JP4842722B2 - 桁橋の免震構造、架空構造物の免震構造 - Google Patents

Description

本発明は、桁橋の免震構造、架空構造物の免震構造に関する。

橋梁は、構造物の荷重を地盤に伝達する下部構造としての橋台や橋脚と、橋台や橋脚に支持される橋桁等の上部構造とから構成される。桁橋は、２つ以上の複数の橋脚が連続しており、橋桁を橋脚で支える橋梁である。橋桁を２つの橋脚で支える場合を単純桁橋といい、橋桁を３つ以上の橋脚で支える場合を連続桁橋という。ところで、地震に耐えられる橋梁とするためには、構造物を頑強に設計する耐震設計と、構造物に入力される地震力を減少させる免震設計とが知られている。

桁橋を免震設計した免震橋とするためには、橋桁と橋脚との間に配置される支承を、免震装置とするのが一般的である。免震装置は、一般に、免震装置上の構造物を水平方向に柔軟に支持して構造物の固有周期を長くするアイソレータと、地震時の変位を抑えるためエネルギー吸収を行うダンパーとから構成される。アイソレータ及びダンパーによる免震装置を利用した免震橋の設計方法としては、例えば非特許文献１が開示されている。

建設省、「道路橋の免震設計法マニュアル（案）」、財団法人土木研究センター、１９９２年１２月１日、ｐ．２５１−２８８

しかし、免震装置を使用した免震橋の固有周期を長くすると、地震力が入力されたときの最大応答相対変位も増大する。建築分野では、免震装置が設けられた免震層の変形を大きくすることができ、固有周期を長くして応答加速度を小さくすることができる。一方、土木分野、特に橋梁分野では、橋桁の連続性を保たせるため、応答変位を小さくしなければならず、固有周期を短く設定していた。例えば、従来の免震橋の固有周期は、免震装置を用いない橋梁の２倍程度の周期に設定され、例えば３〜４秒という値に設定することができなかった。その結果、従来の免震橋は、本来の免震効果を得られず、応答加速度も大きくなるため、免震装置を使用していながら、耐震構造に近い頑強な構造であった。そして、本来の免震効果が得られないため、構造物の構造体を軽減することができず、耐震設計の場合と同様に橋脚や基礎の構造を強固なものにしなければならないという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、橋桁間、又は上部構造体間の連続性を維持しつつ、免震効果を向上させることが可能な、新規かつ改良された桁橋の免震構造、架空構造物の免震構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の橋脚と、橋脚上に架構された複数の橋桁とからなる桁橋の免震構造において、各橋桁と各橋脚との接合部に免震装置を設け、複数の橋桁のうち、桁橋の中央に位置する橋桁が、桁橋の端部に位置する橋桁よりも、固有周期が長くなるように、各免震装置の剛性が調整されたことを特徴とする、桁橋の免震構造が提供される。

かかる構成により、桁橋の免震構造は、複数の橋脚と、橋脚上に架構された複数の橋桁とからなり、免震装置は、各橋桁と各橋脚との接合部に設けられる。また、各免震装置の剛性が調整されて、複数の橋桁のうち、桁橋の中央に位置する橋桁が、桁橋の端部に位置する橋桁よりも、固有周期が長くなる。その結果、桁橋の中央に位置する橋桁の応答相対変位は、桁橋の端部に位置する橋桁の応答相対変位よりも大きくなる。

上記桁橋の端部に位置する橋桁から、橋桁の中央側に位置する橋桁に向かうにつれ、各橋桁の固有周期が次第に長くなるように、各免震装置の剛性が調整されてもよい。かかる構成により、各免震装置の剛性が調整されて、桁橋の中央側に位置する橋桁に向かうにつれ、各橋桁の固有周期が次第に長くなる。その結果、桁橋の中央側に位置する橋桁に向かうにつれ、各橋桁の応答相対変位も大きくなる。

上記各橋桁の固有周期は、所定の上限固有周期により規制されてもよい。かかる構成により、桁橋の中央側に位置する橋桁の固有周期は、所定の上限固有周期となる。

上記免震装置は、橋脚上で橋桁を略鉛直方向に支持するアイソレータと、橋脚と橋桁との略水平方向の相対移動を制限する第１ダンパーとから構成されてもよい。かかる構成により、免震装置は、アイソレータと第１ダンパーとから構成され、アイソレータは、橋脚上で橋桁を略鉛直方向に支持し、第１ダンパーは、橋脚と橋桁との略水平方向の相対移動を制限する。

