JP4368044B2 - 高架橋の防振構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高架橋の防振構造に関し、特に隣接する単位高架橋の梁端に発生する衝撃振動を抑制した高架橋の防振構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高架橋は、図５の斜視図で鉄道を例にして示すように、単位高架橋５０を連続的に隣接させて構築されている。単位高架橋は、支柱５１、梁５２及びスラブ５３で構成されるラーメン構造で独立に施工されている。
【０００３】
各単位高架橋５０の端部５４は、温度による走路方向のスラブの伸縮によって発生する応力を緩和するために、隣接するスラブ間に間隔を確保するように構成されている。但し、道路の場合には、レールは当然に設置されていない。
【０００４】
従来の高架橋は、以上のように構成されているので、通過する列車や車両の荷重が急激に乗り移りすることによって単位高架橋５０の端部５４に発生する衝撃力と、隣接する高架橋間の片持梁部５８の固有振動数によって励起される共振によって、多くの振動が発生している。
【０００５】
これらの振動に関しては、これまで緊密な解析が成されていない状況にあったが、本件発明者等が解析を試みることによって、振動を構成している周波数分布の実態とその強度が初めて明らかになっている。
【０００６】
以上の解析結果による振動の発生状態を、列車が高速で高架橋を走行した場合を例にして、そのパワースペクトルを図６に示している。
【０００７】
図示のように支柱Ａ〜Ｄには、７〜１５Ｈｚ、１７〜２２Ｈｚ、３０Ｈｚ付近の各周波数域において振動の発生があることを示しており、特に、単位高架橋の端部に配置されている支柱Ａと支柱Ｄには、列車進入による衝撃載荷によると推定される１５Ｈｚ以上の高振動数成分と、片持梁部５８の固有振動数に起因する共振による７〜１５Ｈｚの中振動数成分が大きく現れていることが明らかになっている。
【０００８】
これらの振動は、高架橋の各支柱を通じて地盤に伝達されることから、列車走行に伴って周辺地盤が振動して、環境問題になる場合がある。
【０００９】
しかし、片持梁部５８を剛接合してしまうと、温度変化に伴うスラブの伸縮で高架橋に温度応力が発生してしまう。又、片持梁部５８の先端同士をピン接合にしても、片持梁部の固有振動数は変化しないことから、片持梁部５８の共振によって多くの振動が発生している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の状況に鑑みてその解決策を提案するものであり、解析に基づいて構築したシミュレーション形態によって、要因になる振動数を特定してその振動数を低減させるのに適切な解決策を講じる高架橋の防振構造を提供している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による高架橋の防振構造は、基本的に、複数径間のラーメン構造から成る単位高架橋を、所定の間隔を保ちながら隣接させて連続的に構成する高架橋において、隣接する梁同士を相互に接合して一体化しており、具体的には、梁方向と交差する水平方向に軸芯を垂直にして並行に配列される筒体を接合部として構成することを特徴にしている。
【００１２】
これによって、高架橋における振動数、特に、通過する列車や車両の荷重が急激に乗り移りすることで、単位高架橋の端部に発生する衝撃力を要因に発生する高次の振動数を大幅に低減させている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による高架橋の防振構造は、通過する列車や車両の荷重が急激に乗り移ることから発生する衝撃力によって、単位高架橋の端部に発生する高次の振動を低減するために、隣接させて連続的に構成する単位高架橋の隣接する梁同士を、相互に接合して一体化している。
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、理解を容易にするために、従来と同様の部分については同一の符号で表現している。
【００１５】
図１は、本発明による高架橋の防振構造を示す実施の形態の斜視図である。
本発明による高架橋の防振構造は、図示の部分断面図で示すように、各単位高架橋の端部５４、５４間を相互に結合することで、振動方向を抑制するように構成することを基本にしており、本実施の形態では、接合部１の構成を次のように形成している。
【００１６】
