JP7404302B2 - 橋桁の変位制御構造 - Google Patents

Description

本発明は、地震時に橋脚上で移動する橋桁の変位を制御する変位制御構造に関するものである。

従来、橋桁は、橋脚（橋台を含む）の上に設置された支承部によって支持されている。また、地震等によって、橋桁が支承部から外れた場合に、橋桁上に段差が発生することを防止する段差防止材が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、地震等によって橋桁が支承上から外れたとき、橋桁を適切な高さに支持する段差防止材が開示されている。これにより、地震などの災害時に、橋桁上の道路に大きな段差が生じることを防ぐことができる。

特開平１１－０２１８１７号公報

しかしながら、特許文献１の構造では、橋桁が支承部から外れた際に、段差防止材が橋桁を支持するに留まり、橋桁の変位量をコントロールすることはできない、という問題があった。

そこで、本発明は、橋桁の変位量をコントロールすることができる変位制御構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の変位制御構造は、地震時に橋脚上で移動する橋桁の変位を制御する変位制御構造であって、前記橋脚の上に配置された、前記橋桁を支持する支承部と、前記橋脚の上に配置された、前記支承部の支持面から連続するように前記橋脚の側縁に向けて延在する制御面が設けられた支承周囲構造体と、を備え、前記制御面の摩擦係数は、前記橋桁の重量と、前記支承周囲構造体の制御面長と、に基づいて、設定されることを特徴とする。

ここで、本発明の変位制御構造では、前記制御面長は、前記支承部側の内縁から前記側縁側の外縁までの長さに設定されてもよい。

また、本発明の変位制御構造では、前記摩擦係数は、前記橋脚の強度に基づいて設定されてもよい。また、本発明の変位制御構造では、前記制御面は、前記摩擦係数となるような表面処理が施されていてもよい。

また、本発明の変位制御構造では、前記制御面は、前記支持面と略同じ高さの水平面で形成されていてもよい。また、本発明の変位制御構造では、前記制御面は、前記支持面に向かって下がる方向に傾斜するように形成されていてもよい。

また、本発明の変位制御構造では、前記支承周囲構造体には、前記橋桁の下面との干渉を回避するための前記制御面より低い回避面が形成されていてもよい。さらに、本発明の変位制御構造では、前記支承周囲構造体には、前記支承部の橋軸直交方向に、凹状のポケット部が形成されていてもよい。

このように構成された本発明の変位制御構造は、橋脚の上に配置された、橋桁を支持する支承部と、橋脚の上に配置された、支承部の支持面から連続するように橋脚の側縁に向けて延在する制御面が設けられた支承周囲構造体と、を備え、制御面の摩擦係数は、橋桁の重量と、支承周囲構造体の制御面長と、に基づいて、設定される。そのため、支承周囲構造体の制御面長の範囲で、地震動によって橋桁に与えられたエネルギーを吸収できるように、支承周囲構造体の制御面の摩擦係数を設定することができる。その結果、橋桁が支承部から外れて、支承周囲構造体の制御面を移動した際の橋桁の変位量をコントロールし、橋桁の落下を防止することもできる。

また、本発明の変位制御構造では、制御面長は、支承部側の内縁から側縁側の外縁までの長さに設定される場合、橋桁が支承部から外れて、橋軸直交方向に移動した際の橋桁の変位量をコントロールすることができる。

また、本発明の変位制御構造では、摩擦係数は、橋脚の強度に基づいて設定される場合、橋脚に設計以上の過度な力が作用して、橋脚が損傷してしまうことを回避することができる。

また、本発明の変位制御構造では、制御面は、所定の摩擦係数となるような表面処理が施されている場合、簡易な構成で、支承周囲構造体の表面を所望の摩擦係数とすることができる。そのため、簡易な構成で、橋桁が支承部から外れて支承周囲構造体の上面を移動した際の橋桁の変位量をコントロールすることができる。

また、本発明の変位制御構造では、制御面は、支持面と略同じ高さの水平面で形成される場合、橋桁が支承部から外れた際に、支承部の支持面と略同じ高さの支承周囲構造体によって橋桁を支持することができる。そのため、橋桁の上面に段差が発生することを防止することができる。