上記複数の橋桁は、第２ダンパーで相互に連結されてもよい。かかる構成により、第２ダンパーは、橋桁を相互に連結する。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の下部構造体と、下部構造体上に架構された複数の上部構造体とからなる架空構造物の免震構造において、各上部構造体と各下部構造体との接合部に免震装置を設け、複数の上部構造体のうち、架空構造物の少なくともいずれかの端部で接地する上部構造体よりも、当該接地箇所から離隔配置された上部構造体のほうが、固有周期が長くなるように、各免震装置の剛性が調整されたことを特徴とする、架空構造物の免震構造が提供される。

かかる構成により、架空構造物の免震構造は、下部構造体と、下部構造体上に架構された上部構造体とからなり、免震装置は、上部構造体と下部構造体との接合部に設けられる。また、各免震装置の剛性が調整されて、複数の上部構造体のうち、架空構造物の少なくともいずれかの端部で接地する上部構造体よりも、当該接地箇所から離隔配置された上部構造体のほうが、固有周期が長くなる。その結果、接地箇所から離隔配置された上部構造体の応答相対変位は、接地する上部構造体の応答相対変位よりも大きくなる。架空構造物は、例えば、桁橋、トラス橋、床版橋、パイプライン用ラック、桟橋などである。なお、接地とは、地盤に直接接地される場合だけでなく、地盤に安定配置された基台、例えば橋台、構造物などに接続される場合も含む。

本発明によれば、橋桁間、又は上部構造体間の連続性を維持しつつ、免震効果を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態にかかる桁橋について説明する。図１は、本実施形態に係る桁橋の概略を示す正面図である。図２は、本実施形態に係る桁橋の一部を示す正面図である。図３は、本実施形態に係る桁橋を示す平面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る架空構造物としての桁橋１００は、下部構造としての橋台１２２と複数の橋脚１２０、及び橋台１２２と複数の橋脚１２０とに架構された上部構造としての橋桁１１０ａ〜１１０ｅ（以下、「橋桁１１０」と総称する場合もある。）とから構成される。更に、図２に示すように、各橋桁１１０と各橋脚１２０との接合部（支承部）には、免震装置１６０が設けられる。なお、図１では、免震装置１６０を省略して桁橋１００の概略を示している。桁橋１００の全長は、橋脚１２０を複数連立させることで変更され、例えば１００ｍから数１０ｋｍまでの様々な長さを有することができる。桁橋１００は、道路橋、鉄道高架橋、パイプライン用ラックなど、様々な用途に適用される。

次に、図１〜図５を参照して、本実施形態に係る桁橋１００の各構成要素について、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る橋桁と橋脚との接合部を示す正面図及び平面図である。図５は、本実施形態に係る橋桁と橋脚との接合部を示す正面図である。橋台１２２は、例えば鉄筋コンクリート製であり、図１に示すように、桁橋１００の両端部に設けられて、桁橋１００の端部に位置する橋桁１１０の端部を支持する。橋台１２２は、例えば、桁橋１００が道路１０６に接続される場所（接地部分）に、基礎となる部分が地盤に埋設されて設けられる。

橋脚１２０は、例えば鉄筋コンクリート製であり、図１に示すように、両端の橋台１２２の間に設けられて、橋桁１１０を支持する。橋脚１２０は、２以上設けられて、図２に示すように、基礎１３０に支持される。基礎１３０は、例えば鉄筋コンクリート製であり、更に杭（図示せず。）によって地盤に支持されて、橋脚１２０や橋桁１１０等の桁橋１００を支持する。橋台１２２と橋脚１２０との間、又は橋脚１２０相互間の長さは、例えば３０〜５０ｍである。なお、以下では、「橋脚１２０」とは、橋脚１２０に橋台１２２を含めて、橋台１２２と橋脚１２０との総称を指す場合もある。

