JP2017082493A - 高架橋の制振構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、桁橋が配置されてなる高架橋における制振構造であって、前記桁橋が橋軸直交方向に所定間隔をあけて配置された複数の主桁と、前記複数の主桁の間に橋軸方向に間隔をあけて複数配置された横桁と、前記複数の主桁の上に載置された床版を備えてなり、前記床版の底部側にスペーサーと前記主桁ならびに前記横桁に接合された補強部材が配置されたことを特徴とする高架橋の制振構造に関する。
【選択図】図2
Description
高架橋における振動は、車両が高架橋の継手部分の段差を通過した直後の衝撃的な振動と、車両が高架橋の径間を通過するときの比較的定常的な振動の合成振動となり、これらの振動は床版がスピーカーのように作用して音にも変換される。但し、その音の100Hz以下の成分は低周波音と呼ばれ、通常の騒音と異なり、近隣の居住者に圧迫感を与えることがあり、更に建物の窓ガラスや障子のガタツキ現象となって表れることがある。
このような、高架橋の低周波音問題を解決するためには、床版の振動を抑制することが重要と考えられる。
特許文献1に記載されている衝撃ダンパは、制振対象物の振動に合わせて可動質量体が上下方向に振動し、可動質量体に設けた接触材料がハウジングの一部に衝突して制振対象物の振動を打ち消す構成となっている。
制振装置として、可変質量体を備え、制振対象物の振動に応じて可変質量体が反作用を生じさせる形式のダイナミックマス型の制振装置が知られているが、この制振装置は、高架橋の床版の低周波音に対する効果は未知数である。
主桁によって床版を支持する構造の高架橋において、床版の底部側に補強部材を設けて補強部材と床版との間にスペーサーを配置し、これらを主桁ならびに横桁で支持することで、施工時に生じる隙間を少なくして床版の支持構造を強化することで床版の剛性を高めることができ、車両走行時に生じる低周波音を抑制することができ、低周波音による近隣への悪影響を抑制できる。
補強部材は支持横桁、補強縦桁、補強支柱、補強横梁、補強斜材の少なくとも1つを用いることができ、これらのいずれかによって主桁による床版の支持構造を補強し、低周波音を抑制することができる。
補強部材を設けることで主桁で床版を支持することに加え補強部材によって更に床版を安定支持することができる。
(3)本発明において、前記補強部材の上面と前記床版下面との間に充填されるスペーサーが、樹脂充填材、モルタル充填材、ジャッキ構造体の少なくとも1つであることが好ましい。
(4)本発明において、前記複数の主桁間の中央部に橋軸方向に延在してその上部で前記床版に接合し、その下部を前記補強部材で支持された補強縦桁が設けられた構成を採用できる。
主桁と床版の間に補強部材とスペーサーを配置し、床版の支持構造を強化した上で補強部材に設けた制振装置に床版からの振動伝達を良好に行って制振装置を動作させることができ、制振装置の制振効果により車両走行時の低周波音の発生を抑制できる。
(6)本発明において、前記主桁が橋軸方向に間隔をあけて配置された複数の橋脚により支持されるとともに、前記主桁の両端部に位置する橋脚から隣接する他の橋脚の間に10〜20Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置が設置され、前記以外の橋脚間に2.5〜5Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置が設置された構成を採用することができる。
床版の継ぎ目の部分を車両が走行する際の衝撃により振動が発生するとともに、走行中の車両により床版から振動が発生する。10〜20Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置を両端部に位置する橋脚から隣接する他の橋脚の間に配置することで、主桁端部側の床版から発生する低周波音を抑制できるとともに、前記以外の橋脚間に2.5〜5Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置を設けることで、前記以外の床版から発生する低周波音を効率良く抑制できる。
