JP2019073884A - 構造物の振動変位抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地震動などに起因する構造物の振動変位を抑制することができる構造物の振動変位抑制構造を実現する。【解決手段】構造物の振動変位抑制構造１００は、例えば、地震動による揺れが橋脚１に作用した場合、橋脚１を支持している減衰材料体３０によって橋脚１の振動は増幅されることなく減衰されるので、その橋脚１の振動変位を抑制することができる。特に、橋脚１の変位が大きい場合には、橋脚１のフーチング１ｂと剛性体２０とが突き当たり、その橋脚１の移動が規制されることで、橋脚１の振動はそれ以上増幅されないようになっている。こうして、構造物である橋脚１の振動変位を抑制することができれば、橋脚１が支持している橋桁２が地震動の影響を受け難くなるので、橋桁２に角折れや目違いといった不同変位が生じ難くなり、地震動に起因して生じる橋桁２のトラブルを低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、地震動などに起因する構造物の振動変位を抑制する構造物の振動変位抑制構造に関する。

従来、支持層まで達する複数の杭を備え、軟弱地盤に構築されている構造物の耐震性を向上させるために、その構造物のフーチングの周囲に地盤改良を施してなる固化改良体を造成した耐震補強構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この耐震補強構造における固化改良体は、鉛直方向範囲に所定深度まで造成されるとともに、水平方向範囲に構造物の上部外周よりも外側の領域まで造成されている。
このような固化改良体を造成することによって、構造物の耐震強度を高めることができ、構造物が支持している橋桁などの構造体が地震によってずれたり破損したりするトラブルを低減することができる。

特開２０１３−１７７７４１号公報

しかしながら、上記特許文献１の耐震補強構造は、地震動に対する抵抗力を単純に増加させるものであり、巨大な固化改良体を造成する必要があるため、工費の増大を招いてしまうという問題があった。
そこで、本発明者らは、地震動に対する抵抗力を増加させて構造物の耐震性を高めるのではなく、地震動に起因する構造物の振動変位をその基部においてエネルギー吸収させることで抑制し、構造物が支持している構造体に地震による振動が作用し難くなる技術の検討を行った。
構造物が支持している構造体へ地震による振動が作用し難くなれば、その構造体が地震動の影響を受け難くなって、地震動に起因するトラブルを低減することが可能になる。

本発明の目的は、地震動などに起因する構造物の振動変位を抑制することができる構造物の振動変位抑制構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明は、
杭がフーチングに結合されている構造物の振動変位抑制構造であって、
前記構造物のフーチングを囲い、所定深さまで埋設されている隔壁と、
前記隔壁の内側であって、前記杭が結合された前記フーチングの下方の空間を充填するように配設された減衰材料体と、
を備えるようにした。

かかる構成の構造物の振動変位抑制構造であれば、例えば、地震動による揺れが構造物に作用した場合、減衰材料体のエネルギー吸収によって構造物の振動は増幅されることなく減衰されるので、その構造物の振動変位を抑制することができる。
つまり、この構造物の振動変位抑制構造は、地震動などに起因する構造物の振動変位を抑制することができ、その構造物（例えば橋脚）が支持している構造体（例えば橋桁）に不具合が生じるのを低減することができる。

また、望ましくは、
前記隔壁の上部には、前記フーチングの周囲に間隙をあけて配された剛性体が結合されているようにする。

例えば、比較的大きな地震の揺れが構造物に作用し、基礎構造体が大きく揺れて、その変位が大きい場合には、構造物のフーチングと剛性体とが突き当たり、その構造物の移動が規制されることで、構造物の振動はそれ以上増幅されないようになっている。
構造物のフーチングが突き当たる剛性体は隔壁の上部に結合されて固設されているので、フーチングが突き当たったことによる剛性体の変位は、地中に埋設されている隔壁の抵抗力によって抑えられる。つまり、構造物の振動変位は、隔壁の抵抗力によっても抑制されるようになっている。
このように、剛性体と突き当たって構造物の移動が規制されたり、地中に埋設されている隔壁の抵抗力によって構造物の振動が減衰されたりすることで、構造物の振動変位を好適に抑制することができる。

