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(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】6706071
(24)【登録日】2020年5月19日
(45)【発行日】2020年6月3日
(54)【発明の名称】橋梁の機能分離型制振構造
(51)【国際特許分類】
E01D 19/04 20060101AFI20200525BHJP
E01D 1/00 20060101ALI20200525BHJP
【ＦＩ】
E01D19/04 101
E01D1/00 Z
【請求項の数】4
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2016-2621(P2016-2621)
(22)【出願日】2016年1月8日
(65)【公開番号】特開2017-122365(P2017-122365A)
(43)【公開日】2017年7月13日
【審査請求日】2018年11月9日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 施工日：平成２７年 ７月 ９日〜平成２７年 ７月２１日 施工した場所：山形県西村山郡西川町大字月山沢地内 砂沢橋施工現場
(73)【特許権者】
【識別番号】509200613
【氏名又は名称】株式会社横河ＮＳエンジニアリング
(74)【代理人】
【識別番号】100087491
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 享
(74)【代理人】
【識別番号】100104271
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 保子
(72)【発明者】
【氏名】前島 稔
(72)【発明者】
【氏名】田中 好弓
【審査官】
亀谷 英樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１５−０３１０４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０１３１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０５−３２２１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実公昭５０−０２７７９２（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】
特開２０１５−２１４３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−２３４３０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−１８０４１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１４−０８０９９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開平０４−０７７６１６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特開２０１７−０１４７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００７／０００００７８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００１−３１１３８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０５−１１３０９９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｅ０１Ｄ １／００−２４／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
橋梁の下部構造に、上部構造の主桁からの鉛直荷重を支持する支承に加え、主桁間に位置する固定柱を設け、水平荷重に対し前記固定柱とその両側の主桁間に部材軸方向の振動を抑制する棒状制振部材を介在させることで、鉛直荷重支持機構と水平荷重支持機構とを分離した橋梁の機能分離型制振構造において、前記固定柱とその両側の前記棒状制振部材はそれぞれ連結板を介して連結されており、前記固定柱とその両側の連結板は、前記固定柱または前記連結板に形成された橋軸方向に延びる長孔を貫通して両側の前記連結板どうしを緊結する棒状の緊張材で連結され、橋梁の下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、前記緊張材が前記長孔に沿って摺動することで、前記連結板を介して連結された前記固定柱とその両側の棒状制振部材の橋軸方向の相対移動を許容する構造となっており、かつ前記固定柱の両側に位置する前記連結板どうしを前記固定柱の上端部を跨ぎ、両側の前記連結板どうしを連結固定する版状部材を介して一体化することで、橋梁の下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、前記固定柱の両側の棒状制振部材どうしの直線状の位置関係が保持されるようにしたことを特徴とする橋梁の機能分離型制振構造。