主桁端部側の橋脚間の前記3箇所の位置に10〜20Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置を設け、橋脚間の中間位置に2.5〜5Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置を設けることで低周波音を効率良く制振できる。
このため、高架橋の近隣に設置されている建築物に対し、低周波音の影響を抑制することができ、建築物の窓ガラスや障子のガタツキを無くすることができる。
このため、車両走行時に生じる低周波音を抑制することができ、高架橋近隣への低周波音の悪影響を抑制できる。
以下、本発明に係る高架橋の制振構造の一実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。また、以下の各図に示す構造は、本発明の特徴をわかりやすくするため、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際の構成と同じであるとは限らない。
図1〜図8は本発明に係る高架橋の制振構造の第1実施形態を示すもので、本実施形態で用いる高架橋Aは、図1に示すように複数の桁橋1が直列配置されてなる。
桁橋1は橋軸直交方向(高架橋の幅方向)に所定間隔をあけて配置された一対の主桁2と、前記一対の主桁2の間に橋軸方向(高架橋の長さ方向)に間隔をあけて複数配置された横桁3と、前記一対の主桁2の上面に載置された床版5を備えてなる。また、主桁2、2は、図1(A)に示すように高架橋Aの橋軸方向に沿って所定の間隔で立設された橋脚部9により支持されている。図1(A)に示す構造では主桁2の長さ方向に8つの橋脚9が設置された構造を一例として示している。
床版5は一例としてコンクリート床版からなり、その上面側に舗装が施されて車両が走行可能となっている。床版5は図2、図3等に示すように左右の主桁2によって支持されている。なお、主桁2は3本以上設けられる場合があり、主桁2は箱桁の構造を採用することもある。
主桁2、2の橋軸方向には図1(B)に示すように所定の間隔で図3に示すように主桁2、2に両端を接合した横桁3が複数架設されている。横桁3は、床版5の下方に所定の間隔をあけて床版5と離間し、橋軸直角方向に架設されている。また、橋軸方向に離間配置された横桁3、3の間に橋軸方向に沿って所定の間隔をあけて一対の支持横桁6が橋軸直角方向に架設されている。一対の支持横桁6は、それらの両端部を主桁2、2に接合し横桁3と平行に架設されている。
この実施形態の高架橋Aでは一対の支持横桁6を設ける位置が以下に説明する位置に限定されている。まず、高架橋Aの橋軸方向端部側に位置する橋脚9とそれに隣接する他の橋脚9との間においては、橋脚9、9間を概ね4等分する3箇所の位置をそれぞれ挟むように一対の支持横桁6が設置されている。
また、高架橋Aの橋軸方向両端側の橋脚9を除く他の橋脚9、9間では、これら橋脚9、9間の橋軸方向中間位置に対応するように一対の支持横桁6が架設されている。
従ってこの実施形態の高架橋Aでは、図1(B)に示すように高架橋Aの端部側の橋脚9、9間に3組、合計6本の支持横桁6が架設され、他の橋脚9、9間ではそれらの中間位置にそれぞれ(1組)2本の支持横桁6が架設されている。
10〜20Hz対応のダイナミックマス型の制振装置7と2.5〜5Hz対応の6基のダイナミックマス型の制振装置7は基本構造は同等であるが、それぞれに設ける可動質量体の重量と数、コイルばねのばね定数と数を調整し、制振装置7としての固有振動数の範囲を10〜20Hz対応とするか、2.5〜5Hz対応のいずれかとしたものである。例えば、制振装置7は固有振動数を12.5Hz程度に設定すると12.5Hzを中心とする振動を抑制することができ、制振装置7は固有振動数を4Hzに設定すると4Hzを中心とする振動を抑制することができる。
一対の主桁2に対し設ける支持横桁6、6の数、制振装置7の数は任意の数を選択できる。図2または図4に示す制振装置7の配置個数はそれぞれ1つの例であってこれらに図示する配置例には限らない。
