JP2016027239A - Destruction prevention structure for viaduct - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、橋脚と横梁を有する高架橋の倒壊防止構造に関するものである。 The present invention relates to a collapse prevention structure for a viaduct having bridge piers and cross beams.
従来、高架橋では上部構造（桁）が横梁上面に設置され支承で支持されている。この支承が東北太平洋沖地震クラスの極大地震動によって破壊した場合、上部構造が水平方向に大きく移動し下部構造である橋脚と横梁から落下する可能性がある。 Conventionally, in the viaduct, the superstructure (girder) is installed on the upper surface of the cross beam and supported by the support. If this support breaks due to the Tohoku Pacific Ocean class maximum ground motion, the superstructure may move greatly in the horizontal direction and fall from the piers and cross beams that are the substructure.
これを防止する目的で設置されるのが落橋防止装置である。落橋防止装置は橋脚が致命的な損傷に至っていない場合に有効に機能する。しかしながら、橋脚が倒壊した場合には無力であり高架橋全体の倒壊につながる。 A fall bridge prevention device is installed for the purpose of preventing this. The falling bridge prevention device functions effectively when the pier has not been fatally damaged. However, if the pier collapses, it is powerless and leads to the collapse of the entire viaduct.
この種の落下防止装置として、上部構造端部と下部構造または隣接する上部構造端部同士をPCケーブルによって連結することにより、支承損壊後の上部構造の移動をPCケーブルによって制限し落橋を防止するもの（特許文献１参照）がある。
また、PCケーブル式と同様に、上部構造端部と下部構造を鋼製のチェーンによって連結し，上部構造の移動を制限することにより落橋を防止するもの（特許文献２参照）がある。
As this type of fall prevention device, the upper structure end and the lower structure or adjacent upper structure ends are connected by PC cable, so that the movement of the upper structure after breakage of the bearing is restricted by PC cable to prevent the falling bridge There is a thing (refer patent document 1).
In addition, as in the case of the PC cable type, there is one that prevents the falling bridge by connecting the upper structure end and the lower structure with a steel chain and restricting the movement of the upper structure (see Patent Document 2).
従来技術は、上部構造が橋脚頂部から落下することを防止するものであり、したがって，橋脚が致命的な損傷に至っていない段階では機能する。しかし、想定を上まわる大地震によって橋脚が大きく損傷した場合には、本来の機能を発揮できない。 The prior art prevents the superstructure from falling from the top of the pier, and therefore functions when the pier has not been fatally damaged. However, if the bridge pier is greatly damaged by a large earthquake that exceeds the assumption, the original function cannot be achieved.
通常、高架橋では、橋脚を極大地震時における損傷部位と想定し耐震設計がなされるので、極大地震時においては、損傷は必然的に上部構造ではなく、下部構造の橋脚の方に集中する。このため、設計の想定を上まわる大地震が発生すると橋脚が甚大な損傷を受け倒壊する恐れがあり、このような場合、橋梁全体の倒壊を抑止することは困難であった。 Normally, in a viaduct, the bridge pier is assumed to be a damaged part at the time of a quake, so the seismic design is made. For this reason, if a large earthquake exceeding the design assumption occurs, the bridge pier may be damaged and collapsed. In such a case, it is difficult to prevent the entire bridge from collapsing.
本発明は、このような橋脚が倒壊した状況下においても高架橋の全体倒壊を防止する構造を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the structure which prevents the whole collapse of a viaduct also in the condition where such a pier collapsed.
本発明は、課題を解決するための手段として以下の特徴を有する、
発明１は、橋脚と横梁を有する高架橋において、横梁の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、ケーブルの他方を、横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、それぞれ弛ませて固定し、橋脚の倒壊時のみに、ケーブルが緊張することにより、橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造である。
発明２は、横梁の両端部にそれぞれ２本のケーブルを取付け、橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、２本のケーブルの他端を、それぞれ弛ませて固定し、橋脚の橋軸方向の倒壊を抑止することを特徴とする発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。
発明３は、隣接する橋脚または橋台の、一方の橋脚の横梁の両端と、他方の橋脚の横梁の両端または橋台の一方の橋脚の横張の両端に対応する両端とを、ケーブルで弛みを持って、対角方向に互い交差するように、または、橋軸方向に平行に、結合することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造である。
発明４は、ケーブルの長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値であることを特徴とする発明１乃至発明３の何れか１項に記載の高架橋の倒壊防止構造である。
発明５は、ケーブルの結合部にダンパーおよび／または弾性体を設置してケーブルに作用する衝撃力を低減することを特徴とする発明１乃至４の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造である。
以上、橋脚の横梁の両側に設置したブラケットに弛みを持たせたケーブル（PCケーブルなど）の一端を締結し，他端を適切なアンカーに定着することにより、橋脚が倒壊した場合、高架橋の全体倒壊を防止するものである。
The present invention has the following features as means for solving the problems,
According to the first aspect of the present invention, in a viaduct having a bridge pier and a cross beam, one end of each cable is fixed to both ends of the cross beam, and the other end of the cable is fixed to each anchor on an outer side in the same direction of the cross beam. A structure for preventing collapse of a viaduct that prevents a collapse of a bridge pier and an accompanying collapse of a viaduct caused by tensioning a cable only when the cable collapses.
In invention 2, two cables are attached to both ends of the cross beam, and the other ends of the two cables are respectively loosened and fixed to anchors installed on both sides in the bridge axis direction with respect to the pier. The collapse prevention structure for a viaduct according to the first aspect of the invention, wherein collapse in the bridge axis direction is suppressed.
The invention 3 has a slack with a cable between the ends of the horizontal beam of one pier of the adjacent pier or the abutment and the ends of the horizontal beam of the other pier or the opposite ends of the horizontal of the one pier of the abutment. A structure for preventing collapse of a viaduct, characterized in that they are connected so as to cross each other diagonally or parallel to the direction of the bridge axis.
Invention 4 is characterized in that the length of the cable is not less than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design and not exceeding the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. The structure according to any one of Inventions 1 to 3, wherein the structure is a structure for preventing collapse of the viaduct.
A fifth aspect of the present invention is the structure for preventing collapse of a viaduct according to any one of the first to fourth aspects, wherein a damper and / or an elastic body is installed at a connecting portion of the cable to reduce an impact force acting on the cable. .
As described above, if one end of a cable (PC cable, etc.) with slack is attached to the brackets installed on both sides of the pier's horizontal beam, and the other end is fixed to an appropriate anchor, This is to prevent collapse.
本発明によれば、以下の効果がある。
発明１は、橋脚と横梁を有する高架橋において、横梁の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、ケーブルの他方を、横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、それぞれ弛ませて固定する。よって、橋脚の倒壊した場合のみケーブルが緊張し、橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブルで支えることにより防止する高架橋の倒壊防止構造である。よって、高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明２は、横梁の両端部にそれぞれ２本のケーブルを取付け、橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、２本のケーブルの他端を、それぞれ弛ませて固定する発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚の橋軸方向に倒壊した場合、ケーブルで支えることにより、橋脚の橋軸方向に倒壊を抑止する効果がある。
発明３は、隣接する橋脚の、一方の橋脚の横梁の両端と、他方の橋脚の横梁の両端または橋台の一方の橋脚の横張の両端に対応する両端とを、ケーブルで弛みを持って、対角方向に互い交差するように、または、橋軸方向に平行に、結合することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚の倒壊した場合のみケーブルが緊張し、橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブルで支えることにより防止する。よって、高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明４は、ケーブルの長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブルの結合部にダンパーおよび／または弾性体を設置する高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明４の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブルに作用する衝撃力を低減する効果がある。
The present invention has the following effects.
According to the first aspect of the present invention, in a viaduct having a bridge pier and a horizontal beam, one end of each cable is fixed to both ends of the horizontal beam, and the other end of the cable is fixed to each anchor on an outer side in the same direction of the horizontal beam. Therefore, the structure of the viaduct collapse prevention structure prevents the collapse of the bridge pier and the accompanying overall collapse of the viaduct by supporting the cable with the cable only when the pier collapses. Therefore, there is an effect of preventing the entire viaduct from collapsing.
