(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】6901985
(24)【登録日】2021年6月22日
(45)【発行日】2021年7月14日
(54)【発明の名称】ストッパー及びストッパー取付構造
(51)【国際特許分類】
E01D 19/04 20060101AFI20210701BHJP
E01D 1/00 20060101ALI20210701BHJP
【FI】
E01D19/04 101
E01D1/00 C
【請求項の数】7
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2018-46444(P2018-46444)
(22)【出願日】2018年3月14日
(65)【公開番号】特開2019-157524(P2019-157524A)
(43)【公開日】2019年9月19日
【審査請求日】2020年2月7日
(73)【特許権者】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100116207
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100089635
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 守
(74)【代理人】
【識別番号】100096426
【弁理士】
【氏名又は名称】川合 誠
(72)【発明者】
【氏名】笠倉 亮太
(72)【発明者】
【氏名】轟 俊太朗
(72)【発明者】
【氏名】岡本 圭太
(72)【発明者】
【氏名】草野 浩之
(72)【発明者】
【氏名】田所 敏弥
【審査官】
荒井 良子
(56)【参考文献】
【文献】
特開2002−250007(JP,A)
【文献】
特開2001−159142(JP,A)
【文献】
特開2004−044143(JP,A)
【文献】
特開2006−022518(JP,A)
【文献】
特開2007−132046(JP,A)
【文献】
特開2010−242443(JP,A)
【文献】
国際公開第2016/118430(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E01D 1/00−24/00
E04H 9/00−9/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部工に少なくとも下端が埋込まれ、前記下部工の上に載置された上部工に少なくとも上端が埋込まれる充填鋼管から成るストッパーであって、
前記下部工と上部工との間の空隙に露出する遊間部と、
前記下部工及び上部工に埋込まれる埋込部とを備え、
該埋込部の少なくとも一部が二重充填鋼管であることを特徴とするストッパー。
【請求項2】
前記充填鋼管は、鋼管と該鋼管の内部に充填された充填材とを有する請求項1に記載のストッパー。
【請求項3】
前記鋼管は円形鋼管又は角形鋼管であり、前記充填材はコンクリート又はモルタルである請求項2に記載のストッパー。
【請求項4】
前記二重充填鋼管は、内側鋼管、外側鋼管、前記内側鋼管の内部に充填された内側充填材、及び、前記内側鋼管と外側鋼管との間に充填された外側充填材を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のストッパー。
【請求項5】
前記埋込部における遊間部の近傍部分である遊間近傍部が二重充填鋼管である請求項1〜4のいずれか1項に記載のストッパー。
【請求項6】
前記埋込部の少なくとも一部の断面剛性が前記遊間部の断面剛性よりも大きい請求項1に記載のストッパー。
【請求項7】
下部工と、
該下部工の上に載置された上部工と、
前記下部工に少なくとも下端が埋込まれ、前記上部工に少なくとも上端が埋込まれた充填鋼管から成るストッパーとを備え、
該ストッパーは、前記下部工と上部工との間の空隙に露出する遊間部と、前記下部工及び上部工に埋込まれる埋込部とを含み、該埋込部の少なくとも一部が二重充填鋼管であることを特徴とするストッパー取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ストッパー及びストッパー取付構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、鉄道や道路の高架橋等の構造物として、鉄筋コンクリート構造物が広く使用されている。このような構造物においては、下部工であるラーメン高架橋又は橋脚と、上部工である橋桁とを連結するために鋼棒ストッパー、鋼角ストッパーまたはダンパー式ストッパーが使用されている。該当のストッパーに要求される機能は、地震等による水平力に対して桁の移動を制限すること、橋桁の落橋を防止することである。鋼棒ストッパーとしては、桁長15〔m〕以下程度の桁にて、丸鋼棒から成る鋼棒ストッパーが使用されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
