特許 6671612 高架橋の倒壊防止構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6671612

(24)【登録日】2020年3月6日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】高架橋の倒壊防止構造

(51)【国際特許分類】

   E01D 1/00 20060101AFI20200316BHJP

   E01D 19/02 20060101ALI20200316BHJP

   E01D 19/04 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   E01D1/00 Z

   E01D19/02

   E01D19/04 101

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-132426(P2015-132426)

(22)【出願日】2015年7月1日

(65)【公開番号】特開2016-27239(P2016-27239A)

(43)【公開日】2016年2月18日

【審査請求日】2018年6月5日

(31)【優先権主張番号】特願2014-138360(P2014-138360)

(32)【優先日】2014年7月4日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 芳顯

(72)【発明者】

【氏名】山田 忠信

【審査官】 神尾 寧

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１９６１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０７４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２２７１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８０５７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０１Ｄ １／００

Ｅ０１Ｄ １９／０２

Ｅ０１Ｄ １９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

橋脚と横梁を有し、前記橋脚と前記横梁とが略Ｔ字形状をなす高架橋において、
前記横梁の長手方向の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、前記ケーブルの、前記横梁に固定された箇所を第１固定点とすること、
前記ケーブルの他方を、前記横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、
それぞれ弛ませて固定し、前記ケーブルの、前記アンカーに固定された箇所を第２固定点とすること、
前記橋脚の基部が損傷し耐力を喪失することで、前記橋脚の変位が耐震設計での許容限界を超えたとき以降に、
前記ケーブルが緊張することにより、
前記橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止すること、
前記ケーブルの長さは、
前記橋脚の変位前の前記第１固定点と前記第２固定点との水平方向の距離に、耐震設計での許容限界に発生している前記橋脚の変位により生じる前記第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、前記第１固定点と前記第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した値を超えた値であり、
前記橋脚の変位前の前記第１固定点と前記第２固定点との水平方向の距離に、倒壊点に発生している前記橋脚の変位により生じる前記第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、前記第１固定点と前記第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した長さを超えない値であること、
を特徴とする高架橋の倒壊防止構造。

【請求項2】

前記横梁の両端部にそれぞれ２本のケーブルを取付け、
橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、
２本のケーブルの他端を、
それぞれ弛ませて固定し、
橋脚の橋軸方向の倒壊を抑止することを特徴とする請求項１に記載する高架橋の倒壊防止構造。

【請求項3】

ケーブルの結合部にダンパーおよび／または弾性体を設置してケーブルに作用する衝撃力を低減することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の高架橋の倒壊防止構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、橋脚と横梁を有する高架橋の倒壊防止構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、高架橋では上部構造（桁）が横梁上面に設置され支承で支持されている。この支承が東北太平洋沖地震クラスの極大地震動によって破壊した場合、上部構造が水平方向に大きく移動し下部構造である橋脚と横梁から落下する可能性がある。

【0003】

これを防止する目的で設置されるのが落橋防止装置である。落橋防止装置は橋脚が致命的な損傷に至っていない場合に有効に機能する。しかしながら、橋脚が倒壊した場合には無力であり高架橋全体の倒壊につながる。

【0004】

この種の落下防止装置として、上部構造端部と下部構造または隣接する上部構造端部同士をPCケーブルによって連結することにより、支承損壊後の上部構造の移動をPCケーブルによって制限し落橋を防止するもの（特許文献１参照）がある。
また、PCケーブル式と同様に、上部構造端部と下部構造を鋼製のチェーンによって連結し，上部構造の移動を制限することにより落橋を防止するもの（特許文献２参照）がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３７４６４８６号公報

【特許文献2】特許第４６６９５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術は、上部構造が橋脚頂部から落下することを防止するものであり、したがって，橋脚が致命的な損傷に至っていない段階では機能する。しかし、想定を上まわる大地震によって橋脚が大きく損傷した場合には、本来の機能を発揮できない。

【0007】

通常、高架橋では、橋脚を極大地震時における損傷部位と想定し耐震設計がなされるので、極大地震時においては、損傷は必然的に上部構造ではなく、下部構造の橋脚の方に集中する。このため、設計の想定を上まわる大地震が発生すると橋脚が甚大な損傷を受け倒壊する恐れがあり、このような場合、橋梁全体の倒壊を抑止することは困難であった。

