JP6765563B1 - 滑り免震装置及び橋梁 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時における上沓と下沓の間の相対的な水平変位及び鉛直変位を、ともに抑制することのできる滑り免震装置と、この滑り免震装置を可動支承に備えている橋梁を提供すること。【解決手段】上沓４１と、下沓４３と、摺動体４５とを有する滑り免震装置４０であり、上沓４１と下沓４３に跨る一対の移動方向規制治具４７がいずれか一方の沓に対して固定され、他方の沓に対して固定されておらず、他方の沓の所定方向への水平変位が移動方向規制治具４７により規制され、移動方向規制治具４７は鍵部４７ｂを備え、鍵部４７ｂが他方の沓の端部の上面もしくは下面に配設されることにより、他方の沓の鉛直変位が規制されており、他方の沓の下面もしくは上面には、摺動体４５の摺動範囲を規定するストッパーリング４１ｄと、ストッパーリング４１ｄの内側にある凹球状で平面視円形の第一摺動面４１ｃが設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、滑り免震装置と滑り免震装置を備えた橋梁に関する。

地震国であるわが国においては、ビルや橋梁、高架道路、戸建の住宅といった様々な構造物に対して、地震力に抗する技術、構造物に入る地震力を低減する技術など、様々な耐震技術、免震技術及び制震技術が開発され、各種構造物に適用されている。中でも免震技術は、構造物に入る地震力そのものを低減する技術であることから、地震時の構造物の振動は効果的に低減される。この免震技術を概説すると、下部構造体と上部構造体との間に免震装置を介在させ、地震による下部構造体の振動の上部構造体への伝達を低減し、上部構造体の振動を低減して構造安定性を保証するものである。

免震装置には、鉛プラグ入り積層ゴム支承装置や高減衰積層ゴム支承装置、積層ゴム支承とダンパーを組み合わせた装置、滑り免震装置など、様々な形態の装置が存在している。その中で、滑り免震装置には平面滑り免震支承と球面滑り免震支承があり、平面滑り免震支承は復元力を有しないが、球面滑り免震支承は復元力を有し、地震時のセルフセンタリング機能を有する。ここで、球面滑り免震支承の一例を取り上げてその構成を説明すると、曲率を有する摺動面を備えた上沓および下沓と、上沓と下沓の間に配設されてそれぞれの沓の摺動面と接し、それぞれの沓と同一の曲率を有する上面および下面を備えた摺動体（スライダー）と、から構成されており、この種の滑り免震装置はダブルコンケイブ式の免震装置（二面滑り支承の滑り免震装置）と称されることもある。また、他の形態として、例えば上沓に対して摺動体が固定され、上沓及び摺動体が下沓に対して摺動する構成の滑り免震装置もあり、この種の滑り免震装置はシングルコンケイブ式の免震装置（片面滑り支承の滑り免震装置）と称されることもある。

ところで、地震の規模（レベル）には、近い将来に発生する確率は高いが被害は中小規模に留まるレベル１、発生する確率は高くないが大被害となる可能性があるレベル２がある。また、最近では、発生する確率は極めて低いが甚大な被害の出る可能性のあるレベル２より大きな地震も想定されている。尚、レベル１地震とレベル２地震はそれぞれ中地震と大地震に相当し、レベル２より大きな地震は設計基準に規定はないものの、万一の最悪の事態を検討する際に設定される最大級の地震レベルとして位置付けられている。尚、以下、本明細書では、レベル２より大きな地震を大地震と称することもあるし、レベル２地震とレベル２より大きな地震の双方の地震を大地震と称することもある。

仮にレベル１地震までを想定して滑り免震装置が設計されている場合はレベル２地震が想定外の地震となり、レベル２地震までを想定して滑り免震装置が設計されている場合はレベル２より大きな地震が想定外の地震となるが、このように想定外の地震が発生した場合、従来の滑り免震装置では、下部構造体と上部構造体の水平方向の相対変位量が限界変形量を超える可能性がある。下部構造体と上部構造体の相対変位量が限界変形量を超える場合、例えば下沓から上沓及び上部構造体が脱落したり、上沓から上部構造体が脱落する等の恐れがある。このような課題に対して、想定外の地震の際に、摺動体が滑り面上を滑動しつつ、下沓と上沓とが水平方向に大きく相対変位し、下沓または上沓にリング状のストッパーが水平方向の外側から当接することにより、下沓と上沓との更なる相対変位を規制する滑り支承が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−２０９７３０号公報

特許文献１に記載の滑り支承によれば、想定外の地震が発生した際に、下沓と上沓との水平方向の相対変位量をストッパーにより規制することができるため、滑り支承にフェールセーフ機能を付加することができ、下部構造体と上部構造体の水平方向への過度な相対変位を抑制して、上沓からの上部構造体の脱落等を解消することができる。

ここで、特許文献１には、鈑桁橋の橋脚（下部構造体）と橋桁（上部構造体）の間に上記滑り支承を設ける実施形態が記載されている。この記載例では橋軸直角方向の移動例を示しているが、一般には、上部構造体の回転のみを吸収する固定支承と、上部構造体の回転と伸縮を吸収する可動支承があり、橋軸方向に離間して配設される複数の橋脚（橋台を含む）において、それぞれ可動支承と固定支承が設置されて各支承に橋桁が支持されている。この構成により、主桁を含む上部構造体の温度変化や活荷重に起因する橋軸方向の伸縮に対しては可動支承が対応しながら、固定支承と可動支承の組み合わせにより橋梁の常時供用時の性能を担保している。