Invention 2 is the invention 1 in which two cables are attached to both ends of the cross beam, and the other ends of the two cables are respectively loosened and fixed to anchors installed on both sides of the bridge axis direction with respect to the pier. It is a structure for preventing collapse of the viaduct described. Therefore, when the bridge pier collapses in the direction of the bridge axis, there is an effect of suppressing the collapse in the bridge axis direction of the pier by supporting with the cable.
In the invention 3, the both ends of the lateral beam of one pier of the adjacent pier and the both ends of the lateral beam of the other pier or the both ends corresponding to the lateral ends of one pier of the abutment are connected with a slack with a cable. A structure for preventing collapse of a viaduct, characterized in that they are joined so as to cross each other in the angular direction or parallel to the direction of the bridge axis. Therefore, the cable is strained only when the pier collapses, and the collapse of the pier and the accompanying collapse of the viaduct are prevented by supporting the cable with the cable. Therefore, there is an effect of preventing the entire viaduct from collapsing.
In invention 4, the length of the cable is not less than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design, but not exceeding the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. It is a prevention structure. Therefore, when applied to the viaduct collapse prevention structure according to any one of the inventions 1 to 3, the cable length within this range has an effect of preventing the pier from collapsing.
Here, the cable calculated from the displacement generated at the allowable limit in the seismic design can be designed with the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics at the time of the earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent the seismic force from acting on the cable as much as possible until just before the collapse behavior occurs. This is to prevent the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
The fifth aspect of the present invention is a viaduct collapse prevention structure in which a damper and / or an elastic body is installed at a connecting portion of a cable. Therefore, when applied to the viaduct collapse prevention structure according to any one of inventions 1 to 4, there is an effect of reducing the impact force acting on the cable by reducing the impact force at the time of collapse.
以上、本発明に係る高架橋の倒壊防止構造によれば、橋脚が想定外の大地震により致命的な損傷を受け倒壊しようとする場合、橋脚の横梁の両側に設置したブラケットに弛みを持たせたケーブル（PCケーブルなど）の一端を締結し，他端を適切なアンカーに定着することにより、高架橋の全体倒壊を防止する効果がある。 As described above, according to the viaduct collapse prevention structure according to the present invention, when the bridge pier is fatally damaged due to an unexpected large earthquake, the brackets installed on both sides of the cross beam of the bridge pier are slackened. By fastening one end of a cable (PC cable, etc.) and fixing the other end to an appropriate anchor, there is an effect of preventing the entire viaduct collapse.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.
図１は、高架橋の側面図である。
高架橋は上部構造１と下部構造の橋脚２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによって構成されている。
本発明に係る高架橋の倒壊防止構造を、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態により、以下に説明する。
FIG. 1 is a side view of a viaduct.
The viaduct is composed of the upper structure 1 and the lower structure bridge piers 2a, 2b, 2c, 2d.
A structure for preventing collapse of a viaduct according to the present invention will be described below with reference to a first embodiment, a second embodiment, a third embodiment, and a fourth embodiment.
（第１実施形態）
図２に、複数ある橋脚の中で橋脚２ｂが地震時に最も損傷を受けるとしたとき、橋脚２ｂに第1実施形態の倒壊防止構造を模式図に示す。図２は、図１のＩａ方向から見ている。上部構造１については、断面図に該当する。
(First embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the collapse prevention structure of the first embodiment on the pier 2b when the pier 2b is most damaged during an earthquake among a plurality of piers. FIG. 2 is seen from the Ia direction of FIG. The upper structure 1 corresponds to a sectional view.
図３は、図２においてＩｂ方向から見た側面図である。
第１実施形態では、図２に示すように、橋脚２ｂの横梁３の両側に設置したブラケット４にケーブル５を締結させ、それを左右に広がるように垂らし、ケーブル５のもう一方の端を地面に埋め込んだアンカー６の上端のブラケット７に定着させる。
アンカー６の位置は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する。橋脚２ｂが、図２の左右のいずれかの方向に倒壊したとき、その反対側のケーブル５が緊張して橋脚２ｂを支える。これにより、倒壊した橋脚２ｂによる荷重を分担させ、橋脚２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止する。
FIG. 3 is a side view seen from the Ib direction in FIG.
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the cable 5 is fastened to the brackets 4 installed on both sides of the cross beam 3 of the pier 2b, and the cable 5 is hung so as to spread left and right, and the other end of the cable 5 is grounded. The anchor 6 is fixed to the bracket 7 at the upper end of the anchor 6 embedded therein.
The position of the anchor 6 is located on the outer side in the same direction of the cross beam 3 with the bracket 4 to which the cable 5 is fastened. When the pier 2b collapses in either the left or right direction in FIG. 2, the cable 5 on the opposite side is tensioned to support the pier 2b. Thereby, the load by the collapsed bridge pier 2b is shared, and the collapse of the bridge piers 2a, 2b, 2c, 2d and the accompanying collapse of the entire viaduct are prevented.
また、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上ある。
よって、ケーブル５は、PCケーブル（特許文献１参照）または鋼製のチェーン（特許文献２参照）など十分強度があり、弛みを持たせて施工できる物が良い。
The superstructure 1 between the piers and the pier 2b have a load of 1000 tons or more.
Accordingly, the cable 5 is preferably a PC cable (see Patent Document 1) or a steel chain (see Patent Document 2) that has sufficient strength and can be constructed with slack.
なお、必要に応じて衝撃力低減のために図４（ａ）のようにダンパー１４または図４(b)のように弾性体７０をケーブル５端とアンカー６側ブラケット７間あるいはケーブル５端と橋脚３側ブラケット４間に設置する。ダンパー１４または弾性体７０は倒壊時の衝撃力を低減してケーブルに作用する衝撃力を低減する効果がある。また、図４(c)のようにダンパー１４と弾性体７０は、合わせて設置しても良い。 In order to reduce the impact force as necessary, the elastic body 70 is connected between the end of the cable 5 and the anchor 6 side bracket 7 or the end of the cable 5 as shown in FIG. Installed between the pier 3 side brackets 4. The damper 14 or the elastic body 70 has an effect of reducing the impact force acting on the cable by reducing the impact force at the time of collapse. Further, as shown in FIG. 4C, the damper 14 and the elastic body 70 may be installed together.
ケーブル５が高架橋の下部交通などの妨げにならないように、アンカー６は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する歩道８などの道路幅方向の端部に設置される。ケーブル５には図２に示すように、弛みを持たせている。これは、常時や地震時において、ケーブル５に荷重が作用して、倒壊挙動が生じる以前に、高架橋の応答特性に変化やケーブル５の損傷が、生じないようにするためである。 The anchor 6 is installed at the end of the road width direction such as the sidewalk 8 located outside the cross beam 3 with the bracket 4 to which the cable 5 is fastened in order to prevent the cable 5 from interfering with the underpass of the viaduct. Is done. The cable 5 has a slack as shown in FIG. This is to prevent a change in the response characteristics of the viaduct or damage to the cable 5 before the collapse behavior occurs due to a load acting on the cable 5 at all times or during an earthquake.
第１実施形態のケーブル５による倒壊防止構造は、耐震構造とは異なるものであり、本来の高架橋の耐震性能を変化さたり、倒壊挙動が生じる前に損傷することがあってはならない。
よって、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上あるが、動特性に影響がでないようにするため、ケーブル５の荷重を橋脚間の上部構造１と橋脚２ｂ荷重に対して５％程度とすることができる。
The collapse preventing structure by the cable 5 of the first embodiment is different from the earthquake resistant structure, and the earthquake resistant performance of the original viaduct must not be changed or damaged before the collapse behavior occurs.