【0008】

本発明は、このような橋脚が倒壊した状況下においても高架橋の全体倒壊を防止する構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、課題を解決するための手段として以下の特徴を有する、
発明１は、橋脚と横梁を有し、橋脚と横梁とが略Ｔ字形状をなす高架橋において、横梁の長手方向の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、ケーブルの、横梁に固定された箇所を第１固定点とすること、ケーブルの他方を、横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、それぞれ弛ませて固定し、ケーブルの、アンカーに固定された箇所を第２固定点とすること、橋脚の基部が損傷し耐力を喪失することで、橋脚の変位が耐震設計での許容限界を超えたとき以降に、ケーブルが緊張することにより、橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止すること、ケーブルの長さは、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、耐震設計での許容限界に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した値を超えた値であり、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、倒壊点（荷重Ｈ＝０，図１７参照）に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した長さを超えない値であること、を特徴とする高架橋の倒壊防止構造である。
発明２は、横梁の両端部にそれぞれ２本のケーブルを取付け、橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、２本のケーブルの他端を、それぞれ弛ませて固定し、橋脚の橋軸方向の倒壊を抑止することを特徴とする発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。
発明３は、ケーブルの結合部にダンパーおよび／または弾性体を設置してケーブルに作用する衝撃力を低減することを特徴とする発明１または２の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造である。
以上、橋脚の横梁の両側に設置したブラケットに弛みを持たせたケーブル（PCケーブル
など）の一端を締結し，他端を適切なアンカーに定着することにより、橋脚が倒壊した場
合、高架橋の全体倒壊を防止するものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、以下の効果がある。
発明１は、橋脚と横梁を有し、橋脚と横梁とが略Ｔ字形状をなす高架橋において、横梁の長手方向の両端に、それぞれケーブルの一方を固定し、ケーブルの、横梁に固定された箇所を第１固定点とすること、ケーブルの他方を、横梁の同じ方向の外側に位置するアンカーに、それぞれ弛ませて固定し、ケーブルの、アンカーに固定された箇所を第２固定点とする。よって、橋脚の基部が損傷し耐力を喪失することで、橋脚の変位が耐震設計での許容限界を超えたとき以降に、ケーブルが緊張し、橋脚の倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブルで支えることにより防止する高架橋の倒壊防止構造である。よって、高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
また、ケーブルの長さは、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、耐震設計での許容限界に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した値を超えた値であり、橋脚の変位前の第１固定点と第２固定点との水平方向の距離に、倒壊点（荷重Ｈ＝０，図１７参照）に発生している橋脚の変位により生じる第１固定点の水平方向の変位を加えた値と、第１固定点と第２固定点との高さ方向の距離と、に基づき、ピタゴラスの定理により算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明２は、横梁の両端部にそれぞれ２本のケーブルを取付け、橋脚に対して橋軸方向の両側に設置したアンカーに、２本のケーブルの他端を、それぞれ弛ませて固定する発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚の橋軸方向に倒壊した場合、ケーブルで支えることにより、橋脚の橋軸方向に倒壊を抑止する効果がある。
発明３は、ケーブルの結合部にダンパーおよび／または弾性体を設置する高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１または発明２の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブルに作用する衝撃力を低減する効果がある。

【0011】

以上、本発明に係る高架橋の倒壊防止構造によれば、橋脚が想定外の大地震により致命的な損傷を受け倒壊しようとする場合、橋脚の横梁の両側に設置したブラケットに弛みを持たせたケーブル（PCケーブルなど）の一端を締結し，他端を適切なアンカーに定着することにより、高架橋の全体倒壊を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】高架橋の側面図を示す。

【図2】第１実施形態の高架橋の倒壊防止構造を、図１のＩａ方向からの模式図で示す。

【図3】図２のＩｂ方向から見た側面図を示す。

【図4】ケーブルの横梁およびアンカーの締結部におけるダンパーおよび／または弾性体を設置した構造の実施例に示す。（ａ）は、ダンパーを設置した構造の例。（b）は、弾性体を設置した構造の実施例。（c）は、ダンパーおよび弾性体を設置した構造の実施例である。