ところで、地震の際に、上沓に支持される上部構造体には水平力と上方への上揚力が作用し、上部構造体は水平力により水平方向に変位するとともに、上揚力により上方に変位し得る。しかしながら、特許文献１には、例えば上沓の過度な水平変位に対するフェールセーフ機能となるリング状のストッパーに関する記載はあるものの、上揚力による上方への変位（浮き上がり）を抑制する手段の開示がないため、地震時における上沓の水平変位と鉛直変位をともに抑制することは難しい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、地震時における上沓と下沓の間の相対的な水平変位及び鉛直変位をともに抑制することのできる滑り免震装置と、この滑り免震装置を可動支承に備えている橋梁を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による滑り免震装置の一態様は、
上沓及び下沓と、該上沓及び該下沓の間でスライド自在な摺動体とを有する滑り免震装置であって、
前記上沓と前記下沓に跨る一対の移動方向規制治具が、前記上沓と前記下沓のいずれか一方の沓に対して固定され、前記上沓もしくは前記下沓の他方の沓に対して固定されておらず、該他方の沓の所定方向への水平変位が該移動方向規制治具により規制され、
前記移動方向規制治具は鍵部を備え、該鍵部が前記他方の沓の端部の上面もしくは下面に配設されることにより、該他方の沓の鉛直変位が規制されており、
前記他方の沓の下面もしくは上面には、前記摺動体の摺動範囲を規定するストッパーリングと、該ストッパーリングの内側にある凹球状で平面視円形の第一摺動面が設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、上沓と下沓のいずれか一方の沓に一対の移動方向規制治具が固定され、上沓と下沓のいずれか他方の沓には一対の移動方向規制治具が固定されず、当該一対の移動方向規制治具をガイドとして水平方向の変位（移動）が自在となっていることにより、上沓と下沓の水平方向の相対移動のうち、所定方向の移動を規制（制限）することができる。本態様は、橋梁や高架道路、住宅等、いずれの構造物に対しても適用可能であるが、本態様が橋梁の可動支承に適用される場合、上記する「所定方向」として、例えば橋軸直角方向が一例となり、例えば上沓の橋軸方向への移動が許容され、橋軸直角方向への移動が規制される。例えば、上記するレベル２以下の地震（レベル１地震とレベル２地震）においては、例えば下沓に対して上沓を橋軸方向に自由に水平変位させることが許容される。

さらに、本態様では、移動方向規制治具が鍵部を備え、当該移動方向規制治具が固定されていない他方の沓の端部の上面（上沓の上面）もしくは下面（下沓の下面）に鍵部が配設されていることにより、他方の沓の鉛直変位（上下変位）を規制することができる。従って、例えば、上沓にレベル２以上の地震（レベル２地震とレベル２より大きな地震）に起因する上揚力が作用した際に、上沓が移動方向規制治具の鍵部に接触し、上沓の浮き上がり（鉛直変位の一例）等を抑制することができる。このような上沓の浮き上がりの抑制により、下部構造体から上沓及び上部構造体が脱落することを防止できる。

本態様はさらに、移動方向規制治具が固定されない他方の沓における、摺動体が摺動する第一摺動面において、摺動体の摺動範囲を規定するストッパーリングを備えている。このストッパーリングにより、想定外の地震による水平力（レベル２地震までを想定していた際に、レベル２より大きな地震が作用する場合等）が例えば上沓に作用した際に、上沓の過度な水平変位をストッパーリングにて抑制することが可能になる。ここで、ストッパーリングの一例として、移動方向規制治具が固定されていない他方の沓のうち、摺動体が摺動する面に開設された円柱状の溝からなる形態が挙げられ、この円柱状の溝のストッパーリングの内側に、湾曲状の第一摺動面が設けられる。また、ストッパーリングの他例として、他方の沓のうち、摺動体が摺動する面に設けられているリング状の突起からなる形態が挙げられ、このリング状の突起の内側に、湾曲状の第一摺動面が設けられる。

このように、本態様の滑り免震装置は、上沓もしくは下沓の一方に対して第一のフェールセーフ機構である移動方向規制治具が固定され、上沓もしくは下沓の他方（第一のフェールセーフ機構が固定されていない沓）に対して第二のフェールセーフ機構であるストッパーリングが設けられている。これらの構成により、移動方向規制治具が固定されていない沓の水平面内における移動方向を移動方向規制治具にて規制しながら、上揚力による浮き上がり等の鉛直変位を移動方向規制治具にて抑制でき、さらには、移動方向規制治具が固定されていない沓であってストッパーリングが設けられている沓の過度な水平変位を、摺動体が当該ストッパーリングに当接することにより抑制することができる。

また、本発明による滑り免震装置の他の態様において、前記他方の沓の端部には前記鍵部が配設される係合溝が設けられ、
前記係合溝と前記鍵部の間に少なくとも鉛直方向の隙間が設けられ、
前記摺動体は凸球状の第二摺動面を備えており、
前記第二摺動面の上を前記他方の沓の前記第一摺動面が摺動した際に、前記隙間が解消されて前記係合溝が前記鍵部に係合することを特徴とする。

本態様によれば、移動方向規制治具が固定されていない他方の沓の端部の係合溝に対して、当該移動方向規制治具の有する鍵部が鉛直方向の隙間を備えた状態で配設され、例えば、地震時に摺動体の上を他方の沓（例えば上沓）が摺動し、当該他方の沓の摺動に応じて隙間が解消された際に係合溝が鍵部に係合することにより、上沓の過度の浮き上がりが下沓に固定されている移動方向規制治具にて抑制される。

すなわち、常時や例えばレベル１地震のような規模の小さな地震の際には、係合溝と鍵部の間の鉛直方向の隙間は維持され、双方が係合することはない。また、設計思想として、レベル２地震までを想定地震とし、最大規模の想定地震の際に鉛直方向の隙間が解消されて係合溝と鍵部が係合するように、当該隙間の長さを設定することができる。また、最大規模の想定地震により係合溝と鍵部が係合した状態であっても、摺動体の凸球状の第二摺動面を摺動している他方の沓の備えるストッパーリングの壁面まで当該摺動体が到達していないように、隙間の長さとストッパーリングの位置を設定してもよい。ここで、「少なくとも鉛直方向の隙間が設けられており」とは、係合溝と鍵部の間に、鉛直方向の隙間のみが存在する形態の他に、水平方向の隙間がさらに存在する形態を含んでいる。