図1は従来の鋼棒ストッパーを下部工と上部工との連結部に適用した例を示す斜視図、
図2は従来の鋼棒ストッパーが適用された下部工と上部工との連結部の断面図である。なお、
図2において、(a)は連結部全体の縦断面図、(b)は鋼棒ストッパーの横断面図である。
【0004】
図1において、21は鉄道に使用される高架橋の桁であって、鉄筋コンクリート構造またはプレストレストコンクリート構造であり、その上面に鉄道の線路、すなわち、軌道25が敷設されている。また、11は前記高架橋の橋脚であって、鉄筋コンクリート構造であり、前記桁21を支持し、基礎や地盤に鉛直荷重を伝達する。具体的には、橋脚11の上部の桁座12上に沓座13、支承本体14を設置し、前記桁21が上載されている。なお、
図1においては、説明の都合上、桁21と連続する桁の図示が省略されている。
【0005】
また、地震等による水平力によって生じる桁21の水平方向の移動を制限するために一様な径の丸鋼棒37から成る鋼棒ストッパーがストッパー31として桁座12及び桁端22に埋込まれている。具体的には、
図2に示されるように、前記ストッパー31の下端及びその近傍である下方埋込部32Bが桁座12に埋込まれ、前記ストッパー31の上端及びその近傍である上方埋込部32Aが桁端下面22aに開口するように桁端22に挿入された鋼管から成るさや管23内に収容されて埋込まれている。また、前記桁座12に埋込まれたストッパー31の下方埋込部32Bの周囲及び桁端22に挿入されたさや管23の周囲を取囲むように、前記桁座12及び桁端22には、スパイラル鉄筋26が埋込まれている。なお、上方埋込部32Aと下方埋込部32Bとを統合的に説明する場合には、埋込部32として説明する。
【0006】
そして、桁座上面12aと桁端下面22aとの間には、遊間部33を有している。なお、前記ストッパー31は、
図1に示されるように、桁21の幅方向に並ぶように、複数本(
図1に示される例では、3本)設置される。
【0007】
このように、ストッパー31の上下両側が桁座12及び桁端22に埋込まれているので、橋脚11に対する桁21の水平方向の移動が適切に制限される。なお、地震時のように慣性力Gが桁21に作用した際には、
図2に示されるように、ストッパー31が慣性力Gを受止めるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2010−242443号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、前記従来の技術では、地震時のように大きな慣性力Gを受けた場合、ストッパー31の下方埋込部32Bが埋込まれている下部工としての桁座12や、ストッパー31の上方埋込部32Aが埋込まれている上部工としての桁端22が損傷を受けてしまうことがある。
【0010】
図3は従来の鋼棒ストッパーが埋込まれた上部工が地震によって受けた損傷を示す写真、
図4は従来の鋼棒ストッパーが埋込まれた下部工が地震によって受けた損傷を示す写真である。
【0011】
交通ネットワークである鉄道や道路の高架橋等における上部工や下部工の損傷は、医療や援助物資、救援部隊の派遣等を途絶し、人命を脅かすので、早急に復旧する必要がある。しかし、
図3及び4に示されるように、桁端22や桁座12が損傷を受けた場合、高所作業車を使用した点検が必要であり、復旧に時間と労力とが必要となる。また、損傷は、桁座12の前面12b側のみならず、
図4に示されるように、桁座12の背面12c側(桁遊間)にも生じるが、該背面12cは見えない箇所であり、また、復旧作業を行うための作業空間が狭隘なので、復旧に長い時間がかかるだけでなく、復旧作業自体が困難となる場合もある。
【0012】
ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、ストッパーの埋込部の少なくとも一部を二重充填鋼管にすることによって、損傷をストッパーの遊間部に集中させ、ストッパーの埋込部が埋込まれた構造物のコンクリートの損傷を抑制することができ、構造物の復旧作業を容易に、かつ、迅速に行うことができるストッパー及びストッパー取付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】
【0013】
そのために、ストッパーにおいては、下部工に少なくとも下端が埋込まれ、前記下部工の上に載置された上部工に少なくとも上端が埋込まれる充填鋼管から成るストッパーであって、前記下部工と上部工との間の空隙に露出する遊間部と、前記下部工及び上部工に埋込まれる埋込部とを備え、該埋込部の少なくとも一部が二重充填鋼管である。
【0014】