【図5】第１実施形態の効果を模式的に示した図である。

【図6】第２実施形態の構造を模式的に示した図１のＩａ方向から見た図である。

【図7】第３実施形態の構造を模式的に示した図１の方向から見た図である。

【図8】第３実施形態の動作を模式的に示した図である。

【図9】第４実施形態の構造を模式的に示した斜視図である。

【図10】同、斜視図である。

【図11】同、斜視図である。

【図12】加振実験の供試体とシミュレーションで用いたモデルを示す。

【図13】第１実施形態の立体交差部への適用イメージ

【図14】第１実施形態の倒壊防止構造の解析モデル

【図15】第１実施形態の変形時の形状

【図16】ケーブルの長さの計算方法

【図17】第１実施形態の橋脚の倒壊モードと倒壊防止作用開始点を示す。（ａ）橋脚の倒壊モード、（ｂ）倒壊モードの変位と荷重の関係における倒壊防止作用開始点を示す。

【図18】倒壊防止構造の諸元と倒壊防止時の状況

【図19】橋脚頂部の変位の動的解析結果

【図20】ケーブルの張力の動的解析結果

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

【0014】

図１は、高架橋の側面図である。
高架橋は上部構造１と下部構造の橋脚２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによって構成されている。
本発明に係る高架橋の倒壊防止構造を、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態により、以下に説明する。

【0015】

（第１実施形態）
図２に、複数ある橋脚の中で橋脚２ｂが地震時に最も損傷を受けるとしたとき、橋脚２ｂに第1実施形態の倒壊防止構造を模式図に示す。図２は、図１のＩａ方向から見ている。上部構造１については、断面図に該当する。

【0016】

図３は、図２においてＩｂ方向から見た側面図である。
第１実施形態では、図２に示すように、橋脚２ｂの横梁３の両側に設置したブラケット４にケーブル５を締結させ、それを左右に広がるように垂らし、ケーブル５のもう一方の端を地面に埋め込んだアンカー６の上端のブラケット７に定着させる。
アンカー６の位置は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する。橋脚２ｂが、図２の左右のいずれかの方向に倒壊したとき、その反対側のケーブル５が緊張して橋脚２ｂを支える。これにより、倒壊した橋脚２ｂによる荷重を分担させ、橋脚２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止する。

【0017】

また、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上ある。
よって、ケーブル５は、PCケーブル（特許文献１参照）または鋼製のチェーン（特許文献２参照）など十分強度があり、弛みを持たせて施工できる物が良い。

【0018】

なお、必要に応じて衝撃力低減のために図４（ａ）のようにダンパー１４または図４(b)のように弾性体７０をケーブル５端とアンカー６側ブラケット７間あるいはケーブル５端と橋脚３側ブラケット４間に設置する。ダンパー１４または弾性体７０は倒壊時の衝撃力を低減してケーブルに作用する衝撃力を低減する効果がある。また、図４(c)のようにダンパー１４と弾性体７０は、合わせて設置しても良い。

【0019】

ケーブル５が高架橋の下部交通などの妨げにならないように、アンカー６は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する歩道８などの道路幅方向の端部に設置される。ケーブル５には図２に示すように、弛みを持たせている。これは、常時や地震時において、ケーブル５に荷重が作用して、倒壊挙動が生じる以前に、高架橋の応答特性に変化やケーブル５の損傷が、生じないようにするためである。

【0020】

第１実施形態のケーブル５による倒壊防止構造は、耐震構造とは異なるものであり、本来の高架橋の耐震性能を変化さたり、倒壊挙動が生じる前に損傷することがあってはならない。
よって、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上あるが、動特性に影響がでないようにするため、ケーブル５の荷重を橋脚間の上部構造１と橋脚２ｂ荷重に対して５％程度とすることができる。

【0021】

高架橋下の道路は車道９と歩道８などによって形成されるが、ケーブル５は高架橋下の車両空間１０を侵さないように配慮する必要がある。
図２に示すように、アンカー６の上端のブラケット７に支柱１１を立て、支柱１１にてケーブル５を支え、ケーブル５の弛みを規制すれば、車道９の常時の車両空間１０を確保することができる。

【0022】

この支柱１１は、倒壊防止構造が機能する段階において、ケーブル５が正常に機能するようにしておく。よって、支柱１１の強度はケーブル５の荷重を支える程度のもので良い。例えば、木製であっでも良いし、塩化ビニールなど樹脂製のパイプとして中空の内部にケーブル５を通す構造でも良い。よって、ケーブル５の支柱１１は、ケーブル５が緊張により容易に壊れるので、ケーブル５を傷つけることが無い。

【0023】

前述したように、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル５の定着端とブラケット７間に設置する。