橋桁１１０は、例えば鋼製であり、橋台１２２と橋脚１２０、又は各橋脚１２０に架構される。橋桁１１０は、図２に示すように、免震装置１６０を介して、橋台１２２又は橋脚１２０に支持される。橋桁１１０は、図４に示すように、１の橋脚１２０に２つの橋桁１１０の端部が支持される場合と、図５に示すように、１の橋脚１２０に１つの橋桁１１０の中間部が支持される場合とがある。また、隣り合う２つの橋桁１１０は、図４に示すように、必ず橋脚１２０上で隣接する。橋桁１１０の長さは、１スパン（例えば１の橋台１２２と橋台１２２に隣接する橋脚１２０との間、又は隣接し合う橋脚１２０間）を最小の長さとし、橋桁１１０が複数の橋脚１２０に架構されることで、２スパン以上の長さを有する。また、橋台１２２端部と橋台１２２に隣接する橋桁１１０端部との間、及び相隣接する橋桁１１０の端部間には、例えばフィンガージョイントや伸縮継手等の伸縮装置（図示せず。）が設けられてもよい。伸縮装置は、橋桁１１０の変位差を吸収し、橋桁１１０上の例えば道路面の平坦性や連続性を保つことができる。

免震装置１６０は、橋桁１１０を鉛直方向に支持し、下部構造から上部構造に伝達される地震動を低減させることができる。免震装置１６０は、橋脚１２０上で、１つの橋桁１１０に対して、例えば２〜３個設置される。免震装置１６０は、後述の図６及び図７に示すように、アイソレータ（図６における鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０のゴム層２６２と補強鋼板２６４と連結鋼板２６６、図７における積層ゴムアイソレータ３６０）と、第１ダンパー（図６における鉛プラグ２６８、図７におけるオイルダンパー３１０）とから構成される。

アイソレータは、鉛直方向に橋桁１１０の重量を支持できるような強度及び剛性を有しており、橋脚１２０上で橋桁１１０を支持する。また、アイソレータは、水平方向には十分に小さな剛性を有しており、橋桁１１０を水平方向に移動させることができる。そして、水平方向の剛性が小さいため、アイソレータは、橋脚１２０から橋桁１１０に伝達され、入力される地震動を低減させることができる。アイソレータの水平方向の剛性を小さくするほど、地震に対する橋桁１１０の応答加速度は小さくなり、地盤と橋桁１１０との相対的な変位である応答相対変位は大きくなる。これらの構成により、アイソレータは、橋桁１１０の固有周期を長くさせることができる。

一方、第１ダンパーは、一端で橋脚１２０と接続され、他端で橋桁１１０と接続されて、橋脚１２０と橋桁１１０との水平方向の相対移動を制限する。即ち、アイソレータによって、橋桁１１０の固有周期を長くすると、桁橋１００に地震動が入力された際、橋桁１１０の相対変位が過大になる。そこで、第１ダンパーが有するエネルギー吸収能力（減衰性能）によって、橋桁１１０の相対変位を適切な範囲に設定する。

次に、図６と図７を参照して、アイソレータと第１ダンパーとからなる免震装置１６０の具体例を説明する。図６は、本実施形態に係る免震装置１６０の１例である鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０を示す平面図及び平面図のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図７は、本実施形態に係る免震装置の別の例である積層ゴムアイソレータ３６０とオイルダンパー３１０を示す正面図である。なお、免震装置１６０は、以下に挙げる例に限定されず、構造物の免震を図る際に一般的に使用されるものを用いることができる。

図６には、免震装置１６０として適用される鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０を示す。鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０は、厚さの薄いゴム層２６２と、補強鋼板２６４と、上面及び下面に設けられた２枚の連結鋼板２６６と、鉛プラグ２６８とからなる。鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０は、アイソレータ及び第１ダンパーとが一体化された構成要素である。具体的には、免震装置１６０のアイソレータに相当する部分は、ゴム層２６２と、補強鋼板２６４と、連結鋼板２６６とからなり、免震装置１６０の第１ダンパーに相当する部分は、鉛プラグ２６８である。

複数のゴム層２６２と補強鋼板２６４とが交互に積層されることによって、鉛直方向の剛性が高くなるため、鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０は、橋桁１１０を鉛直方向に支持することができる。また、鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０は、ゴムの特性によって、水平方向には、小さな剛性と大きな変形能力を有する。更に、鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０には、鉛直方向に円柱状の鉛プラグ２６８が貫通されており、鉛プラグ２６８は、一端が橋桁１１０と接続され、他端が橋脚１２０と接続されている。鉛プラグ２６８は、例えば純度９９．９９％の鉛であり、鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０は、鉛の有する塑性変形能力によってエネルギーを吸収し、第１ダンパーとしての減衰性能を発揮する。また、純度の高い鉛は、常温でも再結晶化するため、地震による塑性化後も、鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０の減衰性能を回復させることができる。

