JP4960731B2 - 高架橋の耐震補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として鉄道用に係る高架橋の耐震補強構造に関する。

鉄道用高架橋の下部構造は、通常、鉄筋コンクリートのラーメン架構として構築されることが多いが、その設計施工の際には、地震時における高架橋の耐震性が十分検討されなければならない。特に、橋軸直交方向については、列車の脱線を未然に防止できるよう、同方向の剛性を十分に高めておく必要がある。

かかる状況下、本出願人は鉄筋コンクリートのラーメン架構内にダンパーブレースを配設した高架橋の下部構造を研究開発し、耐震性の向上を図ってきた。

ここで、既設の高架橋にダンパーブレースを配置する場合には、地上に構築される部分のみならず、地下部分についても耐震性を向上させる必要があるところ、基礎梁の再施工には多額の費用と時間を要する。

そのため、本出願人は、ラーメン架構を支持する既設の杭から離間した位置にあらたな杭を増し杭として設けるとともに、該増し杭の杭頭と梁の両端近傍又は柱の頭部近傍とをブレースを介して相互に連結する耐震補強構造を開発した。

特開２００１−０２０２２８号公報 特開２００４−２７０１６８号公報

上述した耐震補強構造によれば、鉛直荷重は従前通り、既設の杭で支持する一方、地震時水平力については、その一部をブレースを介して増し杭に伝達させることが可能となり、かくして高架橋の下部構造を地上部分のみならず地下部分についても耐震補強することが可能となる。

しかしながら、かかる耐震補強構造であっても、増設される杭を大断面杭としなければならないため、経済性の観点では未だ開発の余地があった。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、下部構造の地上部分のみならず地下部分も合わせて耐震補強可能な高架橋の耐震補強構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る高架橋の耐震補強構造は請求項１に記載したように、高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁と該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された直交基礎梁とを矩形状又は梯子状に緊結するとともに、前記直交基礎梁の両端近傍に互いに対向するように立設された一対の柱と該柱の頭部に架け渡された梁とでラーメン架構を構成し、該ラーメン架構の構面にブレースを配置するとともに、前記各基礎梁の側方にて鋼矢板をそれぞれ地盤に埋設して該鋼矢板の頭部を前記各基礎梁にそれぞれ接合したものである。

また、本発明に係る高架橋の耐震補強構造は、前記基礎梁の側方のうち、前記ブレースを配置したラーメン架構直下に位置する直交基礎梁との接合箇所近傍を鋼矢板設置領域とするとともに、前記ブレースが非設置のラーメン架構直下に位置する直交基礎梁との接合箇所近傍を鋼矢板非設置領域とし、前記鋼矢板設置領域にのみ前記鋼矢板を設置したものである。

また、本発明に係る高架橋の耐震補強構造は、前記直交基礎梁の側方にて前記鋼矢板を地盤に埋設するとともに該鋼矢板の頭部を前記直交基礎梁に接合したものである。

また、本発明に係る高架橋の耐震補強構造は、前記基礎梁及び前記直交基礎梁で囲まれた矩形状平面空間に鉄筋コンクリート床板を構築して該鉄筋コンクリート床板を前記基礎梁及び前記直交基礎梁に緊結したものである。

また、本発明に係る高架橋の耐震補強構造は、前記ブレースをダンパーブレースとしたものである。

本発明は、地上部分であるラーメン架構と該ラーメン架構を支持する地下部分の基礎構造とで形成してなる高架橋の下部構造を耐震補強の対象としたものであり、基礎構造は、高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁と該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された直交基礎梁とを矩形状又は梯子状に緊結して構成してある。

そして、本発明においては、シートパイルとも呼ばれる鋼矢板を一対の基礎梁の側方にてそれぞれ地盤に埋設するとともに、埋設された鋼矢板の頭部を各基礎梁にそれぞれ接合してある。

このようにすると、地震時に発生するラーメン架構全体のロッキング振動に起因した引抜き力や圧縮力がラーメン架構の柱を介して基礎構造に作用するが、これらの引抜き力又は圧縮力は、既存の杭で支持されるほか、頭部が基礎梁に接合された鋼矢板で支持されることとなる。換言すれば、ラーメン架構の柱から伝達されてきた引抜き力や圧縮力は、杭と周辺地盤との周面摩擦力で支持されるほか、鋼矢板と周辺地盤との摩擦力で支持されることとなる。