【0024】

図４に、ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部におけるダンパー１４および／または弾性体７０を設置した構造の実施を示す。
図４（ａ）は、ダンパーのみを設置した構造の例である。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２は、支圧板１３を介してダンパー１４に伝達される。ダンパー１４は支圧板１３が反力板１５に接触して支持されるまでの変位に対してエネルギを吸収することにより、倒壊時の衝撃力を吸収する。反力板１５は中央に孔が設けられており、ケーブルが貫通している。
図４(ｂ)に、ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部における弾性体７０を設置した構造の実施例に示す。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２によりケーブル端部と反力板１５の間に設置された弾性体７０に圧縮力が作用する．この圧縮力により弾性体７０が縮むことで倒壊時の衝撃力を吸収する。
図４(ｃ)に, ケーブル５の横梁３およびアンカー６の締結部におけるダンパー１４および弾性体７０を併用した実施例を示す。倒壊時にケーブル５に作用する引張力１２は、ケーブル端部と支圧板１３間に設置された弾性体７０と支圧板１３を介してダンパー１４に伝達される。このときダンパー１４での倒壊時の衝撃力の吸収とともに、弾性体７０に圧縮力が作用し、この圧縮力により弾性体７０が縮むことで倒壊時の衝撃力を吸収する。

【0025】

図５は、第１実施形態における効果を模式的に示した図である。想定外の大地震によって橋脚２ｂの基部が損傷し耐力が喪失した場合、橋脚２ｂはそのまま自重によって倒壊していく。図５に示すように、橋脚２ｂが右側に倒壊した場合、左側のケーブル５が緊張することによって、荷重を分担し、橋脚の倒壊挙動を抑止する。反対に、橋脚２ｂが左側に倒壊した場合、右側のケーブル５が緊張することによって、荷重を分担し、橋脚の倒壊挙動を抑止する。
よって、アンカー６の位置は、ケーブル５を取り付けた横梁３の端部に対して、橋脚２ｂの反対側にある。ケーブル５が緊張のより橋脚２ｂの倒壊を防止するからである。

【0026】

また、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂは、荷重が１０００トン以上ある。従って、ブラケット４及び７は十分強度のある材料、構造を用いる。加えて、アンカー６は、地中に鉄筋やコンクリート等を用いて施工し、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂの倒壊により破損したり引き抜かれたりすることが無いようにする。
以上より、橋脚の倒壊を起点とした連鎖的な高架橋全体の倒壊を防止することができる。

【0027】

（第２実施形態）
図６は第２実施形態の構造を模式的に示した図である。図６は、図１のＩａ方向から見た断面図に該当する。

【0028】

橋脚２ｂの横梁３の両側と橋脚の左右に存在する建築構造物１６のアンカー６１に鋼製ブラケット１７を設置して、その間にケーブル１８を設置することにより、橋脚を固定することが第２実施形態の大きな特徴である。第２実施形態の場合，橋脚の倒壊を防止するために必要な力は小さくなるのでケーブル１８の断面積やブラケット１７とアンカー６１の構造は第1実施形態よりも小さくすることが可能である。
即ち、第１実施形態は、図５で示すように橋脚２ｂの下部が壊れ、右側へ倒壊した場合、ゲーブル５、ブラケット４、アンカー６には、モーメントとして、右側へ倒壊する荷重に高さHを乗じた力が加わる。高さHは、アンカー６から横梁３のブラケット４までの鉛直高さである。一方、第２実施形態は、図６で示すように橋脚２ｂの下部が壊れ、右側へ倒壊した場合、ゲーブル１８、ブラケット７、アンカー６１には、右側へ倒壊する荷重のみの力が加わる。アンカー６１を地上より高さHの位置に設置したことにより、横梁３のブラケット７の設置位置となって、モーメントが働かないからである。
よって、アンカー６１の位置は、ケーブル５を締結したブラケット４のある横梁３の同じ方向の外側に位置する。ケーブル５が緊張により橋脚２ｂの倒壊を防止するからである。

【0029】

このとき、第１実施形態と同様に、常時や地震時における高架橋の応答特性に直接的影響を及ぼさないように、ケーブル１８には弛みを持たせてある。
また、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパーまたは／および弾性体をケーブル１８端とブラケット１７間に設置することができる。

【0030】

本例では第１実施形態のように、建設に手間がかかるアンカーの設置が、既存の建築構造物１６のアンカー６１が利用できるので、不要という利点がある。この際、アンカー６１は、橋脚間の上部構造１、橋脚２ｂの倒壊により破損したり引き抜かれたりすることが無いように十分強度を要する。