【請求項2】
請求項１記載の橋梁の機能分離型制振構造において、前記固定柱の上端部を跨ぎ、両側の前記連結板どうしを連結固定する前記版状部材に加え、さらに前記固定柱の橋軸方向の前側と後側にそれぞれ前記固定柱を跨いで両側の前記連結板どうしの間隔を保持する幅保持パイプと前記幅保持パイプを貫通して両側の前記連結板どうし緊結する棒状の緊張材とからなる固定部材を設けることで、前記固定柱の両側に位置する前記連結板どうしの一体性を高めていることを特徴とする橋梁の機能分離型制振構造。
【請求項3】
請求項２記載の橋梁の機能分離型制振構造において、前記幅保持パイプの長さを前記固定柱の橋軸直角方向の幅以上としてあることを特徴とする橋梁の機能分離型制振構造。
【請求項4】
請求項１、２または３記載の橋梁の機能分離型制振構造において、前記主桁間には主桁間をつなぐ横桁が設けられており、前記固定柱の上端部を跨ぎ、両側の前記連結板どうしを連結固定する前記版状部材と前記横桁との間に、前記版状部材と前記横桁とを連結して橋梁の下部構造と上部構造の上下方向の相対移動を拘束する上揚力抵抗機構が設けられていることを特徴とする橋梁の機能分離型制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、棒状制振部材を用いて橋桁などの上部構造からの水平荷重を低減させ、確実に橋台や橋脚などの下部構造に伝達する橋梁の機能分離型制振構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、橋台や橋脚に対する橋梁の支持構造には鋼製支承が多く使われてきたが、阪神大震災後、橋梁の支持構造に対する耐震構造の見直しが全国規模で行われ、一つとして、ゴム支承や鉛プラグ入りゴム支承等の弾性体を主体とする免震支承を使用した、いわゆる免震構造系の橋梁が採用されてきている。
【0003】
特に、ゴム支承は平成８年の道路橋示方書改訂以降に本格採用されてきたが、一つの支承の中に鉛直荷重支持、水平荷重支持、水平方向移動量の確保、桁のたわみによる回転量の確保等、全ての機能を持たせるために支承寸法が大型化し、桁構造も含め不経済となる場合が多発してきている。
【0004】
そのような背景から、ゴム支承の小型化とコストダウンを実現するために機能分離型支承が開発され、平成１６年の道路橋支承便覧の改訂で記述されて以降、採用数が増加している。機能分離型支承とは、鉛直力を支持する機能と地震時の水平力を支持する機能を分離した支承システムの総称である。
【0005】
機能分離型支承に関しては、例えば、特許文献１に、上部構造物が水平方向に移動自在なように、その鉛直荷重を支持する滑り支承と、上部構造物の鉛直荷重を支持することなく、水平方向全方向にせん断変形して、上部構造の水平荷重を支持する水平荷重支持機構とを備え、水平荷重支持機構は下部構造物の上面に固定され、上部に上部構造物との間に隙間を形成する方形のフランジプレートを有する弾性体と、上部構造物の下面に固定され、フランジプレートの橋軸方向及び橋軸直角方向に沿う周面に係合可能で、かつ該フランジプレートの下面に隙間を介して係合可能で上揚力も支持する係合部材とを備えてなる機能分離型橋梁支承装置が開示されている。
【0006】
また、非特許文献１には機能分離型支承の特徴、メリット、種類、採用にあたっての留意事項等を記載したものが開示されている。
【0007】
非特許文献１に示されるように、機能分離型支承には(a)鉛直支承として鋼製支承を用いた場合、鉛直剛性が高く活荷重による沈み込みがないので、振動の発生を抑制できる、(b)水平支承は鉛直荷重を支持しないため、前記ゴム支承のように鉛直荷重により形状が決定されることがなく、小型化による設計の自由度が高くなり、水平剛性を自由に設定することができ、橋の固有周期を任意に調整することが可能となる、といったメリットがあるものの、鉛直支承の高さが低くなるため桁下空間が狭隘となるとともに、鉛直支承、水平支承のそれぞれ複数の支承が設置されるために作業空間が狭くなるなどの問題が表面化してきている。
【0008】
特に、縦置き型コンクリート反力壁タイプについては、(1)水平支承にストッパーがないので、コンクリート反力壁の完成まで移動を拘束することができない、(2)コンクリート反力壁への水平支承の定着方法としてアンカーボルト形式が多く採用されているが、桁の温度伸縮により水平支承が移動するためコンクリート反力壁にひび割れが発生する場合がある、(3)コンクリート反力壁を構築するのに手間やコストがかかる、といった問題点が明らかになってきている。