図７には、免震装置１６０として適用される積層ゴムアイソレータ３６０とオイルダンパー３１０との組み合わせを示す。積層ゴムアイソレータ３６０は、アイソレータに相当し、オイルダンパー３１０は、第１ダンパーに相当する。積層ゴムアイソレータ３６０は、上述した鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０の鉛プラグ２６８を除いた構成であり、薄いゴム層２６２と、補強鋼板２６４と、上面及び下面に設けられた２枚の連結鋼板２６６とからなる同等の構成要素を有するが、図７では各構成要素は図示しない。積層ゴムアイソレータ３６０は、複数のゴム層と補強鋼板とが交互に積層されることによって、橋桁１１０を鉛直方向に支持し、水平方向には橋桁１１０を移動させることができる。

一方、オイルダンパー３１０は、固定部３１２ａ、３１２ｂと、取り付け部３１６ａ、３１６ｂと、シリンダー３１８と、ピストン（図示せず。）と、ロッド（図示せず。）と、シリンダー３１８内部に充填されたオイル等の充填材（図示せず。）とから構成される。オイルダンパー３１０は、固定部３１２ａと取り付け部３１６ａとによって、一端で橋脚１２０に固定され、固定部３１２ｂと取り付け部３１６ｂとによって、他端で橋桁１１０に固定される。地震動が入力されて橋脚１２０と橋桁１１０に相対変位が生じると、ロッドに連結されたピストンが、シリンダー３１８内部で移動するため、ピストンの移動によって充填材がシリンダー３１８内部で流動する。その結果、充填材の流動抵抗力によってエネルギーを吸収し、オイルダンパー３１０は、減衰性能を発揮する。以上より、積層ゴムアイソレータ３６０とオイルダンパー３１０とを組み合わせることによって、免震装置１６０の機能が発揮される。

次に、本実施形態に係るアイソレータ及び第１ダンパーを設計、又は既存のアイソレータ及び第１ダンパーから選定する場合の条件について説明する。アイソレータは、本実施形態に係る橋桁１１０の固有周期に基づいて、設計又は選定される。アイソレータ群の水平剛性に基づく橋桁１１０の固有周期は、次式（数式１）によって表される。

