JPH11229321A - 補剛桁の応力・変形抑制方法並びに補剛桁及び吊橋 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 補剛桁の構造部材断面をすることなく、補剛
桁に生じる応力・変形を抑制することができる、補剛桁
の応力・変形抑制方法並びに補剛桁及び吊橋を提供す
る。 【解決手段】 補剛桁３は、複数の補剛桁ブロック３
ａ，３ｂ，３ｃが橋軸方向に連結されて構成されてい
る。隣接する補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ間には、
補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ同士が離れないように
付勢するジョイント部材１０が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、補剛桁に生
ずる水平方向の応力・変形を抑制する、補剛桁の応力・
変形抑制方法並びに補剛桁及び吊橋に属する。

【０００２】

【従来の技術】長大吊橋では耐風性が問題となるが、ま
ず、強風による補剛桁の静的変形断面力に抵抗する様に
部材を設計する必要がある。明石海峡大橋の様な中央径
間２０００ｍクラスの長大吊橋では、設計風荷重が支配
的となり、補剛桁がトラス桁の場合の試算によれば、補
剛トラスの主構造が風荷重で決まる（文献：山下、新田
ら 「構造的耐風安定性向上策による超長大吊橋の試設
計」土木学会論文集No.453／VI-17、pp.59-68、1992.
9）。

【０００３】従来技術では、静的変形断面力に抵抗でき
るように構造部材断面を決定しており、設計風荷重が大
きい場合には構造部材断面を増すことにより対応してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術には以下に掲げる問題点があった。吊橋の支間長が大
きくなれば補剛桁に作用する風荷重が増加するため、補
剛桁の変形が増加した。吊橋では、風荷重をケーブルと
桁で負担するわけだが、耐風安定性を確保するためには
所要の桁のねじれ剛性を確保する必要がある。所要のね
じれ剛性を確保する構造にするには、桁の水平たわみ剛
性も必然的に大きくなる。したがって、水平たわみ剛性
の増大により、風荷重に対抗する桁の負担が大きくなっ
て、断面力が増大することになる。発生する応力を許容
以下に抑えるためには、構成部材断面を大きくしなけれ
ばならず、その結果として、桁の重量が増加することに
なった。

【０００５】また、桁の重量増加に伴い、それを支える
メインケーブルの断面の増加、ケーブルを支える主塔断
面の剛性の増加、さらにそれらの基部（固定部）の規模
が大きくなるため、設計上不経済であった。

【０００６】本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、補剛桁の構造部材
断面をすることなく、補剛桁に生じる応力・変形を抑制
することができる、補剛桁の応力・変形抑制方法並びに
補剛桁及び吊橋を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
すべく以下に掲げる構成とした。請求項１記載の発明の
要旨は、吊橋の補剛桁に生じる応力・変形を抑制可能
な、補剛桁の応力・変形抑制方法であって、前記補剛桁
を橋軸方向に適当な長さの複数の補剛桁ブロックに分割
し、活荷重や低風速域での風荷重時など平常時の荷重状
況ではブロック同士は離間することなく一体となって挙
動するが、暴風時にはブロック間が離れるように付勢す
るジョイント部材を、隣接する前記補剛桁ブロック間に
設置することを特徴とする、補剛桁の応力・変形抑制方
法に存する。請求項２記載の発明の要旨は、複数の補剛
桁ブロックが橋軸方向に連結されて構成され、さらに、
前記補剛桁ブロック間には、活荷重や低風速域での風荷
重時など平常時の荷重状況ではブロック同士は離間する
ことなく一体となって挙動するが、暴風時にはブロック
間が離れるように付勢するジョイント部材が設けられた
ことを特徴とする補剛桁に存する。請求項３記載の発明
の要旨は、前記ジョイント部材は、前記各補剛桁ブロッ
クの端部に設けられた一組のブラケットと、隣接する前
記補剛桁に設けられた二つの前記ブラケットに各端部が
各別に固定される連結材と、当該連結材の端部と前記ブ
ラケットとの間に介装される付勢手段とを有することを
特徴とする請求項２記載の補剛桁に存する。請求項４記
載の発明の要旨は、一組の前記ブラケットのうち、一方
の前記ブラケットは当該補剛桁ブロックの端面から橋軸
方向に突出する凸をなし、他方の前記ブラケットは、一
方の前記ブラケットが嵌合可能なように凹をなすことを
特徴とする請求項２又は３記載の補剛桁に存する。請求
項５記載の発明の要旨は、ばね剛性を補剛桁ブロックの
曲げ剛性以下にしたことを特徴とする請求項２乃至４の
いずれかに記載の補剛桁に存する。請求項６記載の発明
の要旨は、請求項２乃至５の補剛桁を備えたことを特徴
とする吊橋に存する。

