JP4631280B2 - 制震橋脚 - Google Patents

Description

本発明は、橋脚自体に制震効果を持つ制震橋脚に関するものである。

橋梁構造の免震工法は、主として、支承構造に免震効果を持たせたものである。これに対して、本発明による橋脚は、免震支承に代表されるデバイスによる免震工法ではなく、地震時に大きな損傷を受けやすい橋脚そのものの構造に制震効果を取り込んだ新しい橋脚構造である。

このような橋脚自身に制震効果を持たせた先行技術文献としては、例えば特許文献１、特許文献２がある。特許文献１の発明は、橋梁の制震構造であり、橋桁をトラス組橋脚で支持し、このトラス組橋脚に橋梁振動時のトラス変形を抑制するダンパを組み込み、このトラス組橋脚の近傍の橋桁を可動支承を有する細橋脚で垂直荷重のみ支持するものである。特許文献２の発明は、耐震橋梁であり、断面保持のための複数のダイヤフラムによって仕切られた橋脚内部に、相対変形に抗するオイルダンパまたは粘性ダンパを斜めに配置したものである。

また、本発明に関連する先行技術文献として、例えば特許文献３、特許文献４がある。特許文献３の発明は、ラーメン橋梁の耐震補強構造であり、基礎部から立ち上がる両側の橋脚と上部工の桁によって囲まれる構面内に、補剛材と、エネルギー吸収装置としての鋼製弾塑性ダンパ（ハニカムダンパ）を設置したものである。特許文献４の発明は、建物に接合されるメガストラクチャー架構の制震構造であり、メガ柱とメガ梁とメガブレースからなるメガストラクチャー架構にブレースを介してダンパーユニットを組み込んだものである。
特開平５−１４０９１１号公報 特開平９−２９６４１３号公報 特開平１０−２９８９１６号公報 特許第３２６０４７３号公報

従来の橋脚自身に制震効果を持たせた特許文献１、２の発明の場合、特別な構造のトラス組橋脚やダイヤフラム内蔵の橋脚を構築する必要があり、また可動支承を有する細橋脚が別途必要になり、あるいは別途免震工法を採用して固有周期の長周期化を図る必要がある。

本発明は、地震時に大きな損傷を受けやすい橋脚そのものの構造に制震効果を取り込んだ新しい橋脚構造であり、組柱構造や組壁構造の橋脚に制震装置を工夫を凝らして組み込むことにより、比較的簡易な橋脚構造で確実に地震力の低減を図ることができる制震橋脚を提供することを目的としている。

本発明の請求項１は、単一の橋脚を、複数の柱または壁を、腹材としてのトラス材で連結して弦材としての柱間または壁間の中央にトラス格点があるトラスを構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のトラス材を柱間または壁間の中央で上下方向に連続する複数のトラス格点位置で左右に分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で左右のトラス材を連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚である。

この請求項１は、例えばダブルワーレントラスのように、弦材としての柱間または壁間の中央にトラス格点があるトラスにおいて、前記中央位置のトラス格点に制震装置を組み込む場合に適用される。制震装置の上下方向に相対変位する部材のそれぞれに左右の腹材としてのトラス材を取り付ける。

本発明の請求項２は、単一の橋脚を、複数の柱または壁を弦材として、腹材としてのトラス材で連結してトラスを構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のトラスを柱または壁に沿って上下方向に連続する複数のトラス格点位置でトラス材と柱または壁とに分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で斜材と柱または壁とを連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚である。

この請求項２は、例えばシングルワーレントラスやダブルワーレントラスにおいて、弦材としての柱または壁のトラス格点に制震装置を組み込む場合に適用される。制震装置の上下方向に相対変位する部材のそれぞれを腹材としてのトラス材と柱または壁に取り付ける。

本発明の請求項３は、単一の橋脚を、複数の柱または壁を上下方向に点在配置したまたは上下方向に連続するパネルで連結して構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のパネルを柱間または壁間で左右に分離し、分離した左右のパネル間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように複数配置し、この制震装置で左右のパネルを連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚である。

