JPH02243806A - 減衰機構を有する吊橋 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プレストされたハンガーによる減衰機構を有
する吊橋に関する。

〔従来の技術〕

長大吊橋は、耐風安定性が重要な事項である。

複雑な風の作用を受けて複雑に振舞うのであるが、その
振動挙動を単純化してみると、吊構造の上下鉛直方向の
振動と、左右に対するねじり振動とに分けられ、それら
がスパン中心に関して、対称または逆対称にまた１次か
ら高次まで振動するのである。また、これらの振動によ
ってもたらされる影響は簡単に分けて、限定された振動
と発散的なものとになる。前者は供用上の不都合となり
いわゆる揺れて困るということで、後者は悪くすると遂
には落橋という事態に立ち至ることも間々ある。

いづれにしても、これらの振動の発生を抑制したり、減
少させたりするにはつぎの４つのことが肝要とされてい
る。

（１）補剛桁の曲げ剛性とねじり剛性、特にねじり剛性
を大にする。

（２）　　固有振動周期を短くする。

（３）　　構造減衰を大きくする。

（４）　　吊構造の横断面形状を空力的に安定性のよい
ものとする。

このうち（１）と（４）は吊構造の構造形式に由来する
ものであり、ｆｌ＋　、　（４１を満足させるには例え
ば流線形箱桁構造とすることが多く用いられている。（
２）の固有周期を短くするには、補剛桁の剛性を大とし
たり、吊構造の重量を大とするのが効果的であるとされ
ている。また、主ケーブルのサグ比を小さくして主ケー
ブルの張力を大きくすることも有効な方法のひとつとさ
れている。

しかし、これらはいづれも建設費をかなり増加させるも
のである。それに対して、（３）は構造減衰を大にする
もので、比較的費用がかからないで済む方法であるとい
える。そこで種々の方法が考案され、かつ多用されてい
る。以下に、その代表的なものを、第２図を参照して示
す。

Ａ、タワー・スティ　　主塔２０の上方と補剛桁２２の
スパン１／４点付近とを 結ぶケーブル。

Ｂ、ケーブル・スティ　主ケーブル２ｏの１７４点付近
と主塔下方とを結ぶ。

Ｃ，センター・ステイ　スパン中央の補剛桁２２と主ケ
ーブル２４との水平力 向の相対的ずれを拘束す るケーブル。

Ｄ、タイ・ダウン・ケーブル　補剛桁２２のなるべくｌ
／４点に近い部分と、 地表とを結ぶケーブル。

Ｅ、水平ケーブル　　　両端支点を水平に補剛桁２２に
沿って結ぶケーブル でスパン中央において、 直接、間接に主ケーブル と結合。

Ａ、タワー・ケーブル・スティとも呼ばれ、古くはプル
ツクリン吊橋に用いられている。プルツクリン吊橋のよ
うな石積みの剛な塔ではよいが鋼製またはコンクリート
製のフレキシブルな塔では、このケーブルを取り付けて
も、塔頂が動いてしまうので効果的ではない。有名なタ
ヮースティはサラザール吊橋で将来、鉄道を通すときに
取り付ける予定として計画されているものであるが、こ
れは丁度斜張橋のファンタイプのケーブルの張り方その
ものでたいへん大規模なものであり、吊橋と斜張橋を組
み合わせたようなものである。

Ｂ、ケーブル・スティは、１９３９年頃米国ロビンソン
とシュタインマンによって特許されたものである。これ
とセンター・スティと組み合わせた方法は風による振動
をかなりおさえることができるとされている。この方法
は多用されている。

Ｃ，センター・ステイは、センター・ダイヤゴナル・ス
テイとも呼ばれ、逆対称１次のねじり振動にはかなり効
果があるとされている。また、主ケーブルと補剛桁を接
近させて両者をケーブルでなく鋼材などで強固に結合さ
せるものもあり、これをセンター・タイと称しているが
効果は同じであるとされている。これだけを独自に使用
するよりも、他のケーブルと組み合わせたのが効果的で
ある。センター・スティは主ケーブルと補剛桁の相対的
なずれをとるものであるから非常に大きな作用力があっ
たり、また、繰返し作用によって疲労を受は易いので留
意しなければならない。

Ｄ、タイ・ダウン・ケーブル。このケーブルは、地上側
にアンカーするのが困難であることが多く効果的な位置
に設けることができないことが多い。

Ｅ、水平ケーブル　主ケーブルの橋軸方向の移動をこれ
によって拘束しようとするものである。補剛桁に発生す
る曲げモーメント、たわみを低減させる効果はあるよう
であるが、耐風安定上の、例えばフラッタ−発生風速の
上昇は期待できないという数値計算の報告がある。また
、両岸の支点間にケーブルを張り渡すので、このケーブ
ルの費用は大となる。