【０００８】なお、本発明において「付勢手段」とは、
隣接する補剛桁ブロック同士が離れないようにする物、
例えばコイルバネ、粘弾性部材（高減衰ゴム、Viscous
Elastic Material）、積層ゴム、粘性機能を有する部材
等、本発明を実施する上で好適なものを含む。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本実施
の形態に係る吊橋Ｓは、既存の吊橋と同様に、架設区間
に所要の間隔を介して立設される主塔（図１において図
示略）と、これら主塔を介してケーブルアンカー（図示
略）間に張設されるメインケーブル１と、このメインケ
ーブル１にハンガーケーブル２を介して吊下される補剛
桁３とを備えている。

【００１０】補剛桁３は、複数の補剛桁ブロック３ａ，
３ｂ，３ｃ、…、…が橋軸方向に連結されて構成されて
いる。

【００１１】隣接する補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ
間には、図２及び図３に示すように補剛桁ブロック３
ａ，３ｂ，３ｃ同士が離れないように付勢するジョイン
ト部材１０が設けられている。図２乃至図４並びに図８
及び図９の中では、補剛桁ブロック３ａ、３ｂ間のみを
示している。

【００１２】ジョイント部材１０は、図４に示すように
各補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃの端部に設けられた
ブラケット１１ａ、１１ｂと、隣接する補剛桁３に設け
られた二つのブラケットに各端部が各別に固定されるＰ
Ｃケーブル１２（連結材）と、このＰＣケーブル１２の
端部とブラケットとの間に介装されるバネ１３（付勢手
段）とを有している。

【００１３】ブラケットは、嵌合しあう雄（凸ブラケッ
ト１１ａ）と雌（凹ブラケット１１ｂ）とをなしてい
る。凸ブラケット１１ａは、図５に示すように互いに橋
軸方向に且つ当該補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ外側
に突出する、外輪郭が有底の円錐台をなしている。凹ブ
ラケット１１ｂは、図６に示すように凸ブラケット１１
ａが嵌合可能なように当該補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，
３ｃの内側に窪む無底の円錐台をなしている。凸ブラケ
ット１１ｂの高さ及び凹ブラケット１１ｂの深さは、通
常走行時（要するに暴風時以外の時）に補剛桁３が変形
してもはずれないような寸法にしておく。

【００１４】バネ１３は、ブラケット１１ａ、１１ｂに
接する緩衝材１４と、ＰＣケーブル１２の端部に位置す
る定着ナット１５との間に付勢されて介装されている。
その結果、補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ同士は互い
に引き合うこととなる。ばね剛性は、補剛桁ブロック３
ａ，３ｂ，３ｃの曲げ剛性以下で、且つ補剛桁ブロック
３ａ，３ｂ，３ｃ間の相対変位により間隙が生じ、歩行
者の通行に支障をきたさない範囲のものとしている。緩
衝材１４としては、硬質ゴム、積層ゴム等、本発明を実
施する上で好適なものが用いられる。定着ナット１５と
しては、単体の物でも良いし、ダブルナットとしてもよ
い。

【００１５】次に、吊橋Ｓの動作を説明する。風が生起
した場合、図７に示す如く、補剛桁３は変形する。図
中、点線で示されている補剛桁３が無風時、実線で示さ
れている補剛桁３が有風時である。ジョイント部材１０
は、有風時には、図８に示す無風時の状態から、図９に
示すように補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃの移動に伴
い、バネ１３が付勢（収縮）される。斯かるバネ１３の
変形により、補剛桁３全体が風荷重に抵抗する構造とな
っている。再度無風状態となると、ばね部材の復元力に
より補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃの相対変位はなく
なり、図８に示す無風時の状態に戻る。

【００１６】さらに、車を通行止にする暴風時において
は、ジョイント部材１０が大きく変形することにより、
補剛桁３が吹き流し構造となる。ジョイント部材１０の
挿入により変形が抑えられ、各補剛桁ブロック３ａ，３
ｂ，３ｃ、…、…の変形は、個々の各補剛桁ブロック３
ａ，３ｂ，３ｃ、…、…に作用する風荷重による変形に
とどまるため、各補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ、
…、…に大きな応力が作用しない。ジョイント部材１０
の強度を補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ、…、…より
弱くすることによって、補剛桁ブロック吊橋Ｓ全体の水
平たわみ量は従来技術よりも大きくなるが、吊橋Ｓが柔
構造であるため影響は大きくない。

【００１７】実施の形態に係る変位抑制方法、並びに補
剛桁３及び吊橋Ｓは上記の如く構成されているので、以
下に掲げる効果を奏する。

【００１８】単に、補剛桁ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ、
…、…間にバネ１３を設置するだけなので、補剛桁３の
構成部材断面を増加することなく補剛桁３の変形に耐え
うる構造にすることができる。換言すれば、従来技術に
比べて重量の小さい補剛桁３にすることができる。確か
に、バネ１３を取り付けるためのブラケット１１ａ、１
１ｂの重量は増加するが、補剛桁３の構成部材断面を増
加する場合よりも重量増加は遙に小さい。その結果、本
実施の形態によれば従来技術に比べて遙かに経済的な吊
橋Ｓを構築することができる。