この請求項３は、トラスの代わりにコンクリート製や鋼製等のパネルを用いる場合であり、対向する一対の柱や壁にそれぞれパネルを対向する柱や壁に向って一体的に突設し、この一対のパネルを柱間または壁間の中央で制震装置により連結する。上下方向については、複数個のパネルを点在配置してもよいし、上下方向に連続したパネルでもよい。

本発明の請求項４は、単一の橋脚を、複数の柱または壁を上下方向に点在配置したまたは上下方向に連続するパネルで連結して構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のパネルを柱または壁から分離し、分離したパネルと柱または壁との間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように複数配置し、この制震装置でパネルと柱または壁とを連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚である。

この請求項４も、トラスの代わりにコンクリート製や鋼製等のパネルを用いる場合であり、柱間または壁間のパネルの両側あるいはいずれか一方を柱または壁から分離し、柱または壁と分離したパネルとを制震装置で連結する。この場合も、上下方向については、複数個のパネルを点在配置してもよいし、上下方向に連続したパネルでもよい。

本発明の請求項５は、請求項１から４までのいずれか一つに記載の制震橋脚において、制震装置は、鋼製弾塑性ダンパ（軟鋼製のハニカムダンパ等) 、オイルダンパ、粘弾性ダンパ、摩擦ダンパ、鉛ダンパ、または積層ゴム（通常型、鉛入り、高減衰など）であることを特徴とする制震橋脚である。

本発明は、パッシブ制震であり、部材の相対変位で減衰即ちエネルギー吸収を行うパッシブ制震装置を用いることができる。また、この制震装置は、必要に応じて橋軸方向のトラスやパネル等にのみ、橋軸直角方向のトラスやパネル等にのみ、橋軸と橋軸直角の両方向のトラスやパネル等に配置することができる。また、上下方向に関しては、全てのトラス格点等に配置してもよいし、必要な部分のトラス格点等に配置してもよい。

以上のような本発明によれば、トラスやパネル等を用いた組柱構造や組壁構造の橋脚を左右に分離すると共に、分離した部分に相対変位即ちエネルギー吸収が上下方向の制震装置を組み込んでいるため、地震時の組柱または組壁の水平方向のずれが分離部分で上下方向のずれに変換され、この部分に配置された制震装置の上下方向の相対変位により地震エネルギーが吸収され、地震力が低減される。また、組柱構造または組壁構造は、もともと柔構造で長周期化が図れるため、これによる地震力の低減も期待できる。

本発明の制震橋脚は、以上のように構成されているので、次のような効果を有する。

(1) トラスやパネル等を用いた組柱構造や組壁構造の橋脚を左右に分離すると共に、分離した部分に相対変位即ちエネルギー吸収が上下方向の制震装置を組み込んでいるため、橋脚自体で確実に地震力の低減を図ることができる。

(2) 従来のような特別な橋脚を構築することなく、組柱または組壁に制震装置を組み込むだけでよいため、地震力の確実な低減を図ることができる橋脚構造を簡易に低コストで得ることができる。

(3) 組柱または組壁は柔構造で長周期化が図れるため、従来の免震工法を不要とすることも可能となる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の組柱構造の制震橋脚の一実施形態とその地震時の変形状況を示す正面図である。図２はその具体例を示す斜視図である。図３は本発明の組柱構造の制震橋脚の他の実施形態を示す正面図である。図４は本発明の組壁構造の制震橋脚の一実施形態を示す平面図である。図５は組柱構造の種々の形態を示す平面図である。

図１の実施形態において、本発明の制震橋脚１は、数本の柱２からなる組柱構造を基本とする。この組柱構造を一体化するためには、隣合う一対の柱同士をトラスで連結する必要があり、例えばダブルワーレントラス３を用いる。この場合、隣合う一対の柱間に正面視Ｘ字状のトラス材４を配設することで、一対の柱２を弦材としトラス材４を腹材とするダブルワーレントラス３が形成される。