【0031】

以上、第１実施形態および第２実施形態より、以下の作用および効果がある。
発明１は、橋脚２ｂと横梁３を有する高架橋において、横梁３の両端に、それぞれケーブル５またはケーブル１８の一方を固定し、ケーブル５またはケーブル１８の他方を、横梁３の同じ方向の外側に位置するアンカー６またはアンカー６１に、それぞれ弛ませて固定する。よって、橋脚２ｂの倒壊した場合のみケーブル５またはケーブル１８が緊張し、橋脚２ｂの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブル５またはケーブル１８で支えることにより防止する。高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル５またはケーブル１８の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明１の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル５またはケーブル１８に作用する衝撃力を低減する効果がある。

【0032】

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の構造を模式的に示した図である。図７は図２のＩｂ方向から見た図に対応する。第３実施形態と第1実施形態の違いは、図３と対比するとよくわかるが、橋軸方向にもケーブル５を２本配置する点である。

【0033】

図８は第３実施形態における動作を模式的に示した図であるが、橋脚２ｂが右側に倒壊した場合、左側のケーブル５が緊張することで橋軸方向の橋脚の倒壊を抑止していることが確認できる。
よって、アンカー６は、前記横梁に対応する橋脚に対して橋軸方向の両側の位置に施工する。

【0034】

必要に応じて、衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル５の端とブラケット４または７間に設置する。

【0035】

以上、第３実施形態より、以下の作用および効果がある。
発明２は、横梁３の両端部にそれぞれ２本のケーブル５を取付け、橋脚２ｂに対して橋軸方向の両側に設置したアンカー６２に、２本のケーブル５の他端を、それぞれ弛ませて固定する発明１に記載する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚２ｂが橋軸方向に倒壊した場合、一方のケーブル５で支えることにより、橋脚の橋軸方向に倒壊を抑止する効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚の倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル５の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明２の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル５に作用する衝撃力を低減する効果がある。

【0036】

（第４実施形態）
図９は、倒壊を防止する橋脚（当該橋脚１９ａ）に隣接する十分強度の高い橋脚１９ｂを利用した倒壊防止構造である。

【0037】

この倒壊防止構造では、当該橋脚１９ａの横梁２０ａ両端と、隣接する橋脚１９ｂの横梁２０ｂ両端に設置するブラケット２１を介して、ケーブル２２で対角方向に互いに交差するように、斜めに弛みを持って締結する。

【0038】

なお、必要に応じて衝撃力低減のためのダンパー１４および／または弾性体７０をケーブル２２端とブラケット２１間に設置する。

【0039】

本例では、図１０のように、隣接する橋台２３を利用することも可能である。この場合、倒壊を防止する橋脚１９ａの横梁２０ａに設置したブラケット２１と橋台前面に設置したブラケット２７の間にケーブル２２を設置する。ここで橋台２３は、具体的には河川にかけた橋の場合、両側の岸部に相当する。橋台２３へのケーブル２２を取り付けるブラケット２７の位置は、隣接する橋脚１９ａの横梁２０ａ両端に取り付けたケーブル２２を取り付けるブラケット２１の位置と対応する高さ、幅とするのが良い。
この倒壊防止構造は橋軸方向の倒壊を主に防止するものであるが、ケーブル２２を斜めに張ることにより、橋軸直角方向の倒壊にも有効に機能する。

【0040】

橋軸方向のみの倒壊の防止であれば、図１１のように、ケーブル２８を橋軸方向に平行に配置する。

【0041】

発明３は、隣接する橋脚１９ａおよび橋脚１９ｂの、一方の橋脚１９ａの横梁２０ａの両端と、他方の橋脚１９ｂの横梁２０ｂの両端または橋台２３の一方の橋脚１９ａの横張２０ａの両端に対応する両端とを、ケーブル２２で弛みを持って、対角方向に互い交差するように、または、ケーブル２８で弛みを持って橋軸方向に平行に結合する高架橋の倒壊防止構造である。よって、橋脚１９aの倒壊した場合のみケーブル２２またはケーブル２８が緊張し、橋脚１９ａの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を、ケーブル２２またはケーブル２８で支えることにより防止する。よって、高架橋の全体倒壊防止をする効果がある。
発明４は、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である高架橋の倒壊防止構造である。よって、発明１乃至発明３の何れかに記載の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、この範囲のケーブル長さで橋脚２ｂの倒壊を防止する効果がある。
ここで、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出したケーブルが、強度を最も小さく設計できる。よって、ケーブルの質量も最小にできるので、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。
発明５は、ケーブル２２またはケーブル２８の結合部にダンパー１４および／または弾性体７０を設置する高架橋の倒壊防止構造である。発明３の高架橋の倒壊防止構造に適用した場合、倒壊時の衝撃力を低減してケーブル２２またはケーブル２８に作用する衝撃力を低減する効果がある。