また、本発明による滑り免震装置の他の態様において、前記第二摺動面には摩擦材が取り付けられ、
前記第一摺動面には、平面視円形の相手材が取り付けられており、
前記相手材は、前記ストッパーリング内の前記第一摺動面における中心を通る弧の長さ以上の直径を有しており、該相手材が前記ストッパーリング内に嵌め込まれていることにより、該ストッパーリング内において該相手材はその径方向に圧縮力を有する状態となっていることを特徴とする。

本態様によれば、移動方向規制治具が固定されていない他方の沓（例えば上沓）が、ストッパーリング内の第一摺動面における中心を通る弧の長さ以上の直径を有している相手材を備え、当該相手材が湾曲に変形してストッパーリング内に嵌め込まれていることにより、この嵌め込まれている状態において、相手材は弾性変形して収縮し、その径方向に圧縮力を有する状態となる。相手材がその径方向に圧縮力を有する状態でストッパーリング内に嵌め込まれていることにより、径方向の圧縮力の反力がストッパーリングの内周面に作用することになり、ストッパーリングに対して相手材が強固に取り付けられる。また、相手材を第一摺動面に密着させて取り付けることができるため、第一摺動面に対する相手材の取り付けに際して、接着剤等は一切不要になる。尚、この「弾性変形」は、原則的には相手材が完全に弾性変形していることを意味しているが、その他、弾性変形に加えて塑性変形が多少進んでいる状態も含むものとする。

ここで、相手材は例えばステンレス製の相手材であり、相手材の厚みを１ｍｍ以上に設定できる。ステンレス製の相手材の厚みが１ｍｍ以上であることにより、相手材を湾曲に弾性変形させて第一摺動面に嵌め込む際に、当該相手材に発生し得る皺を抑制できる。また、滑り免震装置の供用後、第一摺動面に嵌め込まれた相手材に沿って摺動体が繰り返し摺動する過程においても、相手材に発生し得る皺を抑制できる。

一つの設計例を挙げると、第一摺動面の直径を２０００ｍｍ、曲率半径を２５００ｍｍとした場合、相手材の直径は２０５７ｍｍとなり、従って、直径２０００ｍｍのストッパーリングの内周の直径よりも相手材の直径が５７ｍｍ大きく設定される。また、第一摺動面の直径を５００ｍｍ、曲率半径を４５００ｍｍとした場合、相手材の直径は５００．２５ｍｍとなり、直径５００ｍｍのストッパーリングの内周の直径よりも相手材の直径が０．２５ｍｍ大きく設定される。このように湾曲に変形してストッパーリング内に嵌め込まれた平面視円形の相手材には、その径方向に圧縮力が作用しており、その反力がストッパーリングの内周面に作用することから、ストッパーリング内に相手材を湾曲に変形させて嵌め込むことにより、ストッパーリングに対して相手材を強固に取り付けることができる。

ここで、ストッパーリングの内壁面は、垂直な壁面であってもよいし、テーパー状の壁面であってもよいし、垂直面とテーパー面が組み合わされた壁面であってもよい。ここで、例えば片面滑り免震装置を形成する本態様の滑り免震装置においては、相手材が嵌め込まれる沓は上沓もしくは下沓のいずれか一方となる。

また、本発明による滑り免震装置の他の態様において、前記移動方向規制治具は、前記一方の沓に対してボルトにて固定されており、以下二種類のいずれかの構成を有しているものであり、
（１）前記隙間が解消される水平力以上の大きさの水平力が前記滑り免震装置に作用した際に、前記ボルトが破断するようにボルトの破断強度が設定されており、該ボルトが破断した際に前記摺動体は前記ストッパーリングまで到達しておらず、該ボルトが破断し、該摺動体がさらに摺動することにより該摺動体が該ストッパーリングに到達するようになっている、
（２）前記隙間が解消される水平力以上の大きさの水平力が前記滑り免震装置に作用した際に、前記移動方向規制治具の少なくとも一部が破断するように該移動方向規制治具が構成されており、該移動方向規制治具の少なくとも一部が破断した際に前記摺動体は前記ストッパーリングまで到達しておらず、該移動方向規制治具の少なくとも一部が破断し、該摺動体がさらに摺動することにより該摺動体が該ストッパーリングに到達するようになっている。

本態様によれば、例えば、レベル２地震までを想定地震とした際に、それよりも規模の大きなレベル２より大きな地震の際には、摺動体の凸球状の第二摺動面に対して他方の沓（例えば上沓とする）の凹球状の第一摺動面がさらに摺動する結果、例えば上沓が上方に持ち上げられ、係合溝と鍵部の間の隙間が解消（ゼロになる）される。そして、さらに上沓が移動することにより、移動方向規制治具を固定しているボルトが破断したり、移動方向規制治具の一部（例えば鍵部等）が破断する結果、移動方向規制治具は下沓から外れ、移動方向規制治具による上沓の拘束を解除することができ、上沓の水平３６０度の自由な方向への水平変位が許容される。尚、この段階でも、ストッパーリングの壁面まで摺動体は到達していない。そして、地震時の水平力により、摺動体に対して上沓がさらに水平変位することになるが、水平変位した摺動体がストッパーリングの内壁に到達することにより、上沓のそれ以上の水平変位（過度な水平変位）が抑制される。このように、第一摺動面の平面寸法（もしくは、第一摺動面の中心からストッパーリングまでの距離）と、摺動体の第二摺動面の平面寸法と、ボルトの破断強度等を、想定地震と想定外地震に応じて適切に設定することにより、例えばレベル２地震等の想定地震の際の上沓等の水平変位の抑制と浮き上がりの抑制が保証される。さらに、想定外地震であるレベル２より大きな地震の際の上沓等の過度な水平変位の抑制が保証される。

また、本発明による橋梁の一態様は、
前記滑り免震装置と、
前記滑り免震装置が可動支承として介在する上部構造体及び下部構造体と、を有し、
対向する一対の前記移動方向規制治具が、前記下部構造体もしくは前記上部構造体の橋軸直角方向に配設されていることを特徴とする。