このダブルワーレントラス３は、腹材同士のトラス格点ａが柱２，２間の中央で上下方向に連続して点在配置され、この上下方向に連続するトラス格点位置でトラス３を左右に分離し、各トラス格点ａに相対変位により減衰即ちエネルギー吸収を行う制震装置５をその相対変位が上下方向となるように組み込み、この制震装置５で左右のトラス３Ａ、３Ｂを連結して一体化する。なお、弦材と腹材のトラス格点は例えば柱２内にあり、コンクリート製、鋼製、鋼コンクリート複合構造等の柱２にトラス材４の端部が埋設あるいは接合される。

図１(b) に示すように、上述のように分離したトラス構造により、地震時の組柱橋脚の水平方向の変位がトラス格点ａの位置で上下方向の変位となり、その部分に相対変位が上下方向の制震装置５を配置することで、制震装置５がそのエネルギー吸収能による制震効果を発揮し、地震力が低減される。また、組柱構造はもともと柔構造であり、長周期化を図れるため、そのことによる地震力の低減も期待できる。

なお、この図１の実施形態は、ダブルワーレントラス３を用いる場合について例示したが、これに限らず、弦材間の中央に腹材のトラス格点があるその他のトラスを用いることができる。

制震装置５としては、せん断変形で制震効果を発揮する軟鋼からなるハニカムダンパのようなものが望ましいが、相対変位で制震効果をもたらすものであれば、どのようなデバイスでも使用可能である。例えば、調圧弁等を備えたシリンダ型のオイルダンパ、粘弾性体による粘性抵抗力を利用する粘弾性ダンパ、摩擦力を利用する摩擦ダンパ、鉛ダンパ、通常型・鉛入り・高減衰の積層ゴムなどのパッシブ制震装置がある。

このような制震装置５は、全てのトラス格点ａに配置してもよいし、上部等の必要な部分のトラス格点ａのみに配置してもよい。また、橋軸方向または橋軸直角方向のトラスに組み込むが、橋軸と橋軸直角の両方向に組み合わせることにより、両方向の地震に対して制震効果を発揮できる構造となる。

図２の具体的な実施形態においては、４本の柱２による組柱構造で橋軸方向と橋軸直角方向のトラス構造に制震装置５を配置し、この制震装置にハニカムダンパを用いている。ハニカムダンパは、ハニカム状に加工した軟鋼プレート６の両側に取付板７を設け、この取付板７にトラス材４の端部を取り付ける。これにより、上下方向に相対変位即ちせん断変形することになる。

図３の実施形態は、シングルワーレントラス８を用いた場合であり、この場合、トラス格点ｂは柱２に沿って上下方向に点在配置されているため、この上下方向に連続するトラス格点位置でトラス８と柱２とに分離し、柱２の各トラス格点ｂに制震装置５をその相対変位が上下方向となるように組み込み、この制震装置５で左右一対の柱２とトラス８を連結して一体化する。その他の構成は、図１の実施形態と同様である。その作用効果も、制震がトラスの両側で行われる点が異なるだけで、図１の実施形態と同様である。

なお、図３の実施形態は、シングルワーレントラス８を用いる場合を例示したが、弦材と腹材のトラス格点に制震装置を配置するため、ダブルワーレントラス３やその他のあらゆるトラスを用いることができる。

図４の実施形態は、平行に配置した複数の壁９を複数のトラスで連結してなる組壁構造の制震橋脚である。図示例では、２つの壁９を橋軸直角方向と平行に配置し、橋軸方向と平行な４つのダブルワーレントラス３で連結している。シングルワーレントラス８等を用いることもできる。壁等の数や方向等は図示例に限定されない。その他の構成および作用効果は、図１、図３の実施形態と同様である。

図５の実施形態は、組柱構造の水平断面の形状を変えたものであり、図５(a) では、３本の柱２により三角断面組柱とし、柱・トラス・制震装置の数の低減を図っている。図５(b) では、６本の柱２により長方形断面組柱とし、橋桁の幅員が大きい場合に適用される。組壁構造においても、同様に種々の断面のものが考えられる。