また、本発明の変位制御構造では、制御面は、支持面に向かって下がる方向に傾斜するように形成される。この場合、橋桁が支承部から外れて、傾斜した支承周囲構造体の上面に沿って、斜め上方に移動しようとする際、摩擦抵抗力及び重力の抵抗を受けながら変位するので、地震動により橋桁に与えられたエネルギーを吸収することができる。そのため、橋桁が支承部から外れて、支承周囲構造体に移動した際の橋桁の水平方向への変位量を小さくすることができる。

また、本発明の変位制御構造では、支承周囲構造体には、橋桁の下面との干渉を回避するための制御面より低い回避面が形成される。この場合、橋桁が橋軸方向に撓んだ際に、橋桁の下面と支承周囲構造体が干渉することを防ぐことができる。そのため、橋桁の下面が損傷するのを防ぐことができる。

さらに、本発明の変位制御構造では、支承周囲構造体には、支承部の橋軸直交方向に、凹状のポケット部が形成されている。この場合、橋桁が支承部から外れる際に破損した部品を、ポケット部に回収することができる。そのため、破損した部品が橋脚から落下することを防止することができる。

実施例１の変位制御構造を有する橋梁を示す側面図である。 実施例１の変位制御構造を有する橋梁を示す断面図である。 実施例１の支承部及び支承周囲構造体を示す平面図である。 実施例１の支承部及び支承周囲構造体を示す断面図である。 実施例１の支承周囲構造体を示す断面図である。 実施例１の支承周囲構造体を概略的に示す斜視図であり、図６（ａ）及び図６（ｂ）は表面処理が施されたものを示し、図６（ｃ）は、表面処理が施されていないものを示す。 実施例１の変位制御構造の制御面の設定方法を説明する図である。 実施例１の変位制御構造の作用を説明する断面図である。 実施例２の変位制御構造を示す断面図である。 実施例２の変位制御構造の作用を説明する図である。

以下、本発明による橋桁の変位制御構造を実現する実施形態を、図面に示す実施例１，２に基づいて説明する。

実施例１では、本発明による変位制御構造を、橋桁の上に、列車が走行する鉄道の軌道が設けられる橋梁に適用する例を説明する。

［橋梁の構成］
図１は、実施例１の変位制御構造を有する橋梁を示す側面図である。図２は、実施例１の変位制御構造を有する橋梁を示す断面図である。図３は、実施例１の支承部及び支承周囲構造体を示す平面図である。図４は、実施例１の支承部及び支承周囲構造体を示す断面図である。以下、実施例１の変位制御構造を有する橋梁の構成を説明する。

図１及び図２に示すように、橋梁１は、橋台を含む橋脚２と、橋脚２の間に架け渡された橋桁５と、橋脚２の上に配置された、橋桁５を支持する支承部１０と、橋脚２の上に配置された支承周囲構造体２０と、を備える。

橋脚２は、フーチングや基礎杭などによって構成される基礎部の上に、柱状又は壁状に鉄筋コンクリートによって構築される。実施例１では、橋脚や橋台などの橋梁の下部工を、橋脚として定義する。

橋桁５は、鋼板により箱型に形成された箱桁（ボックスガーダー）とすることができる。橋桁５には、列車が走行するレール（軌条）などが設けられる。橋桁５の下フランジ５ａは、支承部１０に設置される。下フランジ５ａの下面は、橋桁５の下面を構成する。

支承部１０は、図３及び図４に示すように、橋軸方向Ｔと直交する橋軸直交方向Ｓに延在する線支承とすることができる。支承部１０は、支承本体１１と、支承本体１１から上方に突出したサイドブロック１２と、ピンチプレート１３と、アンカーボルト１５と、を有する。

支承本体１１は、橋脚２の上に配置される。支承本体１１の上面には、橋桁５の下フランジ５ａが設置される。すなわち、支承本体１１の上面は、橋桁５を支持する支持面１０Ａを構成する。

サイドブロック１２は、橋軸直交方向Ｓにおいて、支持面１０Ａを挟んで両側に設けられている。サイドブロック１２は、支持面１０Ａより上方に突出するように設けられている。サイドブロック１２は、橋桁５が橋軸直交方向Ｓに変位する横ずれを防止することができる。