他のストッパーにおいては、さらに、前記充填鋼管は、鋼管と該鋼管の内部に充填された充填材とを有する。
【0015】
更に他のストッパーにおいては、さらに、前記鋼管は円形鋼管又は角形鋼管であり、前記充填材はコンクリート又はモルタルである。
【0016】
更に他のストッパーにおいては、さらに、前記二重充填鋼管は、内側鋼管、外側鋼管、前記内側鋼管の内部に充填された内側充填材、及び、前記内側鋼管と外側鋼管との間に充填された外側充填材を有する。
【0017】
更に他のストッパーにおいては、さらに、前記埋込部における遊間部の近傍部分である遊間近傍部が二重充填鋼管である。
【0018】
更に他のストッパーにおいては、さらに、前記埋込部の少なくとも一部の断面剛性が前記遊間部の断面剛性よりも大きい。
【0019】
ストッパー取付構造においては、下部工と、該下部工の上に載置された上部工と、前記下部工に少なくとも下端が埋込まれ、前記上部工に少なくとも上端が埋込まれた充填鋼管から成るストッパーとを備え、該ストッパーは、前記下部工と上部工との間の空隙に露出する遊間部と、前記下部工及び上部工に埋込まれる埋込部とを含み、該埋込部の少なくとも一部が二重充填鋼管である。
【発明の効果】
【0020】
本開示によれば、ストッパーの埋込部の少なくとも一部を二重充填鋼管にする。これにより、損傷をストッパーの遊間部に集中させ、ストッパーの埋込部が埋込まれた構造物のコンクリートの損傷を抑制することができ、構造物の復旧作業を容易に、かつ、迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【
図1】従来の鋼棒ストッパーを下部工と上部工との連結部に適用した例を示す斜視図である。
【
図2】従来の鋼棒ストッパーが適用された下部工と上部工との連結部の断面図である。
【
図3】従来の鋼棒ストッパーが埋込まれた上部工が地震によって受けた損傷を示す写真である。
【
図4】従来の鋼棒ストッパーが埋込まれた下部工が地震によって受けた損傷を示す写真である。
【
図5】第1の実施の形態における構造物の載荷試験によって得られた水平荷重と水平変位との関係を示す図である。
【
図6】第1の実施の形態における構造物の載荷試験によって受けた損傷を示す写真である。
【
図7】第1の実施の形態における構造物の再現解析によって得られた支圧応力の分布を示す図である。
【
図8】第1の実施の形態におけるストッパーを示す図である。
【
図9】第2の実施の形態におけるストッパーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0023】
図5は第1の実施の形態における構造物の載荷試験によって得られた水平荷重と水平変位との関係を示す図、
図6は第1の実施の形態における構造物の載荷試験によって受けた損傷を示す写真、
図7は第1の実施の形態における構造物の再現解析によって得られた支圧応力の分布を示す図である。なお、
図6において、(a)は第1の載荷試験によって受けた損傷を示す写真、(b)は第2の載荷試験によって受けた損傷を示す写真である。
【0024】
本実施の形態においては、「背景技術」及び「発明が解決しようとする課題」の項における説明を援用し、下部工と上部工との連結部における各部の構造、動作及び効果であって、「背景技術」及び「発明が解決しようとする課題」の項において説明したものと同じものについては、
図1及び2に示される符号と同じ符号を付与することによって、適宜、説明を省略する。
【0025】
また、本実施の形態において、下部工と上部工との連結部の各部及びその他の部材の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、下部工と上部工との連結部の各部及びその他の部材が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。
【0026】
「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、鉄道の高架橋等における上部工、下部工等の構造物が被災した場合、損傷を受けた箇所が桁端22や桁座12であると、復旧に長い時間がかかるだけでなく、復旧作業自体が困難となる場合もある。そこで、被災した場合に構造物がどのような損傷を受けるのかを解明するために、載荷試験が行われている。このような載荷試験により、ストッパー31としての鋼棒ストッパーや、ストッパー31の下方埋込部32Bが埋込まれている下部工である桁座12のコンクリートの残存耐力と損傷との関係が明らかになりつつある。
【0027】
図5には、第1及び第2(No.1及びNo.2)の載荷試験の結果として得られた水平荷重と水平変位との関係を示す曲線が示されている。そして、ストッパー31としての鋼棒ストッパーが降伏した点や、