本態様によれば、本発明の滑り免震装置が可動支承を形成することにより、例えば常時や想定地震の際の上沓等の水平変位の抑制と浮き上がりの抑制が保証され、さらに、想定外地震の際の上沓等の過度な水平変位の抑制が保証され、もって、あらゆる規模の地震に対して十分な制振性能を発揮し得る橋梁を提供することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の滑り免震装置及び橋梁によれば、地震時における上沓と下沓の間の相対的な水平変位及び鉛直変位を、ともに抑制することができる。

実施形態に係る橋梁の一例の側面図である。 実施形態に係る滑り免震装置の一例が橋脚の天端に固定されている状態を示す斜視図である。 図２のIII−III矢視図であって、橋脚の天端に固定されている滑り免震装置の一例の縦断面図である。 実施形態に係る滑り免震装置の一例の分解斜視図である。 実施形態に係る滑り免震装置が、可動支承として上部構造体と下部構造体の間に介在している状態を橋軸方向から見た縦断面図である。 実施形態に係る滑り免震装置に対して橋軸方向に水平力が作用した際に、上沓の浮き上がりを移動方向規制治具が抑制している状態を橋軸方向から見た模式図である。 実施形態に係る滑り免震装置に対して橋軸方向に水平力が作用した際に、上沓の過度な水平変位をストッパーリングが抑制している状態を橋軸直角方向から見た模式図である。 実施形態に係る滑り免震装置に対して橋軸直角方向に水平力が作用した際に、上沓の過度な水平変位をストッパーリングが抑制している状態を橋軸方向から見た模式図である。 実施形態に係る滑り免震装置を構成する上沓の製作方法の一例を説明する斜視図である。 実施形態に係る滑り免震装置を構成する上沓の製作方法の一例を説明する縦断面図である。 図９に続いて、滑り免震装置を構成する上沓の製作方法の一例を説明する斜視図である。 図１１に続いて、滑り免震装置を構成する上沓の製作方法の一例を説明する縦断面図であって、ストッパーリングの内周面に沿って相手材が徐々に押し込まれている状態をともに示す図である。 実施形態に係る滑り免震装置を構成する上沓の一例の斜視図であって、相手材においてその径方向に圧縮力が作用している状態をともに示す図である。

以下、実施形態に係る橋梁と、橋梁の可動支承を形成する実施形態に係る滑り免震装置について、滑り免震装置を構成する上沓の製作方法とともに添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［実施形態に係る橋梁と滑り免震装置］
はじめに、図１乃至図８を参照して、実施形態に係る橋梁の一例と、実施形態に係る滑り免震装置の一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る橋梁の一例の側面図である。また、図２は、実施形態に係る滑り免震装置の一例が橋脚の天端に固定されている状態を示す斜視図であり、図３は、図２のIII−III矢視図であって、橋脚の天端に固定されている滑り免震装置の一例の縦断面図であり、図４は、実施形態に係る滑り免震装置の一例の分解斜視図である。また、図５は、実施形態に係る滑り免震装置が、可動支承として上部構造体と下部構造体の間に介在している状態を橋軸方向で見た縦断面図である。

図１に示すように、橋梁１００は、橋軸方向に間隔を置いて配設される、例えば鉄筋コンクリート製の複数の橋脚２０（下部構造体）に対して、固定支承である滑り免震装置３０と可動支承である滑り免震装置４０を介して上部構造体１０が支持されることにより形成されている。尚、図示例は、連続する１基の上部構造体１０が５基の橋脚２０にて支持され、５基の橋脚２０のうち、１基の橋脚２０の天端に固定支承３０が配設され、他の４基の橋脚２０の天端に可動支承４０が配設されているが、１基の上部構造体１０を支持する橋脚２０の基数や固定支承３０等の数は多様に存在する。

図２乃至図４に示すように、橋梁１００の可動支承を形成する滑り免震装置４０は、上沓４１（他方の沓の一例）と、下沓４３（一方の沓の一例）と、下沓４３に対して回動自在な摺動体４５とを有し、摺動体４５に対して上沓４１がスライド自在に構成されている片面滑り支承の滑り免震装置である。尚、図示を省略するが、滑り免震装置は、図示例の形態以外にも、摺動体４５が上沓４１に対して回動自在に配設され、摺動体４５に対して下沓４３がスライド自在に構成されている片面滑り支承の滑り免震装置であってもよい。

上沓４１と下沓４３はともに、溶接鋼材用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ、もしくはＳＮ４９０Ｂ、Ｃ、もしくはＳ４５Ｃ）、あるいはＳＵＳ材や鋳鋼材、鋳鉄等から形成され、相互に平面寸法の異なる平面視矩形を呈している。図示例では、下沓４３の平面寸法が相対的に大きくなっている。

上沓４１の上面は、上部構造体を支持する平坦な構造体支持面４１ａである。この構造体支持面４１ａのうち、一対の端辺には係合溝４１ｂが設けられている。また、下沓４３の上面には、ブロック状の本体部４７ａと、本体部４７ａの上部において上沓４１側に突出する鍵部４７ｂとを備える二つの移動方向規制治具４７が設けられている。そして、それぞれの移動方向規制治具４７の有する鍵部４７ｂが、対応する係合溝４１ｂに対して遊嵌されている。図３からも明らかなように、上沓４１の係合溝４１ｂと移動方向規制治具４７の鍵部４７ｂとの間には隙間があり、鍵部４７ｂの下面と係合溝４１ｂの底面の間には鉛直方向の長さｔ１の隙間４１ｆが設けられ、本体部４７ａと上沓４１の外周面との間には水平方向の長さｔ２の隙間４１ｇが設けられている。図３に示すように、常時においては、左右一対の移動方向規制治具４７と上沓４１は相互に隙間４１ｆ，４１ｇを有した状態で完全に縁切りされており、従って、図２に示すように、上部構造体（図示せず）を支持する上沓４１は橋軸方向に移動自在となっている。