各支持軸11において可動質量体12の下側には下部コイルばね(弾性部材)13が設けられ、各支持軸11において可動質量体12の上側には抜け止め板15により抜け止めされて上部コイルばね(弾性部材)16が設けられている。可動質量体12はその上下をコイルばね13、16により弾性支持されているので、可動質量体12に高架橋Aの振動が伝達されると可動質量体12は上下のコイルばねのばね反力に抗しつつ支持軸11に沿って上下に振動できるように構成されている。
図2、図5、図6に示す構造は制振装置7を橋軸直角方向に6基設置した例であるため、支持鋼材20は制振装置7を6基支持できるように12本架設され、この例では主桁2の中心線Sから橋軸直角方向に等間隔で3基ずつ制振装置7が設置されている。
図4、図7、図8に示す構造は制振装置7を橋軸直角方向に2基設置した例であるため、支持鋼材21は制振装置7を2基支持できるように4本架設され、この例では一対の主桁2の中心線Sから橋軸直角方向に等間隔位置で1基ずつ制振装置7が設置されている。
床版5の下面は上に凸型のアーチ形状に形成されており、さらに施工誤差による不陸があるので補強縦桁22の上面と床版5の下面との間には若干の隙間が生じるが、この隙間は一例として図9に示すようにエポキシ樹脂などの注入材からなる樹脂充填材(第1スペーサー)29により埋められ、樹脂充填材29によって補強縦桁22と床版5が密着されている。
この構造により補強縦桁22は床版5の振動を受けて振動し、該振動を補強支柱23と横桁3,3と支持横桁6、6を介して主桁に伝達できるようになっている。さらに、支持鋼材20を介し制振装置7に確実に伝達できるようになっている。
なお、床版5の振動は主桁2を介しても支持横桁6に伝達され、該振動が支持横桁6、支持鋼材20を介し制振装置7に伝達される。
なお、先の制振装置7の振動抑制効果が固有振動数対応であるのに対し、横桁3と支持横桁6を補強支柱23と補強縦桁22で支持した構造では、上述の固有振動数に対応した振動数よりも広い範囲の振動数に対して制振効果を示す。例えば、固有振動数4Hzの制振装置7では4Hzを中心とする振動数に制振効果を奏するが、補強支柱23と補強縦桁22で床版5を支持した構造では4Hz以上の幅広い範囲の振動数に対して効き目がある。
支持横桁6に伝達された振動は、支持鋼材20を介し制振装置7に伝達される。制振装置7に伝達された振動により可動質量体12がコイルばね13、16のばね反力の作用を受けて上下に振動し、高架橋Aの固有周期と同調し、それによって生じた反力により高架橋Aの振動を抑制する。また、オイルダンパー18が作動して可動質量体12の振動エネルギーを熱エネルギーに変換して振動エネルギーを一部吸収し、床版5を制振する。このため、高架橋Aを効率良く制振することができ、特に2.5〜5Hzと10〜20Hzの低周波音を低減できる。
従って高架橋Aの近隣の建築物に対する低周波音の伝達を抑制することができ、近隣建築物の窓枠や障子のガタツキを無くすることができ、近隣住民に対し低周波音による不快感の発生を抑制することができる。
また、高架橋Aにおいて、その他の橋脚9、9間の床版5の上を車両が走行する場合、床版5と主桁2、2から発せられる振動において2〜5Hzの低周波成分が多いことを本発明者は知見しているとともに、橋脚9、9間の床版5の中央部の振動成分が多いことも知見している。この振動を抑制することが望ましい。このため、その他の橋脚9、9間では中央部に2.5〜5Hz対応の振動抑制装置7を設けることで、効率良く制振することができる。
図12は支持横桁6にその長さ方向に沿って所定の間隔で3本の補強支柱24を立設し、補強支柱24の上方の床版5の底面に沿って補強横梁(補強部材)25を設けた第2実施形態の構造である。
補強横梁25と床版5の底面との間に隙間が生じる場合は、先に説明した構造と同等の樹脂充填材29をスペーサーとして設けることができる。図12では略しているが、横桁3の上にも図12で示す補強支柱24と同等の補強支柱24を設け、補強横梁25を設け、樹脂充填材29を設けて床版5を補強支持する構造とする。
補強横梁25ならびに補強縦桁22と床版5の底面との間に隙間が生じる場合は、先に説明した構造と同等の樹脂充填材29を設けることができる。図13では略しているが、横桁3の上にも図13で示す補強支柱23、24と同等の補強支柱23、24を設け、補強横梁25と補強縦桁22を設け、樹脂充填材29を設けて床版5を補強支持する構造とする。