したがって、ラーメン架構に配置したブレースによる耐震補強作用と相俟って、高架橋の下部構造全体の耐震補強作用を大幅に高めることが可能となる。

ラーメン架構は、直交基礎梁の両端近傍に互いに対向するように立設された一対の柱と該柱の頭部に架け渡された梁とで構成されていて、その構面は高架橋の橋軸方向と直交しており、該構面にブレースを配置した場合、橋軸直交方向に沿った高架橋下部構造の水平剛性が向上する。

ブレースは、すべてのラーメン架構に配置する必要はなく、要求される耐震性の程度その他の理由により、選択的に配置することができる。例えば一つ飛ばしでブレースを配置することが考えられる。なお、本明細書では、狭義のブレースに加えて、ダンパー機構を組み込んだダンパーブレースも包摂する概念として、ブレースなる用語を広義に用いるものとする。

鋼矢板は、高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁の側方にそれぞれ埋設してあるとともに、それらの頭部を各基礎梁にそれぞれ接合してある。鋼矢板と基礎梁との接合構造は、ラーメン架構の柱から伝達される引抜き力や圧縮力が鋼矢板に伝達される限り、任意の構造を採用することが可能であり、剛接合でもよいし、ピン接合でもかまわない。

鋼矢板は上述したように、地震時に発生するラーメン架構全体のロッキング振動に起因した引抜き力や圧縮力を支持するものであるが、一方の柱に引抜き力が生じているときには他方の柱に圧縮力が生じるので、鋼矢板は、一対の基礎梁のうち、一方の基礎梁と他方の基礎梁のそれぞれの側方に設置する。

但し、基礎梁の側方のうち、両側方に設置するのか、それとも高架橋中心に近い側又は遠い側の一方だけに設置するのかは任意であり、例えば高架橋中心から遠い側にそれぞれ配置する場合には、鋼矢板の離間距離が最も大きい２列配置となる。それに対し、各基礎梁の両側方にそれぞれ配置する場合には、鋼矢板は、橋軸方向に沿って各基礎梁の両側方で２列、計４列に配置されることとなる。

ここで、上述した引抜き力や圧縮力を支持できる限り、橋軸方向に沿った鋼矢板の設置長さや設置位置をどのようにするかは任意であって、例えば基礎梁の全長にわたって鋼矢板を設置することが考えられるが、前記基礎梁の側方のうち、前記ブレースを配置したラーメン架構直下に位置する直交基礎梁との接合箇所近傍を鋼矢板設置領域とするとともに、前記ブレースが非設置のラーメン架構直下に位置する直交基礎梁との接合箇所近傍を鋼矢板非設置領域とし、前記鋼矢板設置領域にのみ前記鋼矢板を設置したならば、高架橋下部構造の耐震性を向上させる箇所が地上部分と地下部分で一致することとなり、経済性に優れた効率的な耐震補強工事が可能となる。

また、鋼矢板の設置範囲は基礎梁の側方だけに限定されるものではない。すなわち、直交基礎梁の側方にて鋼矢板を地盤に埋設して該鋼矢板の頭部を直交基礎梁に接合したならば、上述した引抜き力や圧縮力に対する耐震性を向上させることができるのみならず、鉛直軸線廻りのねじり剛性を高くすることができる。

そのため、周辺環境や空頭高さその他様々な施工上の理由によって、ラーメン架構へのブレース設置や基礎梁側方への鋼矢板設置をバランスよく行うことが困難な場合であっても、剛心回りのねじり剛性を向上させ、偏心配置による構造物のねじれを抑えることが可能となる。

一方、基礎梁及び直交基礎梁で囲まれた矩形状平面空間に鉄筋コンクリート床板を構築して該鉄筋コンクリート床板を基礎梁及び直交基礎梁に緊結したならば、鉄筋コンクリート床板を介して基礎梁及び直交基礎梁が一体化される。

そのため、高架橋下部構造の耐震性を向上させる箇所を地上部分と地下部分で一致させる必要性が少なくなり、ブレースの配置箇所と鋼矢板の配置箇所とを、施工手順や使用重機あるいは干渉物といったそれぞれの事情に応じて個別に決定することが可能となる。