【0009】
一方、平成２３年３月に発生した東日本大震災では多くの橋梁が損傷し、支承サイドブロックの損傷、変位制限構造用の鋼製ブラケットの損傷等の被害報告がなされている。特に、耐震対策済の橋梁についても損傷していたことが問題視されており、今後予想される南海トラフ地震等の巨大地震に備え再度の見直しが迫られている。
【0010】
また、上述のような従来の機能分離型支承の問題に関しては、これに加え、橋梁では上部構造の水平力相当の反力（水平荷重）が下部構造に伝わるため、今後予想される南海トラフ地震等のレベル２以上の巨大地震に対応するには上記反力壁や下部構造をより大型化したり、あるいは補強をすることで、それ相応の耐力を保有させる必要がある。しかしながら、これらの方策は、これまで以上に施工に多大な手間やコストが発生するといった問題が生じる。
【0011】
これに対し、本願の出願人は、特許文献２に示されるように、橋梁の下部構造上に、上部構造の主桁からの鉛直荷重を支持する支承に加え、主桁間に位置する固定柱を設け、水平荷重に対し固定柱とその両側の主桁間に部材軸方向の振動を抑制する棒状制振部材を介在させることで、鉛直荷重支持機構と水平荷重支持機構とを分離した機能分離型制振構造であって、主桁には棒状制振部材を支持固定する接合部が設けられ、固定柱を中心に線対称に一対の棒状制振部材からなる水平荷重支持部材が橋軸直角方向に水平に配置され、棒状制振部材の一端は固定柱に取付けられ他端は主桁に設けた接合部に固定され、水平荷重支持部材により上部構造からの水平荷重を低減して下部構造に伝達するようにした橋梁の機能分離型制振構造を開発している。
【0012】
特許文献２に開示した構造においては、水平荷重を低減させることが可能になるため、これに伴い下部工反力も低減されることから下部構造を大型化する必要がない、あるいは鋼板巻き立て等による下部工補強が不要になるといったメリットが得られ、大規模地震動に対する補強工事を効率良く行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特許第３６３４２８８号公報
【特許文献2】特開２０１５−０３１０４６号公報
【非特許文献】
【0014】
【非特許文献1】「機能分離型支承の選定と鋼床版端部構造の提案」、日本橋梁建設協会設計小委員会構造技術部会、平成２３年度技術発表会、Ｐ１−１〜Ｐ１−１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
橋梁では、地震動や交通振動あるいは、熱伸びなどにより、上部構造と下部構造との間で橋軸方向に相対移動が生ずる場合がある。
【0016】
これに対し、上述した特許文献２には、固定柱と棒状制振部材との接合部が下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に追従できるように、棒状制振部材の端部を緊結する連結ボルトが固定柱側に取り付けるための連結板に設けたスライド用長孔に沿って橋軸方向に摺動する機構が示されている。
【0017】
しかしながら、その摺動機構を設けることで、棒状制振部材どうしの一体化が損なわれ、連結ボルトのみで緊結した状態だけでは、その摺動方向に連結板が摺動する際、連結板どうしが当初の幅を保持できず、固定柱を挟む両側の棒状制振部材が直線状の位置関係がくずれ（図９参照）、水平荷重支持機構としての本来的な機能が一部損なわれる恐れがある。
【0018】
また、上揚力および水平方向への移動制限に対しては、主桁支承部に設けられるサイドブロック等で対処できるように設計されているが、レベル２地震時に水平荷重に対して棒状制振部材が機能するためには水平荷重方向への移動が可能となっている必要があり、水平方向の移動に関する設計条件としては、常時およびレベル１地震時には水平方向に対しては、変位拘束機能としての固定状態、そしてレベル２地震時には、棒状制振部材が制振機能を発揮できるように、水平移動が可能な状態となる必要がある。
【0019】
すなわち、上陽力および水平方向の移動制限に対して、サイドブロック等は常時およびレベル１地震時にはその機能を発揮するが、レベル２地震時にはその機能を発揮しない設計とする必要があり、同時に上揚力に対する抑制機能も失われている状態となるため、別途、その機能の補完の必要性が生じ、これは、支承の大型化に繋がり機能分離型支承とする意義を損ねる。
【0020】
一方で、下部構造と上部構造との間に、別途、レベル２以上の地震動に対し上揚力を抑制する機構を組み込むことも考えられるが、その場合、上揚力抑制機構が大型化したり、機能分離型支承との取り合い、水平方向の相対移動に対する追従の問題などがある。
【0021】
本発明は、水平荷重に対し固定柱とその両側の主桁間に棒状制振部材を介在させた機能分離型制振構造において、レベル２以上の大きな地震動に対しても、固定柱と棒状制振部材が上部構造の橋軸方向の移動に追従でき、さらに固定柱を利用した効率的な上揚力抑制機構を備えた橋梁の機能分離型制振構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0022】