また、望ましくは、
前記杭の前記減衰材料体が充填された部位には、補強カバーが接合された状態で配設されているようにする。

例えば、減衰材料体は、隔壁の内側であって、フーチングの下側の土砂を掘り出すようにして形成した空間に減衰材料を充填して形成されている。
この減衰材料体を形成する過程で、フーチングの下側の土砂を掘り出すように刳り貫いて空間を形成した際、その空間に露出した杭の周面に補強カバーを配設するようにすることで、構造物のフーチングに結合されている杭の杭頭部側を補強することができる。
土砂が刳り貫かれた空間に露出した杭に補強カバーを配設するようにすれば、その空間に減衰材料体が配設されるまでの間、杭が剥き出しとなっている状態においても杭を補強することが可能になる。

また、望ましくは、
前記減衰材料体は、タイヤチップであるようにする。

使用済みの廃タイヤを破砕してなるタイヤチップを減衰材料体として使用すれば、既設の構造物を支持する減衰材料体を低コストで設置することができる。

本発明によれば、地震動などに起因する構造物の振動変位を抑制することができる構造物の振動変位抑制構造が得られる。

実施形態１の構造物の振動変位抑制構造を示す概略図であり、正面図（ａ）と、側面図（ｂ）と、上面図（ｃ）である。 実施形態２の構造物の振動変位抑制構造を示す概略図であり、正面図（ａ）と、側面図（ｂ）と、上面図（ｃ）である。 構造物の振動変位抑制構造の変形例を示す概略図であり、正面図（ａ）と、側面図（ｂ）と、上面図（ｃ）である。

以下、図面を参照して、本発明に係る構造物の振動変位抑制構造の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

本実施形態の構造物の振動変位抑制構造は、構造物である橋脚１の振動変位を抑制するために、既設の橋脚１（構造物）を対象にして構築したものである。
鉄筋コンクリート製の橋脚１は、構造物本体である橋脚本体１ａと、橋脚１の下部に設けられたフーチング１ｂを備えて構成されており、橋脚１のフーチング１ｂには支持層Ｓまで達する複数の杭１ｃが結合されている。
この橋脚１上に沓３を介して橋桁２が設置されており、その橋桁２を橋脚１が支持している。
なお、橋脚１に支持されている橋桁２にはその延在方向に沿って、例えば鉄道の軌道が敷設されている。

（実施形態１）
実施形態１の構造物の振動変位抑制構造１００は、例えば、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、橋脚１のフーチング１ｂを囲い、所定深さまで埋設されている隔壁１０と、隔壁１０の上部に結合され、フーチング１ｂの周囲に所定の間隙をあけて配された剛性体２０と、隔壁１０の内側に所定の厚さで充填され、杭１ｃが結合されたフーチング１ｂの下面を覆うように配設された減衰材料体３０等を備えている。

隔壁１０は、例えば、複数の鋼矢板１１（シートパイル）を連設してなる壁体である。
本実施形態では、略角筒形状の壁体を形成するように、複数の鋼矢板１１がフーチング１ｂの周囲に連設されて、隔壁１０が形成されている。
なお、本実施形態では、鋼矢板１１の下端が、例えば、橋脚１の杭１ｃの長さの半分程度の深さに達するように、隔壁１０が形成されている。

剛性体２０は、例えば、隔壁１０（鋼矢板１１）の上部を巻き込んでコンクリート材料を打設してなるコンクリートコーピングであり、上面視略ロ字形状を呈している。
この剛性体２０は、隔壁１０の上部に固設されている。
また、剛性体２０とフーチング１ｂ間には、上面視略ロ字形状を呈する間隙が設けられている。