【0042】

（ＦＥＭ解析によるシミュレーション）
第１実施形態について、倒壊防止の効果についてシミュレーションを行った。発明者等は別途論文発表する予定である。論文において、地震振動の入力波として、兵庫県南部地震にてＪＪＲ鷹取駅で観測されたＲＴ観測波（直下型）並びにＨ２５年に内閣府から提示された南海トラフ巨大地震の工学基盤波（海溝型）に基づく愛知県東部の地上波を用いて、橋脚２ｂについてＦＥＭ解析によるシミュレーションを行なった。シミュレーションでは、橋脚２ｂを、三曲面モデルを導入したシェル要素でモデル化し、上部構造１を集中質量と回転慣性要素で表し橋脚２ｂに剛性をもたせて結合した。
また、ケーブル５無しでのシミュレーションの結果を、ケーブル無しの橋脚について１／８スケールの模型による振動台を用いた加振実験を行って検証した。図１２は、加振実験の供試体とシミュレーションで用いたモデルを示す。
検証の結果、倒壊時における橋脚基部の座屈変形の進展など、シミュレーションと実験とは良く一致した（詳細割愛）。
図１３は、立体交差部への第１実施形態の倒壊防止構造の適用イメージを示す。本発明の倒壊防止構造は、このような立体交差などの重要な箇所で橋脚の補強が困難な場所への設置が可能である。なお、ケーブル５は橋脚２ｂの両側に設置されている（片側のみ図示）。

【0043】

図１４は、図２をベースにした倒壊防止構造の解析モデルを示す。橋脚２ｂは、鋼製橋脚であり、板厚３６ｍｍの鋼板で、直径２５００ｍｍの円形断面、高さ（ｈ）１６３３４ｍｍである。上部構造１の荷重は、高さ１７５８４ｍｍに、質量Ｍが１０９３０００ｋｇとした。ケーブル５は、上端を横梁３の端部にブラケット４を介して固定し、下端をアンカー６に、ブラケット７を介して固定した。また、ケーブル５とブラケットの間には、弾性体７０を追加、または弾性体７０を追加した場合もシミュレーションした。尚、ダンパー１４は考慮しなかった。
弾性体７０は、ケーブル５をアンカー６に直接固定すると倒壊時の衝撃によりケーブル５に過大な張力が作用するので、衝撃吸収の手段として用いた。ケーブルは常時は弛んだ状態にある。

【0044】

図１５は、倒壊防止構造の変形時の形状を示す。図５に相当する状態である。橋脚２ｂが損傷するレベルの大きな地震が発生すると、橋脚２ｂの橋脚基部には、上部構造１の揺れによる応力が集中して損傷する。損傷が起こると橋脚２ｂは一方へ倒壊するが、倒壊の反対方向のケーブル５が引っ張られ緊張することで倒壊が防止される。即ち、ケーブルは常時は弛んだ状態にあり、耐震設計の許容限界を超える地震が発生した場合、一定の変位(作用開始点，図-１７（ｂ）参照)に達するとケーブルが緊張し倒壊を防止する。この際、倒壊側の橋脚基部には、座屈変形が発生している。ここで、地震振動の入力波は、想定外の地震を考慮してＪＲＴ ＮＳ波の１．５倍増幅波とする。

【0045】

図１６に、ケーブル５の長さの計算方法を示す。図１６（ａ）は、橋脚２ｂに地震による変位ｕが発生していない場合を示す。ケーブル５の長さＬ１は、横梁の端部のケーブル５を取り付けるブラケットの位置４からアンカー６（弾性体７０、ダンパー１４は省略）までの長さで、式（１）である。
Ｌ１＝（ｂ^２＋ｈ^２）^０．５ （１）
図１６（ｂ）に、橋脚２ｂに地震による変位ｕが発生している場合を示す。この場合のケーブル５の長さＬ２は、式（２）である。
Ｌ２＝（（ｂ＋ｕ）^２＋ｈ^２）^０．５ （２）
よって、ケーブルの弛み長さは、Ｌ２−Ｌ１となる。

