG. 13, the slack length of the cable 5 is 0.26 to 1.04 m. This slack length slackens the cable 5.
Here, the displacement u of the cross beam 3 for preventing the pier 2b from collapsing may be a value that is not less than the allowable limit of 3.94 and does not exceed the displacement of the collapsing point even in the seismic design of FIG. 17B. Therefore, the length of the cable 5 is a value not less than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design and not exceeding the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. Within this range, there is an effect of preventing collapse of the pier 2b.
Further, the strength of the cable 5 has a monotonically decreasing relationship in which the minimum value is at an allowable limit in the seismic design and the maximum value is at a value not exceeding the displacement at the collapse point. Therefore, it is preferable that the cable 5 be designed with a margin in consideration of the aging and the like based on the allowable limit in the seismic design.
In addition, reducing the mass of the cable has the effect of not changing the dynamic characteristics during an earthquake. That is, the initial slack of the cable can prevent seismic force from acting on the cable until immediately before the collapse behavior occurs. This is for the purpose of preventing the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before the collapse, and also to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
図１９は、橋脚頂部の変位の動的解析結果を示す。作用開始点の変位は、７.６５の場合である。横軸は時間(秒)、縦軸は変位である。パラメータは、(1)倒壊防止構造無し(ケーブル５および弾性体７０無し)、(２)ケーブル５＋弾性体７０(バネ)、(３)ケーブル５のみの３つである。(１)倒壊防止構造無しにおいては、約１０秒後に変位が大きくなり、耐震設計での許容限界を超えて、橋脚２ｂが倒壊する。一方、(２) ケーブル５＋弾性体７０、および(３)ケーブル５のみでは、変位が大きくなるが、約１０秒後には耐震設計での許容限界以下で安定する。これはケーブル５により橋脚２ｂを支えていることを示している。また、(２)ケーブル５＋弾性体７０の変位は、弾性体７０の変位により、(３)ケーブル５のみの変位より大きくなる。 FIG. 19 shows a dynamic analysis result of the displacement of the pier top. The displacement of the action starting point is a case of 7.65. The horizontal axis is time (seconds), and the vertical axis is displacement. The parameters are (1) no collapse prevention structure (no cable 5 and elastic body 70), (2) cable 5 + elastic body 70 (spring), and (3) cable 5 only. (1) Without the collapse prevention structure, the displacement increases after about 10 seconds, exceeding the allowable limit of the seismic design, and causing the pier 2b to collapse. On the other hand, the displacement increases with only (2) the cable 5 + the elastic body 70 and (3) the cable 5, but after about 10 seconds, it stabilizes below the allowable limit of the seismic design. This indicates that the pier 2b is supported by the cable 5. Further, (2) the displacement of the cable 5 + the elastic body 70 is larger than (3) the displacement of the cable 5 alone due to the displacement of the elastic body 70.
図２０は、ケーブルの張力の動的解析結果を示す。作用開始点の変位は、７.６５の場合である。横軸は時間(秒)、縦軸は張力である。パラメータは、(２)ケーブル５＋弾性体７０(バネ)、(３)ケーブル５のみの２つである。これによると、橋脚頂部変位が作用開始点に到達する５秒付近からケーブル５に張力が作用し始め，１０秒すぎで張力がケーブル５の許容荷重にほぼ到達する。この時図１７に示す変位の増大が止まっている。即ち、変位が耐震設計での許容限界以下、張力が許容荷重以下で安定するので、倒壊防止構造が適切に機能していることが確認できる。なお、弾性体７０がない場合には、弾性体７０の伸びがないために最大および残留変位は小さくなるものの、ケーブル５には許容荷重の約１．６倍の張力が一時的に作用しており、弾性体７０が用いた方がより安全であると考えられる。 FIG. 20 shows dynamic analysis results of cable tension. The displacement of the action starting point is a case of 7.65. The horizontal axis is time (seconds), and the vertical axis is tension. The parameters are (2) cable 5 + elastic body 70 (spring) and (3) cable 5 only. According to this, tension starts to be applied to the cable 5 from about 5 seconds when the displacement of the pier top reaches the action start point, and the tension almost reaches the allowable load of the cable 5 in about 10 seconds. At this time, the displacement shown in FIG. 17 has stopped increasing. That is, since the displacement is stable below the allowable limit in the seismic design and the tension is below the allowable load, it can be confirmed that the collapse prevention structure is functioning properly. When the elastic body 70 is not provided, the maximum and the residual displacement become small because the elastic body 70 does not elongate, but a tension of about 1.6 times the allowable load acts on the cable 5 temporarily. Therefore, it is considered that the use of the elastic body 70 is safer.