Therefore, the superstructure 1 between the piers and the pier 2b have a load of 1000 tons or more, but in order not to affect the dynamic characteristics, the load of the cable 5 is set against the load of the superstructure 1 between the piers and the pier 2b. It can be about 5%.
高架橋下の道路は車道９と歩道８などによって形成されるが、ケーブル５は高架橋下の車両空間１０を侵さないように配慮する必要がある。
図２に示すように、アンカー６の上端のブラケット７に支柱１１を立て、支柱１１にてケーブル５を支え、ケーブル５の弛みを規制すれば、車道９の常時の車両空間１０を確保することができる。
Although the road under the viaduct is formed by the roadway 9 and the sidewalk 8, the cable 5 needs to be considered so as not to invade the vehicle space 10 under the viaduct.
As shown in FIG. 2, if a column 11 is set up on the bracket 7 at the upper end of the anchor 6, the cable 5 is supported by the column 11, and slackness of the cable 5 is restricted, the vehicle space 10 on the roadway 9 is always secured. Can do.
この支柱１１は、倒壊防止構造が機能する段階において、ケーブル５が正常に機能するようにしておく。よって、支柱１１の強度はケーブル５の荷重を支える程度のもので良い。例えば、木製であっでも良いし、塩化ビニールなど樹脂製のパイプとして中空の内部にケーブル５を通す構造でも良い。よって、ケーブル５の支柱１１は、ケーブル５が緊張により容易に壊れるので、ケーブル５を傷つけることが無い。 This support | pillar 11 is set so that the cable 5 may function normally in the step which a collapse prevention structure functions. Therefore, the strength of the support 11 may be sufficient to support the load of the cable 5. For example, it may be made of wood, or may be a structure in which the cable 5 is passed through a hollow interior as a resin pipe such as vinyl chloride. Therefore, the support 11 of the cable 5 does not damage the cable 5 because the cable 5 is easily broken by tension.
前述したように、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル５の定着端とブラケット７間に設置する。 As described above, the damper 14 and / or the elastic body 70 for reducing the impact force is installed between the fixing end of the cable 5 and the bracket 7 as necessary.
図４に、ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部におけるダンパー１４および／または弾性体７０を設置した構造の実施を示す。
図４（ａ）は、ダンパーのみを設置した構造の例である。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２は、支圧板１３を介してダンパー１４に伝達される。ダンパー１４は支圧板１３が反力板１５に接触して支持されるまでの変位に対してエネルギを吸収することにより、倒壊時の衝撃力を吸収する。反力板１５は中央に孔が設けられており、ケーブルが貫通している。
図４(ｂ)に、ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部における弾性体７０を設置した構造の実施例に示す。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２によりケーブル端部と反力板１５の間に設置された弾性体７０に圧縮力が作用する．この圧縮力により弾性体７０が縮むことで倒壊時の衝撃力を吸収する。
図４(ｃ)に, ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部におけるダンパー１４および弾性体７０を併用した実施例を示す。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２は、ケーブル端部と支圧板１３間に設置された弾性体７０と支圧板１３を介してダンパー１４に伝達される。このときダンパー１４での倒壊時の衝撃力の吸収とともに、弾性体７０に圧縮力が作用し、この圧縮力により弾性体７０が縮むことで倒壊時の衝撃力を吸収する。
FIG. 4 shows an implementation of a structure in which the damper 14 and / or the elastic body 70 are installed at the fastening portion of the cross beam 3 of the cable 5 and the anchor 6.
FIG. 4A is an example of a structure in which only a damper is installed. The tensile force 12 acting on the cable 5 at the time of collapse is transmitted to the damper 14 via the bearing plate 13. The damper 14 absorbs energy against displacement until the pressure bearing plate 13 is supported by being in contact with the reaction force plate 15 to absorb the impact force at the time of collapse. The reaction plate 15 is provided with a hole in the center, and the cable passes therethrough.
FIG. 4B shows an embodiment of a structure in which an elastic body 70 is installed at the fastening portion of the cross beam 3 of the cable 5 and the anchor 6. A compressive force is applied to the elastic body 70 installed between the cable end and the reaction force plate 15 by the tensile force 12 acting on the cable 5 at the time of collapse. The elastic body 70 is contracted by this compressive force to absorb the impact force at the time of collapse.
FIG. 4C shows an embodiment in which the damper 14 and the elastic body 70 in the fastening portion of the cross beam 3 of the cable 5 and the anchor 6 are used together. The tensile force 12 acting on the cable 5 at the time of collapse is transmitted to the damper 14 via the elastic body 70 and the support plate 13 installed between the cable end and the support plate 13. At this time, the compression force acts on the elastic body 70 along with the absorption of the impact force at the time of collapse by the damper 14, and the impact force at the time of collapse is absorbed by the compression of the elastic body 70 by this compression force.
図５は、第１実施形態における効果を模式的に示した図である。想定外の大地震によって橋脚２ｂの基部が損傷し耐力が喪失した場合、橋脚２ｂはそのまま自重によって倒壊していく。図５に示すように、橋脚２ｂが右側に倒壊した場合、左側のケーブル５が緊張することによって、荷重を分担し、橋脚の倒壊挙動を抑止する。反対に、橋脚２ｂが左側に倒壊した場合、右側のケーブル５が緊張することによって、荷重を分担し、橋脚の倒壊挙動を抑止する。
よって、アンカー６の位置は、ケーブル５を取り付けた横梁３の端部に対して、橋脚２ｂの反対側にある。ケーブル５が緊張のより橋脚２ｂの倒壊を防止するからである。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the effect of the first embodiment. When the base of the pier 2b is damaged due to an unexpected large earthquake and the proof strength is lost, the pier 2b is collapsed by its own weight as it is. As shown in FIG. 5, when the pier 2b collapses to the right side, the cable 5 on the left side is tensioned to share the load and suppress the collapse behavior of the pier. On the contrary, when the pier 2b collapses to the left side, the cable 5 on the right side is tensioned, so that the load is shared and the collapse behavior of the pier is suppressed.
Therefore, the position of the anchor 6 is on the opposite side of the pier 2b with respect to the end of the cross beam 3 to which the cable 5 is attached. This is because the cable 5 prevents the pier 2b from collapsing due to tension.
また、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上ある。従って、ブラケット４及び７は十分強度のある材料、構造を用いる。加えて、アンカー６は、地中に鉄筋やコンクリート等を用いて施工し、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂの倒壊により破損したり引き抜かれたりすることが無いようにする。
以上より、橋脚の倒壊を起点とした連鎖的な高架橋全体の倒壊を防止することができる。
The superstructure 1 between the piers and the pier 2b have a load of 1000 tons or more. Therefore, the brackets 4 and 7 are made of a sufficiently strong material and structure. In addition, the anchor 6 is constructed using rebar, concrete, or the like in the ground so that the upper structure 1 between the piers and the pier 2b are not damaged or pulled out.
From the above, it is possible to prevent the collapse of the entire chain viaduct starting from the collapse of the pier.
（第２実施形態）
図６は第２実施形態の構造を模式的に示した図である。図６は、図１のＩａ方向から見た断面図に該当する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram schematically showing the structure of the second embodiment. FIG. 6 corresponds to a cross-sectional view seen from the Ia direction of FIG.