各単位高架橋の梁５２を相互に一体に結合するための接合部１は、各単位高架橋の端部５４、５４に配置している溝型鋼２、２と、溝型鋼２、２の間に配列されている中空円筒体の鋼管3から構成されている。
【００１７】
溝型鋼２、２は、梁５２の端部に嵌め込んで在り、梁端部を保護しながら、鋼管３と溶接によって一体に接合している。溝型鋼２の形状については、これに限定されるものでなく、梁５２の端部に単純に貼設された平板や梁５２の端部で乗り移りで衝撃を受ける梁の上面に一面を配置するＬ型鋼を用いてもよく、機能的に弾性部を構成している鋼管等と一体に固着できる構造である。
【００１８】
本実施の形態における中空円筒体の鋼管３は、梁５２と交差する水平方向に軸心を垂直にして複数個を連ねて配列されている。梁端の間に配置される中空円筒体の鋼管３は、梁の上下方向に当たる軸心の方向には剛であるが、中空円筒体に垂直な走行方向には弱い剛性を示すので、押しつぶされても弾性を発揮している。
【００１９】
このために、梁の伸長方向の移動に対しては相互に伸縮自由であるが、梁の上下方向の移動に対しては梁の端部同士が相互に一体になっていることから、片持梁の状態で発生する振動が抑制されることになる。
【００２０】
本実施の形態によって達成される振動の抑制状態を図２に示している。図示のように、これによると固有振動数に起因する共振によって発生する７〜１５Ｈｚの中振動数成分については、振動抑制の傾向が顕著でないが、列車進入による衝撃載荷による１５Ｈｚ以上の高振動数成分についてはほぼ完全に低減されており、改善効果の大きいことが明確に示されている。
【００２１】
本実施の形態では、弾性円筒体として通常の鋼管を採用しているが、その形態は鋼管に限定されるものでなく、梁の伸長方向の移動に対しては柔でありながら、梁の上下方向の移動に対しては剛である機能を発揮する形態であれば、各種の構造のものが採用可能である。
【００２２】
図３には、弾性円筒体に関して種々の実施形態を示している。図３（ａ）には、弾性円筒体を楕円状にして梁の伸長方向の移動に対する柔の特性をさらに強調できるように構成しており、この形態は、図３（ｂ）に示す菱形の場合も同様である。
【００２３】
これに対して、図３（ｃ）の例は、上述の弾性円筒体における円形等の径を小さいものにして、これを多層に重ねることによって、梁の伸長方向の移動に対しては柔であって、上下方向の移動に対しては剛である機能を発揮させている。
【００２４】
この実施の形態は、道路等に適用した場合に連結部を小さい間隔に刻んだ状態で構成していることから、車両のタイヤ等に比較して連結間隔を狭くすることが可能になり、この上を走行する車両に衝撃力を発生させない機能を付加している。
【００２５】
これによって、本発明による実施の形態では、梁端部に発生する振動はさらに低減されることになる。
【００２６】
図４は、本発明による高架橋の防振構造を示す他の実施形態の斜視図である。図示の部分断面で明らかなように、本実施の形態では、梁方向と交差する水平方向に所定の間隙を形成して並行に配置されて両端部を合体した弾性板体で接合部を構成している。
【００２７】
本実施の形態における接合部５は、相対する２枚の弾性鋼板６、６で構成されている。
【００２８】
弾性鋼板６は、梁５２の端部５４に貼設される平板部７とその両端に継続して一体に形成され相対する梁側に傾斜した湾曲部８、９とから構成されている。弾性鋼板６は、梁５２の方向と交差した水平の方向に平板部７を向けて固着されており、湾曲部８、９の端部１０は相互に湾曲方向に突き合わせて平板部７間に間隔を形成しながらボルト１１で一体に結合されている。
【００２９】
これによって、上記実施の形態と同様に、梁の伸長方向の移動に対しては梁側に傾斜した湾曲部８、９の変形によって相互に伸縮自由であるが、梁の上下方向の移動に対しては梁の端部同士が相互に一体になっていることから、片持梁の状態で発生する振動が抑制されることになる。
【００３０】
従って、本実施の形態においても列車進入によって発生する衝撃載荷による１５Ｈｚ以上の高振動数成分について完全に低減されることは、上記実施の形態のデータと同様である。
【００３１】
そして、本実施の形態における接合部５の施工は、以下の順序で行われている。
即ち、弾性鋼板６は、平板部７とその両端に継続する湾曲部８、９とをプレス加工等によって別途に製作して置き、梁端部には弾性鋼板を取り付けるためのアンカーボルトを予め埋め込んである。
【００３２】
従って、弾性鋼板6の取り付けは、最初にこの弾性鋼板６を相対する梁側に湾曲部８、９を傾斜させた状態にして、それぞれの端部５４に平板部７を梁方向と交差した水平の方向に向けて固着している。
