JP4405981B2 - 変位調整機能付き弾性支承装置 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁その他の上部構造物の鉛直荷重を含む荷重を弾性的に支承するために使用される弾性支承装置に関し、特に、上部構造物を橋軸方向に変位調整可能で、固定形式ではなく半固定式に支承して、橋脚あるいは橋台などの下部構造物の曲げ力の負担を低減するようにした変位調整機能付き弾性支承装置に関するものである。

従来、上部構造物の鉛直荷重を弾性的に支承する弾性支承装置として、上部金属板と下部金属板のいずれか一方に他方に向かって突出して他方に係止される係止用突起を備えていると共に、前記上部金属板と下部金属板との間に、前記係止用突起の回りに環状の弾性層を備えている固定式弾性支承装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）

前記のような固定式弾性支承装置は、下部構造物における支点が固定式の支点で、上部構造物の鉛直荷重を弾性的に支承して、上部構造物の撓みによる支点側の微小回転を許容する構造の優れた支承装置である。

前記のような固定式弾性支承装置の場合には、橋軸方向あるいは橋軸直角方向は突起により、上部金属板と下部金属板とが横方向の一体化が図られた固定状態であるので、橋脚または橋台等の下部構造物の曲げ剛性が適度な剛性である場合、あるいは支持地盤の軟質地盤である場合には、地震時等に固定支承装置から下部構造物に作用する曲げモーメントは、適度に緩衝支承されながら、支持地盤に伝達させることができる。
特開２００６−０８９９３９ 特開２００６−０８９９４０

しかしながら、前記の固定式弾性支承装置の場合は、支持地盤の剛性が高くなると、地震時における水平力による下部構造物の曲げ負担、特に橋脚等の下部構造物の下部の曲げ負担が大きくなるという問題があり、地盤側の弾性が期待できる場所に使用が限定されたり、橋脚の弾性が期待できる場所に使用が限定されるようになる。
本発明は、固定式弾性支承装置側にさらに弾性層を設けることにより、支承装置を固定式ではなく半固定式として固定式弾性支承装置の横剛性を低減した変位調整機能付き弾性支承装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために第１発明の変位調整機能付き弾性支承装置においては、上部金属板と下部金属板のいずれか一方に他方に向かって突出して他方に係止される係止用突起を備えていると共に、前記上部金属板と下部金属板との間に第１弾性層を備えている固定式弾性支承装置における前記下部金属板の下面に第２弾性層が固着され、第２弾性層の下面にベースプレートが固着され、下部金属板のボルト挿通孔と、そのボルト挿通孔に挿通され下部金属板を下部構造物に取付けるためのアンカーボルト等のボルト軸部との間に、地震時における上部構造物と下部構造物の橋軸方向の相対的な変位により前記弾性層をせん断変形させるための橋軸方向の変位調整間隙が設けられ、ベースプレートのボルト挿通孔内面と前記ボルト軸部外面とは近接して配置されていることを特徴とする。
第２発明では、第１発明の変位調整機能付き弾性支承装置において、前記下部金属板とベースプレートに渡って下部構造物側に固定されるアンカーボルト等のボルトが挿通され、前記下部金属板のボルト挿通孔は、橋軸直角方向に比べ橋軸方向に長い変位調整間隙が設けられている長孔とされ、ベースプレートのボルト挿通孔内面と前記ボルト軸部外面とは近接して配置されていることを特徴とする。

本願によると、上部金属板と下部金属板のいずれか一方に他方に向かって突出して他方に係止される係止用突起を備えていると共に、前記上部金属板と下部金属板との間に第１弾性層を備えている固定式弾性支承装置における前記下部金属板の下面または前記上部金属板の上面のいずれか一方に、第２弾性層が固着されているので、第２弾性層の橋軸方向のせん断変形による緩衝支承作用を発揮でき、固定式弾性支承装置を多少変位させながら、下部構造物あるいは上部構造物に水平力を緩衝しながら低減して伝達することができる。そのため、硬質地盤あるいは固定構造物上に構築された橋脚等の下部構造物に本発明の変位調整付半固定式橋防止装置を設置して上部構造物を支承した場合は、下部構造物の下部に作用する曲げモーメントの負担を低減することができる。
また、第１発明によると、第２弾性層の下面にベースプレートが固着され、下部金属板のボルト挿通孔と、そのボルト挿通孔に挿通され下部金属板を下部構造物に取付けるためのアンカーボルト等のボルト軸部との間に、地震時における上部構造物と下部構造物の橋軸方向の相対的な変位により前記弾性層をせん断変形させるための橋軸方向の変位調整間隙が設けられ、ベースプレートのボルト挿通孔内面と前記ボルト軸部外面とは近接して配置されているので、前記第１発明の効果に加えて、上部と下部構造物が橋軸方向に相対的に変位するような場合に、ベースプレートをアンカーボルト等のボルト軸部と横方向に一体化して、確実に弾性層を橋軸方向に剪断変形させて緩衝することができる。
第２発明では、第１発明の変位調整機能付き弾性支承装置において、前記下部金属板とベースプレートに渡って下部構造物側に固定されるアンカーボルト等のボルトが挿通され、前記下部金属板のボルト挿通孔は、橋軸直角方向に比べ橋軸方向に長い変位調整間隙が設けられている長孔とされ、ベースプレートのボルト挿通孔内面と前記ボルト軸部外面とは近接して配置されているので、上部構造物と下部構造物が橋軸方向あるいは多少橋軸直角方向に相対的に変位するような場合に、ベースプレートをアンカーボルト等のボルト軸部と横方向に一体化して、確実に弾性層を橋軸方向あるいは、多少橋軸直角方向に剪断変形させて緩衝することができる。