橋脚２ｂの横梁３の両側と橋脚の左右に存在する建築構造物１６のアンカー６１に鋼製ブラケット１７を設置して、その間にケーブル１８を設置することにより、橋脚を固定することが第２実施形態の大きな特徴である。第２実施形態の場合，橋脚の倒壊を防止するために必要な力は小さくなるのでケーブル１８の断面積やブラケット１７とアンカー６１の構造は第1実施形態よりも小さくすることが可能である。
即ち、第１実施形態は、図５で示すように橋脚２ｂの下部が壊れ、右側へ倒壊した場合、ゲーブル５、ブラケット４、アンカー６には、モーメントとして、右側へ倒壊する荷重に高さHを乗じた力が加わる。高さHは、アンカー６から横梁３のブラケット４までの鉛直高さである。一方、第２実施形態は、図６で示すように橋脚２ｂの下部が壊れ、右側へ倒壊した場合、ゲーブル１８、ブラケット７、アンカー６１には、右側へ倒壊する荷重のみの力が加わる。アンカー６１を地上より高さHの位置に設置したことにより、横梁３のブラケット７の設置位置となって、モーメントが働かないからである。
よって、アンカー６１の位置は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する。ケーブル５が緊張により橋脚２ｂの倒壊を防止するからである。
A second implementation is to fix the pier by installing steel brackets 17 on the anchors 61 of the building structure 16 existing on both sides of the cross beam 3 of the pier 2b and on the left and right of the pier, and installing a cable 18 between them. It is a major feature of the form. In the case of the second embodiment, since the force necessary to prevent the collapse of the pier is reduced, the cross-sectional area of the cable 18 and the structure of the bracket 17 and the anchor 61 can be made smaller than those of the first embodiment.
That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, when the lower part of the pier 2b is broken and collapses to the right side, the gable 5, the bracket 4 and the anchor 6 have a height H as a moment to collapse to the right side. The power multiplied by is added. The height H is the vertical height from the anchor 6 to the bracket 4 of the cross beam 3. On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, when the lower part of the pier 2b is broken and collapses to the right side, the gable 18, the bracket 7 and the anchor 61 are applied only with a load that collapses to the right side. This is because the installation of the anchor 61 at a height H from the ground results in the installation position of the bracket 7 of the cross beam 3 and the moment does not work.
Therefore, the position of the anchor 61 is located on the outer side in the same direction of the cross beam 3 with the bracket 4 to which the cable 5 is fastened. This is because the cable 5 prevents the pier 2b from collapsing due to tension.
このとき、第１実施形態と同様に、常時や地震時における高架橋の応答特性に直接的影響を及ぼさないように、ケーブル１８には弛みを持たせてある。
また、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパーまたは／および弾性体をケーブル１８端とブラケット１７間に設置することができる。
At this time, as in the first embodiment, the cable 18 is slack so as not to directly affect the response characteristics of the viaduct at all times or during an earthquake.
Further, if necessary, a damper or / and an elastic body for reducing the impact force can be installed between the end of the cable 18 and the bracket 17.
本例では第１実施形態のように、建設に手間がかかるアンカーの設置が、既存の建築構造物１６のアンカー６１が利用できるので、不要という利点がある。この際、アンカー６１は、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂの倒壊により破損したり引き抜かれたりすることが無いように十分強度を要する。 In this example, as in the first embodiment, there is an advantage that the installation of the anchor, which is troublesome in construction, is unnecessary because the anchor 61 of the existing building structure 16 can be used. At this time, the anchor 61 needs to be sufficiently strong so that it will not be damaged or pulled out due to the collapse of the superstructure 1 between the piers and the pier 2b.
以上、第１実施形態および第２実施形態より、以下の作用および効果がある。
発明１は、橋脚２ｂと横梁３を有する高架橋において、横梁３の両端に、それぞれケーブル５またはケーブル１８の一方を固定し、ケーブル５またはケーブル１８の他方を、横梁３の同じ方向の外側に位置するアンカー６またはアンカー６１に、それぞれ弛ませて固定する。よって、橋脚２ｂの倒壊した場合のみケーブル５またはケーブル１８が緊張し、橋脚２ｂの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブル５またはケーブル１８で支えることにより防止する。高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル５またはケーブル１８の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明１の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル５またはケーブル１８に作用する衝撃力を低減する効果がある。
As described above, the following operations and effects are obtained from the first embodiment and the second embodiment.
In the first aspect of the present invention, in the viaduct having the bridge pier 2b and the cross beam 3, one of the cable 5 and the cable 18 is fixed to both ends of the cross beam 3, and the other of the cable 5 and the cable 18 is positioned outside the cross beam 3 in the same direction. The anchor 6 or the anchor 61 is loosened and fixed. Therefore, the cable 5 or the cable 18 is tensioned only when the bridge pier 2b collapses, and the cable 5 or the cable 18 prevents the collapse of the bridge pier 2b and the accompanying collapse of the entire viaduct. It has the effect of preventing the collapse of the entire viaduct.
In the invention 4, the length of the cable 5 is not less than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design and not exceeding the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. It is a collapse prevention structure. Therefore, when applied to the viaduct collapse prevention structure according to any one of the inventions 1 to 3, the cable length within this range has an effect of preventing the pier from collapsing.
Here, the cable calculated from the displacement generated at the allowable limit in the seismic design can be designed with the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics at the time of the earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent the seismic force from acting on the cable as much as possible until just before the collapse behavior occurs. This is to prevent the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
The fifth aspect of the present invention is a viaduct collapse prevention structure in which the damper 14 and / or the elastic body 70 are installed at the connecting portion of the cable 5 or the cable 18. When applied to the structure for preventing collapse of a viaduct according to the first aspect of the invention, there is an effect of reducing the impact force acting on the cable 5 or the cable 18 by reducing the impact force at the time of collapse.
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の構造を模式的に示した図である。図７は図２のＩｂ方向から見た図に対応する。第３実施形態と第1実施形態の違いは、図３と対比するとよくわかるが、橋軸方向にもケーブル５を２本配置する点である。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of the third embodiment. FIG. 7 corresponds to the view seen from the Ib direction of FIG. The difference between the third embodiment and the first embodiment is clearly understood when compared with FIG. 3, but is that two cables 5 are arranged also in the bridge axis direction.
図８は第３実施形態における動作を模式的に示した図であるが、橋脚２ｂが右側に倒壊した場合、左側のケーブル５が緊張することで橋軸方向の橋脚の倒壊を抑止していることが確認できる。
よって、アンカー６は、前記横梁に対応する橋脚に対して橋軸方向の両側の位置に施工する。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the operation in the third embodiment. When the pier 2b collapses to the right side, the cable 5 on the left side is tensioned to prevent the pier from collapsing in the bridge axis direction. I can confirm that.
Therefore, the anchor 6 is constructed at positions on both sides in the bridge axis direction with respect to the pier corresponding to the transverse beam.
必要に応じて、衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル５の端とブラケット４または７間に設置する。 The damper 14 and / or the elastic body 70 for reducing the impact force is installed between the end of the cable 5 and the bracket 4 or 7 as necessary.
以上、第３実施形態より、以下の作用および効果がある。
発明２は、横梁３の両端部にそれぞれ２本のケーブル５を取付け、橋脚２ｂに対して橋軸方向の両側に設置したアンカー６２に、２本のケーブル５の他端を、それぞれ弛ませて固定する発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚２ｂが橋軸方向に倒壊した場合、一方のケーブル５で支えることにより、橋脚の橋軸方向に倒壊を抑止する効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル５の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明２の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル５に作用する衝撃力を低減する効果がある。
As described above, the third embodiment has the following operations and effects.
In the second aspect of the invention, two cables 5 are attached to both ends of the cross beam 3 and the other ends of the two cables 5 are slackened to the anchors 62 installed on both sides of the bridge pier 2b in the bridge axis direction. It is a structure for preventing collapse of the viaduct described in Invention 1 to be fixed. Therefore, when the pier 2b collapses in the direction of the bridge axis, by supporting with one cable 5, there is an effect of suppressing the collapse in the bridge axis direction of the pier.
In the invention 4, the length of the cable 5 is not less than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design and not exceeding the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. It is a collapse prevention structure. Therefore, when applied to the viaduct collapse prevention structure according to any one of the inventions 1 to 3, the cable length within this range has an effect of preventing the pier from collapsing.
Here, the cable calculated from the displacement generated at the allowable limit in the seismic design can be designed with the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics at the time of the earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent the seismic force from acting on the cable as much as possible until just before the collapse behavior occurs. This is to prevent the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
The fifth aspect of the present invention is a viaduct collapse prevention structure in which the damper 14 and / or the elastic body 70 is installed at the joint portion of the cable 5. When applied to the viaduct collapse prevention structure of the invention 2, the impact force at the time of collapse is reduced, and the impact force acting on the cable 5 is reduced.
