JPH09228317A - 橋梁の支承構造 - Google Patents

橋梁の支承構造

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JPH09228317A
JPH09228317A JP5693996A JP5693996A JPH09228317A JP H09228317 A JPH09228317 A JP H09228317A JP 5693996 A JP5693996 A JP 5693996A JP 5693996 A JP5693996 A JP 5693996A JP H09228317 A JPH09228317 A JP H09228317A
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久哲 大塚
Shigeki Unjiyou
茂樹 運上
Takashi Sato
貴志 佐藤
Toshitami Son
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DOBOKU KENKYU CENTER
Minister for Public Works for State of New South Wales
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Abstract

(57)【要約】 【課題】さまざまな大きさの地震に対して免震と過大変
位の制限との両方を実現する。 【解決手段】本発明の橋梁の支承構造は、橋梁の上部工
2と下部工3との間に積層ゴム4を配設して免震支承と
するとともに、流体が封入されたシリンダ11、該シリ
ンダ11内に往復動自在に配置されオリフィス13が穿
孔されたピストン12、該ピストン12に連結されたピ
ストンロッド14および前記ピストン12を外方に押し
戻すバネ15とから構成された緩衝器5を上部工2およ
び下部工3の間に配置し、シリンダ11を下部工3およ
び上部工2のいずれか一方に固着し、ピストンロッド1
4の先端を所定の間隔を隔てて他方に対向させてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、道路橋、鉄道橋な
どの橋梁の上部工を支持する支承構造に関する。
【0002】
【従来の技術】橋梁は、一般には上部工である橋桁と該
橋桁を支持する橋脚等の下部工とからなり、橋桁は、橋
脚等の上に設置された支承を介して支持される。
【0003】ここで、橋桁や橋脚は、クリープや温度変
化あるいは地震力の作用によってそれぞれが移動あるい
は伸縮し、両者の接点である支承部分においては相対変
位が生じる。そのため、支承は、これらの相対変位を吸
収しつつ上部工である橋桁を安全確実に支持できるよう
な構造としなければならない。
【0004】かかる支承として、例えば積層ゴムを用い
た可動支承がある。かかる可動支承は、クリープや温度
変化による相対変位を吸収するのみならず、地震時にお
いては、橋脚等の頂部に作用する橋桁からの水平力や曲
げモーメントを低減し、下部工の損傷を未然に防止する
といういわば免震支承としての機能も有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、免震支
承のみでは、大地震の際に橋桁と橋脚との相対変位が過
大になり、支承の破壊や橋桁同士の衝突を招いたり、最
悪の場合には落橋といった事態も予想される。
【0006】かかる事態を未然に防止するため、従来に
おいてもさまざまな対策が個別に検討採用されてきた
が、さまざまな大きさの地震に対して免震と過大変位の
制限との両方を満足させることはかなり困難であった。
【0007】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、さまざまな大きさの地震に対して免震と過大
変位の制限との両方を実現可能な橋梁の支承構造を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の橋梁の支承構造は請求項1に記載したよう
に、橋梁の上部工と下部工との間に積層ゴムを配設して
免震支承とするとともに、流体が封入されたシリンダ、
該シリンダ内に往復動自在に配置されオリフィスが穿孔
されたピストン、該ピストンに連結されたピストンロッ
ドおよび前記ピストンを外方に押し戻すバネとから構成
された緩衝器を前記上部工および前記下部工の間に配置
し、前記シリンダを前記下部工および前記上部工のいず
れか一方に固着し、前記ピストンロッドの先端を所定の
間隔を隔てて他方に対向させたものである。
【0009】また、本発明に係る橋梁の支承構造は、前
記ピストンの戻り時間が前記上部工の一次固有周期以下
となるように前記緩衝器を構成したものである。
【0010】本発明に係る橋梁の支承構造においては、
上部工は、積層ゴムを介して下部工に支持されており、
かかる積層ゴムによって上部工の振動周期が長周期側に
シフトするので、地震動の入力エネルギーが低減され
る。
【0011】ここで、緩衝器のピストンロッドを上部工
あるいは下部工と所定の間隔を隔てて対向させてあるた
め、地震規模が小さい場合には、上部工と下部工の相対
変位が上述の間隔以下となり、緩衝器は作動しない。
【0012】一方、地震規模が大きい場合には、上部工
と下部工の相対変位が上述の間隔を上回り、緩衝器のピ
ストンロッドは、上部工あるいは下部工と衝突して押し