図6に示されるような桁座12のコンクリートにはく離が発生した点も示されている。
【0028】
また、
図5に示されるような載荷試験の結果に基づいて解析を行うことによって、
図7に示されるように、ストッパー31の下方埋込部32Bが埋込まれている桁座12のコンクリートの支圧力の分布を再現することができる。
図7に示される結果から、支圧力は桁座上面12aの近傍に集中することが分かる。
【0029】
ストッパー31の埋込部32の周囲におけるコンクリートは、現在の設計手法及び構造細目では、損傷を抑制することが困難である。そこで、ここでは、損傷メカニズムから、ストッパー31の仕様を変更することによって、埋込部32の周囲におけるコンクリートの損傷を制御することとする。
【0030】
図8は第1の実施の形態におけるストッパーを示す図である。なお、図において、(a)は側面図、(b)は(a)におけるA−A矢示断面図である。
【0031】
図に示されるように、本実施の形態におけるストッパー31は、丸鋼棒37から成る鋼棒ストッパーではなく、鋼管35の中に充填材36としてのコンクリートを充填した充填鋼管としてのコンクリート充填鋼管38から成る。そして、上部工としての桁端22に埋込まれる上方埋込部32A、及び、下部工としての桁座12に埋込まれる下方埋込部32Bの外径が、桁座上面12aと桁端下面22aとの間の空隙24に露出する遊間部33の外径より大きく設定されている。また、該遊間部33は、単純な一重構造のコンクリート充填鋼管38であるのに対して、上方埋込部32A及び下方埋込部32Bは、二重構造の二重充填鋼管としての二重コンクリート充填鋼管39である。具体的には、
図8(b)に示されるように、遊間部33は、内側鋼管35aの中に内側充填材36aとしてコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管38であり、埋込部32は、内側鋼管35aの外周を覆う外側鋼管35bと内側鋼管35aとの間に外側充填材36bとしてコンクリートを充填した二重コンクリート充填鋼管39となっている。なお、内側鋼管35aと外側鋼管35bとを統合的に説明する場合には鋼管35として説明し、内側充填材36aと外側充填材36bとを統合的に説明する場合には充填材36として説明する。また、該充填材36は、コンクリートに限定されるものでなく、粗骨材を含有しないモルタルであってもよい。さらに、前記鋼管35は、円形鋼管に限定されるものでなく、角形鋼管であってもよい。
【0032】
図8に示される例において、二重コンクリート充填鋼管39から成る大径の埋込部32の直径は約150〔mm〕であり、コンクリート充填鋼管38から成る小径の遊間部33の直径は約110〔mm〕であり、鋼管35の肉厚は約12〔mm〕であり、充填材36であるコンクリートの強度は約40〔N/mm
2 〕であり、埋込部32の長さは約600〔mm〕であり、小径の遊間部33の長さは約100〔mm〕であるが、各部の数値は、適宜変更することができる。なお、本実施の形態におけるストッパー31において、コンクリート充填鋼管38から成る小径の遊間部33は、直径が約100〔mm〕の丸鋼棒37と同等の耐力を有し、二重コンクリート充填鋼管39から成る埋込部32は、直径が約100〔mm〕の丸鋼棒37以上の耐力を有するように設定されることが望ましい。また、前記埋込部32は、その断面剛性が遊間部33の断面剛性より大きくなるように設定されることが望ましい。
【0033】
図8に示されるように、桁端22及び桁座12に埋込まれる埋込部32を二重コンクリート充填鋼管39にして前記埋込部32の断面剛性を高くすることによって、地震時のように大きな慣性力Gを受けた場合に、ストッパー31の遊間部33に損傷を集中させ、桁端22及び桁座12における埋込部32の周囲のコンクリートの損傷を抑制することができる。また、遊間部33のコンクリート充填鋼管38が損傷を受けた場合、鋼管35の肉厚が比較的薄いので、コンクリート充填鋼管38を取替えることが可能である。さらに、埋込部32の周囲のコンクリートは、二重コンクリート充填鋼管39によって補強されるので、前記コンクリートの損傷が更に抑制される。また、前記二重コンクリート充填鋼管39をスパイラル鉄筋26と置換えることもできる。なお、コンクリート充填鋼管38は、事前に作製する必要があるが、桁端22設置側よりコンクリートを充填するので、蓋は不要である。コンクリートの充填後は、従来のストッパー31と同様に施工することができる。また、埋込部32の外側鋼管35bはスパイラル鉄筋26と同様の施工が可能である。
【0034】
このように、本実施の形態において、ストッパー31は、下部工としての桁座12に少なくとも下端が埋込まれ、桁座12の上に載置された上部工としての桁端22に少なくとも上端が埋込まれるコンクリート充填鋼管38から成る。そして、ストッパー31は、桁座12と桁端22との間の空隙24に露出する遊間部33と、桁座12及び桁端22に埋込まれる埋込部32とを備え、埋込部32の少なくとも一部が二重コンクリート充填鋼管39である。