ピンチプレート１３は、一方のサイドブロック１２の上に配置される。ピンチプレート１３に形成された貫通孔、及び支承本体１１に形成された貫通孔に、アンカーボルト１５を挿入して、支承本体１１が橋脚２に取り付けられる。

［支承周囲構造体の構成］
図５は、実施例１の支承周囲構造体を示す断面図である。図６は、実施例１の支承周囲構造体を概略的に示す斜視図であり、図６（ａ）及び図６（ｂ）は表面処理が施されたものを示し、図６（ｃ）は、表面処理が施されていないものを示す。以下、実施例１の支承周囲構造体の構成を説明する。

図２及び図３に示すように、支承周囲構造体２０は、支承部１０の周囲を取り囲むように橋脚２の上に配置される。支承周囲構造体２０は、橋軸直交方向Ｓにおいて、支承部１０を挟んで両側に配置されている。

支承周囲構造体２０は、図３に示すように、平面視でみて、第１片２０ａと、第２片２０ｂと、第３片２０ｃとでＵ字状に形成される。支承周囲構造体２０は、第１片２０ａと第３片２０ｃとで、支承部１０のサイドブロック１２を挟むように、配置される。支承周囲構造体２０は、アンカーボルト２５によって、橋脚２に取り付けることができる。

図６（ａ）に示すように、支承周囲構造体２０は、土台２１と、土台２１に表面処理が施された表面処理層２２とで構成することができる。土台２１は、コンクリート板とすることができる。

表面処理層２２は、摩擦係数の大きな部材とすることもできるし、摩擦係数の小さな部材とすることもできる。表面処理層２２は、例えば、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）板やステンレス板とすることができる。支承周囲構造体２０の上面は、制御面２０Ａを構成する。

図６（ｂ）に示すように、支承周囲構造体１２０は、土台１２１の上に表面処理が施された表面処理層１２２を有してもよい。表面処理層１２２は、土台１２１に凹凸を形成して摩擦係数を大きくすることができる。支承周囲構造体１２０の上面は、制御面１２０Ａを構成する。

図６（ｃ）に示すように、支承周囲構造体２２０は、表面処理層が形成されていない土台２２１とすることもできる。支承周囲構造体２２０の上面は、制御面２２０Ａを構成する。

図４及び図５に示すように、制御面２０Ａは、支持面１０Ａと略同じ高さの水平面で形成することができる。制御面２０Ａは、支承部１０の支持面１０Ａから連続するように設けられる。制御面２０Ａは、図２及び図３に示すように、橋脚２の橋軸直交方向Ｓの側縁２ａに向けて延在する。制御面２０Ａは、支承部側の内縁Ｇから側縁側の外縁Ｈまでの長さに設定することができる。

図５に示すように、制御面２０Ａの支承部側には、制御面２０Ａより低い位置となる回避面２３を形成することができる。回避面２３は、橋軸直交方向Ｓにおいて、支持面１０Ａに設置された下フランジ５ａの下面に対向する位置に設けられる。回避面２３は、傾斜したテーパ状にすることができるし、溝状に形成することもできる。回避面２３によって、橋桁５が撓んだ際に、橋桁５の下面と支承周囲構造体２０との干渉を回避することができる。

図３及び図４に示すように、支承周囲構造体２０には、支承部１０の橋軸直交方向Ｓに、凹状のポケット部２４を形成することができる。ポケット部２４は、第１片２０ａと、第２片２０ｂと、第３片２０ｃと、支承部１０と、橋脚２とで囲まれて凹状に形成される。

ポケット部２４の橋軸直交方向Ｓの大きさは、サイドブロック１２の径より大きく形成することができる。ポケット部２４の橋軸方向Ｔの大きさは、サイドブロック１２の径より大きく形成することができる。

［制御面の設定方法］
図７は、実施例１の変位制御構造の制御面の設定方法を説明する図である。以下、制御面の設定方法について説明する。

制御面２０Ａの摩擦係数は、橋桁５の重量と、支承周囲構造体２０の制御面長Ｌと、に基づいて、設定される。制御面長Ｌは、支承部側の内縁Ｇから側縁側の外縁Ｈまでの長さを示す（図２参照）。

