JP7100006B2 - 橋梁の落橋防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、橋脚や橋台や高架橋などの隣接する構造体の上部に端部が設置された橋桁などの桁部の脱落を防ぐための橋梁の落橋防止構造に関するものである。

特許文献１に開示されているように、地震の揺れによる橋桁の落橋を防止する構造が知られている。詳細には、偏向ブラケットによって折り曲げられたベルトによって構成される落橋防止装置で橋台の上部側面と橋桁の下面側とを連結させることで、橋桁が大きく横移動しても落橋を防止することができる構造となっている。

特開２０１６－２３５３４号公報

しかしながら高架橋などの橋梁の桁下空間は、交差する道路が通っていたり、店舗が設けられて有効利用されていたりして、新たに落橋防止装置などを取り付けることができない場合がある。

そこで、本発明は、橋梁の本来の性能を低下させることがないうえに、桁部の上面側を利用することで桁部の脱落を防ぐことができる橋梁の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、本発明の橋梁の落橋防止構造は、隣接する構造体の上部に端部が設置された桁部の脱落を防ぐための橋梁の落橋防止構造であって、前記桁部の上面に設置されて前記桁部の橋軸方向の端縁から一部が張り出される梁部材と、前記梁部材の長手方向の伸縮を拘束することなく前記桁部に前記梁部材を取り付けるための連結材とを備え、前記梁部材は前記桁部の橋軸直交方向に間隔を置いて複数設けられるとともに、前記連結材は前記梁部材の長手方向に間隔を置いて複数設けられることを特徴とする。

ここで、前記桁部の端縁から張り出された前記梁部材の張出部は、水平面内の移動が制限されない状態で載置されていることが好ましい。また、前記連結材は、前記梁部材に跨って配置されるとともに、両側の端部が前記桁部の内部に挿入されている構成とすることができる。

さらに、前記梁部材は前記桁部より長く形成されていて、前記桁部の橋軸方向の両側の端縁から張り出されている構成とすることができる。一方、前記梁部材は、前記桁部の橋軸方向の両側の端縁からそれぞれ別体が張り出されている構成とすることもできる。

このように構成された本発明の橋梁の落橋防止構造では、桁部の上面に設置されて連結材によって桁部に取り付けられる梁部材の一部が、橋軸方向の端縁から張り出されている。また、この梁部材は、長手方向の伸縮が拘束されることなく桁部に取り付けられている。

このような梁部材の取り付け構造とすることで、梁部材に伸縮が生じたとしても桁部にその力が伝達されないので、橋梁の本来の性能が低下するのを防ぐことができる。また、桁部の上面側を利用するので、桁下空間を利用している場合であっても桁部の脱落を防ぐことができるようになる。

ここで、梁部材の張出部が水平面内の移動が制限されない状態で載置されていれば、地震時に橋軸に交差する方向の力が梁部材に作用しても、それによって隣接する構造体や桁部自体が損傷するのを防ぐことができる。

また、梁部材に跨って連結材を配置して、両側の端部が桁部の内部に挿入されるようにすることで、簡単に桁部に対して梁部材を固定することができるようになる。特に、あと施工アンカーで連結材の端部を定着させるのであれば、桁部の上面側からの作業だけで施工を行うことができる。

さらに、桁部より長く形成された梁部材を使用することで、簡単に桁部の両側の端縁から梁部材の一部を張り出させることができる。一方、桁部の両側の端縁からそれぞれ別体の梁部材を張り出させる構成であれば、桁部の中央などにおいて梁部材の設置の省略が可能になり、材料費を削減することができる。

本実施の形態の橋梁の落橋防止構造の構成を説明するための縦断面図である。 本実施の形態の橋梁の落橋防止構造の構成を説明するための横断面図である。 地震時に調整桁の端縁が桁受け部から外れる状況を示した説明図である。 調整桁の両側が梁部材のみによって支えられたときに発生する曲げモーメント分布を模式的に示した説明図である。 梁部材を取り付けたことによって調整桁に作用するせん断力の範囲を模式的に示した説明図である。 梁部材の具体的な構成を例示した説明図である。 梁部材とアンカー材の配置例を説明する平面図である。 実施例１の橋梁の落橋防止構造の構成を説明するための縦断面図である。