その外に、補剛桁の水平移動をダンピングするために、
塔との間にオイルダンパーを取り付けたり、バネを取り
付けることが考えられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、従来の構造減衰とは異なる構造の構造
減衰によって、振動を抑制させた、減衰機構を有する吊
橋を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、本発明によれば、次の減衰機構を有する
吊橋によって、達成される。すなわち、補剛桁を、吊橋
両端部の主塔間に張り渡した主ケーブルから垂下するハ
ンガーによって吊った吊橋において、 主塔間スパン中央部のハンガーを抗圧縮材として、該抗
圧縮材のハンガーの上端を主ケーブルに連結するととも
に下端をヒンジ結合にて補剛桁に連結し、 抗圧縮材のハンガーの上端から隣接するハンガーの下端
にかけて斜材を設けて該斜材にプレストレスをかけ、 補剛桁には上方に凸となる曲線形状が付与されており、 吊橋の両端部に、一端が補剛桁のなるべく端部に定着さ
れ他端が吊橋構造系と独立な部位にアンカーされたケー
ブルと、それにプレストレスを与える装置とを、設けた
こと、 を特徴とする減衰機構を有する吊橋。

〔作用〕

吊橋の供用中に風が吹くと、桁に種々の振動が発生する
ことは既に説明したところであるが、吊橋にとって致命
的な要因となる点は固有振動特性と達成フラッタ、渦励
振であるので、本発明の吊橋がそれらに対して、どのよ
うに作用するかについて説明する。

（イ）固有振動特性 吊橋の固有振動数が小さいと、風によって誘起される各
種の振動の発現風速が低下することになり振動しやすい
構造物となる。本発明では桁端のプレストレスされたケ
ーブルにより比較的大きいキャンバ−を有する桁に張力
と曲げモーメントが与えられ、かつ、各ハンガーに上向
きの張力が与えられるので、見掛けの固有振動数が増大
して各種振動の発現風速が上昇することになる。

（ロ）達成フラッタ− プレストレスされたケーブルおよび、それから桁、ハン
ガーに発生する各種断面力の作用によって生ずる減衰性
の増大は、達成フラッタ−１失速フラッタ−形自動振動
に対する限界風速を増大、あるいは発生振動の振幅の減
少などに対して顕著な効果が見られる。

（ハ）渦励振 これにはスフルートン・ナンバーが重要な関わりがある
が、 鉛直たわみ振動に対して２ｍδ１／ρＢＤねじれ振動に
対して　　２Ｉθδθ／ρ（Ｂ　Ｄ）”δ７．δ０はそ
れぞれ鉛直たわみとねじれの対数減衰率である。スフル
ートン・ナンバーが大きくなればたわみおよびねじれの
定常応答振幅がともに小さくなるので、δ７．δ０が大
きくなければならないが、プレストレスされたケーブル
とそれによって連成された桁、ハンガーの系の挙動は構
造減衰特性が大きいので渦励振に対して振幅を小さくす
ることができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の一実施例に係る、減衰機構を有する吊
橋を、第１図を参照して説明する。

まず、構造について説明する。

第１図に示すように、本発明の吊橋では、補剛桁８は、
主塔２間に張り渡した主ケーブル６から垂下した多数の
ハンガー１２によって吊られている。

この吊橋において主塔２間距離として定義されるスパン
ｌの中央のハンガーを通常の従来のワイヤーロープによ
るものではなくて、鋼材による抗圧縮材４として、その
上端、下端をヒンジ構造とする。特に、面内に対してだ
けでなく、本発明の趣旨と直接の関り合いではないが風
荷重による橋軸直角方向への変形に関して面外に対して
もヒンジ作用ができることが望ましい。それと同時に、
上端は主ケーブル６を強固なケーブルバンド状のもので
、それに作用する主ケーブルと、補剛桁とのずれ力に十
分抵抗できるように、確実にグリップする構造を有して
いることが望ましい。その下端は、抗圧縮材４に作用し
た前述のずれ力に起因する圧縮力を補剛桁８へ伝達し得
る構造となっている。

抗圧縮材４の上端の主ケーブル６をグリップしている部
分と、斜下方の補剛桁８とをセンターケーブル１０にて
連結する。ただし、補剛桁８にはこのセンターケーブル
ｌＯに十分な張力を導入できその力を補剛桁８へ伝達で
きるようなジヤツキ受け１２等の装置を設ける。このセ
ンターケーブル１０は、抗圧縮材４より左右へ設けるも
のとする。また、ずれ力が大きかったり、また、特に重
要な橋であったり、また、耐風上の考慮が特に求められ
るような場合においては、抗圧縮材４をスパン中央の両
側にそれぞれ１本づつでなくて、その隣接するハンガー
１２部分も抗圧縮材にして、その上端から中央の抗圧縮
材の下端に向けてケーブル１４を設けて、丁度前述のケ
ーブル１０とタスキ掛けするようにする。