一方、図３及び図４に示すように、上沓４１の下面には、円柱状の溝からなるストッパーリング４１ｄが設けられ、このストッパーリング４１ｄの内側には、湾曲状の第一摺動面４１ｃが設けられている。そして、第一摺動面４１ｃには、ステンレス製で平面視円形の相手材４２（滑り板）が嵌め込まれている。また、相手材４２の摺動面には鏡面仕上げ加工が施されている。相手材４２は、ストッパーリング４１ｄ及び第一摺動面４１ｃの平面視寸法よりも大きな平面視寸法を有しており、相対的に平面視寸法の大きな相手材４２がストッパーリング４１ｄを介して第一摺動面４１ｃに嵌め込まれていることにより、相手材４２にはその径方向に圧縮力が生じ、この圧縮力の反力がストッパーリング４１ｄを径方向外側へ押し込むことにより、第一摺動面４１ｃに対して相手材４２が強固に固定されている。尚、この製作方法に関しては以下で詳説する。

図４に示すように、下沓４３の上面には、凹球面４４ａを備えている球座４４が複数のボルト４９により固定されており、下沓４３は、球座４４が着脱自在に固定される受け台となっている。ここで、球座４４も上沓４１や下沓４３と同様の素材により形成されている。

また、図４に示すように、下沓４３には、橋脚２０の天端から上方に突出する複数のアンカーボルト２２（図２及び図３参照）が挿通される複数のアンカーボルト孔４３ａと、移動方向規制治具４７の有する複数のボルト孔４７ｃに対応する複数のボルト孔４３ｂが設けられている。図２及び図３に示すように、アンカーボルト２２が下沓４３のアンカーボルト孔４３ａに挿通され、下沓４３の上面から突出するアンカーボルト２２をナット２３にて締め付けることにより、下沓４３が橋脚２０の沓座２１の上面に固定される。尚、下沓４３の下面と沓座２１の上面の間には、不図示のモルタル等が充填され、これらの間に生じ得る隙間が解消されている。

球座４４の凹球面４４ａには、摺動体４５の有する下方の凸球面４５ｂが回動自在に収容されている。摺動体４５は、その上方に上沓４１の第一摺動面４１ｃと同様の曲率を有する第二摺動面４５ａを有し、その下方に上記する凸球面４５ｂを有している。第二摺動面４５ａには、摩擦材４６が取り付けられている。

ここで、摩擦材４６は、例えば、少なくともＰＴＦＥを素材とする摩擦材である。摩擦材４６は二重織物により形成され、二重織物は、ＰＴＦＥ繊維（polytetrafluoroethylene、ポリテトラフルオロエチレン）と、ＰＴＦＥ繊維よりも引張強度の高い繊維（高強度繊維）とにより形成される。ここで、「ＰＴＦＥ繊維よりも引張強度の高い繊維」としては、ナイロン６・６、ナイロン６、ナイロン４・６などのポリアミドやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルやパラアラミドなどの繊維を挙げることができる。また、メタアラミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ガラス、カーボン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ＬＣＰ、ポリイミド、ＰＥＥＫなどの繊維を挙げることができる。また、さらに、熱融着繊維や綿、ウールなどの繊維を適用してもよい。その中でも、耐薬品性、耐加水分解性に優れ、引張強度の極めて高いＰＰＳ繊維が望ましい。

尚、少なくともＰＴＦＥを素材とする摩擦材４６としては、二重織物以外のＰＴＦＥ繊維を含む織物でもよく、また、ＰＴＦＥのみを素材とする摩擦材、ＰＴＦＥと他の樹脂の複合素材からなる摩擦材、ＰＴＦＥを素材とする摩擦材と他の樹脂を素材とする摩擦材との積層構造の摩擦材などであってもよい。

図２乃至図４に示すように、下沓４３の上面に固定されている球座４４に摺動体４５が回動自在に収容され、摺動体４５の天端の摩擦材４６に対して、第一摺動面４１ｃに嵌め込まれている相手材４２が当接するようにして上沓４１が配設される。この状態で、上沓４１の左右の係合溝４１ｂに鍵部４７ｂが遊嵌するようにして、断面視逆Ｌ型の一対の移動方向規制治具４７が、複数のボルト４８により下沓４３に固定され、可動支承を構成する滑り免震装置４０が形成される。ここで、移動方向規制治具４７も、上沓４１や下沓４３と同様の素材により形成される。尚、図示を省略するが、図１に示す固定支承は、例えば、図２に示す移動方向規制治具４７の鍵部４７ｂと上沓４１の係合溝４１ｂがボルト固定等された構成を有しており、この構成により、常時における橋軸方向の上沓の移動が規制される。

図３に示すように、移動方向規制治具４７の鍵部４７ｂと上沓４１の係合溝４１ｂの底面との間に、鉛直方向の長さｔ１の隙間４１ｆが存在するものの、例えば、大地震時において上沓４１が水平変位する過程で上方に持ち上げられた際に、上方にある鍵部４７ｂがストッパーとなることにより、上部構造体を支持する上沓４１の過度な上方への浮き上がりが抑制される。

図５に示すように、可動支承４０において上沓４１を橋軸方向に移動可能とした状態で下沓４３に固定される一対の移動方向規制治具４７は、下部構造体である橋脚２０の天端の沓座２１の上面において、下沓４３を介して橋軸直角方向に配設されている。尚、一対の移動方向規制治具４７が上沓４１に固定される形態であってもよく、この形態では、一対の移動方向規制治具４７は、上部構造体の下面において、上沓４１を介して橋軸直角方向に配設されている。

上部構造体１０は、上下のフランジとウエブを有するＩ形鋼により形成される鋼製の主桁１１と、左右の主桁１１のウエブ同士を繋ぐ鋼製の横桁１２により構成されている。尚、ウエブから補強リブ（図示せず）が張り出し、補強リブと横桁１２がスプライスプレート（図示せず）を介してボルト接合されていてもよいし、主桁１１には、その長手方向に間隔を置いて補強リブが取り付けられていてもよい。また、上部構造体１０は、図示例のＩ形鋼からなる主桁１１と横桁１２の組み合わせに限らず、トラス構造の主桁や箱桁、あるいはコンクリート桁等により形成されてもよい。