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は、本実施の形態の橋梁の落橋防止構造の構成を説明するために、橋軸方向Ｙを紙面左右方向として示した縦断面図である。また、図２は、橋軸直交方向Ｘを紙面左右方向として示した横断面図である。

橋梁には、橋台や橋脚などの下部工と、橋桁などの上部工とによって構成されるものがある。また、橋梁として、ラーメン高架橋や壁式高架橋などの高架橋が知られている。本実施の形態の橋梁の落橋防止構造は、下部工や高架橋などの構造体の上部に端部が設置される桁部を有する橋梁に適用される。

図１に例示した橋梁１は、橋軸方向Ｙに間隔を置いて配置された高架橋３，３の間に、桁部となる調整桁２が架け渡された構成を示している。この高架橋３は、スラブ部３１の端部と柱部３２の上端とが剛接合されたラーメン構造体を主構造としている。

高架橋３の柱部３２の橋軸方向Ｙに直交する側面の上部には、桁受け部３３が設けられる。橋軸方向Ｙで対向する高架橋３，３の柱部３２，３２の側面には、同じ高さ位置にそれぞれ桁受け部３３，３３が設けられる。

そして、対向する一対の桁受け部３３，３３には、調整桁２の橋軸方向Ｙの端縁２２，２２がそれぞれ載せられる。調整桁２の少なくとも一方の端縁２２は、桁受け部３３の支承（図示省略）に対して橋軸方向Ｙの変位が拘束されない状態で載置される。

図１では、模式的に、調整桁２の上面２１と高架橋３の上面３１１との間に隙間がある状態を示した。また、調整桁２の端縁２２に隣接して、高架橋３の上面３１１が配置された状態になる。

調整桁２は、例えば図２に例示するように、橋軸直交方向Ｘに間隔を置いて設けられる主梁部２５，２５と、主梁部２５，２５間を繋ぐ中央床版部２３と、主梁部２５，２５から橋軸直交方向Ｘにそれぞれ張り出される張出床版部２４，２４とを備えている。このような調整桁２は、鉄筋コンクリート（ＲＣ）、プレストレストコンクリート（ＰＣ）、ＰＲＣ(Prestressed Reinforced Concrete)又は鋼材などによって製作される。

また、橋梁１が鉄道橋の場合、調整桁２の上面２１には、橋軸方向Ｙに延伸される線路Ｒが敷設される。本実施の形態の橋梁の落橋防止構造は、調整桁２の上面２１において、線路Ｒや走行する鉄道車両などの支障とならない位置に設けられる。

本実施の形態の橋梁の落橋防止構造は、橋軸方向Ｙに延伸されて調整桁２の上面２１に設置される梁部材４と、調整桁２に梁部材４を取り付けるための連結材となるアンカー材５とを備えている。梁部材４は、調整桁２の上面２１に載せられる桁側部４１と、端縁２２から高架橋３の上面３１１に向けて張り出される張出部４２とが、長尺状に一体に形成される。

梁部材４は、例えばＨ形鋼やＩ形鋼等の形鋼、レールや鉄骨等の鋼材などによって形成することができる。調整桁２の上面２１には、橋軸直交方向Ｘに間隔を置いて、複数の梁部材４が設置される。例えば図２に示すように、調整桁２の橋軸直交方向Ｘの中央を通る線（橋軸）に対して対称となる張出床版部２４，２４上の位置に、それぞれ梁部材４，４が配置される。

さらに、梁部材４は、伸縮や変位が許容された調整桁２に対して、余分な力が作用しない状態で取り付けられる。すなわち、調整桁２に対しては、梁部材４の長手方向の伸縮を拘束することがないように、梁部材４の桁側部４１の長手方向に間隔を置いて複数設けられるアンカー材５によって取り付けが行われる。