本発明は、橋梁の下部構造に、上部構造の主桁からの鉛直荷重を支持する支承に加え、主桁間に位置する固定柱を設け、水平荷重に対し前記固定柱とその両側の主桁間に部材軸方向の振動を抑制する棒状制振部材を介在させることで、鉛直荷重支持機構と水平荷重支持機構とを分離した橋梁の機能分離型制振構造において、前記固定柱とその両側の前記棒状制振部材はそれぞれ連結板を介して連結されており、前記固定柱とその両側の連結板は、前記固定柱または前記連結板に形成された橋軸方向に延びる長孔を貫通して両側の前記連結板どうしを緊結する棒状の緊張材で連結され、橋梁の下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、前記緊張材が前記長孔に沿って摺動することで、前記連結板を介して連結された前記固定柱とその両側の棒状制振部材の橋軸方向の相対移動を許容する構造となっており、かつ前記固定柱の両側に位置する前記連結板どうしを前記固定柱の上端部を跨ぎ、両側の前記連結板どうしを連結固定する版状部材を介して一体化することで、橋梁の下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、前記固定柱の両側の棒状制振部材どうしの直線状の位置関係が保持されるようにしたことを特徴とするものである。
【0023】
鉛直荷重支持機構と分離した水平荷重支持機構を備えた機能分離型制振構造においては、水平荷重を低減させることが可能になるため、これに伴い下部工反力も低減されることから下部構造を大型化する必要がない、あるいは鋼板巻き立て等による下部工補強が不要になるといったメリットが得られ、大規模地震動に対する補強工事を効率良く行うことができる。
【0024】
本発明の機能分離型制振構造では、上部構造からの水平荷重を低減して下部構造に伝達させるために、一対の棒状制振部材からなる水平荷重支持部材が用いられる。棒状制振部材としては、例えば、座屈拘束ブレース、摩擦ダンパー、オイルダンパーなどが挙げられる。これらの棒状制振部材を用いることによって、下部構造を大型化したり、補強をしなくても、上部構造からの水平荷重を低減して下部構造に伝達することにより、簡便に橋梁を制振して耐震性をも付与できる。
【0025】
このうち、座屈拘束ブレースは構造物の犠牲部材として開発され、構造物に大規模地震動が作用した際、ブレース芯材のある領域を塑性変形させることで、地震エネルギーを吸収し、構造物の制振制御を可能とすることができる棒状制振デバイスであり、例えば、特開２０１２−０１３１５７号公報、特開２００３−１９３６９９号公報、特開２００１−２１４５４１号公報、特開２０００−０２７２９３号公報等に記載されるものが挙げられる。これを本発明の棒状制振部材として用いることによってレベル２以上の大規模地震が発生した場合にも、この座屈拘束ブレースに部材損傷を集中させることにより地震エネルギーを吸収するといった効果が得られる。
【0026】
棒状制振部材の部材長は、橋台あるいは橋脚の設置可能空間によって決められ、例えば２主桁橋であれば、各主桁の接合部に必要な長さと固定柱の幅を控除した長さの半分となる。また、本願発明の機能分離型制振構造では、橋軸方向に互いに平行に相対向して並立する主桁間における橋軸直角方向の中間の下部構造上部に、上記棒状制振部材（水平荷重支持部材）を支持するための固定柱が設けられる。
【0027】
固定柱は鋼材を主体としたものであり、一対の上記棒状制振部材（水平荷重支持部材）が該固定柱を中心に水平かつ線対称に設置できる構造で強固なものであれば特に限定されない。例えば、Ｈ形鋼を主体としたＨ形状のもの、角型鋼管を用いた角管形状のものなどである。固定柱の断面寸法は、上部工からの曲げ耐力によって決められ、例えば、降伏軸力が５００ｋＮで設置高さが５００ｍｍ程度の位置に棒状制振部材を設置した場合、断面高さは５００ｍｍ程度である。
【0028】
本発明の機能分離型制振構造では、橋梁の主桁には上記棒状制振部材を支持固定する接合部が設けられ、上記固定柱を中心に線対称に一対の上記棒状制振部材からなる水平荷重支持部材が橋軸直角方向に水平に配置され、上記棒状制振部材の一端は前記固定柱に連結板を介して取り付けられ他端は前記接合部に固定される。
【0029】
水平荷重支持部材が橋軸直角方向に水平に配置されることにより、同方向に対する耐震設計において上部構造からの水平荷重を直接的に減衰させ下部構造に伝えられるといった効果が得られる。また、固定柱を中心に線対称に一対の上記棒状制振部材を配置することにより、上部構造からの水平荷重の伝達が一方の棒状制振部材による引張と他方の棒状制振部材による圧縮とが同時に行われるので、下部構造への水平荷重の伝達は低減される。
【0030】