可動支承４０では、上沓４１が一対の移動方向規制治具４７に固定されず、一対の移動方向規制治具４７をガイドとして、下沓４３に対する上沓４１の橋軸方向への相対移動が許容されている。そのため、主桁１１を含む上部構造体１０の温度変化に起因する橋軸方向への伸縮の際に、下沓４３に対して上沓４１が橋軸方向へ相対移動することにより、この上部構造体１０の橋軸方向への伸縮に対応することができる。

図５に示すように、地震時の水平力が可動支承４０に作用し得る。また、鉛直方向の地震動やそれに伴うたわみ振動、さらには、例えば曲線桁のように重心が偏芯箇所となることに起因する橋脚２０の天端における転倒モーメント等により、可動支承４０には上揚力が作用し得る。図示する可動支承４０においては、断面形状が逆Ｌ型を呈している一対の移動方向規制治具４７の鍵部４７ｂが、上沓４１の左右の端部にある係合溝４１ｂに対して隙間を有した状態で配設されていることから、これら様々な要因にて作用し得る上揚力に対して、下沓４３から上沓４１が過度に浮き上がり、脱落する危険性を抑止することができる。

次に、図６及び図７を参照して、橋軸方向に例えばレベル２地震やレベル２より大きな地震（想定外の規模の地震）が作用した際の滑り免震装置４０の作用の一例について説明し、図８を参照して、橋軸直角方向に例えばレベル２より大きな地震が作用した際の滑り免震装置４０の作用の一例について説明する。ここで、図６は、実施形態に係る滑り免震装置に対して橋軸方向に水平力が作用した際に、上沓の浮き上がりを移動方向規制治具が抑制している状態を橋軸方向から見た模式図であり、図７は、同様に橋軸方向に水平力が作用した際に、上沓の過度な水平変位をストッパーリングが抑制している状態を橋軸直角方向から見た模式図である。また、図８は、滑り免震装置に対して橋軸直角方向に水平力が作用した際に、上沓の過度な水平変位をストッパーリングが抑制している状態を橋軸方向から見た模式図である。尚、図示例と反対方向に地震時の水平力が作用した際には、上部構造体（図示せず）を支持する上沓４１の水平変位方向や摺動体４５の回動方向が図示例とは逆になることは勿論のことである。

まず、上部構造体を支持する滑り免震装置４０に、レベル２地震による橋軸方向の水平力が作用した場合、摺動体４５が回動するとともに、上部構造体を支持する上沓４１は水平力の作用方向に水平変位する。想定される最大地震であるレベル２地震が作用した場合は、図６に示すように、上沓４１が橋軸方向に水平変位する過程で上方へＸ１方向に持ち上げられる。そして、上沓４１の左右の係合溝４１ｂと移動方向規制治具４７の鍵部４７ｂの間の鉛直方向の隙間４１ｆ（図３参照）が無くなって双方が接触し、上沓４１のそれ以上の上方への浮き上がりが抑止される。尚、滑り免震装置４０に対してレベル１地震による橋軸方向の水平力が作用した場合は、隙間４１ｆが無くなる程の上沓４１の水平変位は生じない。

これに対して、レベル２より大きな地震による橋軸方向の水平力が同様に作用した場合は、図６に示すように上沓４１の係合溝４１ｂと移動方向規制治具４７の鍵部４７ｂが接触し、上沓４１の浮き上がりが抑止される。しかしながら、レベル２より大きな地震ゆえに過大な水平力に起因して上沓４１の係合溝４１ｂが移動方向規制治具４７の鍵部４７ｂを上方に押し込むことにより、移動方向規制治具４７を下沓４３に固定していたボルトが破断したり、当該ボルトが引き抜かれたり、あるいは、移動方向規制治具４７（の例えば鍵部４７ｂ）が塑性変形等することにより破壊され得る。

そして、図７に示すように、上沓４１は橋軸方向へＸ２方向にさらに水平変位し得るが、上沓４１の下面にストッパーリング４１ｄが設けられていることにより、摺動体４５がストッパーリング４１ｄに当接し、上沓４１のそれ以上の過度な水平変位を抑制することができる。

一方、上部構造体を支持する滑り免震装置４０に対して、レベル２地震（レベル１地震を含んでもよい）による橋軸直角方向の水平力が作用した場合、上沓４１が橋軸直角方向に水平変位することにより、移動方向規制治具４７の本体部４７ａと上沓４１の外周面との間の水平方向の隙間４１ｇ（図３参照）が無くなって双方が接触し、上沓４１のそれ以上の水平変位が抑制される。

これに対して、レベル２より大きな地震による橋軸直角方向の水平力が同様に作用した場合は、上沓４１が移動方向規制治具４７を橋軸直角方向にさらに押し込むことにより、移動方向規制治具４７を下沓４３に固定していたボルトが破断したり、当該ボルトが引き抜かれたり、あるいは移動方向規制治具４７が塑性変形等することにより破壊され得る。

そして、図８に示すように、上沓４１は橋軸直角方向へＸ３方向にさらに水平変位し得るが、上沓４１の下面にストッパーリング４１ｄが設けられていることにより、摺動体４５がストッパーリング４１ｄに当接し、上沓４１のそれ以上の過度な水平変位を抑制することができる。

このように、滑り免震装置４０が移動方向規制治具４７を有することにより、例えばレベル２地震のような想定される大地震の際の上沓４１の過度な浮き上がりを効果的に抑制することができる。さらに、滑り免震装置４０がストッパーリング４１ｄを有することにより、例えばレベル２より大きな地震のような想定外の大地震の際の上沓４１の過度な水平変位を効果的に抑制することができる。すなわち、滑り免震装置４０が二種類のフェールセーフ機構を有することにより、過度の鉛直変位（特に浮き上がり）と過度の水平変位の双方を抑制することができ、想定される地震に対しては勿論のこと、想定外の規模の地震に対しても支承の有する制振性能を保証することができる。