アンカー材５は、梁部材４に跨って配置され、両側の端部５１，５１が調整桁２の内部に挿入される。例えば、異形鉄筋や鋼棒などによって正面視馬蹄形（逆Ｕ字形）に成形されたアンカー材５を梁部材４の上から被せ、端部５１，５１を張出床版部２４の内部に埋め込んで、有機系接着剤やセメント系固化材などを注入するあと施工アンカーなどで定着させる。なお、端部５１を定着させる方法はこれに限定されるものではなく、例えば張出床版部２４の下面から端部５１の先端が突出するまで挿入して、床版下面に当てた鋼板に先端を接合して定着させる構成であってもよい。

アンカー材５と梁部材４との間には、僅かに隙間を設けるか、又は両者が接触していたとしても、梁部材４の温度変化などによる長手方向の伸縮を妨げるような押付け状態の密着とならないような取り付け関係にする。

一方、高架橋３の上面３１１に対しては、梁部材４の張出部４２を水平面内の移動が制限されない状態で載置する。例えば高架橋３のスラブ部３１の上面３１１に張出部４２を置いただけの状態にして、何の固定も行わないようにする。

図３は、地震時に調整桁２の端縁２２が隣接する高架橋３の桁受け部３３から外れる状況を説明するための模式図である。大きな地震が発生して橋梁１や高架橋３に大きな揺れが生じると、桁受け部３３とそこに載置されただけの調整桁２の端縁２２とが離隔する動きを示す場合がある。

すなわち調整桁２の端縁２２は桁受け部３３と連結されていないので、大規模地震によって高架橋３と調整桁２とがそれぞれ別の挙動を示すと、桁受け部３３上の範囲を超えた位置まで端縁２２が相対的に移動し、調整桁２が桁受け部３３から外れることがある。

この際に、何ら落橋防止対策が取られていなければ、調整桁２は脱落して、橋梁１は落橋が生じた状態になる。これに対して、調整桁２の橋軸方向Ｙの端縁２２から張出部４２が張り出されて高架橋３の上面３１１に載置されていれば、調整桁２の端縁２２が桁受け部３３の範囲を外れても、落橋を防ぐことができるようになる。

本実施の形態の橋梁の落橋防止構造では、梁部材４の一部でも高架橋３の上面３１１に引っ掛かっていれば落橋を防ぐことができる。一方、図４に示したように、調整桁２の両側の梁部材４，４によって吊り下げ支持状態となったときに、梁部材４に最大の応力が発生すると考えられる。

すなわち図４は、調整桁２の両側が梁部材４，４のみによって支えられた状態を示しており、調整桁２に作用する荷重をすべて両側の梁部材４，４で受けることになる。図４の左側には、このときに梁部材４に発生する曲げモーメント分布Ｍを模式的に示した。

梁部材４は、複数のアンカー材５によって調整桁２に端部が固定される片持ち梁の状態になると想定できるので、高架橋３に最も近いアンカー材５の位置で曲げが最大になると考えられる。

そこで、本実施の形態の橋梁の落橋防止構造の具体的な構成について検証する。例えば橋軸方向Ｙの長さＬ１が20m（図７参照）、橋軸直交方向Ｘの幅Ｌ３が11mの重量が約5700kN（衝撃の影響を含めると8500kN）の調整桁２を、端縁２２の橋軸直交方向Ｘの両側にそれぞれ配置した合計４本の梁部材４で支える場合について検証する。

まず、梁部材４の曲げとせん断力の照査を、最大の曲げモーメントが作用する位置（図４参照）で行う。ここで、片持ち梁状の梁部材４のアーム長（最外縁のアンカー材５と高架橋３の上面３１１との距離）を、1mと仮定する。