（第４実施形態）
図９は、倒壊を防止する橋脚（当該橋脚１９ａ）に隣接する十分強度の高い橋脚１９ｂを利用した倒壊防止構造である。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 shows a collapse prevention structure using a sufficiently high strength pier 19b adjacent to a pier (the pier 19a) that prevents collapse.
この倒壊防止構造では、当該橋脚１９ａの横梁２０ａ両端と、隣接する橋脚１９ｂの横梁２０ｂ両端に設置するブラケット２１を介して、ケーブル２２で対角方向に互いに交差するように、斜めに弛みを持って締結する。 In this collapse prevention structure, the cable 22 has diagonal slack so as to cross each other diagonally via the brackets 21 installed at both ends of the horizontal beam 20a of the pier 19a and both ends of the horizontal beam 20b of the adjacent pier 19b. And conclude.
なお、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル２２端とブラケット２１間に設置する。 If necessary, the damper 14 and / or the elastic body 70 for reducing the impact force is installed between the end of the cable 22 and the bracket 21.
本例では、図１０のように、隣接する橋台２３を利用することも可能である。この場合、倒壊を防止する橋脚１９ａの横梁２０ａに設置したブラケット２１と橋台前面に設置したブラケット２７の間にケーブル２２を設置する。ここで橋台２３は、具体的には河川にかけた橋の場合、両側の岸部に相当する。橋台２３へのケーブル２２を取り付けるブラケット２７の位置は、隣接する橋脚１９ａの横梁２０ａ両端に取り付けたケーブル２２を取り付けるブラケット２１の位置と対応する高さ、幅とするのが良い。
この倒壊防止構造は橋軸方向の倒壊を主に防止するものであるが、ケーブル２２を斜めに張ることにより、橋軸直角方向の倒壊にも有効に機能する。
In this example, it is also possible to use adjacent abutments 23 as shown in FIG. In this case, the cable 22 is installed between the bracket 21 installed on the cross beam 20a of the bridge pier 19a for preventing the collapse and the bracket 27 installed on the front surface of the abutment. Here, in the case of a bridge over a river, the abutment 23 corresponds to the shores on both sides. The position of the bracket 27 for attaching the cable 22 to the abutment 23 is preferably set to a height and width corresponding to the position of the bracket 21 for attaching the cable 22 attached to both ends of the cross beam 20a of the adjacent bridge pier 19a.
Although this collapse prevention structure mainly prevents the collapse in the bridge axis direction, it effectively functions for the collapse in the direction perpendicular to the bridge axis by stretching the cable 22 at an angle.
橋軸方向のみの倒壊の防止であれば、図１１のように、ケーブル２８を橋軸方向に平行に配置する。 In order to prevent collapse only in the bridge axis direction, the cable 28 is arranged in parallel to the bridge axis direction as shown in FIG.
発明３は、隣接する橋脚１９ａおよび橋脚１９ｂの、一方の橋脚１９ａの横梁２０ａの両端と、他方の橋脚１９ｂの横梁２０ｂの両端または橋台２３の一方の橋脚１９ａの横張２０ａの両端に対応する両端とを、ケーブル２２で弛みを持って、対角方向に互い交差するように、または、ケーブル２８で弛みを持って橋軸方向に平行に結合する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚１９aの倒壊した場合のみケーブル２２またはケーブル２８が緊張し、橋脚１９ａの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブル２２またはケーブル２８で支えることにより防止する。よって、高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚２ｂの倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル２２またはケーブル２８の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明３の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル２２またはケーブル２８に作用する衝撃力を低減する効果がある。
The invention 3 has both ends of the adjacent bridge piers 19a and 19b corresponding to both ends of the cross beam 20a of one pier 19a and both ends of the cross beam 20b of the other pier 19b or both ends of the horizontal strut 20a of one pier 19a of the abutment 23. Is a viaduct collapse-preventing structure in which the cable 22 has a slack and crosses each other diagonally, or the cable 28 has a slack and is connected in parallel to the bridge axis direction. Therefore, the cable 22 or the cable 28 is tensioned only when the bridge pier 19a collapses, and the cable 22 or the cable 28 prevents the collapse of the bridge pier 19a and the accompanying collapse of the viaduct. Therefore, there is an effect of preventing the entire viaduct from collapsing.
In the invention 4, the length of the cable 5 is not less than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the seismic design and not exceeding the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. It is a collapse prevention structure. Therefore, when applied to the viaduct collapse prevention structure according to any one of the inventions 1 to 3, there is an effect of preventing the bridge pier 2b from collapsing with the cable length in this range.
Here, the cable calculated from the displacement generated at the allowable limit in the seismic design can be designed with the smallest strength. Therefore, since the mass of the cable can be minimized, there is an effect that the dynamic characteristics at the time of the earthquake are not changed. That is, the initial slack of the cable can prevent the seismic force from acting on the cable as much as possible until just before the collapse behavior occurs. This is to prevent the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
The fifth aspect of the present invention is a viaduct collapse prevention structure in which the damper 14 and / or the elastic body 70 is installed at the connection portion of the cable 22 or the cable 28. When applied to the viaduct collapse prevention structure of the invention 3, the impact force at the time of collapse is reduced and the impact force acting on the cable 22 or the cable 28 is reduced.
（ＦＥＭ解析によるシミュレーション）
第１実施形態について、倒壊防止の効果についてシミュレーションを行った。発明者等は別途論文発表する予定である。論文において、地震振動の入力波として、兵庫県南部地震にてＪＪＲ鷹取駅で観測されたＲＴ観測波（直下型）並びにＨ２５年に内閣府から提示された南海トラフ巨大地震の工学基盤波（海溝型）に基づく愛知県東部の地上波を用いて、橋脚２ｂについてＦＥＭ解析によるシミュレーションを行なった。シミュレーションでは、橋脚２ｂを、三曲面モデルを導入したシェル要素でモデル化し、上部構造１を集中質量と回転慣性要素で表し橋脚２ｂに剛性をもたせて結合した。
また、ケーブル５無しでのシミュレーションの結果を、ケーブル無しの橋脚について１／８スケールの模型による振動台を用いた加振実験を行って検証した。図１２は、加振実験の供試体とシミュレーションで用いたモデルを示す。
検証の結果、倒壊時における橋脚基部の座屈変形の進展など、シミュレーションと実験とは良く一致した（詳細割愛）。
図１３は、立体交差部への第１実施形態の倒壊防止構造の適用イメージを示す。本発明の倒壊防止構造は、このような立体交差などの重要な箇所で橋脚の補強が困難な場所への設置が可能である。なお、ケーブル５は橋脚２ｂの両側に設置されている（片側のみ図示）。
(Simulation by FEM analysis)
About 1st Embodiment, it simulated about the effect of collapsing prevention. The inventors will publish a separate paper. In the paper, as an input wave of earthquake vibration, RT observation wave (direct type) observed at JJR Takatori Station in the Hyogoken-Nanbu Earthquake and engineering base wave of Nankai Trough giant earthquake presented by the Cabinet Office in 2013 The pier 2b was simulated by FEM analysis using terrestrial waves in eastern Aichi Prefecture based on the type). In the simulation, the bridge pier 2b is modeled by a shell element into which a three-curved surface model is introduced, and the superstructure 1 is represented by a concentrated mass and a rotary inertia element, and is coupled to the bridge pier 2b with rigidity.
The simulation results without the cable 5 were verified by conducting an excitation experiment using a 1/8 scale model shaking table for a pier without a cable. FIG. 12 shows a specimen used in the vibration experiment and a model used in the simulation.
As a result of the verification, the simulation and the experiment agreed well, such as the progress of buckling deformation of the pier base at the time of collapse (details omitted).