このように、上部構造から下部構造への伝達部に一対の棒状制振部材を線対称に設け、引張荷重と圧縮荷重を同時に受けるようにしたことで水平荷重支持部材（水平荷重支持機構）の耐力が高まり、下部構造を大型化したり、著しく補強しなくても効率良く橋梁に耐震性を付与できる。
【0031】
なお、上記接合部は上記棒状制振部材を支持固定するために橋梁の主桁に設けられる部分であり、例えば、接合部が摩擦接合部の場合は、添接板が取り付けられるように高力ボルト孔が設けられたガセットプレートが設置されているといった構造の鋼製部材からなる部分である。
【0032】
このような構成において、本発明では上記固定柱とその両側の棒状制振部材はそれぞれ連結板を介して橋軸方向の相対移動を許容する形で連結されており、固定柱の両側に位置する連結板どうしを固定部材を介して一体化することで、橋梁の下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、前記固定柱の両側の棒状制振部材どうしの直線状の位置関係が維持されるようにしている。
【0033】
固定柱とその両側の棒状制振部材を連結板を介して連結しつつ、橋軸方向の相対移動を許容する構造としては、例えば、上述した特許文献２に記載されるように、固定柱または連結板に形成された橋軸方向に延びる長孔を形成し、この長孔を貫通して両側の連結板どうしを緊結する棒状の緊張材で固定柱と棒状制振部材の端部に設けた連結板を連結し、下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、緊張材が長孔に沿って摺動するようにする構造がある。
【0034】
しかしながら、特許文献２に記載される構造においては、その摺動方向に連結板が摺動する際、連結板どうしが当初の幅を保持できなくなるため、固定柱位置で十分にスムーズに摺動させることができず、後に詳述する図９に示されるように固定柱を挟む両側の棒状制振部材が直線状の位置関係を保持することができず、水平荷重支持機構としての本来的な機能が一部損なわれる恐れがある。
【0035】
これに対し、本発明では、固定柱の両側に位置する連結板どうしを固定部材を介して一体化することで、連結板どうしが当初の幅を保持することが可能となり、橋梁の下部構造と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、固定柱の両側の棒状制振部材同士の直線状の位置関係が保持されるようにし、水平荷重支持機構としての本来的な機能が損なわれないようにしたものである。
【0036】
固定柱の両側に位置する連結板どうしを一体化するための固定部材の形態の一つとしては、固定柱の上端部を跨ぎ、両側の連結板どうしを連結固定する版状部材を用いることができる。例えば連結板と版状の固定部材に重ね合せ部分を設けてボルト接合したり、あるいは連結板と版状の固定部材を溶接するなどして剛接合とすることで、固定柱の両側の棒状制振部材どうしの直線状の位置関係を保つようにする。
【0037】
固定柱の上側のみでは剛性が確保できない場合には、さらに連結板の下側にも固定部材を配置するなどして、固定柱を取り囲む形で複数の固定部材を配置してもよい。
【0038】
なお、上部構造の橋軸方向の移動にスムーズに追従させるためには、固定柱と両側の連結板との間が密着せずにむしろ若干の隙間が生じることが望ましく、固定部材の他の形態のとして、固定柱を跨いで両側の前記連結板どうしの間隔を保持する幅保持パイプと前記幅保持パイプを貫通して両側の前記連結板どうし緊結する棒状の緊張材とからなるものを用いることができる。
【0039】
幅保持パイプに鋼パイプなどを用いることで、両側の連結板どうしを幅保持パイプに通した緊張材で締め付けたときに、両側の連結板間に幅保持パイプの長さに相当する間隔が保持されるため、幅保持パイプの長さを固定柱の橋軸直角方向の幅以上とすることで、固定柱と連結板との間での締付けを緩和し、上部構造の橋軸方向の移動にスムーズに追従させることができる。
【0040】
以上述べた各形態の固定部材は条件に応じて単独で用いたり、これらを複数組み合わせて用いることができる。
【0041】
さらに、本発明の橋梁の機能分離型制振構造において、主桁間には主桁間をつなぐ横桁が設けられている場合に、固定柱と横桁との間に上下方向の相対移動を拘束する上揚力抵抗機構を設けることができる。
【0042】
この上揚力抵抗機構についても、上部構造の橋軸方向の移動に追従できる構造であることが望ましく、例えば上述した固定部材として固定柱の上端部を跨ぎ、両側の連結板どうしを連結固定する版状部材を用いる場合、この版状部材と横桁を所定の剛性を有する鋼材等を介して接合し、必要に応じて横桁等に補剛部材を取り付けることで、鋼材の剛性に応じた上揚力抵抗機構が簡単に形成でき、例えばレベル２以上の地震動に対して支承部のサイドブロックを効かせない構造とした場合等に、有効な上揚力抵抗機構として機能させることができる。
【発明の効果】
【0043】