以下、本発明に係る高架橋の耐震補強構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１及び図２は、本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造を示した図である。これらの図でわかるように本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１は、地上部分であるラーメン架構４と該ラーメン架構を支持する地下部分の基礎構造５とで形成してなる高架橋の下部構造３を耐震補強の対象としたものである。

基礎構造５は図２でよくわかるように、高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁６，６と、該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された直交基礎梁７とを梯子状に緊結して構成してなる。かかる基礎構造５は、橋軸方向に沿って連続的に構築され、地上部分であるラーメン架構４を介して高架橋の上部構造２を支持する。

ラーメン架構４は、直交基礎梁７の両端近傍に互いに対向するように立設された一対の柱８，８と、該柱の頭部に架け渡された梁９とで構成してあり、各直交基礎梁７ごとに設けてあるが、梯子状をなす基礎構造５の端部に位置する直交基礎梁７上の２つのラーメン架構４にはダンパーブレース１２を配置してある。

ダンパーブレース１２は、履歴減衰ダンパー１０とブレース本体１１，１１とからなり、２本のブレース本体１１，１１を逆Ｖ字状に構面内に配置してその下端を柱８，８の脚部にそれぞれ接合するとともに、梁９の中央下面に取り付けられた履歴減衰ダンパー１０に上端を接合して構成してある。

ここで、本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１は、シートパイルとも呼ばれる鋼矢板１３，１３を各基礎梁６の両側方にてそれぞれ地盤１４に埋設することで、橋軸方向に沿って各基礎梁６の両側方で２列、計４列に配置してあるとともに、埋設された鋼矢板１３，１３の頭部を各基礎梁６にそれぞれ剛接してある。

本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１を構築するには、まず鋼矢板１３を地盤１４に埋設する。鋼矢板１３は、バイブロハンマーによって地盤１４に揺動圧入するようにしてもよいし、油圧ハンマーによって地盤１４に打ち込むようにしてもよい。いずれにしろ、鋼矢板１３の施工については、従来行われている公知の方法に従って行えばよい。

ここで、鋼矢板１３の施工位置は、基礎梁６との接合作業が可能となるように、必要であれば、基礎梁６から一定距離だけ離間させる。以下、本実施形態では、鋼矢板１３を基礎梁６から一定距離だけ離間させて埋設し、その離間空間を鋼矢板１３の頭部と基礎梁６との接合空間とする場合について説明する。

次に、鋼矢板１３と基礎梁６との間に拡がる地盤を溝状に掘り下げて基礎梁６を露出させ、鋼矢板１３と基礎梁６との接合作業空間を確保する。

次に、接合作業空間に突出されるように基礎梁６にコンクリートアンカーを打ち込むとともに、同様に鋼矢板１３の頭部にスタッドを溶接する。

次に、必要に応じて接合作業空間に補強筋を配筋し、しかる後、該接合作業空間にコンクリートを打設する。

本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１においては図３に示すように、地震時に上部構造２から下部構造３に作用する地震時水平力、ひいては該地震時水平力で引き起こされるラーメン架構４全体のロッキング振動に起因して、引抜き力や圧縮力が柱８，８を介して基礎構造５に作用する。

ここで、鋼矢板１３は、設置長さＷ×埋込み深さＤの面積をもって地盤１４と接している。そのため、引抜き力や圧縮力は、既存の杭１５による周面摩擦力に加えて、鋼矢板１３と周辺地盤との間に生じる大きな摩擦力で確実に支持される。

以上説明したように、本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造１によれば、地震時に発生するラーメン架構４全体のロッキング振動に起因した引抜き力や圧縮力がラーメン架構４の柱８，８を介して基礎構造５に作用するが、これらの引抜き力又は圧縮力は、既存の杭１５で支持されるほか、頭部が基礎梁６に接合された鋼矢板１３で支持されることとなる。換言すれば、ラーメン架構４の柱８から伝達されてきた引抜き力や圧縮力は、杭１５と周辺地盤との周面摩擦力で支持されるほか、鋼矢板１３と周辺地盤との摩擦力で支持されることとなる。

したがって、ラーメン架構４に配置したダンパーブレース１２による耐震補強作用と相俟って、高架橋の下部構造３を全体的に耐震補強することが可能となる。

本実施形態では、ブレースとして履歴減衰ダンパー１０が組み込まれたダンパーブレース１２を採用したが、ダンパーを組み込むかどうかは任意であり、これを省略し、ブレース本体１１のみでブレースを構成してもかまわない。かかる場合においては、ブレース本体１１の頂部を梁９の下面に剛接して構成することとなる。