【００１９】また、万一過大な静的風荷重により補剛桁
３が損傷したとしても、ジョイント部材１０の損傷で抑
えられ、暴風通過時の補修がジョイント部材１０の取り
替えで済むため、維持管理上からも都合がよい。

【００２０】また、ジョイント部材１０は、凸ブラケッ
ト１１ａ及び凹ブラケット１１ｂを有するので、鉛直・
水平・斜めに作用する剪断力を負担することができる。

【００２１】また、バネ１３の代わりに粘弾性部材にす
ることもできる。粘弾性部材にした場合には、補剛桁３
の振動により生じるブロック間の変形に伴い、上記のば
ね機能の他に吊橋の減衰が増加される。

【００２２】また、本発明に係るブラケットの形状は外
輪郭円錐台状に限らず、円柱、角柱等、本発明を実施す
る上で好適な形状にすることができる。

【００２３】また、ジョイント部材１０の数は２つであ
ったが、４つ等、本発明を実施する上で好適なものにす
ることができる。

【００２４】また、補剛桁３の変形時に補剛桁ブロック
３ａ，３ｂ，３ｃ間に間隙が生じないように伸縮部材等
を設けることもできる。

【００２５】また、コイルバネを直接補剛桁に固定する
こともできる。

【００２６】また、上記構成部材の数、位置、形状等は
上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好
適な数、位置、形状等にすることができる。

【００２７】なお、各図において、同一構成要素には同
一符号を付している。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、以下に掲げる効果を奏する。単に、橋軸方向に複数
に分割された補剛桁ブロック間にジョイント部材を設置
するだけなので、桁の構成部材断面を増加することなく
補剛桁を変形に耐えうる構造にすることができる。その
結果、経済的な吊橋を架設することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る吊橋を示す一部側面
図である。

【図２】図１に示すジョイント部材の設置位置を示す側
面図である。

【図３】図１に示すジョイント部材の設置位置を示す正
面図である。

【図４】図２及び図３に示すジョイント部材の側面図で
ある。

【図５】図２及び図３に示すジョイント部材に係る、補
剛桁ブロックの端面に設けられた凸ブラケットを示す斜
視図である。

【図６】図２及び図３に示すジョイント部材に係る、補
剛桁ブロックの端面に設けられた凹ブラケットを示す斜
視図である。

【図７】図１に示す吊橋の補剛桁が変形状態を示す概念
平面図である。

【図８】図１に示すジョイント部材の無風時における状
態を示す側面図である。

【図９】図１に示すジョイント部材の有風時における状
態を示す側面図である。

【図１０】他の実施の形態に係るジョイント部材の設置
位置を示す側面図である。

【符号の説明】

Ｓ 吊橋 Ｐ 主塔 １ メインケーブル ２ ハンガーケーブル ３ 補剛桁 ３ａ，３ｂ，３ｃ 補剛桁ブロック １０ ジョイント部材 １１ａ 凸ブラケット １１ｂ 凹ブラケット １２ ＰＣケーブル（連結材） １３ バネ（付勢手段） １４ 緩衝材 １５ 定着ナット

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 豪 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吊橋の補剛桁に生じる応力・変形を抑制
   可能な、補剛桁の応力・変形抑制方法であって、 前記補剛桁を橋軸方向に適当な長さの複数の補剛桁ブロ
   ックに分割し、活荷重や低風速域での風荷重時など平常
   時の荷重状況ではブロック同士は離間することなく一体
   となって挙動するが、暴風時にはブロック間が離れるよ
   うに付勢するジョイント部材を、隣接する前記補剛桁ブ
   ロック間に設置することを特徴とする、補剛桁の応力・
   変形抑制方法。
2. 【請求項２】 複数の補剛桁ブロックが橋軸方向に連結
   されて構成され、 さらに、前記補剛桁ブロック間には、活荷重や低風速域
   での風荷重時など平常時の荷重状況ではブロック同士は
   離間することなく一体となって挙動するが、暴風時には
   ブロック間が離れるように付勢するジョイント部材が設
   けられたことを特徴とする補剛桁。
3. 【請求項３】 前記ジョイント部材は、前記各補剛桁ブ
   ロックの端部に設けられた一組のブラケットと、隣接す
   る前記補剛桁に設けられた二つの前記ブラケットに各端
   部が各別に固定される連結材と、当該連結材の端部と前
   記ブラケットとの間に介装される付勢手段とを有するこ
   とを特徴とする請求項２記載の補剛桁。
4. 【請求項４】 一組の前記ブラケットのうち、一方の前
   記ブラケットは当該補剛桁ブロックの端面から橋軸方向
   に突出する凸をなし、他方の前記ブラケットは、一方の
   前記ブラケットが嵌合可能なように凹をなすことを特徴
   とする請求項２又は３記載の補剛桁。
5. 【請求項５】 ばね剛性を補剛桁ブロックの曲げ剛性以
   下にしたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに
   記載の補剛桁。
6. 【請求項６】 請求項２乃至５の補剛桁を備えたことを
   特徴とする吊橋。