減衰材料体３０は、隔壁１０の内側であって、杭１ｃが結合されたフーチング１ｂの下方の空間を充填するように配設されており、橋脚１を支持する機能を有している。
例えば、この減衰材料体３０は、隔壁１０の内側の領域においてフーチング１ｂを支える土砂に代えて配設されている。
橋脚１を支持する減衰材料体３０は、例えば、地震によって揺れた橋脚１の振動を減衰させる機能を有している。そのような減衰材料体３０としては、例えば、ソイルとレジンの混合物、アスファルト、タイヤチップなどを用いることができる。使用済みの廃タイヤを破砕してなるタイヤチップを減衰材料体３０として使用すれば、減衰材料体３０を低コストで設置することができる。
この減衰材料体３０は、隔壁１０の内側であって、橋脚１（フーチング１ｂ）の下側の土砂を掘り出すようにして形成した空間に減衰材料を充填して形成されている。
隔壁１０の内側に形成された空間の底には遮水シートなどの底材３１が配設されており、隔壁１０と底材３１とで囲われた空間内に充填された減衰材料体３０を長期に亘って保持し続けることが可能になっている。なお、空間内に減衰材料体３０を充填した後、その空間の天面側を塞ぐ天面材を配設してもよい。

以上のように構成された構造物の振動変位抑制構造１００であれば、例えば、地震動による揺れが橋脚１に作用した場合、減衰材料体３０のエネルギー吸収によって橋脚１の振動は増幅されることなく減衰されるので、その橋脚１の振動変位を抑制することができる。
特に、橋脚１の変位が大きい場合には、橋脚１のフーチング１ｂと剛性体２０とが突き当たり、その橋脚１の移動が規制されることで、橋脚１の振動はそれ以上増幅されないようになっている。
橋脚１のフーチング１ｂが突き当たる剛性体２０は鋼矢板１１からなる隔壁１０の上部に固設されているので、フーチング１ｂが突き当たったことによる剛性体２０の変位は、地中に埋設されている隔壁１０（鋼矢板１１）の抵抗力によって抑えられる。つまり、橋脚１の振動変位は、隔壁１０（鋼矢板１１）の抵抗力によっても抑制されるようになっている。

このように、橋脚１の変位が比較的小さい場合には、減衰材料体３０が有する振動減衰機能によって橋脚１の振動変位を抑制することができ、橋脚１の変位が比較的大きい場合には、剛性体２０および隔壁１０（鋼矢板１１）が有する抵抗力によっても橋脚１の振動変位を抑制することができる。
なお、隔壁１０（鋼矢板１１）の抵抗力によって橋脚１の変位が小さくなった後は、減衰材料体３０が有する振動減衰機能によって橋脚１の振動変位を抑制できる。
こうして構造物の振動変位抑制構造１００は、橋脚１の変位の大きさに応じた２段階制御で、橋脚１の振動変位を抑制することができる。

このように橋脚１の振動変位を抑制することができれば、橋脚１が支持している橋桁２が地震動の影響を受け難くなるので、橋桁２に角折れや目違いといった不同変位が生じ難くなり、地震動に起因する橋桁２のトラブルを低減することができる。
つまり、実施形態１の構造物の振動変位抑制構造１００は、地震動などに起因する橋脚１の振動変位を抑制することができ、その橋脚１が支持している橋桁２に生じる不具合を低減することができる。

（実施形態２）
次に、本発明に係る構造物の振動変位抑制構造の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

実施形態２の構造物の振動変位抑制構造１００は、例えば、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、橋脚１のフーチング１ｂを囲って埋設された隔壁１０と、隔壁１０の上部に固設された剛性体２０と、隔壁１０の内側の領域においてフーチング１ｂを支える土砂に代えて充填された減衰材料体３０と、減衰材料体３０が充填された範囲にある杭１ｃに接合された補強カバー３２等を備えている。

補強カバー３２は、杭１ｃにおける減衰材料体３０が充填された部位に配設されている。
この補強カバー３２は、例えば、鋼管を二つ割りにした態様の半円筒状の補強金具からなり、２枚の補強金具を杭１ｃの周面に接合して固定されている。