込まれ、そのときの衝突エネルギーは緩衝器に吸収され
る。
【0013】なお、シリンダ内に押し込まれたピストン
は、バネによって速やかに元の位置に押し戻され、次の
衝突に備えることとなるが、このような衝突の周期は、
上部工の一次固有周期とほぼ等しくなる。
【0014】したがって、ピストンの戻り時間が上部工
の一次固有周期以下となるように緩衝器を構成しておけ
ば、いったん押し込まれたピストンを次の衝突までに元
の位置に押し戻しておくことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る橋梁の支承構
造の実施の形態について、添付図面を参照して説明す
る。
【0016】図1(a)は、本実施形態に係る橋梁の支承
構造を示した全体図、同じく(b)はそれに用いる緩衝器
を示した詳細図である。同図(a) でわかるように、本実
施形態に係る橋梁の支承構造は、橋梁1の上部工である
橋桁2と下部工である橋脚3との間に積層ゴム4を配設
して免震支承とするとともに、橋桁2と橋脚3との間に
は緩衝器5を配置してある。
【0017】積層ゴム4は、橋脚3の頂部に取り付けた
台座7上にその下側を固着するとともに橋桁2の下面に
突出形成した脚6にその上側を固着してある。一方、緩
衝器5は、台座7の両端に立設された立ち上がり部8に
取り付けてあり、脚6の側方から挟み込むようにして橋
軸方向に沿って向かい合わせに配設してある。
【0018】緩衝器5は、同図(b) に示すように、立ち
上がり部8に固着され内部に流体である油が封入された
シリンダ11、該シリンダ11内に往復動自在に配置さ
れオリフィス13が穿孔されたピストン12、該ピスト
ン12に連結されたピストンロッド14およびピストン
12を外方に押し戻すバネ14とから概ね構成され、ピ
ストン12がシリンダ11内に押し込まれたとき、該シ
リンダ内の流体がオリフィス13から逃げることによっ
てピストン12の両側に生じる圧力差がピストン12の
運動を妨げる抵抗力となる、いわゆる油圧緩衝器として
構成してある。
【0019】ピストンロッド14の先端には支圧板16
を取り付けてあり、該支圧板16は、橋桁2の脚6の側
方に取り付けられた当接板17と距離dの間隔を隔てて
対向配置してある。距離dは、橋桁2と橋脚3との間で
許容される相対変位を限度として適宜設定する。
【0020】緩衝器5は、脚6との衝突によってシリン
ダ11内に押し込まれたピストン12が次の衝突までに
概ね元の位置に戻ることができるように、バネ15の強
さ、オリフィス13の面積、ピストン12の面積などを
適宜調整しておく。
【0021】ピストン12の戻り時間、すなわちシリン
ダ11内に押し込まれたピストン12がバネ15の復元
力によって一定の割合、例えば10%程度まで戻るのに
必要な時間は、橋桁2の振動周期、特に一次固有周期を
参考に決定すればよい。例えば、積層ゴム4によって橋
桁2の一次固有周期が2乃至3秒程度に長周期化されて
いる場合には、ピストン12の戻り時間を2秒乃至3秒
以下とする。
【0022】本実施形態に係る橋梁の支承構造において
は、橋桁2は、積層ゴム4を介して橋脚3に支持されて
おり、かかる積層ゴム4によって橋桁2の振動周期が長
周期側にシフトしているので、地震動の入力エネルギー
が低減される。
【0023】ここで、緩衝器5のピストンロッド14の
先端に取り付けた支圧板16は、橋桁2の脚6と間隔d
を隔てて対向させてあるため、地震規模が小さい場合に
は、図2(a) に示すように、橋桁2と橋脚3との相対変
位d1 が間隔d以下となり、緩衝器5は作動しない。
【0024】一方、地震規模が大きい場合には同図(b)
に示すように、橋桁2と橋脚3との相対変位d2 が間隔
dを上回って緩衝器5の支圧板16と脚6の当接板17
とが衝突する。そして、ピストンロッド14は、ピスト
ン12をシリンダ11内に押し込み、そのときの衝突エ
ネルギーが緩衝器5に吸収される。
【0025】ここで、シリンダ11内に押し込まれたピ
ストン12は、バネ15によって橋桁2の一次固有周期
より短い時間で概ね元の位置に押し戻されるため、次の
衝突の際にも同様なエネルギー吸収が行われる。
【0026】次に、本実施形態に係る橋梁の支承構造の
作用効果を解析によって検証したので、以下にその結果
について説明する。地震応答解析を行うにあたっては、
図3に示すような解析モデルを使用し、該解析モデルに
最大加速度818galの地震波を入力してその時刻歴
応答を調べた。
【0027】ここで、解析モデル中、間隔dは10c
m、積層ゴムのバネ係数k1は7400 KN/m、減衰係数
c1は470 KNs/m(h1=10%)、橋脚のバネ係数k
2は541410 KN/m、減衰係数c2は1200 KNs/m
(h2=5%)、橋桁の重量m1は750t、橋脚の重量
m2は200t、緩衝器の減衰係数cbは積層ゴムの10
倍の4700 KNs/m、バネ係数kbは、衝突してから2
秒後に衝突時の10%に戻るように5411 KN/mとし
た。なお、かかるバネ係数kbは、緩衝器のピストンの
初期変位がx0 であるときのt秒後の変位xが、 x=x0・exp{―(kb/cb)t} と表されることから導くことができる。
【0028】地震応答解析の結果、図4(a) でわかるよ
うに、緩衝器を設けない場合(点線)には32cmあっ
た橋桁と橋脚頂部との最大相対変位が、緩衝器を設けた
場合(実線)には20cmに低減することがわかった。