【0046】

図１７は、第１実施形態の橋脚の倒壊モードと倒壊防止作用開始点を示す。図１５（ａ）は橋脚の倒壊モード、図１５（ｂ）は倒壊モードにおける変位と荷重の関係における倒壊防止作用開始点を示す。
図１７（ａ）の橋脚２ｂの倒壊モードは、倒壊防止構造の設計の考え方を示す。倒壊モードは、鉛直に立てられた柱の上部に、鉛直上方から一定荷重Ｐかかかった状態にて、上部に水平方向の力ＨとそのＨによる変位ｕの関係を示す。水平変位の限界値までは力Ｈは増加する。この領域では、変位ｕと力Ｈは比例関係にあり、力学的に安定している。力Ｈｕは、力Ｈの最大値であり水平復元力の限界値である。ここで、水平変位が限界値を超えると、いわゆる座屈現象が発生し、変位ｕが増加すると共に力Ｈが減少する。力Ｈがゼロになるとその変位ｕで橋脚２ｂは倒壊している。座屈現象が発生している領域は不安定である。この不安定な領域が、本発明の倒壊防止構造の対象とする範囲である。これは、倒壊防止構造の設計と橋脚の耐震設計とは明確に分離できることを意味している。
図１７（ｂ）に、ＦＥＭ解析によるシミュレーションにより求めた、倒壊モードにおける変位ｕと荷重Ｈの関係における倒壊防止作用開始点を示す。縦軸は荷重Ｈ、横軸は変位ｕである。ｕ_０は、初期水平降伏変位、即ち弾性限G（荷重Ｈをゼロにすると変位δもゼロになる弾性領域）での変位である。Ｈｍａｘは、耐震設計での許容限界の荷重であり、その時の変位は、３．９４ｕ_０である。橋脚２ｂの上部の横梁３の揺れ変移が、３．９４ｕ_０以下（弾制限Ｇの変位ｕ_０以上）の場合、橋脚２ｂの橋脚基部に座屈は発生しない。但し、橋脚２ｂに生じた変位は地震が終了しても、小さくはなるが残留変位として残る。
ここで、荷重Ｈｍａｘ、３／４Ｈｍａｘ、１／２Ｈｍａｘを基準とすると、変位は、３．９４ｕ０、７．６５ｕ０、１１．４０ｕ０となる。これを、ケーブル５が緊張する作用開始点として検討した。図１５に示す不安定領域の荷重Ｈが、耐震設計での許容限界（Ｈｍａｘ）から倒壊点（Ｈ＝０）に向けて減少しているが、これは橋脚２ｂが有している強度が減少していることを示している。即ち、倒壊時とは、耐震設計での許容限界での変位以上の変位が発生した場合を指す。ここでは、耐震設計での許容限界での変位は、３．９４ｕ_０である。弾制限Gでの変位ｕ_０の約４倍である。
また、弾性体７０はね剛性は、作用応力が許容値を満足しケーブル断面積が最小となるように決定した。