本発明に係る高架橋の倒壊防止構造によれば、高架橋ばかりでなく、建築物にも転用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the collapse prevention structure of a viaduct concerning this invention, it can be diverted not only to a viaduct but to a building.
１ 上部構造
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，１９ａ，１９ｂ， 橋脚
３，２０ａ，２０ｂ 横梁
４，７，１７，２１，２７ ブラケット
５，１８，２２，２８ ケーブル
６，６１，６２ アンカー
８ 歩道
９ 車道
１０ 車両空間
１１ 支柱
１２ 引張力
１３ 支圧板
１４ ダンパー
１５ 反力板
１６ 建築構造物
２３ 橋台
７０ 弾性体
1 upper structure 2a, 2b, 2c, 2d, 19a, 19b, pier 3, 20a, 20b cross beam 4, 7, 17, 21, 27 bracket 5, 18, 22, 28 cable 6, 61, 62 anchor 8 sidewalk 9 roadway REFERENCE SIGNS LIST 10 vehicle space 11 support 12 tensile force 13 support plate 14 damper 15 reaction plate 16 building structure 23 abutment 70 elastic body
Claims (3)
前記横梁の長手方向の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、前記ケーブルの、前記横梁に固定された箇所を第１固定点とすること、
前記ケーブルの他方を、前記横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、
それぞれ弛ませて固定し、前記ケーブルの、前記アンカーに固定された箇所を第２固定点とすること、
前記橋脚の基部が損傷し耐力を喪失することで、前記橋脚の変位が耐震設計での許容限界を超えたとき以降に、
前記ケーブルが緊張することにより、
前記橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止すること、
前記ケーブルの長さは、
前記橋脚の変位前の前記第１固定点と前記第２固定点との水平方向の距離に、耐震設計での許容限界に発生している前記橋脚の変位により生じる前記第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、前記第１固定点と前記第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した値を超えた値であり、
前記橋脚の変位前の前記第１固定点と前記第２固定点との水平方向の距離に、倒壊点に発生している前記橋脚の変位により生じる前記第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、前記第１固定点と前記第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した長さを超えない値であること、
を特徴とする高架橋の倒壊防止構造。 Have a pier and cross beam, and the pier and the cross beam is in the viaduct having a substantially T-shape,
One end of each of the cables is fixed to both ends in the longitudinal direction of the cross beam, and a portion of the cable fixed to the cross beam is a first fixing point;
The other end of the cable is connected to an anchor located outside the cross beam in the same direction,
Each is loosened and fixed, and the portion of the cable fixed to the anchor is set as a second fixing point,
Since the base of the pier is damaged and loses its strength, after the displacement of the pier exceeds the allowable limit in the seismic design,
By the tension of the cable,
Preventing the collapse of the pier and the overall collapse of the associated viaduct ;
The length of the cable is
At the horizontal distance between the first fixed point and the second fixed point before the displacement of the pier, the horizontal direction of the first fixed point caused by the displacement of the pier occurring at the allowable limit in the seismic design. displacement and a value obtained by adding the based on the distance in the height direction between the second fixed point and the first fixed point, a value exceeding the more calculated values to the Pythagorean theorem,
To the horizontal distance between the first fixed point and the second fixed point before the displacement of the pier, the horizontal displacement of the first fixed point caused by the displacement of the pier occurring at the collapse point is added. the value was, said a length of the first height direction of the fixed point and the second fixation point, on the basis of a value not exceeding more calculated length Pythagorean theorem,
The structure of the viaduct that prevents it from collapsing.
橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、
２本のケーブルの他端を、
それぞれ弛ませて固定し、
橋脚の橋軸方向の倒壊を抑止することを特徴とする請求項１に記載する高架橋の倒壊防止構造。 Attach two cables to each end of the cross beam,
Anchors installed on both sides in the bridge axis direction with respect to the pier,
Connect the other ends of the two cables
Loosen each and fix,
The collapse prevention structure for a viaduct according to claim 1, wherein collapse of the pier in the bridge axis direction is suppressed.
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