上記の各ケーブル１０．１４には、後述のプレストレス
量Ｐ１を導入するものとする。その量は、補剛桁８に空
気力が作用して逆対称１次のねじり変形が発生したとき
に、主ケーブル６と補剛桁８間の相対的なずれを拘束す
ることによる主ケーブル６から補剛桁８へ伝達される力
を△Ｈとし、この△Ｈにより各ケーブル１０．１４に発
生する張力Ｐ′すると、ＰＩ＞Ｐ’ｌ　の関係を満足す
るプレスト量とする。

補剛桁８の端部またはその付近から吊橋構造系と独立の
アンカーへケーブル１６を設ける。このケーブル１６に
プレストレス導入装置１８によって所定のプレストレス
量Ｐ２を導入する。Ｐ２の大きさは温度変化によって補
剛桁８およびケーブル１６が伸縮しても、尚、必要とさ
れるプレストレス量Ｐ２　　’　　（Ｐｇ　　’≧Ｐｇ
）が残存していて、補剛桁８に張力および曲げモーメン
トが導入されるものとする。

補剛桁８は通常、路面の１％程度の放物線またはそれと
直線との混合の縦断勾配に合わせてカーブしているが、
本発明の要件としては、１％以上、路面交通の不都合の
ない限りなるべく大きくするのが望ましい。したがって
スパン中央にはδ（６２０，５〜１．５％）というキャ
ンバ−量を有していることになる。

通常の架設工事が終了した後、 イ）センターケーブル１０を取り付け、プレストレス量
Ｐ１を導入させるものとする。

口）ついで、補則桁端のケーブル１６を取り付け、両端
同時にケーブル１６にプレストレス量Ｐ２を導入する。

このＰ２によって、補剛桁８のキャンバ−量は若干変化
して０．５〜１．５％以上のキャンバ−量δとなる。こ
の際、補剛桁８の側面形状（カーブの状態）は、１〜３
％の放物線勾配に相当する放物線と仮定できる。

ハ）この状態で供用を開始する。

〔発明の効果〕

つぎに、作用、効果について説明する。

吊橋供用中に風が吹いて桁に種々の複雑な振動が発生す
るが、吊橋にとって致命的な要因となる点はつぎの事項
であると思われるので、それに対して、どのような効果
があるかのべることにする。

（イ）固有振動特性 吊橋の固有振動数が小さいと、風によって誘起される各
種の振動の発現風速が低下することになり振動しやすい
構造物となる。本発明では補則桁端のプレストレスされ
たケーブル１６により比較的大きいキャンバ−を有する
補剛桁８に張力と曲げモーメントが与えられ、かつ各ハ
ンガー１２に上向きの張力を与えることになるので、見
掛けの固有振動数が増大して各種振動の発現風速が上昇
することになる。

（ロ）達成フラッタ− プレストレスされたケーブル１６および、それから補剛
桁８、ハンガー１２に発生する各種断面力の作用によっ
て生ずる減衰性の増大は達成フラッタ、失速フラッタ−
形自励振動に対する限界風速を増大、あるいは発生振動
の振幅の減少などに対して顕著な効果が見られる。

（ハ）渦励振 これにはスフルートン・ナンバーが重要な関わりがある
が、 鉛直たわみ振動に対して２ｍδ、１／ρＢＤねじれ振動
に対して２Ｉθ／δ、／ρ（ＢＤ）”δ９．δｅはそれ
ぞれ鉛直たわみとねじれの対数減衰率である。スフルー
トン・ナンバーが大きくなればたわみおよびねじれの定
常応答振幅がともに小　特さくなるので、δ１．δ−が
大きくなければならない　代が、プレストレスされたケ
ーブルと、それによって連成された補剛桁８、ハンガー
１２の系の挙動は構造減衰特性が大きいので、渦励振に
対して振幅を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る減衰機構を有する吊橋
の半側面図、 第２図は従来の吊橋の半側面図、 である。 ２・・・・・・主塔 ４・・・・・・抗圧縮材 ６・・・・・・主ケーブル ８・・・・・・補剛桁 １０・・・・・・センターケーブル １４・・・・・・たすきかけしたケーブル１６・・・・
・・プレストレスされたケーブル１８・・・・・・プレ
ス トレス導入装置 トピーエ業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、補剛桁を、吊橋両端部の主塔間に張り渡した主ケー
   ブルから垂下するハンガーによって吊った吊橋において
   、 主塔間スパン中央部のハンガーを抗圧縮材として、該抗
   圧縮材のハンガーの上端を主ケーブルに連結するととも
   に下端をヒンジ結合にて補剛桁に連結し、 抗圧縮材のハンガーの上端から隣接するハンガーの下端
   にかけて斜材を設けて該斜材にプレストレスをかけ、 補剛桁には上方に凸となる曲線形状が付与されており、 吊橋の両端部に、一端が補剛桁のなるべく端部に定着さ
   れ他端が吊橋構造系と独立な部位にアンカーされたケー
   ブルと、それにプレストレスを与える装置とを、設けた
   こと、 を特徴とする減衰機構を有する吊橋。