【0047】

以上の条件にて、円形断面鋼製橋脚の崩壊特性とＦＥシェルモデルの倒壊解析を行った結果を図１８、図１９、図２０に示す。
図１８に、倒壊防止構造の諸元と倒壊防止時の状況を示す。ケーブル５に張力が作用する作用開始点の変位が小さいほど、ケーブル５の断面積は小さくなるとともに，倒壊が防止された状態での橋脚２ｂの傾斜も小さい。逆に、ケーブル５に張力が作用する作用開始点の変位が大きいほど、ケーブル５の断面積は大きくなるとともに，倒壊が防止された状態での橋脚２ｂの傾斜も大きい。よって、橋脚２ｂの傾斜が大きい程、ケーブル５の断面積が大きく、許容荷重も大きくなる。これは，倒壊防止装置の作用開始点変位が小さいと橋脚の水平変位が小さく、死荷重による倒壊モーメントも小さくなるためである。これは、図１6よりケーブル5の許容荷重は５６５.０〜１４９３．６ｋＮであるので、橋脚に作用する上部構造１の質量Ｍの１０９３０００ｋｇによる死荷重１０７１１ｋＮの５.３〜１３.９％に過ぎない小さい力で橋脚の倒壊の防止が可能になることを示している。この時の橋脚の傾きは０.０６３〜０.１３２である。
ケーブル５が、死荷重の５.３〜１３.９％の張力Ｔで、橋脚２ｂの倒壊の防止ができる理由を図１５の橋脚基部Ｏ周りに発生するモーメントで説明する。反時計周りには、死荷重に距離Ｒ１を乗じたモーメントが発生する。一方、時計周りには、ケーブル５の張力Ｔに距離Ｒ２を乗じたモーメントが発生する。この２つのモーメントは釣り合っているが、ケーブル５の張力Ｔによる距離Ｒ２が死荷重Ｍによる距離Ｒ１よりも大きくすることができるからである。距離Ｒ２が距離Ｒ１より大きく取れるのは、発明１が、橋脚２ｂと横梁３を有する高架橋において、横梁３の両端に、それぞれケーブル５の一方を固定し、ケーブル５の他方を、横梁３の同じ方向の外側に位置するアンカー６にそれぞれ弛ませて固定し、橋脚２ｂの倒壊時のみに、ケーブル５が緊張することにより、橋脚２ｂの倒壊および付随して生じる高架橋の全体倒壊を防止することを特徴とする高架橋の倒壊防止構造だからである。発明２においても同様である。
また、ケーブル5の長さは、２３.３６〜２４.１４ｍである。弛みの無い基準長は図１３より２３.１ｍであるので、ケーブル５の弛み長さは、０.２６〜１.０４ｍとなる。 この弛み長さが、ケーブル５を弛ませている。
ここで、橋脚２ｂの倒壊防止をするための、横梁３の変位uは、図１７ｂの耐震設計でも許容限界の３.９４以上、倒壊点の変位を超えない値であれば良い。したがって、ケーブル５の長さは、耐震設計での許容限界に発生している変位より算出した値以上、倒壊点に発生している変位より算出した長さを超えない値である。この範囲で橋脚２ｂの倒壊を防止する効果がある。
また、ケーブル５の強度は、耐震設計での許容限界で最小値、倒壊点の変位を超えない値で最大値をとる単調減少の関係になる。よって、ケーブル５は、耐震設計での許容限界を基準として、径年変化等を考慮して余裕をもたせて設計するのが良い。
加えて、ケーブルの質量を小さくすることで、地震時における動特性を変化させない効果がある。即ち、初期のケーブルの弛みは倒壊挙動が生じる直前までケーブルに地震力がなるべく作用しないようにすることができる。これは、倒壊前にケーブルに地震力が作用することで高架橋が複雑な挙動をするのを防ぐ目的と、地震力によりケーブルが損傷することを防ぐことができる。

【0048】

図１９は、橋脚頂部の変位の動的解析結果を示す。作用開始点の変位は、７.６５の場合である。横軸は時間(秒)、縦軸は変位である。パラメータは、(1)倒壊防止構造無し(ケーブル５および弾性体７０無し)、(２)ケーブル５＋弾性体７０(バネ)、(３)ケーブル５のみの３つである。(１)倒壊防止構造無しにおいては、約１０秒後に変位が大きくなり、耐震設計での許容限界を超えて、橋脚２ｂが倒壊する。一方、(２) ケーブル５＋弾性体７０、および(３)ケーブル５のみでは、変位が大きくなるが、約１０秒後には耐震設計での許容限界以下で安定する。これはケーブル５により橋脚２ｂを支えていることを示している。また、(２)ケーブル５＋弾性体７０の変位は、弾性体７０の変位により、(３)ケーブル５のみの変位より大きくなる。

【0049】

図２０は、ケーブルの張力の動的解析結果を示す。作用開始点の変位は、７.６５の場合である。横軸は時間(秒)、縦軸は張力である。パラメータは、(２)ケーブル５＋弾性体７０(バネ)、(３)ケーブル５のみの２つである。これによると、橋脚頂部変位が作用開始点に到達する５秒付近からケーブル５に張力が作用し始め，１０秒すぎで張力がケーブル５の許容荷重にほぼ到達する。この時図１７に示す変位の増大が止まっている。即ち、変位が耐震設計での許容限界以下、張力が許容荷重以下で安定するので、倒壊防止構造が適切に機能していることが確認できる。なお、弾性体７０がない場合には、弾性体７０の伸びがないために最大および残留変位は小さくなるものの、ケーブル５には許容荷重の約１．６倍の張力が一時的に作用しており、弾性体７０が用いた方がより安全であると考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明に係る高架橋の倒壊防止構造によれば、高架橋ばかりでなく、建築物にも転用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１ 上部構造
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，１９ａ，１９ｂ， 橋脚
３，２０ａ，２０ｂ 横梁
４，７，１７，２１，２７ ブラケット
５，１８，２２，２８ ケーブル
６，６１，６２ アンカー
８ 歩道
９ 車道
１０ 車両空間
１１ 支柱
１２ 引張力
１３ 支圧板
１４ ダンパー
１５ 反力板
１６ 建築構造物
２３ 橋台
７０ 弾性体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】