JP7179915B2

JP7179915B2 - 延性耐震システム用高性能ゴム支承

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Publication number: JP7179915B2
Application number: JP2021097361A
Authority: JP
Inventors: 克岩馮; 敬輝項; 旭▲ケー▼ 劉; 景曹; 思勇黄; 昊沖羅; 敏楊; 海冬李; 氷李; 従遠王; 春鮑; 龍海華; 興中趙; 良田陳; 雪蓮李; 景波蔡; 天嬌崔
Original assignee: 天津市政工程設計研究総院有限公司
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2041-06-10
Also published as: CN112779855A; JP2022104779A

Description

本発明は、建設工事及び橋梁構造の分野に関し、具体的には、延性耐震システム用高性能ゴム支承に関する。

支承は橋梁において荷重を伝達する重要な部材で、橋梁耐震及び防備を実現するための重要な部品の１つである。プレハブ式橋梁は一般的に横方向において複数の桁からなるため、多くの支承が必要で、ポット型支承又は球型支承を多く用いるのが好ましくない場合には、一般的にゴム支承を使用する。よく用いられるゴム系支承には通常の板式ゴム支承、水平力分散支承、高減衰ゴム支承、鉛亜鉛封入ゴム支承などがある。国内従来のゴム支承は仕様が単一で、支承の設計と実際の性能指標に大きな差がある。通常の板式支承は耐スリップ性、耐せん断変形性能が不十分で、水平支承性能を高めるにはせん断抵抗装置を別途設置する必要があり、当該装置は支承との協働、橋梁の正常な使用に対する影響、環境整合などの面でいくつかの問題があるため、弾性システムで実現するものは延性システムを代用し、延性システムで実現するものは免震システムを代用する。橋梁の耐震システムにより合理的な選択ができず、橋梁耐震及び防備を実現するのに技術ハードルが上がってしまう。

国内外で用いられる通常の板式ゴム支承は図１に示すようなもので、補強鋼板及びゴム層で構成され、主に次の問題がある。（１）水平剛性に関する仕様が少ない。通常の板式ゴム支承はせん断弾性率が１．０、１．２で、国内で３種の仕様（厚さ）があるものの、剛性に大差はない。（２）支承と主桁との間、支承と橋脚との間にアンカーボルトがなく、耐スリップ性能が不十分である。

ゴム系支承を用いた橋梁構造には主に、（１）弾性耐震システム、（２）延性耐震システム、（３）免震システムの３種の耐震システムがある。

弾性耐震システムは耐震基準が厳格でないあるいは関連の基準がない地域に適し、例えば、地震加速度が０．０５ｇ、０．１０ｇ又は０．１５ｇで設置条件が整う地域である。延性耐震システムは橋脚において塑性ヒンジを形成させて地震エネルギーを放散させ、支承が性能保持部材として働き、０．１～０．２ｇの地域に適する。免震システムは免震装置（支承）によって地震エネルギーを解消するもので、０．１５ｇ、０．２ｇで設置条件が整わない地域及び０．２ｇ以上の地域に適する。

道路橋梁用の通常の板式ゴム支承は他の支承構造より構成が簡単で、薄鋼板及びゴム片を模型に入れて加硫、接着を行ってなされたものである。板式支承には縦剛性が十分であるため、基本烈度区分の段階６、段階７の地域（０．１ｇ）では版桁に、設置条件が整う地域では小型箱桁構造に適する。

従来技術に基づく通常の板式ゴム支承には主に次の問題がある。
（１）せん断変形が要件を満たさない。
通常の板式ゴム支承はせん断弾性率Ｇが１．０ＭＰａで、仕様要件はＥ１耐震弾性設計で、ｔａｎｒが１．０以下であり、Ｅ２耐震延性設計で、支承は性能保持部材で、ｔａｎｒが１．０以下である。通常の板式ゴム支承は地震の作用で、せん断変形が１００％を超えるのが殆どで、２００％以上に達する場合もある。

（２）耐スリップ安定性が悪い。
水平地震力の作用に抵抗するのは摩擦力だけで、支承は主桁、橋脚と効果的に接続されず、水平地震力の作用が大きい場合にスリップが起きる。