次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１ないし図７は、本発明の一実施形態の変位調整機能付き弾性支承装置７が示されている。

本発明の変位調整機能付き弾性支承装置７の主要部は、鋼製の下部金属板１より上部の固定式の弾性支承装置９と、鋼製下部金属板１の下面に固定された第２弾性層５とを備えた変位調整機能を備えた弾性支承装置とを備えている。

前記の固定式の弾性支承装置９は、係止用突起としての中央部突起２５付の鋼製下部金属板１と、前記中央部突起２５に嵌合されて鋼製下部金属板１に載置される弾性支承体４と、前記中央部突起２５に嵌合されて前記弾性支承体４に載置される鋼製上部金属板３と、前記中央部突起２５の上端雄ねじ部にねじ込み固定されるアップリフト止め金具１２と、上部構造物２２（主桁２２）に固定されるソールプレート１０と、上部金属板３を構造物に固定するためのボルト２０等のより構成されている。
前記の中央部突起２５の上部には、雄ねじ部が設けられ、これにナットをねじ込んで、上部金属板３を係止し、その浮き上がりを防止するようにしている。

前記の固定式の弾性支承装置９は、上揚力と水平力の抵抗装置を組み込んだ固定式弾性支承装置とされ、一方の金属板（図示の形態では鋼製下部金属板１）の中央部に、間隔をおいて対向する他方の金属板（鋼製上部金属板３）の中心孔内に向かって突出する中央部突起２５を突設し、前記一方の金属板（鋼製下部金属板１）と他方の金属板（鋼製上部金属板３）との間に、第１弾性層２を有する弾性支承体４を介在させ、中央部突起２５に固定したナット等のアップリフト止め金具１２により、前記他方の金属板（鋼製上部金属板３）の中心孔２４の周縁部外面２８を押えるようにしている。

なお、前記の弾性支承体４は、鋼製上部環状支持部材２６と鋼製下部環状支持部材２７との間にゴムのような第１弾性層２を設けて構成されており、高荷重支承用の弾性支承体とされている。

前記の中央部突起２５により、下部金属板１と上部金属板３とは、横方向の相対的な移動が拘束された固定形式で、前記第１弾性層２により上下方向には上部構造物２２を弾性的に支承する弾性支承装置とされていると共に、前記アップリフト止め金具１２を収納配置している他方の金属板（鋼製上部金属板３）の環状凹部１８の上端部外側に、上部金属板３に一体に形成された環状凸部１９は、他方の構造物に固定されるソールプレート１０の中央部透孔または凹部２１にせん断キーとして嵌合させて、鋼製上部金属板３とソールプレート１０との相対的な横方向の移動を拘束して、横方向の一体化を図るようにしている。
したがって、鋼製上部金属板３とソールプレート１０との相対的な水平方向の変位を許容しない抵抗可能な構造であり、また、前記アップリフト止め金具１２により上揚力に抵抗可能な構造であり、上揚力と水平力の両方に抵抗可能な上揚力と水平力の抵抗装置を組み込んだ、固定形式の弾性支承装置９を備えている。
また、前記の固定式の弾性支承装置９の下面、すなわち、鋼製下部金属板１の下面には、第２弾性層５が一体に固着され、また、前記第２弾性層５の下面には、ベースプレート６が一体に固着されている。