減衰材料体３０は、隔壁１０の内側であって、橋脚１（フーチング１ｂ）の下側の土砂を掘り出すようにして形成した空間に減衰材料を充填して形成されている。
この減衰材料体３０を形成する過程で、橋脚１（フーチング１ｂ）の下側の土砂を掘り出すように刳り貫いて空間を形成した際、その空間に露出した杭１ｃの周面に補強カバー３２を配設するようにする。
こうすることで、橋脚１のフーチング１ｂに結合されている杭１ｃの杭頭部側を補強することができる。
特に、土砂が刳り貫かれた空間に露出した杭１ｃに補強カバー３２を配設することで、その空間に減衰材料体３０が配設されるまでの間、杭１ｃが剥き出しとなっている状態よりも橋脚１を好適に支持することが可能になる。

このような構成の構造物の振動変位抑制構造１００であっても、例えば、地震動による揺れが橋脚１に作用した場合、減衰材料体３０のエネルギー吸収によって橋脚１の振動は増幅されることなく減衰されるので、その橋脚１の振動変位を抑制することができる。
また、橋脚１の変位が大きい場合には、橋脚１のフーチング１ｂと剛性体２０とが突き当たり、その橋脚１の移動が規制されることで、橋脚１の振動はそれ以上増幅されないようになっており、橋脚１の振動変位を抑制することができる。

このように、実施形態２の構造物の振動変位抑制構造１００は、地震動などに起因する橋脚１の振動変位を抑制することができ、その橋脚１が支持している橋桁２に生じる不具合を低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、隔壁１０の上部に剛性体２０が設けられていない構成の構造物の振動変位抑制構造１００であってもよい。この隔壁１０の上部とフーチング１ｂ間には、所定の間隙が設けられている。
このような構成の構造物の振動変位抑制構造１００であっても、例えば、地震動による揺れが橋脚１に作用した場合、橋脚１を支持している減衰材料体３０のエネルギー吸収によって橋脚１の振動は増幅されることなく減衰されるので、その橋脚１の振動変位を抑制することができる。
また、橋脚１の変位が大きい場合には、橋脚１のフーチング１ｂと隔壁１０（鋼矢板１１）の上部とが突き当たり、その橋脚１の移動が規制されることで、橋脚１の振動はそれ以上増幅されないようになっており、橋脚１の振動変位を抑制することができる。橋脚１のフーチング１ｂが隔壁１０に突き当たったことによる隔壁１０上部の変位は、地中に埋設されている隔壁１０（鋼矢板１１）の抵抗力によって抑えられる。つまり、橋脚１の振動変位は、隔壁１０（鋼矢板１１）の抵抗力によっても抑制されるようになっている。

以上のように、本実施形態の構造物の振動変位抑制構造１００は、地震動などに起因する橋脚１の振動変位を抑制することができ、その橋脚１が支持している橋桁２に不具合が生じるのを低減することができる。

なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 橋脚（構造物）
１ａ 橋脚本体
１ｂ フーチング
１ｃ 杭
２ 橋桁
３ 沓
１０ 隔壁
１１ 鋼矢板
２０ 剛性体
３０ 減衰材料体
３１ 底材
３２ 補強カバー
１００ 構造物の振動変位抑制構造
Ｓ 支持層

Claims (4)

1. 杭がフーチングに結合されている構造物の振動変位抑制構造であって、
   前記構造物のフーチングを囲い、所定深さまで埋設されている隔壁と、
   前記隔壁の内側であって、前記杭が結合された前記フーチングの下方の空間を充填するように配設された減衰材料体と、
   を備えたことを特徴とする構造物の振動変位抑制構造。
2. 前記隔壁の上部には、前記フーチングの周囲に間隙をあけて配された剛性体が結合されていることを特徴とする請求項１に記載の構造物の振動変位抑制構造。
3. 前記杭の前記減衰材料体が充填された部位には、補強カバーが配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の振動変位抑制構造。
4. 前記減衰材料体は、タイヤチップであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造物の振動変位抑制構造。

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