【００３３】
次いで、湾曲部８、９の端部１０を湾曲方向に突き合わせながら、ボルト１１で合体させることによって、各単位高架橋を相互に一体に結合している。
【００３４】
以上の詳細な説明で明らかなように、本実施の形態における接合部の場合も、その構成は機構的に上記実施の形態と同様であることから、梁の伸長方向の移動に対しては相互に伸縮自由であるが、梁の上下方向の移動に対しては相互に一体になっているので、片持梁の振動が抑制されている。
【００３５】
尚、上記実施の形態では、単位高架橋を接合部で一体に結合する位置を、各単位高架橋の中間として説明してきたが、結合部分での上下方向の振動をさらに抑制するために、結合部の両側の梁を支持する補強支柱を設けることや、一方の単位高架橋を支持している支柱に近接した部分で接合部を構成することも可能である。
【００３６】
以上のように、本発明による高架橋の防振構造は、複数径間のラーメン構造から成る独立した単位高架橋を、所定の間隔を保ちながら隣接させて連続的に構成する高架橋において、隣接する梁同士を相互に接合して一体化しており、これによって、高架橋における振動数、特に、通過する列車荷重の急激な乗り移りによって単位高架橋の端部に発生している衝撃力を要因にして発生する１５Ｈｚ以上の高次振動数に対して大幅な低減効果を確立させている。
【００３７】
以上、本発明による高架橋の防振構造を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、隣接させて連続的に構成する高架橋において、隣接する単位高架橋の梁同士を相互に接合して一体化するという発明の趣旨に反しない範囲において、各種の変更が可能であることは当然である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明である高架橋の防振構造は、複数径間のラーメン構造から成る単位高架橋を、所定の間隔を保ちながら隣接させて連続的に構成する高架橋において、隣接する梁同士を相互に接合して一体化しているので、高架橋における振動数、特に高次における振動数の低減を大幅に向上させる効果を発揮している。
【００３９】
本発明である高架橋の防振構造は、上述した高架橋の防振構造において、接合部を梁方向と交差する水平方向に軸芯を垂直にして並行に配列される弾性円筒体で構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、簡素な構造部材を用いて簡潔に施工することによって廉価に製作と工期短縮によってコストの低減を図る効果を発揮している。
【００４０】
本発明である高架橋の防振構造は、上述した高架橋の防振構造において、接合部を梁方向と交差する水平方向に所定の間隙を形成して並行に配置され両端部を合体する弾性板体で構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、簡素な構造部材を用いることによって廉価に製作してコストの低減を図る効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【 図１】単位高架橋の端部間を接合する本発明による高架橋の防振構造を示す一実施の形態の斜視図
【 図２】図１の実施の形態における低減した振動数毎のパワースペクトル図
【 図３】図１の実施の形態における弾性円筒体の他の実施形態図
【 図４】単位高架橋の端部間を接合する本発明の防振構造を示す他の実施形態の側断面図断面図
【 図５】従来の高架橋を示す側断面図
【 図６】従来の高架橋における振動数毎のパワースペクトル図
【符号の説明】
１ 接合部、 ２ 溝型鋼、 ３ 円筒鋼管、 ５ 接合部、
６ 弾性鋼板、 ７ 平板部、 ８、９ 湾曲部、 １０ 端部、
１１ ボルト、
５０ 単位高架橋、 ５１ 支柱、 ５２ 梁、 ５３ スラブ、
５４ 単位高架橋の端部、 ５５ 隣接梁間の間隔、 ５６ レール、
５７ 隣接スラブ間の間隙、 ５８ 片持梁部、

Claims (1)

1. 複数径間のラーメン構造から成る単位高架橋を、所定の間隔を保ちながら隣接させて連続的に構成する高架橋であって、
   梁方向と交差する水平方向に軸芯を垂直にして並行に配列される筒体を接合部として隣接する梁同士を相互に接合することにより、梁端の間に配置される中空円筒体の鋼管は、梁の上下方向に当たる軸心の方向には剛であり、中空円筒体に垂直な走行方向には弱い剛性を示すことを特徴とする高架橋の防振構造。

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