本発明の橋梁の機能分離型制振構造は、簡便に施工でき、上部構造からの水平荷重を効率良く低減して下部構造に伝達することができるので、下部構造の大型化や補強の負担を軽減でき、レベル２以上の巨大地震に対しても効果的に橋梁に耐震性を付与することができるという効果に加え、固定柱の両側の連結板どうしが固定部材によって一体化されていることで、固定柱の両側の棒状制振部材の直線状の位置関係を保持した状態で、上部構造の橋軸方向の移動に追従させることができ、棒状制振部材の機能を十分に発揮させることができる。
【0044】
また、さらに固定柱と横桁との間に上下方向の相対移動を拘束する上揚力抵抗機構を設けることで、機能分離型制振構造を構成するための固定柱をレベル２以上の地震動に対する上揚力抵抗機構としても機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の機能分離型制振構造の一例を概略的に示した斜視図である。
【図2】座屈拘束ブレースによる棒状制振部材の一例を示す斜視図である。
【図3】橋脚などの下部構造上に固定した固定柱部分の詳細を示す斜視図である。
【図4】固定柱を下部構造の上部側面に固定した場合の詳細を示す斜視図である。
【図5】固定柱部分に上揚力抵抗機構を設けた場合の詳細を示す斜視図である。
【図6】固定柱部分に上揚力抵抗機構を設けた場合の他の例を示す斜視図である。
【図7】本発明の機能分離型制振構造に常時またはレベル１地震動が作用した場合の挙動を概念的に示した説明図である。
【図8】本発明の機能分離型制振構造にレベル２地震動が作用した場合の挙動を概念的に示した説明図である。
【図9】従来の機能分離型制振構造に急激な地震動が作用した場合の挙動を概念的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0046】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【0047】
図１は本発明の機能分離型制振構造の一例を概略的に示したものである。この例での橋梁１は、橋台・橋脚等の下部構造５の上に、橋軸方向の主桁６，６、橋軸直角方向の横桁３、これらの上に設置される床版２等からなる上部構造４が設けられている。
【0048】
この橋梁１は機能分離型制振構造となっており、固定柱７、座屈拘束ブレースからなる一対の棒状制振部材８，８（水平荷重支持部材）、接合部９等からなる水平荷重支持機構が橋軸直角方向に備わっている。鉛直荷重支持機構は支承１２による。橋梁１としては、鋼橋、ＲＣ橋、ＰＣ橋梁などが挙げられる。
【0049】
橋軸方向に互いに平行に相対向して並立する主桁６，６間における橋軸直角方向の中間の下部構造５の上部に棒状制振部材８，８を支持するための固定柱７が設けられ、各主桁６には棒状制振部材８を支持固定する接合部９が設けられ、固定柱７を中心に線対称に一対の棒状制振部材８，８からなる水平荷重支持部材が橋軸直角方向に水平に配置され、各棒状制振部材８の一端は連結板１４を介して固定柱７に取付けられ、他端は接合部９に固定されている。
【0050】
固定柱７は、この例ではＨ形鋼を主体としたＨ形状のものであり、下部構造５（橋台・橋脚）の上面に載置されている。また、接合部９は上部構造４との一体化を図るもので鋼板や高力ボルトなどからなり、この例では各主桁６の側面に設けられている。
【0051】
そして、水平荷重支持部材により上部構造４からの水平荷重を低減して下部構造５に伝達する。具体的には、例えば、大規模地震等により橋梁１が揺れ、棒状制振部材８の軸力が設定荷重に達した時、ダンパー機能が発揮されることで上部構造４からの水平荷重をそのまま下部構造５へ伝えることなく、これらの荷重を低減させることが可能となる。
【0052】
このような構造において、後に詳述する図５に示されるように、固定柱７の両側に位置する連結板１４どうしを固定部材としての固定版４１を介して一体化することで、固定柱７と連結板１４との間での締付けを緩和し、橋梁の下部構造５と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、固定柱７の両側の棒状制振部材８，８どうしの直線状の位置関係が保持されるようにし、さらに、固定版４１を利用して固定柱７と横桁３との間に上下方向の相対移動を拘束する上揚力抵抗機構６１を設け、例えばレベル２以上の地震動に対して支承１２位置で上揚力に抵抗しているサイドブロック１３が効かない状況において、上揚力抵抗機能を発揮させるようにしている。
【0053】
図２は座屈拘束ブレースによる棒状制振部材８の一例を示したものである。図に示した座屈拘束ブレースは、断面十字フィン状を有する低降伏点鋼材からなる荷重受部と、一般鋼材によって荷重受部よりも各フィンの幅寸法及び厚みを大きく形成して荷重受部の一端に溶接固定した端部部材と、荷重受部の他端に溶接固定した端部部材とからなる芯材２１を有している。
【0054】