図15は補強縦桁22と床版5の接続部分の構造において樹脂注入による樹脂充填材29を形成した構造を側面側から見た図であり、先に図9に基づいて説明した構造の側面図である。
図16は、先の例の樹脂の樹脂充填材29に替えてモルタル充填材35に変更し、床版5を支持した例である。この例においてモルタル充填材35は、先の例と類似構造であり、モルタル層と樹脂スペーサー27と樹脂シール材28とからなる。
図17は、先の例の樹脂の樹脂充填材29をジャッキ30に替えて床版5を支持した例である。
図15〜図17に示す構造のように床版5を支持する構造はいずれの構造を採用しても良い。
また、可動質量体42が下方に移動した場合に突起部50に衝突し、この結果、支持横桁6を介し高架橋の振動を打ち消す方向に力を作用させる。
以上の動作を繰り返すことにより、高架橋の床版5の振動を徐々に低減し制振することができる。
また、先の形態において高架橋Aにそれぞれ設けた複数の制振装置7の一部を制振装置40で代用することができ、制振装置7と制振装置40を混合して用いることもできる。
制振装置40は10〜20Hz対応のダイナミックマス型の制振装置40に調整することができ、適所に設置することで先の高架橋Aにおいて効率的な制振効果を発揮できる。
この場合、橋軸方向の1/4点と3/4点に10〜20Hz対策の制振装置を設け、中央位置に2.5〜5Hz対策の制振装置を設けることができる。
図19にシミュレーション解析に用いた高架橋の平面構造を示し、図20、図21に同高架橋の制振装置取付部分の拡大構造を示し、図22に同高架橋の支持横桁とその周囲部分の構造(4Hz対策構造)を示し、図23に同高架橋の支持横桁とその周囲部分の構造(12.5Hz対策構造)を示す。
一例として、図19に示すように第1番目の橋脚間の長さ41100mm、第2番目〜第6番目の橋脚間の長さ42300mm、第7番目の橋脚間の長さ41100mm、床版の全幅18050mm、図19〜図23に詳細寸法を示す高架橋を想定し、伊藤忠テクノソリューションズ(株)製の計算ソフト、soilplus2014を用いて振動シミュレーション解析を行った。なお、図19では第1番目〜第4番目の橋脚間の床版を示しているが図1(B)に示す第7番目の橋脚間までを解析モデルに設定し、第5番目〜第7番目の各部の大きさは図19に示す構造と対称にしている。
第1番目の桁橋には3組の支持横桁を設けているが、対になる支持横桁に2基ずつ、図10、図11に示す構造の制振装置を設けた。
第1番目と第7番目の橋脚間に合計6個の制振装置(12.5Hz対策品:固有振動数対応)を設けた。この制振装置を設けた位置の構造は図22に示す構造となる。
第2番目〜第6番目の橋脚間にはそれぞれ1組ずつの支持横桁を設けているが、対になる支持横桁に6基ずつ図10、図11に示す構成の制振装置(4Hz対策品:固有振動数対応)を設けた構造は図23に示す構造となる。
制振装置は4Hz対策品としてダイナミックマス2000kg、減衰比8%、振幅±10mm、最大振幅±30mm、総質量3000kgの構造を採用した。
12.5Hz対策品としてダイナミックマス2000kg、減衰比8%、振幅±5mm、最大振幅±10mm、総質量3200kgの構造を採用した。
4Hzと12.5Hzのいずれの対策品の制振装置であっても、錘体の重量は各桁橋の主桁と床版の総重量の1%に相当する重量を設定している。
また、制振装置を支持する支持横桁と床版の接合は、図1〜図9に示す第1実施形態の構造を採用したとして解析した。この結果は、支持横桁とその他補強部材からなる架台で床版を支持し、制振装置を設けているので架台+制振装置と表記した。
比較のために、支持横桁とその他補強部材を設け、制振装置を略した構造の高架橋を設定し、同等の振動解析シミュレーションを行った。この例は制振装置を略して支持横桁とその他補強部材を設けているので架台のみと表記した。