梁部材４は、図６に示したように、平行な上フランジ４３１と下フランジ４３３とがウェブ４３２によって繋げられたＨ形鋼を使用することとし、曲げに対しては全断面で抵抗し、せん断に対してはウェブ４３２で抵抗するものとする。照査の結果、梁部材４とするＨ形鋼は、梁高さＢ２が900mm以上、幅Ｂ１が300mm以上の断面形状を備えていればよいことが検証できた。

なお、Ｈ形鋼の梁高さＢ２を抑えるには、１体の調整桁２に配置する梁部材４の本数を増やせばよい。例えば、上記検証では片側の端縁２２に配置される梁部材４の本数を２本としているが、３本以上にして分散させることで１本当たりの負担が減って、梁高さＢ２を抑えることができるようになる。

続いて、張出床版部２４の曲げせん断力の照査を行う。図５に示したように、張出床版部２４に梁部材４を取り付けたときに、梁部材４を介して作用する荷重に対して抵抗せん断面２４１のせん断耐力によって抵抗できなければならない。ここで、張出床版部２４の基部の厚さＤ１を300mm、張出量Ｄ２を1050mm、張出床版部２４の基部と梁部材４との距離Ｄ３を300mmとする（図６参照）。

抵抗せん断面２４１の面積を増やしてせん断耐力を増加させるには、梁部材４の桁側部４１の長さＬ２（図７参照）を長くすればよい。曲げせん断力の照査によって算出された桁側部４１の長さは、9m以上であった。なお、主梁部２５上に梁部材４を設置することができる場合は、桁側部４１の必要長さは大幅に短くすることができる。

続いて、9m以上の長さの桁側部４１を有する梁部材４を調整桁２に取り付けるためのアンカー材５についての検証を行う。ここで、梁部材４の剛性が高ければ、複数のアンカー材５に均等に荷重が作用すると想定できる。

アンカー材５には、鉄筋径D13の異形鉄筋を使用することとし、有効埋込み長は170mmとする。近接配置の低減を考慮したアンカー材５の端部５１あたり設計軸引張耐力を40kNとすると、9mの桁側部４１に対して27列以上（ピッチは約330mm）のアンカー材５を配置する必要があるという結果となった。なお、アンカー材５は、密集して配置すると引張耐力の低下を招くので、その点に留意した設計を行う。

図７は、照査した結果を反映させた梁部材４とアンカー材５の配置例を説明する平面図である。長さＬ１が20m、幅Ｌ３が11mの調整桁２の４隅にそれぞれ配置する梁部材４は、桁側部４１の長さＬ２が9mで、それを取り付けるためのアンカー材５のピッチが約330mmとなっていればよい。要するに、調整桁２の中央部では、梁部材の配置を省略することができる。

次に、本実施の形態の橋梁の落橋防止構造の構築方法について説明する。
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の調整桁２の脱落を防ぐために設ける落橋防止構造について説明する。

また、本実施の形態の橋梁の落橋防止構造が設けられる橋梁１は、調整桁２や高架橋３のスラブ部３１の下方空間に、交差する道路が通っていたり、店舗などの建物が設けられたりするなどして有効利用されていても適用することができる。

まず、１体の調整桁２に対して設計で必要とされた数の梁部材４を、橋梁１の上面３１１，２１を通って搬送する。梁部材４の設置箇所は、張出床版部２４上に限定されるものではなく、中央床版部２３上など橋梁１の供用の支障にならない場所であればよい。

また、梁部材４の材質、規格及び長さなどは、上述したように設計などによって予め求められる。桁側部４１の長さについては、張出床版部２４の曲げせん断力の照査結果などに基づいて決められるが、張出部４２の長さについては、想定される調整桁２の端縁２２と高架橋３の上面３１１との最大離隔に、引っ掛かりが確保できるだけの余長を加えた長さに設定することができる。