また、本実施形態では、鋼矢板１３を基礎梁６の両側方に設置するようにしたが、これに代えて高架橋中心に近い側、又は遠い側の一方だけに設置してもかまわない。

図４は、基礎梁６の側方のうち、高架橋中心から遠い側だけに鋼矢板１３を設置した変形例を示したものである。

また、本実施形態では、基礎構造５の両端に位置する直交基礎梁７，７直上のラーメン架構４にのみ、ダンパーブレース１２を設けるようにしたが、これに代えて、基礎構造５の両端以外に位置する直交基礎梁７のラーメン架構４にもダンパーブレース１２を設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、鋼矢板１３と基礎梁６との接合を剛接合としたが、これに代えてピン接合あるいは半剛接合としてもかまわないし、これに関連して、鋼矢板１３の頭部と基礎梁６と接合するための施工方法は任意であって、柱８からの引張力や圧縮力を地盤１４と鋼矢板１３との摩擦力で支持できる限り、最適な接合方法を適宜選択すればよい。

また、本実施形態では、基礎梁６の全長にわたって鋼矢板１３を設置するようにしたが、これに代えて図５の変形例に示す構成としてもよい。

同図に示す変形例においては、基礎梁６の側方のうち、ダンパーブレース１２を配置したラーメン架構４直下に位置する直交基礎梁７との接合箇所近傍を鋼矢板設置領域Ｚ₁とするとともに、ダンパーブレース１２が非設置のラーメン架構４直下に位置する直交基礎梁７との接合箇所近傍を鋼矢板非設置領域Ｚ₀とし、鋼矢板設置領域Ｚ₁にのみ鋼矢板１３を設置してある。

このように構成すると、高架橋下部構造３の耐震性を向上させた箇所が地上部分と地下部分で一致することとなり、経済性に優れた効率的な耐震補強工事が可能となる。

図６乃至図８は、別の変形例を示したものである。同図に係る変形例においては、基礎梁６及び直交基礎梁７で囲まれた矩形状平面空間６１に鉄筋コンクリート床板６２を構築し、該鉄筋コンクリート床板を基礎梁６及び直交基礎梁７に緊結してある。

このように構成すると、鉄筋コンクリート床板６２を介して基礎梁６及び直交基礎梁７が一体化されるため、高架橋下部構造３の耐震性を向上させる箇所を地上部分と地下部分で一致させる必要性が少なくなる。

すなわち、本変形例では、ダンパーブレース１２を上述した実施形態と同様、基礎構造５の端部に位置する直交基礎梁７の直上にあるラーメン架構４だけに配置する一方、鋼矢板１３は、ダンパーブレース１２を配置したラーメン架構４の両側にのみ配置してあり、ダンパーブレース１２と鋼矢板１３の設置位置とを一致させる必要がない。

したがって、ダンパーブレース１２の配置箇所と鋼矢板１３の配置箇所とを、施工手順や使用重機あるいは干渉物といったそれぞれの事情に応じて個別に決定することが可能となる。

また、本実施形態では、鋼矢板１３をもっぱら基礎梁６の側方だけに設けたが、本発明は、直交基礎梁の側方に鋼矢板を設けることを排除するものではない。図９はかかる変形例を示したものである。

同図でわかるように、本変形例においては、複数本の直交基礎梁７で区画された矩形状平面空間６１のうち、基礎構造５の端部に位置する矩形状平面空間９１を挟む直交基礎梁７，７の直上に位置するラーメン架構４にダンパーブレース１２ａを設けるのみならず、矩形状平面空間９１を挟む基礎梁６，６の直上に位置するラーメン架構４にダンパーブレース１２ｂ，１２ｂを設けてある。また、基礎梁６，６の両側方にて鋼矢板１３ａ，１３ａを地盤１４に埋設して該鋼矢板の頭部を基礎梁６，６に接合するのみならず、直交基礎梁７，７の両側方にて鋼矢板１３ｂ，１３ｂを地盤１４に埋設して該鋼矢板の頭部を直交基礎梁７，７に接合してある。