［上沓の製作方法の一例］
次に、図９乃至図１３を参照して、可動支承４０を形成する滑り免震装置を構成する上沓の製作方法の一例について説明する。ここで、図９、図１１，図１２は順に、実施形態に係る滑り免震装置を構成する上沓の製作方法の一例を説明する斜視図である。また、図１０は、実施形態に係る滑り免震装置を構成する上沓の製作方法の一例を説明する縦断面図であり、図１３は、実施形態に係る滑り免震装置を構成する上沓の一例の斜視図であって、相手材においてその径方向に圧縮力が作用している状態をともに示す図である。

図９に示すように、滑り免震装置４０（図２乃至図４参照）を構成する上沓４１は、凹球状の第一摺動面４１ｃを備える沓本体と、第一摺動面４１ｃに設置される相手材４２（滑り板）とを有する。この相手材４２は、摺動体４５（図３及び図４参照）の凸球状の第二摺動面４５ａに取り付けられている、摩擦材４６の相手材である。

上沓４１の一方の広幅面には、摺動体の摺動範囲を規定する平面視円形で円筒状の溝からなるストッパーリング４１ｄが設けられており、このストッパーリング４１ｄの内側に、平面視円形の第一摺動面４１ｃが設けられている。

相手材４２は、ステンレス材（ＳＵＳ材）により形成されており、その厚みは１ｍｍ以上である。ステンレス製の相手材４２の厚みが１ｍｍ以上であることにより、以下で説明するように、相手材４２を湾曲に弾性変形させて第一摺動面４１ｃに嵌め込む際に、相手材４２に皺が発生するのを抑制できる。また、滑り免震装置４０の供用後、第一摺動面４１ｃに嵌め込まれた相手材４２に沿って摺動体４５が繰り返し摺動する過程においても、相手材４２に皺が発生するのを抑制できる。

図１０に明りょうに示すように、ストッパーリング４１ｄの底の根元（第一摺動面４１ｃとの界面）には、周方向に連続した切り欠き４１ｅが設けられている。

図９及び図１０に示すように、平面視円形の相手材４２は、ストッパーリング４１ｄの内周の直径よりも大きな直径を有しており、より詳細には、ストッパーリング４１ｄ内の第一摺動面４１ｃにおける中心Ｏ１を通る弧の長さＬ１以上の長さＬ２の直径（相手材４２の中心Ｏ２を通る直径）を有している。ここで、長さＬ２は長さＬ１と同じか、長さＬ１に比べて僅かに長く設定されている。より詳細には、相手材４２が湾曲に弾性変形してストッパーリング４１ｄ内に嵌め込まれた際に、相手材４２は弾性変形して収縮した状態となるが、この弾性変形範囲内にある長さ分だけ長さＬ１よりも直径の長さＬ２が長く設定されている。

上沓の製作方法においては、上記するようにストッパーリング４１ｄ内の第一摺動面４１ｃにおける中心Ｏ１を通る弧の長さＬ１以上の長さＬ２の直径を有する相手材４２を用意し、相手材４２をストッパーリング４１ｄに対してＹ１方向に載置して双方を同心に位置合わせする。

次に、図１１に示すように、押し付け治具５０により、ストッパーリング４１ｄ上に載置されている相手材４２を第一摺動面４１ｃ側へＹ２方向に押し付けていく。

ここで、図１１及び図１２に示すように、押し付け治具５０は、第一摺動面４１ｃと同じ曲率の押し付け面５３を有する複数の押し付け片５２を、中心軸５１を中心に放射状に備えている線状体である。尚、図示を省略するが、複数の押し付け片５２の表面に、第一摺動面４１ｃと同じ曲率を有する面材が取り付けられている形態であってもよい。また、押し付け治具の他の形態として、第一摺動面と同じ曲率を有する中空もしくは中実なブロック体であってもよい。

図１２に示すように、押し付け治具５０により相手材４２をＹ２方向に押し付けていくと、ストッパーリング４１ｄに沿って相手材４２が湾曲状に弾性変形していき、ストッパーリング４１ｄの根元の切り欠き４１ｅに嵌り込む。押し付け治具５０を、例えば５ｔ（≒５０ｋＮ）乃至１０ｔ（≒１００ｋＮ）程度の押圧力にて押し付けることにより、相手材４２を湾曲状に弾性変形させてストッパーリング４１ｄ内に嵌め込むことができる。

図１３に示すように、相手材４２が湾曲に弾性変形してストッパーリング４１ｄ内に嵌め込まれて、上沓が形成された状態において、相手材４２には、その径方向に圧縮力Ｑ１が作用している。そして、この径方向の圧縮力Ｑ１により、径方向外側の反力Ｑ２が生じてストッパーリング４１ｄの内周面（切り欠き４１ｅの内周面）に作用し、ストッパーリング４１ｄ内に湾曲に弾性変形した相手材４２がこの反力Ｑ２にて強固に取り付けられる。この際、ストッパーリング４１ｄの内周面の根元に設けられている周方向に連続した切り欠き４１ｅに相手材４２の端部が嵌まり込んでいることにより、湾曲に変形した相手材４２が外側に膨らんで元に戻ろうとして、ストッパーリング４１ｄから係脱するのを防止することができる。

尚、図示例のように切り欠きが設けられている形態以外にも、ストッパーリングの内周面の下方位置（第一摺動面４１ｃよりも僅かに上方の位置）に、ストッパーリングの周方向に間隔を置いて複数のボルトが径方向内側に突出する態様で取り付けられている形態であってもよい。この形態では、複数のボルトに相手材が係止されることにより、ストッパーリングから相手材が係脱するのを防止することができる。また、ストッパーリング４１ｄの内周面の根元に切り欠き等が設けられていない形態であってもよい。

このように、押し付け治具５０にて相手材４２を第一摺動面４１ｃ側に押し付け、相手材４２を湾曲に弾性変形させてストッパーリング４１ｄ内に嵌め込むことにより、手間のかからない製作方法にて上沓を製作することができる。そして、第一摺動面４１ｃと同じ曲率の押し付け面５３を有する複数の押し付け片５２を放射状に備えている押し付け治具５０を適用することにより、簡易な構成の押し付け治具５０にて、平面視円形の相手材４２の全面を可及的均一で、かつ効率的に上沓４１の沓本体の第一摺動面４１ｃに押し付けることができる。