前記鋼製下部金属板１と第２弾性層５あるいは、鋼製のベースプレート６と第２弾性層５とは、焼き付けまたは接着剤あるいは一体成型により、一体に固着されている。

前記他方の金属板（鋼製上部金属板３）の環状凸部１９と他方の構造物に固定されるソールプレート１０の透孔または凹部１８とを嵌合させて、横方向の移動を拘束して一体化を図るようにしている。

また、鋼製下部金属板１の四隅部に開設されたアンカーボルト挿通孔の長孔１３は、橋軸方向に長い長孔１３とされ、また、鋼製下部金属板１の上面側における前記長孔の周囲は、橋軸方向に延長するように、平面矩形状の支承凸部１１が形成され、前記支承凸部１１には、アンカーボルト挿通用長孔を有する四フッ化エチレン板からなるすべり支承部材１４と鋼製スライド座金１５がアンカー部材１の上端部が装着されると共に、前記支承凸部１１に順次載置されている。
また、第２弾性層５にも前記長孔１３と同様な長孔が設けられ、前記ベースプレート６には、アンカーボルト等のボルト軸部に近接する円形孔２４が設けられている。

前記のように、アンカーボルト８等のアンカー部材８に装着され、かつ鋼製下部金属板１上に順次配置される滑り支承部材１４およびスライド座金１５が、前記アンカー部材１の上端部にねじ込まれたナット１６により下部金属板１から離脱しないようにされ、かつ、鋼製下部金属板１が、下部構造物２３に埋め込み固定されたアンカー部材１により、下部構造物２３に着脱可能に固定されている。前記の滑り支承部材１４およびスライド座金１５の平面形状は、前記支承凸部１１よりも橋軸方向に長い形状とされ、前記スライド座金１５の両側部には、支承凸部１１の橋軸直角方向の両側面に係合する側板部を備えている。

下部金属板１における長孔１３とアンカー部材１との橋軸方向には、間隙Ｇが設けられている。前記の間隙Ｇは、温度変化時に上部構造物２２の伸縮を許容し、また、前記の第２弾性層５により地震動時において橋軸方向の水平力が作用した場合、上部構造物２２あるいは下部構造物２３間に水平力を伝達する場合に、前記第２弾性層５のせん断変形により緩衝支承するようにされている。そして、前記間隙Ｇは、主に、地震時における上部構造物２２と下部構造物２３の橋軸方向の相対的な変位により前記第２弾性層をせん断変形させるための橋軸方向の変位調整間隙として機能している。

なお、図示を省略するが、鋼製下部金属板１に開設された長孔１３に、上面側から挿通されると共に、アンカー部材８の上端部に溶接により固定された雌ねじ筒にボルトを螺合することで、鋼製下部金属板１を下部構造物２３に固定するようにしてもよい。

前記のような変位調整機能付き弾性支承装置７の下部側においては、前記ナット１６を取り外すことにより下部金属板１および第２弾性層５およびベースプレート６を下部構造物２３から分離させ、また、変位調整機能付き弾性支承装置７の上部側も、上部構造物２２としての鋼桁における下フランジあるいは底板２９に挿通される共に上部金属板３にねじ込まれているボルト２０を取り外すことにより、上部構造物２２のソールプレート１０から分離させて、変位調整機能付き弾性支承装置７の交換が可能にされている。
なお、このような変位調整機能付き弾性支承装置７は、これを反転配置して上部構造物２２（主桁）と下部構造物２３との間に配置しても使用でき、第２弾性層５は、図示のように、下部金属板１の下面に固着する形態でも、上部金属板３の上面に固着する形態でもよい。

なお、前記の滑り支承部材１４により、鋼製スライド座金１５と下部金属板１における支承突部１１とが直接接触して、摩擦力が大きくなるのを防止し、ナット１６により鋼製スライド座金１５を介して、下部金属板板１を下部構造物２３に固定するように、強固に緊締して状態で、上部金属板３と下部金属板３の相対的な横方向の変位を可能にしている。

次に、前記本発明の変位調整機能付き弾性支承装置７の作用について説明する。

前記のように構成された変位調整機能付き弾性支承装置７では、温度変化により上部構造物２２が橋軸方向に伸縮するような場合には、あるいは地震時に上部構造物２２と下部構造物２３とが橋軸方向に水平変位するような場合に、下部金属板１とベースプレート６とを橋軸方向に変位させ、また前記の間隙Ｇにより、アンカーボルト８と下部金属板１の干渉を防止して第２弾性層５のせん断変形を許容し、前記第２弾性層５の橋軸方向へのせん断変形により、上部構造物２２と下部構造物２３との間の水平力の伝達を弾性的に伝達し、下部構造物２３に作用する曲げ力を低減している。
したがって、下部構造物２３および変位調整機能付き弾性支承装置７に、地震時に無理な水平力が作用する恐れを排除することができる。