かかる構成においては、上述した実施形態と同様、直交基礎梁７の直上に位置するラーメン架構４及びその構面に配置されたダンパーブレース１２ａと、基礎梁６の側方に設けられた鋼矢板１３ａとが、橋軸直交方向に沿った下部構造３の地上部分と地下部分の剛性向上にそれぞれ寄与するが、それに加えて、基礎梁６の直上に位置するラーメン架構４及びその構面に配置されたダンパーブレース１２ｂと直交基礎梁７の側方に設けられた鋼矢板１３ｂとが、水平地震力に対する鉛直軸線廻りのねじれ剛性向上に寄与する。

図１０は、かかる作用を説明した概念図であり、同図でわかるように、ダンパーブレース１２や鋼矢板１３といった剛性部材が偏心配置されている場合、地震時水平力に対して、基礎構造５は剛心Ｇ₁回りにねじれるが、そのねじれに対しては、鋼矢板１３ａが周辺地盤から受ける摩擦力によって抵抗する（同図(a)、(b)）。

一方、鋼矢板１３ｂを直交基礎梁７の側方に設けた場合、地震時水平力に対して、基礎構造５は剛心Ｇ₂回りにやはりねじれるものの、鋼矢板１３ａのみならず鋼矢板１３ｂが周辺地盤から受ける摩擦力によってかかるねじれに抵抗するため（同図(c)、(d)）、鋼矢板１３ａのみの場合に比べ、ねじれ量は小さくなる。

そのため、ラーメン架構４へのダンパーブレース１２の設置や基礎梁６側方への鋼矢板１３の設置をバランスよく行うことができず、それに起因して平面上の重心と剛心がずれる場合であっても、剛心回りのねじり剛性を向上させ、偏心配置による構造物のねじれを抑えることが可能となる。

本実施形態に係る高架橋の耐震補強構造の鉛直断面図。 同じく水平断面図。 本実施形態の作用を示した概念図。 変形例に係る高架橋の耐震補強構造を示した鉛直断面図。 Ａ−Ａ線に沿う水平断面図。 別の変形例に係る高架橋の耐震補強構造を示した水平断面図。 Ｂ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。 Ｃ−Ｃ線に沿う鉛直断面図。 別の変形例に係る高架橋の耐震補強構造を示した水平断面図。 変形例の作用を説明した概念図。

符号の説明

１ 高架橋の耐震補強構造
２ 高架橋の上部構造
３ 高架橋の下部構造
４ ラーメン架構
５ 基礎構造
６ 基礎梁
７ 直交基礎梁
８ 柱
９ 梁
１０ 履歴減衰ダンパー
１１ ブレース本体
１２ ダンパーブレース（ブレース）
１３，１３ａ，１３ｂ 鋼矢板
１４ 地盤
６２ 鉄筋コンクリート床板

Claims (5)

1. 高架橋の橋軸方向に沿って対向配置された一対の基礎梁と該一対の基礎梁にほぼ直交するように配置された直交基礎梁とを矩形状又は梯子状に緊結するとともに、前記直交基礎梁の両端近傍に互いに対向するように立設された一対の柱と該柱の頭部に架け渡された梁とでラーメン架構を構成し、該ラーメン架構の構面にブレースを配置するとともに、前記各基礎梁の側方にて鋼矢板をそれぞれ地盤に埋設して該鋼矢板の頭部を前記各基礎梁にそれぞれ接合したことを特徴とする高架橋の耐震補強構造。
2. 前記基礎梁の側方のうち、前記ブレースを配置したラーメン架構直下に位置する直交基礎梁との接合箇所近傍を鋼矢板設置領域とするとともに、前記ブレースが非設置のラーメン架構直下に位置する直交基礎梁との接合箇所近傍を鋼矢板非設置領域とし、前記鋼矢板設置領域にのみ前記鋼矢板を設置した請求項１記載の高架橋の耐震補強構造。
3. 前記直交基礎梁の側方にて前記鋼矢板を地盤に埋設するとともに該鋼矢板の頭部を前記直交基礎梁に接合した請求項１記載の高架橋の耐震補強構造。
4. 前記基礎梁及び前記直交基礎梁で囲まれた矩形状平面空間に鉄筋コンクリート床板を構築して該鉄筋コンクリート床板を前記基礎梁及び前記直交基礎梁に緊結した請求項１記載の高架橋の耐震補強構造。
5. 前記ブレースをダンパーブレースとした請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の高架橋の耐震補強構造。

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