また、以下の表に示す(1)〜(5)は床版における測定位置を示す。図19に符号P1で示す位置が橋脚間中央の支持横桁中間位置の床版下面、P2で示す位置が支持横桁の長さ方向一端側の床版下面、P3で示す位置が支持横桁に隣接する横桁の長さ方向中央位置の床版下面、P4で示す位置が隣接する横桁間の中間位置より主桁側に移動した位置の床版下面、P5で示す位置がP4位置の側方の張出床版下面に設定している。他の床版においても等価位置にて振動解析した。それぞれの位置におけるシミュレーション結果を以下の表1〜表4に示す。
主桁によって床版を支持し、主桁に対し複数の横桁を設けた高架橋の構造において、横桁間に支持横桁を設け、横桁と支持横桁によって補強支柱と補強縦桁と充填材を介し床版を直接支持した構造とすることにより、4Hz帯域の振動を1〜10dB程度抑制でき、12.5Hz帯域の振動を2〜29dB程度抑制できることがわかった。
高架橋は主桁によって床版を支持し、主桁を横桁で補強することで土木構造物として充分な構造強度と剛性を有するが、それのみでは低周波音などの対策には不充分な場合がある。このような場合に、横桁と支持横桁によって補強支柱と補強縦桁と充填材を介し床版を直接支持した構造とすることにより、低周波音対策をある程度進めることができた。
図19に示す第1番目の桁橋に設けた3組の支持横桁に図18に示す構成の制振装置40をそれぞれ2基ずつ、合計6基設け、第2番目〜第6番目の桁橋には先の実施例と同様の図10、図11に示す制振装置7を設け、第7番目の橋脚には第1番目の桁橋と同様に制振装置40を高架橋の橋軸方向に3組、合計6基設けた構造を採用し、同等の振動解析シミュレーションを行った。また、床版を支持する構造は図22、図23に示す構造として解析した。
その結果を以下の表3、表4に示す。
Claims (7)
- 桁橋が配置されてなる高架橋における制振構造であって、
前記桁橋が橋軸直交方向に所定間隔をあけて配置された複数の主桁と、前記複数の主桁の間に橋軸方向に間隔をあけて複数配置された横桁と、前記複数の主桁の上に載置された床版を備えてなり、
前記主桁ならびに横桁に接合させて設けた補強部材に床版底部を支持させ、前記補強部材と床版との間にスペーサーを設けたことを特徴とする高架橋の制振構造。 - 前記補強部材が前記主桁に支持された支持横桁と前記横桁ならびに前記支持横桁に支持された補強縦桁、補強支柱、補強横梁、補強斜材の少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の高架橋の制振構造。
- 前記補強部材の上面と前記床版下面との間に充填されるスペーサーが、樹脂充填材、モルタル充填材、ジャッキ構造体の少なくとも1つであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高架橋の制振構造。
- 前記複数の主桁間の中央部に橋軸方向に延在してその上部で前記床版に接合し、その下部を前記補強部材で支持された補強縦桁が設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の高架橋の制振構造。
- 前記補強部材に可動質量体と弾性部材と減衰機能を備えたダイナミックマス型の制振装置が設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の高架橋の制振構造。
- 前記主桁がその長さ方向に間隔をあけて配置された複数の橋脚により支持されるとともに、前記主桁の両端部に位置する橋脚から隣接する他の橋脚の間に10〜20Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置が設置され、他の橋脚間に2.5〜5Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置が設置されたことを特徴とする請求項5に記載の高架橋の制振構造。
- 前記10〜20Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置が、前記主桁端部の橋脚とそれに隣接する橋脚との間の距離を概ね4等分する3箇所の位置にそれぞれ配置され、
前記2.5〜5Hz帯域減衰用のダイナミックマス型の制振装置が、前記以外の隣接する橋脚間の中間位置に配置されたことを特徴とする請求項6に記載の高架橋の制振構造。
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