地震動によって、橋桁５が支承部１０から外れた際に、制御面２０Ａは、摩擦抵抗によって、橋桁５のエネルギーを吸収する。

具体的には、図７に示すように、地震動によって橋桁５に与えられたエネルギーＰは、支承部１０が破壊までに吸収したエネルギーと、制御面２０Ａの摩擦抵抗力Ｆ×水平方向の変位量δ_ｈで表されるエネルギーＥとの和となる。

制御面２０Ａが吸収するエネルギーＥは、以下の計算式で算出することができる。
Ｅ＝ｍ・μ・δ_ｈ
δ_ｈ：水平方向の変位量
ｍ：橋桁の重量
μ：制御面の摩擦係数

すなわち、水平方向の変位量δ_ｈが制御面長Ｌより小さければ、地震動によって橋桁５に与えられたエネルギーＰを制御面２０Ａ内で吸収することができる。

また、摩擦係数は、橋脚２の強度に基づいて設定することができる。具体的には、当初設計の水平力Ｐ_ｈ０が、実際に働く水平力Ｐ_ｈより大きい場合、橋脚２は損傷しない。
Ｐ_ｈ０＝（Ｍ＋ｍ）・Ｋ_ｈ０≧Ｍ・Ｋ_ｈ＋ｍ・μ＝Ｐ_ｈ
Ｋ_ｈ０：橋脚の当初設計震度
Ｍ：橋脚の重量
Ｋ_ｈ：実際の地震による震度（通常＞Ｋ_ｈ０）

［変位制御構造の作用］
図８は、実施例１の変位制御構造の作用を説明する断面図である。次に、実施例１の変位制御構造の作用を説明する。

実施例１の変位制御構造は、地震時に橋脚上で移動する橋桁５の変位を制御する。この変位制御構造は、橋脚２の上に配置された、橋桁５を支持する支承部１０と、橋脚２の上に配置された、支承部１０の支持面１０Ａから連続するように橋脚２の側縁２ａに向けて延在する制御面２０Ａが設けられた支承周囲構造体２０と、を備え、制御面２０Ａの摩擦係数μは、橋桁５の重量ｍと、支承周囲構造体２０の制御面長Ｌと、に基づいて、設定される（図７）。

これにより、支承周囲構造体２０の制御面長Ｌの範囲で、地震動によって橋桁５に与えられたエネルギーを吸収できるように、支承周囲構造体２０の制御面２０Ａの摩擦係数μを設定することができる。そのため、橋桁５が支承部１０から外れて、支承周囲構造体２０の制御面２０Ａを移動する際に、所望の摩擦抵抗力Ｆを伴った変位をさせることで、地震動により橋桁５に与えられたエネルギーを吸収することができる。その結果、橋桁５が支承部１０から外れて、支承周囲構造体２０の制御面２０Ａを移動した際の橋桁５の変位量δ_ｈをコントロールし、橋桁５の落下を防止することもできる。

実施例１の変位制御構造では、制御面長Ｌは、支承部側の内縁Ｇから側縁側の外縁Ｈまでの長さに設定される（図２）。

これにより、橋桁５が支承部１０から外れて、橋軸直交方向Ｓに移動した際の橋桁５の変位量δ_ｈをコントロールすることができる。

実施例１の変位制御構造では、摩擦係数μは、橋脚２の強度に基づいて設定される。

例えば、摩擦係数μを大きく設定してしまうと、支承周囲構造体２０の制御面２０Ａによって橋桁５に与えられたエネルギーを吸収する際に、橋脚２に発生する応力が大きくなりすぎて、橋脚２が損傷してしまうおそれがある。

実施例１では、橋脚２の強度に基づいて、橋脚２に発生する応力が大きくなりすぎないように摩擦係数μを設定することで、橋脚２の損傷を回避することができる。

実施例１の変位制御構造では、制御面２０Ａは、摩擦係数μを調整するための表面処理が施されている（図６）。

これにより、簡易な構成で、支承周囲構造体２０の表面を所望の摩擦係数μとすることができる。そのため、簡易な構成で、橋桁５が支承部１０から外れて支承周囲構造体２０の上面を移動した際の橋桁５の変位量δ_ｈをコントロールすることができる。