尚、図示例とは逆の形態、すなわち、上沓の下面に球座が固定され、下沓の上面にストッパーリングが設けられ、このストッパーリングの内部に第一摺動面が設けられている形態では、図９乃至図１３に示す製作方法により、相手材が下沓のストッパーリング内に嵌め込まれることにより、下沓が製作される。

［沓の第一摺動面と相手材の設計例］
次に、沓の第一摺動面と、第一摺動面に嵌め込まれる相手材の設計例について説明する。沓の第一摺動面の曲率半径を４５００ｍｍとした場合、第一摺動面の投影面の直径（第一摺動面の球面に対する弦の長さ）は６６９ｍｍとなり、第一摺動面の弧の長さ（平面視円形の第一摺動面の中心を通る弧の長さ）は６７０．６ｍｍとなる。そして、第一摺動面の中心（弧の中心）と投影面の中心の間の距離（第一摺動面の中心の深さ）は、１２．４７ｍｍとなる。

これに対して、本発明者等は、直径が６７０．６ｍｍの相手材をコンピュータ内でモデル化し、その直径が６６９．０ｍｍになるまで、相手材の外周においてその径方向に半径０．８ｍｍの強制変位を付与する解析を行った。

解析の結果、相手材モデルは湾曲に弾性変形し、その中心は鉛直方向に１４．９６ｍｍ変位することが分かり、上記する１２．４７ｍｍ以上変位することから、湾曲状に弾性変形した相手材は、第一摺動面に対して圧力を付与しながら密着することが検証されている。

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：上部構造体
１１：主桁
１２：横桁
２０：下部構造体（橋脚）
２１：沓座
２２：アンカーボルト
２３：ナット
３０：滑り免震装置（固定支承）
４０：滑り免震装置（可動支承）
４１：上沓（他方の沓）
４１ａ：構造体支持面
４１ｂ：係合溝
４１ｃ：第一摺動面
４１ｄ：ストッパーリング
４１ｅ：嵌まり溝
４１ｆ、４１ｇ：隙間
４２：相手材
４３：下沓（一方の沓）
４３ａ：アンカーボルト孔
４３ｂ：ボルト孔
４４：球座
４４ａ：凹球面
４５：摺動体
４５ａ：第二摺動面
４５ｂ：凸球面
４６：摩擦材
４７：移動方向規制治具
４７ａ：本体部
４７ｂ：鍵部
４８，４９：ボルト
５０：押し付け治具
５１：中心軸
５２：押し付け片
５３：押し付け面
１００：橋梁
Ｏ１：第一摺動面の中心
Ｏ２：相手材の中心
Ｌ１：第一摺動面の弧長
Ｌ２：相手材の直径
Ｑ１：径方向の圧縮力
Ｑ２：反力

Claims (3)

1. 上沓及び下沓と、該上沓及び該下沓の間でスライド自在な摺動体とを有する滑り免震装置であって、
   前記上沓と前記下沓に跨る一対の移動方向規制治具が、前記上沓と前記下沓のいずれか一方の沓に対して固定され、前記上沓もしくは前記下沓の他方の沓に対して固定されておらず、該他方の沓の所定方向への水平変位が該移動方向規制治具により規制され、
   前記移動方向規制治具は鍵部を備え、該鍵部が前記他方の沓の端部の上面もしくは下面に配設されることにより、該他方の沓の鉛直変位が規制されており、
   前記他方の沓の下面もしくは上面には、前記摺動体の摺動範囲を規定するストッパーリングと、該ストッパーリングの内側にある凹球状で平面視円形の第一摺動面が設けられており、
   前記他方の沓の端部には前記鍵部が配設される係合溝が設けられ、
   前記係合溝と前記鍵部の間に少なくとも鉛直方向の隙間が設けられ、
   前記摺動体は凸球状の第二摺動面を備えており、
   前記第二摺動面の上を前記他方の沓の前記第一摺動面が摺動した際に、前記隙間が解消されて前記係合溝が前記鍵部に係合するようになっており、
   前記第二摺動面には摩擦材が取り付けられ、
   前記第一摺動面には、平面視円形の相手材が取り付けられており、
   前記相手材は、前記ストッパーリング内の前記第一摺動面における中心を通る弧の長さ以上の直径を有しており、該相手材が前記ストッパーリング内に嵌め込まれていることにより、該ストッパーリング内において該相手材はその径方向に圧縮力を有する状態となっていることを特徴とする、滑り免震装置。
2. 前記移動方向規制治具は、前記一方の沓に対してボルトにて固定されており、
   以下二種類のいずれかの構成を有していることを特徴とする、請求項１に記載の滑り免震装置。
   （１）前記隙間が解消される水平力以上の大きさの水平力が前記滑り免震装置に作用した際に、前記ボルトが破断するようにボルトの破断強度が設定されており、該ボルトが破断した際に前記摺動体は前記ストッパーリングまで到達しておらず、該ボルトが破断し、該摺動体がさらに摺動することにより該摺動体が該ストッパーリングに到達するようになっている、
   （２）前記隙間が解消される水平力以上の大きさの水平力が前記滑り免震装置に作用した際に、前記移動方向規制治具の少なくとも一部が破断するように該移動方向規制治具が構成されており、該移動方向規制治具の少なくとも一部が破断した際に前記摺動体は前記ストッパーリングまで到達しておらず、該移動方向規制治具の少なくとも一部が破断し、該摺動体がさらに摺動することにより該摺動体が該ストッパーリングに到達するようになっている。
3. 請求項１又は２に記載の滑り免震装置と、
   前記滑り免震装置が可動支承として介在する上部構造体及び下部構造体と、を有し、
   対向する一対の前記移動方向規制治具が、前記下部構造体もしくは前記上部構造体の橋軸直角方向に配設されていることを特徴とする、橋梁。

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