FIG. 13: shows the application image of the collapse prevention structure of 1st Embodiment to a three-dimensional intersection. The collapse prevention structure of the present invention can be installed in a place where it is difficult to reinforce the pier at such an important place as a three-dimensional intersection. The cable 5 is installed on both sides of the pier 2b (only one side is shown).
図１４は、図２をベースにした倒壊防止構造の解析モデルを示す。橋脚２ｂは、鋼製橋脚であり、板厚３６ｍｍの鋼板で、直径２５００ｍｍの円形断面、高さ（ｈ）１６３３４ｍｍである。上部構造１の荷重は、高さ１７５８４ｍｍに、質量Ｍが１０９３０００ｋｇとした。ケーブル５は、上端を横梁３の端部にブラケット４を介して固定し、下端をアンカー６に、ブラケット７を介して固定した。また、ケーブル５とブラケットの間には、弾性体７０を追加、または弾性体７０を追加した場合もシミュレーションした。尚、ダンパー１４は考慮しなかった。
弾性体７０は、ケーブル５をアンカー６に直接固定すると倒壊時の衝撃によりケーブル５に過大な張力が作用するので、衝撃吸収の手段として用いた。ケーブルは常時は弛んだ状態にある。
FIG. 14 shows an analysis model of the collapse prevention structure based on FIG. The pier 2b is a steel pier, is a steel plate having a thickness of 36 mm, has a circular cross section with a diameter of 2500 mm, and a height (h) of 16334 mm. The load of the superstructure 1 was 17584 mm in height and 1093,000 kg in mass M. The cable 5 has its upper end fixed to the end of the cross beam 3 via the bracket 4 and its lower end fixed to the anchor 6 via the bracket 7. In addition, the simulation was performed when the elastic body 70 was added between the cable 5 and the bracket, or when the elastic body 70 was added. The damper 14 was not considered.
The elastic body 70 is used as a means for absorbing the shock because when the cable 5 is directly fixed to the anchor 6, an excessive tension acts on the cable 5 due to an impact at the time of collapse. The cable is always loose.
図１５は、倒壊防止構造の変形時の形状を示す。図５に相当する状態である。橋脚２ｂが損傷するレベルの大きな地震が発生すると、橋脚２ｂの橋脚基部には、上部構造１の揺れによる応力が集中して損傷する。損傷が起こると橋脚２ｂは一方へ倒壊するが、倒壊の反対方向のケーブル５が引っ張られ緊張することで倒壊が防止される。即ち、ケーブルは常時は弛んだ状態にあり、耐震設計の許容限界を超える地震が発生した場合、一定の変位(作用開始点，図-１７（ｂ）参照)に達するとケーブルが緊張し倒壊を防止する。この際、倒壊側の橋脚基部には、座屈変形が発生している。ここで、地震振動の入力波は、想定外の地震を考慮してＪＲＴ ＮＳ波の１．５倍増幅波とする。 FIG. 15 shows the shape of the collapse preventing structure when it is deformed. This is a state corresponding to FIG. When a large earthquake that damages the pier 2b occurs, stress due to shaking of the superstructure 1 concentrates on the pier base of the pier 2b. When the damage occurs, the pier 2b collapses to one side, but the collapse is prevented by pulling and tensioning the cable 5 in the opposite direction of the collapse. In other words, the cable is always slackened, and when an earthquake exceeding the allowable limit of seismic design occurs, when the cable reaches a certain displacement (operation start point, see Fig. 17 (b)), the cable is tensioned and collapsed. To prevent. At this time, buckling deformation has occurred at the pier base on the collapse side. Here, the input wave of the earthquake vibration is assumed to be a 1.5 times amplified wave of the JRT NS wave in consideration of an unexpected earthquake.
図１６に、ケーブル５の長さの計算方法を示す。図１６（ａ）は、橋脚２ｂに地震による変位ｕが発生していない場合を示す。ケーブル５の長さＬ１は、横梁の端部のケーブル５を取り付けるブラケットの位置４からアンカー６（弾性体７０、ダンパー１４は省略）までの長さで、式（１）である。
Ｌ１＝（ｂ２＋ｈ２）０．５ （１）
図１６（ｂ）に、橋脚２ｂに地震による変位ｕが発生している場合を示す。この場合のケーブル５の長さＬ２は、式（２）である。
Ｌ２＝（（ｂ＋ｕ）２＋ｈ２）０．５ （２）
よって、ケーブルの弛み長さは、Ｌ２−Ｌ１となる。
FIG. 16 shows a method for calculating the length of the cable 5. FIG. 16A shows a case where the displacement u due to the earthquake has not occurred on the pier 2b. The length L1 of the cable 5 is the length from the position 4 of the bracket to which the cable 5 at the end of the cross beam is attached to the anchor 6 (the elastic body 70 and the damper 14 are omitted), and is represented by Expression (1).
L1 = (b 2 + h 2 ) 0.5 (1)
FIG. 16B shows a case where the displacement u due to the earthquake occurs on the pier 2b. In this case, the length L2 of the cable 5 is expressed by Equation (2).
L2 = ((b + u) 2 + h 2 ) 0.5 (2)
Therefore, the slack length of the cable is L2-L1.
図１７は、第１実施形態の橋脚の倒壊モードと倒壊防止作用開始点を示す。図１５（ａ）は橋脚の倒壊モード、図１５（ｂ）は倒壊モードにおける変位と荷重の関係における倒壊防止作用開始点を示す。
図１７（ａ）の橋脚２ｂの倒壊モードは、倒壊防止構造の設計の考え方を示す。倒壊モードは、鉛直に立てられた柱の上部に、鉛直上方から一定荷重Ｐかかかった状態にて、上部に水平方向の力ＨとそのＨによる変位ｕの関係を示す。水平変位の限界値までは力Ｈは増加する。この領域では、変位ｕと力Ｈは比例関係にあり、力学的に安定している。力Ｈｕは、力Ｈの最大値であり水平復元力の限界値である。ここで、水平変位が限界値を超えると、いわゆる座屈現象が発生し、変位ｕが増加すると共に力Ｈが減少する。力Ｈがゼロになるとその変位ｕで橋脚２ｂは倒壊している。座屈現象が発生している領域は不安定である。この不安定な領域が、本発明の倒壊防止構造の対象とする範囲である。これは、倒壊防止構造の設計と橋脚の耐震設計とは明確に分離できることを意味している。
図１７（ｂ）に、ＦＥＭ解析によるシミュレーションにより求めた、倒壊モードにおける変位ｕと荷重Ｈの関係における倒壊防止作用開始点を示す。縦軸は荷重Ｈ、横軸は変位ｕである。ｕ０は、初期水平降伏変位、即ち弾性限G（荷重Ｈをゼロにすると変位δもゼロになる弾性領域）での変位である。Ｈｍａｘは、耐震設計での許容限界の荷重であり、その時の変位は、３．９４ｕ０である。橋脚２ｂの上部の横梁３の揺れ変移が、３．９４ｕ０以下（弾制限Ｇの変位ｕ０以上）の場合、橋脚２ｂの橋脚基部に座屈は発生しない。但し、橋脚２ｂに生じた変位は地震が終了しても、小さくはなるが残留変位として残る。
ここで、荷重Ｈｍａｘ、３／４Ｈｍａｘ、１／２Ｈｍａｘを基準とすると、変位は、３．９４ｕ０、７．６５ｕ０、１１．４０ｕ０となる。これを、ケーブル５が緊張する作用開始点として検討した。図１５に示す不安定領域の荷重Ｈが、耐震設計での許容限界（Ｈｍａｘ）から倒壊点（Ｈ＝０）に向けて減少しているが、これは橋脚２ｂが有している強度が減少していることを示している。即ち、倒壊時とは、耐震設計での許容限界での変位以上の変位が発生した場合を指す。ここでは、耐震設計での許容限界での変位は、３．９４ｕ０である。弾制限Gでの変位ｕ０の約４倍である。
また、弾性体７０はね剛性は、作用応力が許容値を満足しケーブル断面積が最小となるように決定した。
FIG. 17 shows the collapse mode and the collapse prevention action start point of the pier of the first embodiment. FIG. 15A shows the collapse mode of the pier, and FIG. 15B shows the collapse prevention action start point in the relationship between the displacement and the load in the collapse mode.