実施例１の変位制御構造では、制御面２０Ａは、支持面１０Ａと略同じ高さの水平面で形成される（図５）。

これにより、橋桁５が支承部１０から外れた際に、支承部１０の支持面１０Ａと略同じ高さの支承周囲構造体２０によって橋桁５を支持することができる。そのため、橋桁５の上面に段差が発生することを防止することができる。

実施例１の変位制御構造では、支承周囲構造体２０には、橋桁５の下面との干渉を回避するための制御面２０Ａより低い回避面２３が形成される（図５）。

これにより、橋桁５が橋軸方向Ｔに撓んだ際に、橋桁５の下面と支承周囲構造体２０が干渉することを防ぐことができる。そのため、橋桁５の下面が支承周囲構造体２０に接触して損傷するのを防ぐことができる。

実施例１の変位制御構造では、支承周囲構造体２０には、支承部１０の橋軸直交方向Ｓに、凹状のポケット部２４が形成されている（図３，図４）。

これにより、図８に示すように、橋桁５が支承部１０から外れる際に破損した部品を、ポケット部２４に回収することができる。そのため、破損した部品が橋脚２から落下することを防止することができる。

実施例２の変位制御構造は、支承周囲構造体の構成が異なる点で、実施例１の変位制御構造と相違する。

［変位制御構造の構成］
図９は、実施例２の変位制御構造を示す断面図である。以下、実施例２の変位制御構造の構成を説明する。なお、上記実施例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、同一の用語又は同一の符号を用いて説明する。

図１０に示すように、支承周囲構造体３２０は、上面が傾斜するように形成することができる。制御面３２０Ａは、支持面１０Ａに向かって下がる方向に傾斜した傾斜面で形成することができる。制御面３２０Ａは、支承部１０の支持面１０Ａから段差が生じることなく連続するように設けられる。制御面３２０Ａは、橋脚２の橋軸直交方向Ｓの側縁２ａに向けて延在する。

［変位制御構造の作用］
図１０は、実施例２の変位制御構造の作用を説明する図である。以下、実施例２の変位制御構造の作用を説明する。

実施例２の変位制御構造では、制御面３２０Ａは、支持面１０Ａに向かって下がる方向に傾斜するように形成される（図９）。

これにより、図１０に示すように、橋桁５が支承部１０から外れて、傾斜した支承周囲構造体３２０の上面に沿って、斜め上方に移動しようとする場合、摩擦抵抗力Ｆ及び重力の抵抗を受けながら変位するので、地震動により橋桁５に与えられたエネルギーを吸収することができる。そのため、橋桁５が支承部１０から外れて、支承周囲構造体３２０に移動した際の橋桁５の水平方向への変位量δ_ｈを小さくすることができる。その結果、支承周囲構造体３２０を小型化することができる。そして、幅の狭い橋脚であっても、支承周囲構造体３２０の制御面３２０Ａを移動した際の橋桁５の変位量δ_ｈをコントロールすることができる。

また、橋桁５が支承部１０から外れて、支承周囲構造体３２０に移動した際に、制御面３２０Ａの傾斜を利用して、橋脚２を支承部１０の支持面１０Ａに戻しやすく（復元しやすく）することができる。

なお、実施例２のこの他の構成及び作用効果については、実施例１と略同様であるため、説明を省略する。

以上、本発明の変位制御構造を実施例１，２に基づき説明してきた。しかし、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更、追加等は許容される。

実施例１，２では、支承部１０を線支承とする例を示した。しかし、支承部は、この態様に限定されるものではなく、平面支承、ピン支承、点支承、球面支承等にすることができる。また、支承部は、鋼製支承やコンクリート製支承であってもよいし、ゴム支承であってもよい。