芯材２１の各四隅部には、芯材２１の端部部材の各フィンの幅と同等の幅を有する山形鋼からなる座屈防止材２２が配置してあり、該座屈防止材２２は、端部部材と端部部材の一部に跨る長さを有している。
【0055】
芯材２１の荷重受部の各フィンの外側には端部部材のフィンの厚さと同等の厚さを有するスペーサが配置されており、座屈防止材２２により端部部材の一部とスペーサを挟んで組立ボルト２３（高力ボルト）と組立ナットで締め付けることにより一体的に組み立てられる。
【0056】
座屈防止材２２の一端が端部部材の一部に組立ボルト２３によって取付けられる位置には、長孔２５が形成されている。したがって、上記組立ボルト２３による締め付けを行うと、芯材２１の荷重受部と座屈防止材２２との間に隙間が形成され、よって、芯材２１の端部部材間に引張または圧縮の荷重が作用した場合には、荷重受部は引張変形または圧縮変形する。この時、座屈防止材２２は長孔２５によって荷重受部の長さ変化を許容し、荷重受部が座屈しようとする荷重に対しては座屈防止材２２が抵抗するように作用する。
【0057】
芯材２１の一方の端部には、上端に天端掛り板１５を有する連結板１４が設けられている。この連結板１４を介して座屈拘束ブレース（棒状制振部材８）が固定柱に取り付けられる。据え付けた状態において、連結板１４は圧縮時は固定柱本体（フランジ部分）に面接触して荷重を伝え、引張時は固定柱を貫通して両側の連結板１４間を緊結する連結ボルトを介して他方の連結板１４からの軸力を伝える役割をし、連結板１４の上端の天端掛り板１５は棒状制振部材８の自重を固定柱に支持する役割、また棒状制振部材８の軸に対して直角方向の可動をスムーズにする役割をする。
【0058】
本発明では、一形態としてこの天端掛り板１５の上面に、固定柱の両側の連結板１４を一体化する固定版を取り付けることができ、図示した例では天端掛り板１５部分に固定版取付け孔１６を設け、固定版４１（図１、図３〜図６参照）をボルト接合できるようにしている。
【0059】
また、連結板１４には、図に示すように、スライド用長孔１７が設けられている。このスライド用長孔１７は、上部構造の橋軸方向への移動に追従するための橋軸方向への可動機能を担う役割を果たす。
【0060】
さらに、図示した例では、連結板１４の下部に橋軸方向前後に張出し部を形成し、張出し部に後述する幅保持パイプ５１に通した緊張ボルト５２（図３、図４、図６参照）を固定するためのボルト孔１８が設けられている。
【0061】
図３は橋脚などの下部構造５上に固定した固定柱７部分の詳細を示したものである。
【0062】
固定柱７は、ベースプレート２９とその上に載置、固定されるＨ形鋼からなる固定柱本体とからなり、橋台や橋脚等の下部構造５の上面に高さ調整モルタル２８を介してアンカーボルト３０で下部構造５に固定されることにより設置されている。また、Ｈ形鋼のフランジには、連結板１４に設けられたスライド用長孔１７に併せて連結ボルト２７を通すための孔が設けられている。
【0063】
固定柱７への一対の棒状制振部材８，８（この例では座屈拘束ブレース）の取付け構造は図に示すようになっている。すなわち、スライド用長孔１７を有する棒状制振部材８は、その端部の連結板１４が固定柱７の本体であるＨ形鋼のフランジに重ねられ連結ボルト２７で固定されることにより固定柱７に取付けられている。
【0064】
上記スライド用長孔１７は、前述の通り、上部構造の橋軸方向への移動に追従するための橋軸方向への可動機能を担う役割を果たす。具体的には、例えば、連結板１４に設けられたスライド用長孔１７に突起付きの角ナット３１を設置することで該長孔１７がガイドレールとなり追従方向に可動な構造になる。
【0065】
本発明では、このような構成において、固定柱７の両側に位置する連結板１４どうしを固定部材を介して一体化することで、固定柱７と連結板１４との間での締付けを緩和し、橋梁の下部構造５と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、固定柱７の両側の棒状制振部材８，８どうしの直線状の位置関係が保持されるようにして、水平荷重支持機構としての本来的な機能が損なわれないようにしている。
【0066】
図３の例では、具体的には固定部材として、固定柱７の上端部を跨ぎ、両側の連結板１４，１４どうしを連結固定する固定版４１を用い、さらに連結板１４の下部に張出し部を形成し、この張出し部位置に鋼製の幅保持パイプ５１を介在させて、両側の連結板１４，１４どうしを幅保持パイプ５１に通した緊張ボルト５２で緊結し、固定柱７を取り囲む形で配置した上部の固定版４１と下部の幅保持パイプ５１に通した緊張ボルト５２で、両側の連結板１４，１４どうしを一体化している。
【0067】
このような構成において、固定部材としての固定版４１と幅保持パイプ５１により、両側の連結板１４，１４間に幅保持パイプ５１の長さに相当する間隔が保持されるため、幅保持パイプ５１の長さを固定柱の橋軸直角方向の幅以上とすることで、固定柱７と連結板１４との間での締付けを緩和し、上部構造の橋軸方向の移動にスムーズに追従させることができる。