The collapse mode of the pier 2b in FIG. 17 (a) indicates the concept of designing the collapse prevention structure. The collapse mode indicates the relationship between the horizontal force H and the displacement u due to the H in a state where a constant load P is applied from above the vertically standing column. The force H increases up to the limit value of the horizontal displacement. In this region, the displacement u and the force H are in a proportional relationship and are mechanically stable. The force Hu is the maximum value of the force H and the limit value of the horizontal restoring force. Here, when the horizontal displacement exceeds the limit value, a so-called buckling phenomenon occurs, and the displacement H increases and the force H decreases. When the force H becomes zero, the pier 2b collapses due to the displacement u. The region where the buckling phenomenon occurs is unstable. This unstable region is a target range of the collapse prevention structure of the present invention. This means that the design of the collapse prevention structure and the seismic design of the pier can be clearly separated.
FIG. 17B shows a collapse prevention action start point in the relationship between the displacement u and the load H in the collapse mode, which is obtained by simulation by FEM analysis. The vertical axis represents the load H, and the horizontal axis represents the displacement u. u 0 is the initial horizontal yield displacement, that is, the displacement in the elastic limit G (the elastic region in which the displacement δ is also zero when the load H is zero). Hmax is the load of the allowable limit in seismic design, the displacement at that time is 3.94u 0. Shaking transition crossbeam 3 at the top of the pier 2b is, in the case of 3.94U 0 or less (bullet limit displacement u 0 or more G), buckling a pier base piers 2b does not occur. However, the displacement generated in the bridge pier 2b remains as a residual displacement although it becomes small even after the earthquake ends.
Here, when the loads Hmax, 3 / 4Hmax, and 1 / 2Hmax are used as a reference, the displacements are 3.94u0, 7.65u0, and 11.40u0. This was examined as an action starting point at which the cable 5 was tensed. The load H in the unstable region shown in FIG. 15 decreases from the allowable limit (Hmax) in the seismic design toward the collapse point (H = 0). This is because the strength of the pier 2b decreases. It shows that you are doing. That is, the time of collapse refers to a case where a displacement greater than the displacement at the allowable limit in the seismic design has occurred. Here, the displacement of the allowable limit in seismic design is 3.94u 0. It is about 4 times the displacement u 0 at the bullet limit G.
Further, the elastic body 70 has a spring stiffness determined so that the applied stress satisfies the allowable value and the cable cross-sectional area is minimized.
以上の条件にて、円形断面鋼製橋脚の崩壊特性とＦＥシェルモデルの倒壊解析を行った結果を図１８、図１９、図２０に示す。
図１８に、倒壊防止構造の諸元と倒壊防止時の状況を示す。ケーブル５に張力が作用する作用開始点の変位が小さいほど、ケーブル５の断面積は小さくなるとともに，倒壊が防止された状態での橋脚２ｂの傾斜も小さい。逆に、ケーブル５に張力が作用する作用開始点の変位が大きいほど、ケーブル５の断面積は大きくなるとともに，倒壊が防止された状態での橋脚２ｂの傾斜も大きい。よって、橋脚２ｂの傾斜が大きい程、ケーブル５の断面積が大きく、許容荷重も大きくなる。これは，倒壊防止装置の作用開始点変位が小さいと橋脚の水平変位が小さく、死荷重による倒壊モーメントも小さくなるためである。これは、図１6よりケーブル5の許容荷重は５６５.０〜１４９３．６ｋＮであるので、橋脚に作用する上部構造１の質量Ｍの１０９３０００ｋｇによる死荷重１０７１１ｋＮの５.３〜１３.９％に過ぎない小さい力で橋脚の倒壊の防止が可能になることを示している。この時の橋脚の傾きは０.０６３〜０.１３２である。
ケーブル５が、死荷重の５.３〜１３.９％の張力Ｔで、橋脚２ｂの倒壊の防止ができる理由を図１５の橋脚基部Ｏ周りに発生するモーメントで説明する。反時計周りには、死荷重に距離Ｒ１を乗じたモーメントが発生する。一方、時計周りには、ケーブル５の張力Ｔに距離Ｒ２を乗じたモーメントが発生する。この２つのモーメントは釣り合っているが、ケーブル５の張力Ｔによる距離Ｒ２が死荷重Ｍによる距離Ｒ１よりも大きくすることができるからである。距離Ｒ２が距離Ｒ１より大きく取れるのは、発明１が、橋脚２ｂと横梁３を有する高架橋において、横梁３の両端に、それぞれケーブル５の一方を固定し、ケーブル５の他方を、横梁３の同じ方向の外側に位置するアンカー６にそれぞれ弛ませて固定し、橋脚２ｂの倒壊時のみに、ケーブル５が緊張することにより、橋脚２ｂの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造だからである。発明２においても同様である。
また、ケーブル5の長さは、２３.３６〜２４.１４ｍである。弛みの無い基準長は図１３より２３.１ｍであるので、ケーブル５の弛み長さは、０.２６〜１.０４ｍとなる。 この弛み長さが、ケーブル５を弛ませている。
ここで、橋脚２ｂの倒壊防止をするための、横梁３の変位uは、図１７ｂの耐震設計でも許容限界の３.９４以上、倒壊点の変位を超えない値であれば良い。したがって、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である。この範囲で橋脚２ｂの倒壊を防止する効果がある。
また、ケーブル５の強度は、耐震設計での許容限界で最小値、倒壊点の変位を超えない値で最大値をとる単調減少の関係になる。よって、ケーブル５は、耐震設計での許容限界を基準として、径年変化等を考慮して余裕をもたせて設計するのが良い。
加えて、ケーブルの質量を小さくすることで、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
18, 19, and 20 show the collapse characteristics of the circular cross section steel pier and the collapse analysis of the FE shell model under the above conditions.
FIG. 18 shows the specifications of the collapse prevention structure and the situation at the time of collapse prevention. The smaller the displacement of the action start point at which the tension acts on the cable 5, the smaller the cross-sectional area of the cable 5 and the smaller the inclination of the pier 2b in a state in which collapse is prevented. Conversely, the greater the displacement of the action starting point at which the tension acts on the cable 5, the greater the cross-sectional area of the cable 5, and the greater the inclination of the pier 2b in a state where collapse is prevented. Therefore, the greater the inclination of the pier 2b, the larger the cross-sectional area of the cable 5 and the allowable load. This is because the horizontal displacement of the pier is small and the collapse moment due to dead load is small when the action start point displacement of the collapse prevention device is small. Since the allowable load of the cable 5 is 565.0 to 1493.6 kN from FIG. 16, it is only 5.3 to 13.9% of the dead load 10711 kN due to 1093,000 kg of the mass M of the superstructure 1 acting on the pier. It shows that it is possible to prevent the collapse of the bridge pier with little force. The slope of the pier at this time is 0.063 to 0.132.
The reason why the cable 5 can prevent the pier 2b from collapsing with a tension T of 5.3 to 13.9% of the dead load will be described with reference to the moment generated around the pier base O in FIG. A counterclockwise moment is generated by multiplying the dead load by the distance R1. On the other hand, a clockwise moment is generated by multiplying the tension T of the cable 5 by the distance R2. This is because although the two moments are balanced, the distance R2 due to the tension T of the cable 5 can be made larger than the distance R1 due to the dead load M. The reason why the distance R2 can be larger than the distance R1 is that, in the first embodiment, in the viaduct having the bridge pier 2b and the cross beam 3, one end of the cable 5 is fixed to each end of the cross beam 3, and the other end of the cable 5 is connected to the same cross beam 3 The cable 5 is tensioned only when the pier 2b collapses to prevent the collapse of the pier 2b and the accompanying collapse of the viaduct. This is because of the characteristic structure of preventing the collapse of the elevated bridge. The same applies to Invention 2.