実施例１，２では、支承部１０は、一方のサイドブロック１２に形成された貫通孔にアンカーボルト１５を挿入して、支承部１０を橋脚２に取り付ける例を示した。しかし、支承部は、両方のサイドブロックに形成された貫通孔にアンカーボルトを挿入して、支承部を橋脚に取り付けてもよい。

実施例１，２では、制御面２０Ａ，１２０Ａ，２２０Ａ，３２０Ａは、支承部１０の支持面１０Ａから連続するように、橋脚２の橋軸直交方向Ｓの側縁２ａに向けて延在する例を示した。しかし、制御面は、支承部の支持面から連続するように、橋脚の橋軸方向の側縁に向けて延在してもよい。

実施例１，２では、橋桁５を鋼板により箱型に形成された箱桁とする例を示した。しかし、橋桁は、コンクリート桁とすることもできる。また、橋桁は、Ｉ形、Ｈ形、Ｔ形、又は格子形等とすることもできる。

実施例１，２では、表面処理層２２，１２２は、土台と異なる材料の板を取り付けることで形成したり、土台の表面を凹凸状に加工することで形成したりする例を示した。しかし、表面処理層は、土台に塗装することで形成することもできる。

実施例２では、制御面３２０Ａは、支持面１０Ａに向かって下がる方向に傾斜した傾斜面で形成する例を示した。しかし、制御面は、支持面に向かって湾曲しながら傾斜した傾斜曲面で形成することもできる。

実施例１，２では、本発明の変位制御構造を、橋桁の上に列車が走行する鉄道の軌道が設けられる橋梁に適用する例を示した。しかし、本発明の変位制御構造は、橋桁の上に自動車などの車両が走行する道路等の交通路が設けられた橋梁に適用することができる。

１ 変位制御構造
２ 橋脚
２ａ 側縁
５ 橋桁
１０ 支承部
１０Ａ 支持面
２０Ａ 制御面
２０ 支承周囲構造体
２３ 回避面
２４ ポケット部
Ｇ 内縁
Ｈ 外縁
Ｌ 制御面長
ｍ 橋桁の重量
μ 摩擦係数

Claims (7)

1. 地震時に橋脚上で移動する橋桁の変位を制御する橋桁の変位制御構造であって、
   前記橋脚の上に配置された、前記橋桁を支持する支承部と、
   前記橋脚の上に配置された、前記支承部の支持面から連続するように前記橋脚の側縁に向けて延在する制御面が設けられた支承周囲構造体と、を備え、
   前記制御面の摩擦係数は、前記橋桁の重量と、前記支承周囲構造体の制御面長と、に基づいて設定され、
   前記支承周囲構造体には、前記橋桁の下面との干渉を回避するための前記制御面より低い回避面が形成されることを特徴とする、橋桁の変位制御構造。
2. 地震時に橋脚上で移動する橋桁の変位を制御する橋桁の変位制御構造であって、
   前記橋脚の上に配置された、前記橋桁を支持する支承部と、
   前記橋脚の上に配置された、前記支承部の支持面から連続するように前記橋脚の側縁に向けて延在する制御面が設けられた支承周囲構造体と、を備え、
   前記制御面の摩擦係数は、前記橋桁の重量と、前記支承周囲構造体の制御面長と、に基づいて設定され、
   前記支承周囲構造体には、前記支承部の橋軸直交方向に、凹状のポケット部が形成されていることを特徴とする、橋桁の変位制御構造。
3. 前記制御面長は、前記支承部側の内縁から前記側縁側の外縁までの長さに設定される
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の橋桁の変位制御構造。
4. 前記摩擦係数は、前記橋脚の強度に基づいて設定される
   ことを特徴とする、請求項１～３の何れか一項に記載の橋桁の変位制御構造。
5. 前記制御面は、前記摩擦係数となるような表面処理が施されている
   ことを特徴とする、請求項１～４の何れか一項に記載の橋桁の変位制御構造。
6. 前記制御面は、前記支持面と略同じ高さの水平面で形成される
   ことを特徴とする、請求項１～５の何れか一項に記載の橋桁の変位制御構造。
7. 前記制御面は、前記支持面に向かって下がる方向に傾斜するように形成される
   ことを特徴とする、請求項１～５の何れか一項に記載の橋桁の変位制御構造。