調整桁２の上まで搬送されてきた梁部材４は、橋軸方向Ｙと平行となる方向に向けて、張出床版部２４の上面２１など設計で決められた位置にそれぞれ配置される。この際、梁部材４の桁側部４１に相当する長さ分は張出床版部２４の上面２１に設置し、張出部４２は高架橋３の上面３１１に設置する。梁部材４の張出部４２については、これで設置作業が完了する。

一方、梁部材４の桁側部４１に対しては、あと施工アンカーとなるアンカー材５を、設計で決められたピッチに従って配置していく。曲げ加工によってＵ字形に成形されたアンカー材５は、端部５１，５１が下になる向きで上方から梁部材４に被せられる。そして、アンカー材５の端部５１，５１は、梁部材４の両側の上面２１に穿孔された穴に挿入され、有機系接着剤が穴と端部５１との隙間に注入される。

アンカー材５は、１箇所の桁側部４１に対して設計で決められた本数が設置される。このような梁部材４の設置作業とアンカー材５による連結作業は、調整桁２の４隅においてそれぞれ実施される。

次に、本実施の形態の橋梁の落橋防止構造の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の橋梁の落橋防止構造では、調整桁２の上面２１に設置されてアンカー材５によって調整桁２に取り付けられる梁部材４の一部が、橋軸方向Ｙの端縁２２から張り出されている。また、この梁部材４は、長手方向の伸縮が拘束されることなく調整桁２に取り付けられている。

このような梁部材４の取り付け構造とすることで、温度変化などによって梁部材４に伸縮が生じたとしても調整桁２にその力が伝達されないので、設計時には予定していなかった力が調整桁２に作用するなどして橋梁１の本来の性能を低下させることを防ぐことができる。

また、調整桁２の上面２１側を利用するので、桁下空間に店舗などを建てて利用しているような場合であっても、撤去や改修を行うことなく、調整桁２の脱落を防ぐことができるようになる。要するに、既設の橋梁１の下方空間を供用し続けた状態のままで、落橋防止構造を構築することができる。

さらに、梁部材４の張出部４２が水平面内の移動が制限されない状態で隣接する高架橋３の上面３１１に載置されているので、地震時に橋軸に交差する方向の力が梁部材４や調整桁２に作用しても、その力が梁部材４を介して高架橋３に伝達されることがなく、高架橋３や調整桁２が梁部材４の設置に起因して損傷するのを防ぐことができる。

また、梁部材４に跨ってアンカー材５を配置して、両側の端部５１，５１が調整桁２の内部に挿入されるようにすることで、簡単に調整桁２に対して梁部材４を固定することができる。特に、あと施工アンカーでアンカー材５の端部５１を定着させるのであれば、調整桁２の上面２１側からの作業だけで、落橋防止構造の施工を行うことができる。

さらに、接着剤による定着力だけでは不足する場合は、アンカー材５の端部５１を貫通させて、調整桁２の下面側に突出した端部５１に鋼板やナットなどを固着することによって、より高い定着力を確保することができるようになる。

また、調整桁２の両側の端縁２２，２２からそれぞれ別体の梁部材４，４を張り出させる構成であれば、調整桁２の中央などにおいて設置の省略が可能になり、材料費を削減することができる。

そして、このように既設の橋梁１に対して後から落橋防止構造を設けることで、調整桁２の脱落を防いで、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。すなわち橋梁１は、調整桁２が桁受け部３３から脱落して高架橋３の上面３１１と調整桁２の上面２１との間に段差が生じると、道路橋であれば自動車の通行の障害となったり、鉄道橋であればレールが変形したりして、結局は交通ネットワークを遮断してしまう事態になりかねない。これに対して本実施の形態の橋梁の落橋防止構造を設けることによって、想定外の大規模地震が起きても、ライフラインが維持されて早期復旧に貢献することができるようになる。

以下、前記した実施の形態とは別の形態の橋梁の落橋防止構造について、図８を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を用いて説明する。

本実施例１の橋梁の落橋防止構造は、比較的短い桁部を備えた橋梁１Ａに適用される。図８に示した橋梁１Ａは、例えば高架橋３，３間に架け渡される桁部となる調整桁２Ａの橋軸方向Ｙの長さが、10m程度となる。