現在、国内外では延性設計用ゴム系支承に関する研究はまずなかった。

本発明は従来技術における問題を解決するために、延性設計用高性能板式ゴム支承を開発し、支承のせん断剛性を高めて関連の基準に求められる支承のせん断ひずみを満たす。

図２の「３０ｍ小型箱桁における支承のせん断ひずみと橋脚の高さとの関係」である理論的計算から分かるように、橋脚が高いほど、せん断ひずみ基準の限界値を満たすための剛性がより小さい。図３の「３０ｍ小型箱桁における支承のせん断ひずみと支承の剛性との関係」から分かるように、支承の剛性が増すにつれて、支承のせん断ひずみが低減する。

本発明は延性耐震システム用高性能ゴム支承を提供し、通常の積層ゴム支承に大きな改良を加えており新規性があるものである。本発明の技術的解決手段は以下のとおりである。
延性耐震システム用高性能ゴム支承であって、具体的には、複数層の補強鋼板とゴム基複合材料が積層して形成された支承本体を含み、支承本体の上下側に支承板が設けられ、上支承板及び下支承板にそれぞれアンカーボルトが設けられ、補強鋼板とゴム基複合材料が積層して形成された支承本体は水平剛性が通常のゴム支承の１．３～２．０倍に達しており、地震条件下で支承のせん断変形が１未満であるという要件が満たされ、上支承鋼板がアンカーボルトによって桁底部に、下支承鋼板がアンカーボルトによって橋脚上面に接続されることで、地震作用下で支承がスリップしないことが満たされる。

前記延性耐震システム用高性能ゴム支承において、補強鋼板とゴム基複合材料が積層して支承本体が形成され、
前記ゴム基複合材料層と補強鋼板はバインダーによって接着され、
前記支承本体の上下側に支承板が設けられ、支承本体と上支承板及び下支承板はバインダーによって接着され、上支承板は上スリーブボルトによって橋梁の桁底部に接続され、下支承板は下スリーブボルトによって橋脚に接続される。

前記ゴム基複合材料の成分及び質量部数含有量は、天然ゴム７０～９０、スチレン・ブタジエンゴム１５～２５、酸化亜鉛６～８、ステアリン酸１～２、老化防止剤４０２０１．５～２．５、老化防止剤ＲＤ１～２、カーボンブラックＮ３３０３０～４０、ホワイトカーボン（透明）６～８、カップリング剤Ｋ５５０２～４、樹脂ＲＸ－８０６～８、ファイバー１７．５～２２．５、硫黄１．５～２．０、促進剤ＤＭ１．５～２．０、加硫剤ＤＴＤＭ２．０～２．５、バインダーＲＨ２．０～４．０、バインダーＲＥ３．０～５．０、相溶化剤とオリゴエステル－Ｉ５．０～１０．０である。

本発明のゴム基複合材料は通常のゴム加硫プロセスによって作製される。

本発明に係る延性耐震システム用高性能ゴム支承は次の特徴を有する。（１）支承と桁底部との間にスリーブ、アンカーロッドを設けて接続させることで、支承の耐スリップ安定性要件を満たす。（２）補強鋼板とゴム基複合材料を積層させることで、支承の水平剛性が効果的に高められ、通常のゴム支承の１．３～２．０倍に達しており、延性耐震設計で性能保持部材として働く支承にはせん断変形要件が満たされる。（３）実際の工事状況に応じて、異なる剛性の支承を設けて各橋脚に作用する水平地震力を分散して、通常の板式ゴム支承は仕様が単一であるという問題を解決し、確実に橋梁の耐震性能を高め、工事費用を節約する。

通常の板式ゴム支承の構造概略を示す立面図同、平面図３０ｍ小型箱桁における支承のせん断ひずみと橋脚の高さとの関係のグラフ（段階８、０．２ｇ）３０ｍ小型箱桁における支承のせん断ひずみと支承の剛性との関係のグラフ（段階８、０．２ｇ）支承の構造の斜視説明図加硫プロセスの仕込み工程の概略図

次に実施例を用いて本発明をさらに説明し、本発明はこれらの実施例に限定されない。実施例に記載の性能試験結果は、いずれも国の関連基準に定める方法で測定した数値である。

（実施例１）

（実施例２）

（実施例３）

実施例１、２、３で作製したゴム基複合材料に関する試験条件及び性能は表２に示すとおりである。

（実施例４）
支承作製
支承の型番表示はφ２００×３５である。実施例４の支承本体は５層の補強鋼板と４層のゴム基複合材料がバインダーＲＥによって接着されたもので、ゴム基複合材料は実施例１の配合で作製された。支承本体の上下側に支承板が設けられ、上支承板及び下支承板にそれぞれアンカーボルトが設けられた。