【0035】
また、本実施の形態における鋼棒ストッパー取付構造は、下部工としての桁座12と、桁座12の上に載置された上部工としての桁端22と、桁座12に少なくとも下端が埋込まれ、桁端22に少なくとも上端が埋込まれ埋込まれたコンクリート充填鋼管38から成るストッパー31とを備え、ストッパー31は、桁座12と桁端22との間の空隙24に露出する遊間部33と、桁座12及び桁端22に埋込まれる埋込部32とを含み、埋込部32の少なくとも一部が二重コンクリート充填鋼管39である。
【0036】
これにより、損傷をストッパー31の遊間部33に集中させ、ストッパー31の埋込部32が埋込まれた構造物のコンクリートの損傷を抑制することができ、構造物の復旧作業を容易に、かつ、迅速に行うことができる。また、ストッパー31の桁端22及び桁座12の取付け施工を容易に行うことができる。さらに、遊間部33が損傷を受けた場合に取替えることが可能である。
【0037】
また、コンクリート充填鋼管38は、鋼管35と鋼管35の内部に充填された充填材36とを有する。さらに、鋼管35は円形鋼管又は角形鋼管であり、充填材36はコンクリート又はモルタルである。さらに、二重コンクリート充填鋼管39は、内側鋼管35a、外側鋼管35b、内側鋼管35aの内部に充填された内側充填材36a、及び、内側鋼管35aと外側鋼管35bとの間に充填された外側充填材36bとを有する。さらに、埋込部32の少なくとも一部の断面剛性が遊間部33の断面剛性よりも大きくする。このように、遊間部33の断面剛性を小さくすることによって、構造物のコンクリートの損傷を効率的に抑制することができる。
【0038】
次に、第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【0039】
図9は第2の実施の形態におけるストッパーを示す図である。なお、図において、(a)は側面図、(b)は(a)におけるB−B矢示断面図である。
【0040】
図7に示される結果からも分かるように、大きな慣性力Gを受けた場合、コンクリートの支圧力が空隙24に近い部分に集中する。そこで、本実施の形態におけるストッパー31は、
図9に示されるように、埋込部32における遊間部33の近傍部分だけが、二重コンクリート充填鋼管39であり、断面剛性が大きくなっている。
【0041】
より詳細に説明すると、上方埋込部32Aにおける遊間近傍部32Aa及び下方埋込部32Bにおける遊間近傍部32Baが二重コンクリート充填鋼管39であり、上方埋込部32Aにおける遠方部32Ab及び下方埋込部32Bにおける遠方部32Bbは、遊間部33と同様に、コンクリート充填鋼管38となっている。なお、上方埋込部32Aにおける遊間近傍部32Aa及び下方埋込部32Bにおける遊間近傍部32Baを統合的に説明する場合には遊間近傍部32aとして説明し、上方埋込部32Aにおける遠方部32Ab及び下方埋込部32Bにおける遠方部32Bbを統合的に説明する場合には遠方部32bとして説明する。
図9に示される例において、二重コンクリート充填鋼管39から成る大径の遊間近傍部32aの直径は約150〔mm〕であり、コンクリート充填鋼管38から成る小径の遊間部33及び遠方部32bの直径は約110〔mm〕であり、鋼管35の肉厚は約12〔mm〕であり、充填材36であるコンクリートの強度は約40〔N/mm
2 〕であり、埋込部32の長さは約600〔mm〕であり、小径の遊間部33の長さは約100〔mm〕であり、遊間近傍部32aの長さは約300〔mm〕であるが、各部の直径及び長さは、適宜変更することができる。
【0042】
このように、本実施の形態において、埋込部32における遊間部33の近傍部分である遊間近傍部32aが二重コンクリート充填鋼管39である。
【0043】
これにより、構造物のコンクリートの支圧力が集中する箇所の断面剛性を大きくすることができ、構造物のコンクリートの損傷を効率的に抑制することができる。
【0044】
なお、その他の点の効果については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0045】
また、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本開示は、ストッパー及びストッパー取付構造に適用することができる。
【符号の説明】
【0047】
12 桁座
22 桁端
24 空隙
31 ストッパー
32A 上方埋込部
32Aa、32Ba 遊間近傍部
32B 下方埋込部
33 遊間部
35 鋼管
35a 内側鋼管
35b 外側鋼管
36 充填材
36a 内側充填材
36b 外側充填材
38 コンクリート充填鋼管
39 二重コンクリート充填鋼管