JP4066019B2

JP4066019B2 - 制震高架橋

Info

Publication number: JP4066019B2
Application number: JP2003003469A
Authority: JP
Inventors: 徹也半澤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: JP2004218197A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高架橋の柱に制震装置を設けた制震高架橋に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道・道路などの高架橋においては、ＲＣ構造（鉄筋コンクリート構造）あるいはＳ造（鉄骨造）が主流であって、近年の高耐震化の要求から高い耐震性が求められている。このため、既往の制震化技術として柱と梁とでラーメン構造とした下部空間を鋼材ブレースでサポートした提案がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、高架橋の柱に沿った形態でダンパーを設置する提案がある。これは柱の上下部の周囲にブラケットを取り付け、上下のブラケットを、棒部材の上下端部にダンパー材を設けた制振部材により連結したものである。また、ダンパー材としては、柱の小さな変形からエネルギー吸収効果のある粘弾性ダンパーを採用している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２００２２号公報
【特許文献２】
特開平１０−１３１１２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の提案では、構面内をブレースで塞いでしまうので、高架橋の下部空間を駐車場、道路あるいは店舗などに利用する場合には適用できない。
【０００６】
また、特許文献２の提案では、柱の小さな変形からエネルギー吸収効果のある粘弾性ダンパーが用いられている。しかしながら、粘弾性ダンパーは、エネルギー吸収性能と温度依存性が互いに相反する。このため、温度変化の厳しい屋外で使用する場合に採用する粘弾性体はエネルギー吸収性が一般に低いものに限られてしまう。また、粘弾性ダンパーのエネルギー吸収性を助勢するために棒部材の剛性を確保する必要があり、断面は大きなものになる。なお、粘弾性ダンパーのエネルギー吸収性が大きくても、ダンパーの効果を得るために棒部材の剛性は高いほうがよい。特に、当該棒部材が曲げが加わる部材だとその断面が大きくなる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて、高架橋の下部空間を利用するように制震装置を設けることができ、かつ、耐震装置においてエネルギー吸収性に対する温度依存性の影響を低減することができる制震高架橋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】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る制震高架橋は、一対の柱と、各柱の下端部に連結した基礎と、各柱の上端部に連結する態様で一対の柱の間に架設した梁と、鉛の塑性変形を利用する鉛ダンパー、あるいは２面間の固体摩擦を利用する摩擦ダンパーからなる制震装置とを備え、各柱において前記基礎との接合部分及び前記梁との接合部分となる仕口部であって、それぞれ内側及び外側の両側となる部位に前記制震装置を付設したことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、制震装置が柱の仕口部に設けてあるので、高架橋がなす下部空間を塞ぐことがない。また、小さな変形曲率でも柱の仕口部では相対変位が比較的大きく制震装置の吸収エネルギーが大きくなるので、微小変形から制震装置の効果が得られる。
【００１０】
また、鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、微小変形から制震効果を発揮する。また、鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、温度依存性が低く、経年変化や劣化が少ないため、制震装置の屋外での使用に適応する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る制震高架橋の実施の形態を説明する。図１は本発明の制震高架橋を示す図、図２（ａ）は制震装置の一例を示す正面図、図２（ｂ）は制震装置の一例を示す側面図である。
【００１２】