（１）材料仕様：
鋼板仕様はφ１９０×２ｍｍの５枚で、鋼板の重量は４４２ｇ／枚で、鋼板の総重量は２２１０ｇであった。鋼板の表面にはサンドブラストが行われてシルバーホワイト色であった。ケムロック（Ｃｈｅｍｌｏｋ）２０５、そしてケムロック２２０を均一に塗布し、乾燥した状態であった。

ゴム基複合材料の仕様は（４）３．０×φ１９０の４枚、（１）２．９×φ１９０（上層料及び下層料）の２枚で８０ｇ／枚、（５）３．５×６３０×３５外側被覆料１枚で９０ｇ／枚であった。

バインダーＲＥ仕様は（３）１．０×φ１９０の８枚で３２ｇ／枚であった。

（２）製作プロセス：
[１]実施例１、２、３の材料配合で、密閉式混合機でブレンドしてゴム基複合材料を作製した。

[２]金型を開け、（５）３．５×６３０×３５ゴム基複合材料である外側被覆料を入れ、加硫プロセスの仕込み工程（図５）に示すとおり、まず１層の下層料を設置し、そして１層の補強鋼板（２）及び１層のゴム基複合材料（４）をこの順に設置し、合計で５層の鋼板及び４層のゴム基複合材料を設置し、最後に１層の上層料を設置し、総厚さは３５ｍｍで、補強鋼板とゴム基複合材料との間にバインダーＲＥを入れた。

[２]金型を閉じ、金型が自ずと型締装置に入った。

[３]加硫プロセスである。加硫時間は５５分、温度は１５０℃±５℃、圧力は２０ＭＰａ±１ＭＰａであった。

[５]加硫完了後、製品を取り出した。

[６]バインダーＲＨによって支承本体と上支承板及び下支承板を接着させた。

性能試験
参照基準：「公路橋梁板式橡膠支座（道路橋梁用板式ゴム支承）」（ＪＴ／Ｔ４－２０１９）、「橡膠支座第２部分：橋梁隔震橡膠支座（ゴム支承二部：橋梁用免震ゴム支承）」（ＧＢ２０６８８．２－２００６）、「公路橋梁鉛芯隔震橡膠支座（道路橋梁用鉛封入免震ゴム支承）」。

実施例４で作製した３つの支承サンプルに対し、前記参照基準に従って機械的特性を検出し、検出結果は下表に示すとおりである。

試験結論：実施例４の支承サンプルに機械的特性検出を行い、各項目の検出結果がいずれも技術要件の規定を満たしており、水平剛性が同じ仕様の通常の板式ゴム支承の１．４６倍となった。

本発明は補強鋼板とゴム基複合材料を積層させることで、支承の水平剛性が効果的に高められ、通常のゴム支承の１．３～２．０倍に達しており、延性耐震設計で性能保持部材として働く支承にはせん断変形ｔａｎｒが１．０以下であるという要件が満たされる。上支承鋼板がアンカーボルトによって桁底部に、下支承鋼板がアンカーボルトによって橋脚上面に接続されることで、地震作用下で支承がスリップしないことが満たされる。

Claims

複数層の補強鋼板とゴム基複合材料が積層して形成された支承本体を含み、支承本体の上下側に支承板が設けられ、上支承板及び下支承板にそれぞれアンカーボルトが設けられ、上支承板はアンカーボルトによって桁底部に、下支承板はアンカーボルトによって橋脚上面に接続され、
ゴム基複合材料層と補強鋼板はバインダーによって接着され、
支承本体の上下側に支承板が設けられ、支承本体と上支承板及び下支承板はバインダーによって接着され、上支承板は上スリーブボルトによって橋梁の桁底部に接続され、下支承板は下スリーブボルトによって橋脚に接続され、
ゴム基複合材料の成分及び質量部数含有量は、天然ゴム７０～９０、スチレン・ブタジエンゴム１５～２５、酸化亜鉛６～８、ステアリン酸１～２、老化防止剤４０２０１．５～２．５、老化防止剤ＲＤ１～２、カーボンブラックＮ３３０３０～４０、ホワイトカーボン（透明）６～８、カップリング剤Ｋ５５０２～４、樹脂ＲＸ～８０６～８、ファイバー１７．５～２２．５、硫黄１．５～２．０、促進剤ＤＭ１．５～２．０、加硫剤ＤＴＤＭ２．０～２．５、バインダーＲＨ２．０～４．０、バインダーＲＥ３．０～５．０、相溶化剤とオリゴエステル－Ｉ５．０～１０．０である
ことを特徴とする延性耐震システム用高性能ゴム支承。