本実施例１の橋梁の落橋防止構造は、橋軸方向Ｙに延伸されて調整桁２Ａの上面２１に設置される梁部材４Ａと、調整桁２Ａに梁部材４Ａを取り付けるための連結材となるアンカー材５とを備えている。

そして、梁部材４Ａは、調整桁２Ａの上面２１に載せられる桁側部４１Ａと、両側の端縁２２，２２から隣接する高架橋３，３の上面３１１，３１１に向けてそれぞれ張り出される張出部４２Ａ，４２Ａとが、長尺状に一体に形成される。

要するに実施例１の梁部材４Ａの桁側部４１Ａは、橋軸方向Ｙの長さが調整桁２Ａの長さとほぼ同じ長さになり、桁側部４１の橋軸方向Ｙの両端から張り出される張出部４２Ａ，４２Ａの引っ掛かりによって、調整桁２Ａの脱落を防ぐことができる。

このように構成された実施例１の橋梁の落橋防止構造であれば、調整桁２Ａより長く形成された梁部材４Ａを使用することで、簡単に調整桁２Ａの両側の端縁２２，２２から梁部材４Ａの一部である張出部４２Ａ，４２Ａを張り出させることができる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

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、この実施の形態及び実施例に限らず、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、前記実施の形態及び実施例１で説明した隣接する構造体として高架橋３，３を備えた橋梁１，１Ａは例示であり、これに限定されるものではなく、橋台、橋脚及び橋桁などの別の形態の下部工や上部工を備えた橋梁であっても本発明を適用することができる。

また、前記実施の形態及び実施例１では、既設の橋梁１，１Ａ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、前記実施の形態及び実施例１で説明した１体の調整桁２に配置される梁部材４，４Ａの本数、断面形状、必要長さは例示であって、これに限定されるものではなく、桁部の上面の設置できるスペースに合わせて、配置する梁部材の本数等を任意に設定することができる。また、桁部の一方の端縁から梁部材の一部が張り出されるだけの構成であってもよい。

１ ：橋梁
２ ：調整桁（桁部）
２１ ：上面
２２ ：端縁
３ ：高架橋（隣接する構造体）
３３ ：桁受け部（上部）
４ ：梁部材
４１ ：桁側部
４２ ：張出部
５ ：アンカー材（連結材）
５１ ：端部
１Ａ ：橋梁
２Ａ ：調整桁
４Ａ ：梁部材
４１Ａ ：桁側部
４２Ａ ：張出部
Ｘ ：橋軸直交方向
Ｙ ：橋軸方向

Claims (5)

1. 隣接する構造体の上部に端部が設置された桁部の脱落を防ぐための橋梁の落橋防止構造であって、
   前記桁部の上面に設置されて前記桁部の橋軸方向の端縁から一部が張り出される梁部材と、
   前記梁部材の長手方向の伸縮を拘束することなく前記桁部に前記梁部材を取り付けるための連結材とを備え、
   前記梁部材は前記桁部の橋軸直交方向に間隔を置いて複数設けられるとともに、前記連結材は前記梁部材の長手方向に間隔を置いて複数設けられることを特徴とする橋梁の落橋防止構造。
2. 前記桁部の端縁から張り出された前記梁部材の張出部は、水平面内の移動が制限されない状態で載置されていることを特徴とする請求項１に記載の橋梁の落橋防止構造。
3. 前記連結材は、前記梁部材に跨って配置されるとともに、両側の端部が前記桁部の内部に挿入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の橋梁の落橋防止構造。
4. 前記梁部材は前記桁部より長く形成されていて、前記桁部の橋軸方向の両側の端縁から張り出されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の橋梁の落橋防止構造。
5. 前記梁部材は、前記桁部の橋軸方向の両側の端縁からそれぞれ別体が張り出されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の橋梁の落橋防止構造。

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