ここで、Ｔ_ｆ：アイソレータ群のみの水平剛性に基づく周期、Ｗ：橋桁重量、Ｋ_ｆ：積層ゴムアイソレータ群の水平剛性、ｇ：重力加速度である。

従って、固有周期を長くするためには、積層ゴムアイソレータ群の水平剛性Ｋ_ｆを低下させる必要があることが分かる。

更に、アイソレータの水平剛性に基づく橋桁１１０の固有周期は、水平剛性Ｋ_ｈ０（せん断式：数式３）をＫ_ｆの代わりに代入することで、次式によっても表される。

ここで、ｎ：ゴム層数、ｔ_ｒ：ゴム１層厚、σ：平均圧縮応力度、Ｇ：せん断弾性率、Ｄ：積層ゴムの直径、Ｓ_２：２次形状係数である。

ここで、Ａ：ゴムの断面積、Ｔ_ｒ：全ゴム厚（＝ｎｔ_ｒ）である。

従って、橋桁１１０の固有周期を決定していれば、数式２を用いて、積層ゴムの形状Ｄ、Ｓ_２、例えば全ゴム厚Ｔ_ｒ（ｎｔ_ｒ）と、せん断弾性率Ｇと、平均圧縮応力度σ等の条件を調整することで、アイソレータを設計、選定することができる。一方、第１ダンパーを設計、選定するためには、耐力、例えば降伏せん断力係数α_ｓ、降伏変位σ_ｙ、及び減衰定数ｈ_ｅｑ等の条件を調整する。なお、免震装置１６０のアイソレータや第１ダンパーの種類や設置個数などの条件を決定する際には、１つの橋桁１１０と、当該橋桁１１０を支持する橋脚１２０と免震装置１６０とからなるユニット１０１を１単位として算定する。ユニット１０１は、図２に示す破線、一点鎖線、二点鎖線で囲まれる部分で示される。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る桁間ダンパー１７０について説明する。この桁間ダンパー１７０は、第２ダンパーに相当する。桁間ダンパー１７０は、一般的に使用される様々なダンパーを用いることができるが、例えば、図４に示すような棒状のダンパーを使用することができる。桁間ダンパー１７０は、地震動によるエネルギーを吸収することができ、連結部１７２を介して、橋桁１１０に接続される。桁間ダンパー１７０は、両端で異なる橋桁１１０に接続され、隣接する橋桁１１０を相互に連結する。桁間ダンパー１７０は、地震動入力時に発生する橋桁１１０間の変位差を利用して、地震エネルギーを吸収する。その結果、桁間ダンパー１７０は、橋桁１１０間の変位差を減少させることができ、更に橋桁１１０を支持する橋脚１２０の構造を軽減することができる。

次に、図１〜図３、図８を参照して、本実施形態に係る桁橋１００の免震構造について説明する。図８は、本実施形態に係る橋桁の橋軸方向の移動を示す概略図である。図１〜図３、図８に示す桁橋１００は、両端部の橋桁１１０ａが、橋台１２２に接続されている。そして、桁橋１００は、橋台１２２から離隔配置されて桁橋１００の中央に位置する橋桁１１０ｅを中心として対称的な構成を有している。中央部の橋桁１１０ｅの両側に位置する橋桁１１０ａ〜１１０ｄは、１つの橋桁１１０に対して２つの橋脚１２０で支持されている。また、橋桁１１０ｅは、１つの橋桁１１０ｅに対して、５つの橋脚１２０で支持されている。なお、図１〜図３、図８に示す桁橋１００は、本実施形態の免震構造を説明するための１例であり、かかる例に限定されない。

本実施形態に係る桁橋１００の免震構造は、複数の橋桁１１０ａ〜１１０ｅのうち、中央部の橋桁１１０ｅが、桁橋１００の端部に位置する橋桁１１０ａよりも、固有周期が長くなるように、免震装置１６０の剛性及び／又は耐力が調整される。また、端部の橋桁１１０ａから、中央部の橋桁１１０ｅに向かうにつれて、各橋桁１１０の固有周期が次第に長くなるように、免震装置１６０の剛性及び／又は耐力が調整される。そして、中央部の橋桁１１０ｅの固有周期は、所定の上限固有周期に設定される。

中央部の橋桁１１０ｅの固有周期は、約３〜４秒というように十分に長くなるように設定される。このように固有周期を十分長く設定することで、地震発生時の橋桁１１０ｅの応答加速度を大幅に低減することができ、中央部の橋桁１１０ｅを支持する橋脚１２０の構造を軽減すること、例えば橋脚１２０の小断面化を図ることができる。

一方、端部の橋桁１１０ａ、及び端部の橋桁１１０ａと中央部の橋桁１１０ｅとの間に位置する橋桁１１０ｂ〜１１０ｄの固有周期は、中央部の橋桁１１０ｅの固有周期よりも短く、中央部の橋桁１１０ｅに近い橋桁１１０ほど固有周期が長くなるように、段階的に固有周期の長さが設定される。従って、中央部の橋桁１１０ｅの固有周期が、他の橋桁１１０ａ〜１１０ｄの固有周期よりも長いため、中央部の橋桁１１０ｅの固有周期を上限固有周期と定義する。

橋桁１１０の固有周期と、地盤に対する橋桁１１０の応答相対変位は、ほぼ比例する。即ち、橋桁１１０の固有周期を徐々に長くするにつれて、橋桁１１０の応答相対変位も徐々に大きくなる。従って、本実施形態では、端部の橋桁１１０ａから中央部の橋桁１１０ｅまで、各橋桁１１０の応答相対変位は、段階的に大きくなる。例えば、本実施形態では、中央部の橋桁１１０ｅの固有周期（上限固有周期）を例えば４秒、応答相対変位を例えば３０ｃｍに設定する。また、端部の橋桁１１０ａから中央部の橋桁１１０ｅに隣接する橋桁１１０ｄまで、４つの橋桁１１０ａ〜１１０ｄの固有周期をそれぞれ例えば１秒、１．５秒、２秒、３秒とし、それぞれの応答相対変位を例えば６ｃｍ、１２ｃｍ、１８ｃｍ、２４ｃｍに設定する。