【0029】また、衝突によって変位した緩衝器は、次
の衝突の際には概ね元の位置に戻っており、各衝突時に
は所定のエネルギーが緩衝器に吸収されることがわかっ
た(図4(b)、図4(c))。
【0030】図5は、かかる解析結果に加えて、緩衝器
のバネ係数kbを361 KN/mに変えて解析した結果を点
線で示したものである。かかるバネ係数は、緩衝器のピ
ストンの変位が衝突してから30秒後に該衝突時の10
%に戻るように設定したものであり、例えばクレーン用
緩衝器に使用されているバネに相当する。
【0031】両者を比較すると、クレーン用緩衝器では
ピストンの戻りに長い時間を要するため、該緩衝器のス
トロークいっぱいまで変位した後では、それ以降の衝突
に対してほとんどエネルギーを吸収することができない
ことがわかった。
【0032】以上説明したように、本実施形態に係る橋
梁の支承構造によれば、小規模地震に対しては、積層ゴ
ムによって橋桁が免震され、大規模地震に対しては、緩
衝器が作動することによって相対変位が制限される。し
たがって、大規模地震における橋桁同士の衝突、支承の
損傷あるいは橋桁の落橋を未然に防止することができ
る。
【0033】また、ピストン12の戻り時間が橋桁2の
一次固有周期以下となるように緩衝器5を構成したの
で、いったん押し込まれたピストン12を次の衝突まで
に元の位置にほぼ押し戻しておくことができる。したが
って、衝突の際のエネルギーは、本実施形態の緩衝器に
よってそのつど十分に吸収され、かくして、過大変位の
制限を安全確実に行うことが可能となる。
【0034】本実施形態では、緩衝器のシリンダを下部
工側に固着し、ピストンロッドを上部工と対向させた
が、かかる配置を逆にしてもよいことは言うまでもな
い。
【0035】また、本実施形態では、積層ゴムを上部工
の脚に設置し、該脚の側方から挟み込むようにして緩衝
器を配設したが、これは、積層ゴムや緩衝器をできるだ
けコンパクトに配置するための配置例であり、場合によ
っては、緩衝器の設置場所と積層ゴムの設置個所とが別
々になっても差し支えない。
【0036】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の橋梁の支承
構造は、橋梁の上部工と下部工との間に積層ゴムを配設
して免震支承とするとともに、流体が封入されたシリン
ダ、該シリンダ内に往復動自在に配置されオリフィスが
穿孔されたピストン、該ピストンに連結されたピストン
ロッドおよび前記ピストンを外方に押し戻すバネとから
構成された緩衝器を前記上部工および前記下部工の間に
配置し、前記シリンダを前記下部工および前記上部工の
いずれか一方に固着し、前記ピストンロッドの先端を所
定の間隔を隔てて他方に対向させたので、さまざまな大
きさの地震に対して免震と過大変位の制限との両方を実
現することができる。
【0037】
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る橋梁の支承構造を示した図で
あり、(a)は全体図、(b)はそれに用いた緩衝器の詳細
図。
【図2】本実施形態に係る橋梁の支承構造の作用を説明
した図であり、(a) は小規模地震時の挙動を示した図、
(b)は大規模地震時の挙動を示した図。
【図3】本実施形態に係る橋梁の支承構造の作用効果を
検証するための解析モデルを示した図。
【図4】地震応答解析の結果を示したグラフであり、
(a) は橋桁と橋脚頂部との相対変位を緩衝器を設けた場
合と設けない場合とで比較したグラフ、(b) は緩衝器の
変位を示したグラフ、(c) は緩衝器のエネルギー吸収量
を示したグラフ。
【図5】地震応答解析の結果を本実施形態の緩衝器とク
レーン用緩衝器とで比較した示したグラフであり、(a)
は緩衝器の変位を示したグラフ、(b)は緩衝器のエネル
ギー吸収量を示したグラフ。
【符号の説明】
1 橋梁 2 橋桁(上部工) 3 橋脚(下部工) 4 積層ゴム 5 緩衝器 6 脚(上部工) 11 シリンダ 12 ピストン 13 オリフィス 14 ピストンロッド 15 バネ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 運上 茂樹 茨城県つくば市大字旭1番地 建設省土木 研究所内 (72)発明者 佐藤 貴志 茨城県つくば市大字旭1番地 建設省土木 研究所内 (72)発明者 孫 利民 東京都清瀬市下清戸4丁目640 株式会社 大林組技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 橋梁の上部工と下部工との間に積層ゴム
    を配設して免震支承とするとともに、流体が封入された
    シリンダ、該シリンダ内に往復動自在に配置されオリフ
    ィスが穿孔されたピストン、該ピストンに連結されたピ
    ストンロッドおよび前記ピストンを外方に押し戻すバネ
    とから構成された緩衝器を前記上部工および前記下部工
    の間に配置し、前記シリンダを前記下部工および前記上
    部工のいずれか一方に固着し、前記ピストンロッドの先
    端を所定の間隔を隔てて他方に対向させたことを特徴と
    する橋梁の支承構造。
  2. 【請求項2】 前記ピストンの戻り時間が前記上部工の
    一次固有周期以下となるように前記緩衝器を構成した請
    求項1記載の橋梁の支承構造。
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