The length of the cable 5 is 23.36 to 24.14 m. Since the reference length with no slack is 23.1 m from FIG. 13, the slack length of the cable 5 is 0.26 to 1.04 m. This slack length causes the cable 5 to slack.
Here, the displacement u of the horizontal beam 3 for preventing the pier 2b from collapsing may be a value that does not exceed the displacement of the collapsing point, which is an allowable limit of 3.94 or more even in the seismic design of FIG. Therefore, the length of the cable 5 is not less than the value calculated from the displacement occurring at the allowable limit in the earthquake-resistant design and not exceeding the length calculated from the displacement occurring at the collapse point. Within this range, there is an effect of preventing the collapse of the pier 2b.
In addition, the strength of the cable 5 has a monotonically decreasing relationship that takes a minimum value at the allowable limit in the earthquake-resistant design and a maximum value that does not exceed the displacement of the collapse point. Therefore, the cable 5 is preferably designed with a margin in consideration of a change in diameter and the like on the basis of an allowable limit in the seismic design.
In addition, reducing the cable mass has the effect of not changing the dynamic characteristics during an earthquake. That is, the initial slack of the cable can prevent the seismic force from acting on the cable as much as possible until just before the collapse behavior occurs. This is to prevent the viaduct from performing complicated behavior due to the seismic force acting on the cable before collapse, and to prevent the cable from being damaged by the seismic force.
図１９は、橋脚頂部の変位の動的解析結果を示す。作用開始点の変位は、７.６５の場合である。横軸は時間(秒)、縦軸は変位である。パラメータは、(1)倒壊防止構造無し(ケーブル５および弾性体７０無し)、(２)ケーブル５＋弾性体７０(バネ)、(３)ケーブル５のみの３つである。(１)倒壊防止構造無しにおいては、約１０秒後に変位が大きくなり、耐震設計での許容限界を超えて、橋脚２ｂが倒壊する。一方、(２) ケーブル５＋弾性体７０、および(３)ケーブル５のみでは、変位が大きくなるが、約１０秒後には耐震設計での許容限界以下で安定する。これはケーブル５により橋脚２ｂを支えていることを示している。また、(２)ケーブル５＋弾性体７０の変位は、弾性体７０の変位により、(３)ケーブル５のみの変位より大きくなる。 FIG. 19 shows the result of dynamic analysis of the displacement of the pier top. The displacement of the action start point is in the case of 7.65. The horizontal axis is time (seconds), and the vertical axis is displacement. There are three parameters: (1) no collapse prevention structure (without cable 5 and elastic body 70), (2) cable 5 + elastic body 70 (spring), and (3) cable 5 only. (1) Without the collapse prevention structure, the displacement increases after about 10 seconds, and the pier 2b collapses exceeding the allowable limit in the seismic design. On the other hand, although (2) the cable 5 + elastic body 70 and (3) the cable 5 alone, the displacement increases, but after about 10 seconds, it stabilizes below the allowable limit in the seismic design. This indicates that the pier 2b is supported by the cable 5. Further, (2) the displacement of the cable 5 + elastic body 70 is larger than the displacement of only the cable 5 due to the displacement of the elastic body 70.
図２０は、ケーブルの張力の動的解析結果を示す。作用開始点の変位は、７.６５の場合である。横軸は時間(秒)、縦軸は張力である。パラメータは、(２)ケーブル５＋弾性体７０(バネ)、(３)ケーブル５のみの２つである。これによると、橋脚頂部変位が作用開始点に到達する５秒付近からケーブル５に張力が作用し始め，１０秒すぎで張力がケーブル５の許容荷重にほぼ到達する。この時図１７に示す変位の増大が止まっている。即ち、変位が耐震設計での許容限界以下、張力が許容荷重以下で安定するので、倒壊防止構造が適切に機能していることが確認できる。なお、弾性体７０がない場合には、弾性体７０の伸びがないために最大および残留変位は小さくなるものの、ケーブル５には許容荷重の約１．６倍の張力が一時的に作用しており、弾性体７０が用いた方がより安全であると考えられる。 FIG. 20 shows the result of dynamic analysis of cable tension. The displacement of the action start point is in the case of 7.65. The horizontal axis is time (seconds), and the vertical axis is tension. There are two parameters: (2) cable 5 + elastic body 70 (spring), (3) cable 5 only. According to this, the tension starts to act on the cable 5 from around 5 seconds when the pier top displacement reaches the action start point, and the tension almost reaches the allowable load of the cable 5 after 10 seconds. At this time, the increase in displacement shown in FIG. 17 stops. That is, since the displacement is stabilized below the allowable limit in the seismic design and the tension is stabilized below the allowable load, it can be confirmed that the collapse prevention structure functions properly. If there is no elastic body 70, the elastic body 70 is not stretched and the maximum and residual displacement are small, but a tension of about 1.6 times the allowable load is temporarily applied to the cable 5. Therefore, it is considered safer to use the elastic body 70.
本発明に係る高架橋の倒壊防止構造によれば、高架橋ばかりでなく、建築物にも転用することができる。 The structure for preventing collapse of a viaduct according to the present invention can be used not only for a viaduct but also for a building.
１ 上部構造
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，１９ａ，１９ｂ， 橋脚
３，２０ａ，２０ｂ 横梁
４，７，１７，２１，２７ ブラケット
５，１８，２２，２８ ケーブル
６，６１，６２ アンカー
８ 歩道
９ 車道
１０ 車両空間
１１ 支柱
１２ 引張力
１３ 支圧板
１４ ダンパー
１５ 反力板
１６ 建築構造物
２３ 橋台
７０ 弾性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Superstructure 2a, 2b, 2c, 2d, 19a, 19b, Pier 3, 20a, 20b Cross beam 4, 7, 17, 21, 27 Bracket 5, 18, 22, 28 Cable 6, 61, 62 Anchor 8 Sidewalk 9 Roadway DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vehicle space 11 Support | pillar 12 Tensile force 13 Supporting plate 14 Damper 15 Reaction force plate 16 Building structure 23 Abutment 70 Elastic body
Claims (5)
前記横梁の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、
前記ケーブルの他方を、前記横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、
それぞれ弛ませて固定し、
前記橋脚の倒壊時のみに、
前記ケーブルが緊張することにより、
前記橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造。 In the viaduct with piers and cross beams,
Secure one end of the cable to each end of the transverse beam,
The other end of the cable is an anchor located outside the transverse beam in the same direction,
Each loosened and fixed,
Only when the pier collapses,
By tensioning the cable,
A structure for preventing collapse of a viaduct, which prevents the collapse of the bridge pier and the accompanying collapse of the entire viaduct.
橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、
２本のケーブルの他端を、
それぞれ弛ませて固定し、
橋脚の橋軸方向の倒壊を抑止することを特徴とする請求項１に記載する高架橋の倒壊防止構造。 Attach two cables to both ends of the cross beam,
To anchors installed on both sides of the bridge axis direction with respect to the pier,
Connect the other end of the two cables
Each loosened and fixed,
The collapse prevention structure for a viaduct according to claim 1, wherein collapse of the bridge pier in the direction of the bridge axis is suppressed.
他方の橋脚の横梁の両端または橋台の前記一方の橋脚の横張の両端に対応する両端とを、
ケーブルで弛みを持って、
対角方向に互い交差するように、
または、橋軸方向に平行に、結合することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造。 Both ends of the cross beam on one pier of the adjacent pier or abutment,
Both ends of the transverse beam of the other pier or both ends corresponding to the both ends of the horizontal of the one pier of the abutment,
Hold slack with cable,
To cross each other diagonally,
Alternatively, a structure for preventing collapse of a viaduct, which is bonded in parallel to the bridge axis direction.
The structure for preventing collapse of a viaduct according to any one of claims 1 to 4, wherein an impact force acting on the cable is reduced by installing a damper and / or an elastic body at a connecting portion of the cable.
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