図３の破線部は、橋軸Ｘに対して垂直な水平方向Ｙに平行に橋桁１１０が変位する場合を示している。また、図８には、橋軸Ｘの正方向及び負方向に、橋桁１１０が変位する場合を示している。各橋脚１２０に位相がほぼ同じ地震動が入力されると、各橋桁１１０は、それぞれほぼ同じ位相で振動する。以上のように、桁橋１００の中央に向かうにつれて、橋桁１１０ごとに固有周期を次第に長くし、応答相対変位を次第に大きくすることで、地震時の橋桁１１０間の変位差を、例えば６ｃｍに維持することができる。この変位差は、桁橋１００の機能を保持できる長さであるため、本実施形態によれば、地震時にも桁橋１００の連続性を保つことができる。

また、本実施形態では、橋桁１１０間の変位差が例えば６ｃｍと少ないため、相隣接する橋桁１１０の端部間に設けられる伸縮装置は、既存の伸縮装置を使用することができる。そのため、あらためて伸縮装置のディテール部分についての設計のし直しや、新たな構成部品の開発などの必要がないため、経済的に桁橋１００を建設することができる。

なお、免震装置１６０として、鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ２６０、又は積層ゴムアイソレータ３６０を使用する場合、例えば、橋桁１１０の固有周期を、橋桁１１０ごとに２倍、３倍、４倍・・・と設定するためには、数式１を参照すると、積層ゴムアイソレータ群の水平剛性を１／４倍、１／９倍、１／１６倍・・・と設定すればよいことが分かる。また、各々のアイソレータは、具体的には、数式２を参照すると、積層ゴムの直径を４倍、９倍、１６倍・・・とすればよいことが分かる。このように、橋桁１１０の固有周期に基づいて、アイソレータを自由に設計又は選定することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る桁橋１００の免震構造によれば、免震装置１６０のアイソレータによって、橋桁１１０の水平方向の応答相対変位を大きくすることができ、橋桁１１０の長周期化を図ることができる。その結果、図９に示すようにに、橋桁１１０の固有周期を長期化することで（図９中のＡ）、橋桁１１０の加速度応答スペクトルを低減させることができる（図９中のＢ）。図９は、加速度応答スペクトルと固有周期の関係を模式的に示す説明図である。更に、免震装置１６０の第１ダンパーによって、橋桁１１０の水平方向の相対移動を低減させることができ、第１ダンパーは、図９中のＣに示すように、アイソレータによって長期化された固有周期を維持しつつ、加速度応答スペクトルを低減させることができる。

従来、架空構造物、例えば桁橋の設計では、橋桁の連続性を保たせるため、応答変位を小さくしなければならず、固有周期を短く設定していた。例えば、従来の免震橋の固有周期は、免震装置を用いない橋梁の２倍程度の周期に設定され、例えば３〜４秒という値に設定することができなかった。その結果、従来の免震橋は、本来の免震効果を得られず、応答加速度も大きくなるため、免震装置を使用していながら、耐震構造に近い頑強な構造であった。そして、本来の免震効果が得られないため、構造物の構造体を軽減することができず、耐震設計の場合と同様に橋脚や基礎の構造を強固なものにしなければならかった。

一方、本実施形態に係る桁橋１００の免震構造によれば、端部の橋桁１１０ａから中央部の橋桁１１０ｅに至るまで、各橋桁１１０の固有周期が橋桁１１０ごとに徐々に長くなるため、地震入力時の応答相対変位も橋桁１１０ごとに段階的に大きくすることができる。その結果、橋桁１１０相互間の変位差は、桁橋１００上の道路又は線路としての機能を保持できる範囲に収められ、桁橋１００の連続性を維持することができる。また、地震入力時の応答相対変位を橋桁１１０ごとに段階的に大きくすることができることから、桁橋１００の中央に位置する橋桁１１０ｅの固有周期を、桁橋１００の設計上において免震効果が発揮できるような十分長い周期、例えば３〜４秒とすることができる。橋桁１１０ｅの固有周期を長期化することによって、例えば、中央部の橋桁１１０ｅを支持する橋脚１２０や基礎１３０の構造を軽減し、橋脚１２０や基礎１３０の小断面化を図ることができる。そして、橋脚１２０や基礎１３０の構造を軽減できる結果、桁橋１００を経済的に建設することができる。