【0068】
図４は固定柱を下部構造の上部側面に固定した場合の詳細を示したものである。この例では、固定柱７は、Ｈ形鋼からなる固定柱本体とアンカーボルト３０を通すための孔を有する２枚の固定プレート３２，３２とからなる。そして、Ｈ形鋼のフランジには連結板１４に設けられたスライド用長孔１７に併せて連結ボルト２７を通すための孔が、Ｈ形鋼のウェブにはアンカーボルト３０を通すための孔が各々設けられている。
【0069】
固定柱７は、図に示すように、２枚の固定プレート３２，３２でＨ形鋼を挟みアンカーボルト３０で下部構造５の上部側面に固定されることにより設置されている。
【0070】
固定柱７への一対の棒状制振部材８，８（この例では座屈拘束ブレース）の取付け構造は、図３の場合と同様なので説明は省略する。
【0071】
図５は前述した図１の実施形態における固定柱７部分の詳細を示したものである。図１に関して説明したように、固定柱７の両側に位置する連結板１４どうしを固定版４１を介して一体化し、さらに、固定版４１を利用して固定柱７と横桁３との間に上下方向の相対移動を拘束する上揚力抵抗機構６１を設けている。
【0073】
連結板１４，１４どうしを固定版４１を介して一体化することで、固定柱７と連結板１４との間での締付けを緩和し、橋梁の下部構造５と上部構造の橋軸方向の相対移動に対し、固定柱７の両側の棒状制振部材８，８どうしの直線状の位置関係を維持した状態で橋軸方向の相対移動にスムーズに追従させることができる。
【0074】
図示した例では、上揚力抵抗機構６１として、鋼板を組み合わせ、上下に接合用プレートを設けた連結ブロック６２の下側の接合用プレートを固定版４１にボルト接合し、連結ブロック６２の上側の接合用プレートを横桁３の下フランジにボルト接合し、連結ブロック６２の応力が伝わる横桁３のウェブ部分にリブ状の補剛部材６３、６４を取り付けている。
【0075】
前述したように、例えばレベル２以上の地震動に対して支承１２位置で上揚力に抵抗しているサイドブロック１３が効かない状況において、上揚力抵抗機構６１を介して固定柱７と横桁３が間接的に接合されているため、上揚力抵抗機能を発揮させることができる。
【0076】
また、固定版４１は固定柱７に対し、橋軸方向の相対移動が可能であるため、上揚力抵抗機構６１には実質的に上下方向の力のみが作用することになる。
【0078】
常時またはレベル１の地震動に対しては、図７に示されるように実質的に主桁を受けている支承が鉛直方向の振動を負担し、上揚力に対しても実質的に固定状態の支承位置のサイドブロックのストッパー機能により抵抗することができる。
【0079】
常時の熱伸びなどによる橋軸方向の相対移動に対しては、前述のように固定柱位置についても変位に追従できる構造となっている。
【0080】
図８(a)はレベル２以上の地震動により上部構造が図中水平右方向に大きく変位し、固定中の右側の棒状制振部材に引張軸力が作用し、左側の棒状制振部材に圧縮軸力が作用する様子を示している。
【0082】
図８(b)は同様にレベル２以上の地震動により上部構造が図中水平左方向に大きく変位し、固定中の右側の棒状制振部材に引張軸力が作用し、左側の棒状制振部材に圧縮軸力が作用する様子を示しており、図８(a)と図８(b)の状態が繰り返されながら、棒状制振部材による振動エネルギーの吸収により水平方向の振動が減衰して行く。
【0084】
前述したように、固定柱７の両側の連結板１４，１４どうしを連結ボルト２７で緊結し、連結板１４が、直接、固定柱７に押し付けられる図９(a)の構造では、連結ボルト２７をスライド用長孔に沿って摺動させる構成としても上部構造の橋軸方向への移動に十分追従させることが困難であり、図９(b)に示すように固定柱７位置で両側の棒状制振部材８，８が一直線とならず折れ曲がった角度となり、棒状制振部材８の機能を十分に発揮させることができなくなる恐れがある。
【0085】
これに対し、本発明の構造では、固定柱７の両側の連結板１４，どうしが固定版４１や幅保持パイプ５１など固定部材によって剛に一体化させることで、固定柱７の両側の棒状制振部材８，８の直線状の位置関係を保持した状態で、上部構造の相対移動に追従させることができるため、棒状制振部材８の機能を十分に発揮させることができる。
【符号の説明】
【0086】
１…橋梁、２…床版、３…横桁、４…上部構造、５…下部構造、６…主桁、７…固定柱、８…棒状制振部材、９…主桁側接合部、１２…支承、１３…サイドブロック（ストッパー）、１４…連結板、１５…天端掛り板、１６…固定版取付け孔、１７…スライド用長孔、１８…ボルト孔、
２１…芯材、２２…座屈拘束材、２３…組立ボルト、２５…長孔、
２７…連結ボルト、２８…高さ調整モルタル、２９…ベースプレート、３０…アンカーボルト、３１…溝付角ナット、３２…固定プレート
４１…固定版、
５１…幅保持パイプ、５２…緊張ボルト、
６１…上揚力抵抗機構、６２…連結ブロック、６３…補剛部材、６４…補剛部材