図１に示すように、高架橋は、ＲＣ構造（鉄筋コンクリート構造）またはＳ造（鉄骨造）であり、少なくとも１対の柱１と、当該各柱１の上部１ａに架け渡した梁２とからなるラーメン構造によって、梁２の上部に桁（図示せず）が支持してある。柱１の下部１ｂは、地盤４に埋設した基礎５に連結してある。
【００１３】
柱１には、制震装置６が設けてある。図１において制震装置６は、柱１の上部１ａ・下部１ｂの両方であって、柱１の内側・外側の両方に設けてある。すなわち、制震装置６は、柱１における梁２および基礎５との接合部分である仕口部に設けてある。なお、柱１の内側は各柱１同士が向き合う側であり、柱１の外側は各柱１同士が相反して向く側である。
【００１４】
図２（ａ）および図２（ｂ）は柱１の下部１ｂに設けた制震装置６を示している。制震装置６は、柱１に固定した複数（本実施の形態では二つ）の鋼板６ａ，６ｂと、基礎５に固定した少なくとも一つの長状鋼板６ｃと、エネルギー吸収手段としての鉛板６ｄとで主に構成してある。なお、図２（ａ）および図２（ｂ）で示す制震装置６は、エネルギー吸収手段に鉛を採用した鉛ダンパーである。
【００１５】
鋼板６ａ，６ｂのうち一つ（鋼板６ａ）は、柱１の表面に対して、その上縁部および左右側縁部がアンカーボルト７ａで固定してある。残りの他の鋼板６ｂは、鋼板６ａと対面し、かつ、鋼板６ａとの間にスペーサ８を介在し、鋼板６ａ（柱１）に対して当該スペーサ８とともに、その左右側縁部がアンカーボルト７ｂで柱１に、またはボルトで鋼板６ａに固定してある。
【００１６】
長状鋼板６ｃは、長状の一端がスペーサ８を介した鋼板６ａと鋼板６ｂとの間に挿通してあり、長状の他端が基礎５に対してアンカーボルト（図示せず）で固定してある。長状鋼板６ｃの他端側には、基礎５に対面する固定鋼板９が設けてある。長状鋼板６ｃの他端側は、固定鋼板９を柱１の下端部が繋がる基礎５に対してアンカーボルト（図示せず）で固定することによって基礎５に固定される。また、長状鋼板６ｃと固定鋼板９とは、リブ１０によって連結補強してある。なお、長状鋼板６ｃ、固定鋼板９、リブ１０は、溶接などの固着手段によって一体に形成してある。
【００１７】
鉛板６ｄは、スペーサ８を介した鋼板６ａと鋼板６ｂとの間であって、鋼板６ａと長状鋼板６ｃとの間、および鋼板６ｂと長状鋼板６ｃとの間に介在してある。すなわち、鉛板６ｄおよび長状鋼板６ｃの一端は、鋼板６ｂを鋼板６ａに対して固定したアンカーボルト７ｂによって鋼板６ａと鋼板６ｂとの間に挟持してあることになる。
【００１８】
なお、鋼板を二つ以上用いる場合には、柱１にアンカーボルト７ａで固定した一つの鋼板（６ａ）に対し、他の鋼板（６ｂ…）をアンカーボルト７ｂで固体する。そして、各鋼板（６ａ，６ｂ…）の間にそれぞれ長状鋼板６ｃを挿通するとともに、各鋼板（６ａ，６ｂ…）と各長状鋼板６ｃとの間に鉛板６ｄを介在するように構成する。
【００１９】
また、上記構成の制震装置６を柱１の上部の仕口部に設ける場合には、上述した構成を天地逆にし、固定鋼板９（あるいは固定鋼板９を用いず長状鋼板６ｃの他端）を梁２に対してアンカーボルト（図示せず）で固定する。
【００２０】
また、図には明示しないが、制震装置６として上述した鉛ダンパーの他に摩擦ダンパーが採用できる。この摩擦ダンパーは、エネルギー吸収手段として上記鉛に替えて鋼板６ａと長状鋼板６ｃとの間、および鋼板６ｂと長状鋼板６ｃとの間の各２面間に固体摩擦を生じさせるようにする。
【００２１】
なお、鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、温度依存性が低く、経年変化や劣化が少ない。このため、制震装置６の屋外での使用に適応する。
【００２２】
以下、上述した制震高架橋の作用を説明する。図３は本発明の制震高架橋の作用を示す図である。図３に矢印αで示す水平力による変形では、特にモーメントの大きな柱１の上部１ａや柱１の下部１ｂである仕口部の曲げ変形が大きく、柱１の主筋が梁２や基礎５から抜け出す力が顕著にあらわれる。このため、柱１の仕口部において、制震装置６を固定してある柱１の表面と、同制震装置６を固定してあり梁２や基礎５に繋がる柱１の上下端部との間に相対変位が生じる。制震装置６は、鉛の塑性変形、あるいは２面間の固体摩擦によって図３に示す相対変位βが働き、上記エネルギー（柱１の表面と上下端部とに生じた相対変位）を消費（吸収）する。
【００２３】
一般的な高架橋においては、柱１の径が６０ｃｍ〜１００ｃｍ程度であるから、小さな変形曲率でも、柱１の表面に設けた制震装置６の相対変位は比較的大きく、当該制震装置６の吸収エネルギーも大きなものになる。特に、制震装置６としての鉛ダンパーは、鉛の塑性変形を利用しており、また摩擦ダンパーは２面間の固体摩擦を利用しているため、微小変形から制震効果を期待することができる。
【００２４】