また、図３及び図４に示すように、橋桁１１０間には、桁間ダンパー１７０が設置される。上述のように、各橋桁１１０の応答相対変位を、例えば６ｃｍ、１２ｃｍ、１８ｃｍ、２４ｃｍ、３０ｃｍと設定すると、地震時には、各橋桁１１０間に６ｃｍの変位差が生じようとする。この変位差を利用して、桁間ダンパー１７０によって地震エネルギーを吸収させる。その結果、本実施形態では、端部の橋桁１１０ａから中央部の橋桁１１０ｅに隣接する橋桁１１０ｄまでの、地震時に入力されるエネルギーを低減することができるため、各橋桁１１０ａ〜１１０ｄを支持する橋脚１２０や基礎１３０の構造を軽減することができる。また、桁橋１００を経済的に建設することができる。

特に、桁橋が鉄道橋の場合には、橋桁にレールを敷設するため、道路橋の場合よりも、橋桁間の変位差が生じないようにしなければならない。そのため、従来では、鉄道橋には橋桁間に変位が生じやすかった既存の免震構造が採用できなかった。また、頑強な耐震構造の鉄道橋では、地震発生時、車両の進行直角方向に大きな加速度が生じるため、新幹線等の車両がレールから脱線するという問題があった。

これに対して、本実施形態によれば、橋桁１１０相互間の変位差を小さくすることができるため、橋桁１１０上のレールの連続性を保つことができる。また、本実施形態では、桁橋１００に免震構造を採用しており、地震発生時には、特に中央部の橋桁１１０ｅに生じる応答加速度を従来の耐震構造の１／２以下に低減させることができるため、車両の脱線を防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、図１に示すように、中央部の橋桁１１０ｅは、１つの橋桁１１０からなる場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されず、例えば、２以上の橋桁からなるとしてもよい。例えば、図１０（ａ）に示すように、中央部に位置する橋桁１１０は、２つの橋桁１１０ｐ、１１０ｑから構成される。図１０は、本実施形態に係る桁橋の変更例を示す概略的な正面図である。なお、この場合、２つ以上の中央部の橋桁は、同一の値の上限固有周期を有する。また、図１に示すように、中央部の橋桁１１０ｅは、３つ以上の複数の橋脚１２０で支持されたが、本発明はかかる例に限定されず、２つの橋脚１２０で１つの中央部の橋桁が支持されてもよい。例えば、図１０（ｃ）に示すように、１つの中央部の橋桁１１０Ｂは、２つの橋脚１２０によって支持される。

また、上記実施形態では、図１に示すように、端部の橋桁１１０ａから、中央部の橋桁１１０ｅに隣接する橋桁１１０ｄまで、４つの橋桁１１０ａ〜１１０ｄからなる構成について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、中央部の橋桁以外の橋桁は、１つ〜３つの橋桁からなるとしてもよいし、５つ以上の橋桁からなるとしてもよい。例えば、図１０（ａ）に示すように、端部の橋桁１１０ｆ、１１０ｉから、中央部の橋桁１１０ｐ、１１０ｑに隣接する橋桁１１０ｈ、１１０ｎまで、３つ又は５つの橋桁１１０ｆ〜１１０ｈ、１１０ｉ〜１１０ｎから構成される。また、図１０（ｃ）に示すように、中央部の橋桁１１０Ｂ以外の橋桁１１０は、端部の橋桁１１０Ａのみから構成される。

また、上記実施形態では、図１に示すように、端部の橋桁１１０ａから、中央部の橋桁１１０ｅに隣接する橋桁１１０ｄまでの各橋桁１１０ａ〜１１０ｄは、２つの橋脚１２０で１つの橋桁１１０が支持されたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、中央部の橋桁以外の橋桁は、それぞれ３つ以上の複数の橋脚に１つの橋桁が支持されるとしてもよい。例えば、図１０（ｂ）に示すように、中央部の橋桁１１０ｙ以外の橋桁１１０である橋桁１１０ｓ、１１０ｗ、１１０ｘは、３つの橋脚１２０によって支持される。