なお、さらに大きな水平力が作用するような地震動においては、図６に示す状態、すなわち、弾性層５がせん断変形した状態で、かつ下部金属板１とアンカーボルト８とが接触した状態では、上部構造物２２と下部構造物２３間は、アンカーボルト８と下部金属板１と上部金属板３のすべて鋼材により接触した状態であるので、全体が一体となって、上部構造物２２を支承するようになる。

なお、本発明を実施形態する場合、下部構造物２３および上部構造物２２は鋼製あるいはコンクリート製のいずれの構造物でもよく、鋼製の構造物の場合にはボルトにより、コンクリート製構造物の場合には、アンカーボルト８により、下部金属板１あるいは上部金属板３を、それぞれの構造物に取り付けるようにすればよい。

なお、本発明を実施する場合、ソールプレート１０と上部金属板３の横方向の一体化させる形態としては、他の適宜の形態でもよく、例えば、環状突部１９を省略して、環状体を、ソールプレート１０と上部金属板３の両方に嵌設するようにしてもよい。

また、本発明を実施する場合、上部金属板３と下部金属板１の上下方向の一体化させる形態としては、前記ナットに変えて、中央部突起２５に雌ネジ孔を設けて、中央部突起２５よりも外側に張り出す座金に挿通されるボルトを前記雌ねじ孔にねじ込んで、前記座金を固定するか、フランジ付ボルトを前記雌ネジ孔に固定して、上部金属板３の凹部内の上面を押さえ込むようにして、上揚力に対抗する構造としてもよい

本発明の一実施形態の変位調整機能付き弾性支承装置を据付けた状態を示し、橋軸方向から見た一部縦断正面図である。 図１に示す変位調整機能付き弾性支承装置の横断平面図で、上部金属板付近から下側を見た横断平面図である。 図１に示す変位調整機能付き弾性支承装置における下部金属板のボルト挿通孔付近を切断して示す一部縦断正面図である。 図２に示す変位調整機能付き弾性支承装置における下部金属板のボルト挿通孔付近を切断して示す一部縦断側面図である。 図２に示す変位調整機能付き弾性支承装置におけるアンカーボルト等のボルトに装着されているナット等を取り除いた状態を示す一部切欠横断平面図である。 地震動において弾性層がせん断変形して緩衝支承している状態を示す一部縦断側面図である。 本発明の変位調整機能付き弾性支承装置を橋脚等の下部構造物に設置した状態を示す側面図である。

符号の説明

１ 下部金属板
２ 第１弾性層
３ 上部金属板
４ 弾性支承体
５ 第２弾性層
６ ベースプレート
７ 変位調整機能付き弾性支承装置
８ アンカーボルト
９ 固定式弾性支承装置
１０ ソールプレート
１１ 支承突部
１２ アップリフト止め金具
１３ 長孔
１４ 滑り支承部材
１５ スライド座金
１６ ナット
１８ 環状凹部
１９ 環状突部
２０ ボルト
２１ 中央部透孔または凹部
２２ 上部構造物
２３ 下部構造物
２４ 円形孔
２５ 中央部突起
２６ 上部環状支持部材
２７ 下部環状支持部材
２８ 周縁部突起
２９ フランジまたは底板

Claims (2)

1. 上部金属板と下部金属板のいずれか一方に他方に向かって突出して他方に係止される係止用突起を備えていると共に、前記上部金属板と下部金属板との間に第１弾性層を備えている固定式弾性支承装置における前記下部金属板の下面に第２弾性層が固着され、第２弾性層の下面にベースプレートが固着され、下部金属板のボルト挿通孔と、そのボルト挿通孔に挿通され下部金属板を下部構造物に取付けるためのアンカーボルト等のボルト軸部との間に、地震時における上部構造物と下部構造物の橋軸方向の相対的な変位により前記弾性層をせん断変形させるための橋軸方向の変位調整間隙が設けられ、ベースプレートのボルト挿通孔内面と前記ボルト軸部外面とは近接して配置されていることを特徴とする変位調整機能付き弾性支承装置。
2. 前記下部金属板とベースプレートに渡って下部構造物側に固定されるアンカーボルト等のボルトが挿通され、前記下部金属板のボルト挿通孔は、橋軸直角方向に比べ橋軸方向に長い変位調整間隙が設けられている長孔とされ、ベースプレートのボルト挿通孔内面と前記ボルト軸部外面とは近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の変位調整機能付き弾性支承装置。

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