図４は本発明の制震高架橋の地震応答解析モデルを示す図、図５（ａ）〜（ｃ）および図６は解析結果を示す図である。図４で示す解析モデルでは、□８５０サイズのＲＣ構造の柱１を有する高架橋で、ほぼ現行設計（「鉄道構造物等設計標準」）による。また、制震装置６は、１対の柱１の上部１ａおよび下部１ｂであって、その内側および外側に設けてある。また、制震装置６は、鉛ダンパーを採用し、鉛（５００ｃｍ²／枚）を０．５〜５枚用いている。入力は、レベル２の地震動である。また、図４において、符号Ａは高架橋における梁要素、符号Ｂは柱１の上下端部（上部１ａ、下部１ｂ）におけるバネ部、符号Ｃは地盤４・基礎５におけるバネ部、符号Ｄは制震装置６におけるエネルギー吸収抵抗を示している。
【００２５】
上記図４の解析モデルにおいて、図５（ａ）〜（ｃ）および図６の解析結果に示すように、梁２で発生している加速度は増加するが、柱１の下端と上端との層間変形（相対変位）は低減している。また、鉛５枚（片側２．５枚）の時では、梁２が降伏しない範囲で、制震装置６を用いない場合の塑性率と比較して柱１の塑性率μが約１／３まで低減している。これにより、大地震後の修復コストを低減することができる。なお、図５（ｃ）において、上端梁μの白抜き□は、柱部μの塗潰し□とほぼ重なっている。
【００２６】
したがって、上述した制震高架橋によれば、水平変形によって柱１の主筋の引き抜きの影響が大きい柱１の上下端部（上部１ａ、下部１ｂ）である仕口部に、柱１に生じる水平変形のエネルギーを吸収する制震装置６を設けたので、高架橋がなす下部空間を塞ぐことなく駐車場、道路あるいは店舗などに有効利用することができる。
【００２７】
また、柱１の仕口部では、小さな変形曲率でも制震装置６を設けた柱１の表面と上下端部との間に生じる相対変位が比較的大きく、制震装置６の吸収エネルギーが大きくなるので、微小変形から制震装置６の効果を得ることができる。
【００２８】
また、上述した制震高架橋によれば、制震装置６が、鉛の塑性変形を利用する鉛ダンパー、あるいは２面間の固体摩擦を利用する摩擦ダンパーからなる。鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、微小変形から制震効果を発揮することが可能である。また、鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、温度依存性が低く、経年変化や劣化が少ないため、制震装置６の屋外での使用に適応することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る制震高架橋によれば、少なくとも１対の柱と当該各柱の上端に架設した梁とを有し、この柱の仕口部に制震装置を設けてあるので、高架橋がなす下部空間を塞ぐことがない。このため、下部空間を駐車場、道路あるいは店舗などに有効利用することができる。
【００３０】
また、柱の仕口部では、小さな変形曲率でも制震装置６を設けた柱１の表面と上下端部との間に生じる相対変位が比較的大きく、制震装置の吸収エネルギーが大きくなるので、微小変形から制震装置の効果を得ることができる。
【００３１】
また、制震装置として採用した鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、微小変形から制震効果を発揮することができる。この鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、温度依存性が低く、経年変化や劣化が少ないため、制震装置の屋外での使用に適応することができる。また、鉛ダンパーや摩擦ダンパーは、柱の塑性率を低減するので、大地震後の修復コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制震高架橋を示す図である。
【図２】（ａ）は制震装置の一例を示す正面図、（ｂ）は制震装置の一例を示す側面図である。
【図３】本発明の制震高架橋の作用を示す図である。
【図４】本発明の制震高架橋の地震応答解析モデルを示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は解析結果を示す図である。
【図６】解析結果を示す図である。
【符号の説明】
１各柱
１ａ上部
１ｂ下部
２梁
４地盤
５基礎
６制震装置
６ａ鋼板
６ｂ鋼板
６ｃ長状鋼板
６ｄ鉛板
７ａアンカーボルト
７ｂアンカーボルト
８スペーサ
９固定鋼板
１０リブ

Claims

一対の柱と、
各柱の下端部に連結した基礎と、
各柱の上端部に連結する態様で一対の柱の間に架設した梁と、
鉛の塑性変形を利用する鉛ダンパー、あるいは２面間の固体摩擦を利用する摩擦ダンパーからなる制震装置と
を備え、各柱において前記基礎との接合部分及び前記梁との接合部分となる仕口部であって、それぞれ内側及び外側の両側となる部位に前記制震装置を付設したことを特徴とする制震高架橋。