さらに、以上のようなトラス部材を用いない組柱構造、組壁構造とすることもできる。図６は、トラス部材の代わりにコンクリートパネルを用いた場合であり、対向する一対の柱２，２の対向面にそれぞれ相手側の柱２に向って突出する側面視台形のコンクリートパネル１０を一体的に設け、この一対のコンクリートパネル１０、１０を柱間の中央で制震装置５により連結して一体化する。

コンクリートパネル１０は、制震装置５に向って幅が狭まる側面視台形であり、これをトラス部材と同様に上下方向に点在配置する。これに限らず、側面視が四角形等のコンクリートパネルでもよいし、上下方向に連続する縦長のコンクリートパネルでもよい。また、コンクリート製に限らず、鋼製等のパネルでもよい。制震装置５は、トラスの場合と同様の構造であり、またトラスの場合と同様に、上下方向の全てのパネル連結点に配置してもよいし、上部等の必要な部分のみに配置してもよい。

また、トラスの場合と同様に、コンクリートパネル１０を一対の柱２あるいは一方の柱２から分離し、コンクリートパネル１０と柱２とを制震装置５により連結することもできる。なお、以上は組柱構造の橋脚にコンクリートパネルを用いた場合であるが、組壁構造の橋脚にも同様に適用することができる。

なお、本発明は以上のような図示例に限定されないことは言うまでもない。

本発明の組柱構造の制震橋脚の一実施形態であり、(a) は正面図、(b) は地震時の変形状況を示す概略正面図である。 図１の具体例を示す斜視図である。 本発明の組柱構造の制震橋脚の他の実施形態を示す正面図である。 本発明の組壁構造の制震橋脚の一実施形態を示す平面図である。 本発明の組柱構造の種々の形態を示す平面図である。 本発明のトラスの代わりにパネルを用いた組柱構造の一実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１……制震橋脚
２……柱
３……ダブルワーレントラス
４……トラス材
５……制震装置
６……軟鋼プレート
７……取付板
８……シングルワーレントラス
９……壁
１０……コンクリートパネル

Claims (5)

1. 単一の橋脚を、複数の柱または壁を、腹材としてのトラス材で連結して弦材としての柱間または壁間の中央にトラス格点があるトラスを構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のトラス材を柱間または壁間の中央で上下方向に連続する複数のトラス格点位置で左右に分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で左右のトラス材を連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚。
2. 単一の橋脚を、複数の柱または壁を弦材として、腹材としてのトラス材で連結してトラスを構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のトラスを柱または壁に沿って上下方向に連続する複数のトラス格点位置でトラス材と柱または壁とに分離し、前記トラス格点に相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように配置し、この制震装置で斜材と柱または壁とを連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚。
3. 単一の橋脚を、複数の柱または壁を上下方向に点在配置したまたは上下方向に連続するパネルで連結して構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のパネルを柱間または壁間で左右に分離し、分離した左右のパネル間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように複数配置し、この制震装置で左右のパネルを連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚。
4. 単一の橋脚を、複数の柱または壁を上下方向に点在配置したまたは上下方向に連続するパネルで連結して構成することで長周期化してなる組柱構造または組壁構造の橋脚であり、前記単一の橋脚を構成する前記柱間または壁間のパネルを柱または壁から分離し、分離したパネルと柱または壁との間に、相対変位でエネルギー吸収を行う制震装置をその相対変位が上下方向となるように複数配置し、この制震装置でパネルと柱または壁とを連結することで、橋脚自体に制震機能を持たせたことを特徴とする制震橋脚。
5. 請求項１から４までのいずれか一つに記載の制震橋脚において、制震装置は、鋼製弾塑性ダンパ、オイルダンパ、粘弾性ダンパ、摩擦ダンパ、鉛ダンパ、または積層ゴムであることを特徴とする制震橋脚。