また、上記実施形態では、図１に示すように、中央部の橋桁１１０ｅ以外の橋桁１１０ａ〜１１０ｄを支持する橋脚１２０の本数は全て２つであったが、かかる例に限定されず、それぞれの橋桁を支持する橋脚の本数は異なってもよい。例えば、図１０（ｂ）に示すように、中央部の橋桁１１０ｙ以外の橋桁１１０である橋桁１１０ｓ、１１０ｗ、１１０ｘは、３つの橋脚１２０によって支持され、橋桁１１０ｒ、１１０ｔ、１１０ｕ、１１０ｖは、２つの橋脚１２０によって支持されており、橋桁を支持する橋脚の本数は、橋桁によって異なる。

また、上記実施形態では、図１に示すように、端部の橋桁１１０ａから、中央部の橋桁１１０ｅに隣接する橋桁１１０ｄまでの橋桁の数は、両端で４つずつであり、対称であったが、本発明はかかる例に限定されず、中央部の橋桁以外の橋桁の数は非対称であってもよい。例えば、図１０（ａ）に示すように、中央部の橋桁以外の橋桁は、３つ及び５つであり非対称である。また、図１０（ｂ）に示すように、中央部の橋桁以外の橋桁は、４つ及び３つであり非対称である。

また、上記実施形態では、端部の橋桁から、中央部の橋桁に隣接する橋桁までの橋桁の固有周期は、１つずつ異なる固有周期を有していたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、隣接する２つの橋桁が同一の固有周期を有しつつ、中央部の橋桁に向かうにつれて、他の橋桁が段階的に固有周期が長くなるように設定することができる。例えば、図１０（ａ）に示すように、橋桁１１０ｍと、橋桁１１０ｎは同一の固有周期を有しており、端部の橋桁１１０ｉから中央部の橋桁１１０ｑに至るまで、段階的に固有周期が長くなるように設定できる。

例えば、上記実施形態では、架空構造物が桁橋１００であり、上部構造体が橋桁１１０、下部構造体が橋脚１２０及び橋台１２２である場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、架空構造物は、トラス橋、床版橋、パイプライン用ラック、桟橋などであってもよい。トラス橋では、上部構造体は、橋桁としてのトラス構造体であり、このトラス構造体が、下部構造体としての橋脚に架構される。そして、トラス構造体と橋脚との間に免震装置が設けられる。また、床版橋では、上部構造体は、下部構造体との接合部に突出部のない床版で、下部構造体は、床版を支持する橋脚であって、床版と橋脚との間に免震装置が設けられる。更に、パイプライン用ラックでは、上部構造体は、例えばパイプラインが敷設されるラック部で、下部構造体は、ラック部を支持する脚部であり、ラック部と脚部との間に免震装置が設けられる。

また、桟橋では、上部構造体は、例えば平板状の床部で、下部構造体は、床部を支持する脚柱部であって、床部と脚柱部との間に免震装置が設けられる。桟橋は、例えば水上に突き出ており、２以上の床部で構成される。そして、桟橋の端部と地盤とが接地する床部から、接地箇所から最も遠い位置にある床部へ向かうにつれて、段階的に固有周期を長くすることができる。

本発明によれば、これらのトラス橋、床版橋、パイプライン用ラック、桟橋などの架空構造体の場合でも、桁橋１００の場合と同様に、接地箇所から離隔配置された上部構造体の応答相対変位は、架空構造物の端部で接地する上部構造体の応答相対変位よりも大きくなる。そして、上部構造体間の連続性を維持しつつ、免震効果を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る桁橋の概略を示す正面図である。 同実施形態に係る桁橋の一部を示す正面図である。 同実施形態に係る桁橋を示す平面図である。 同実施形態に係る橋桁と橋脚との接合部を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 同実施形態に係る橋桁と橋脚との接合部を示す正面図である。 同実施形態に係る免震装置としての鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータを示す平面図（ａ）及び平面図のＡ−Ａ線で切断した断面図（ｂ）である。 同実施形態に係る免震装置としての積層ゴムアイソレータとオイルダンパーを示す正面図である。 同実施形態に係る橋桁の橋軸方向の移動を示す概略図である。 加速度応答スペクトルと固有周期の関係を模式的に示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る桁橋の変更例を示す概略的な正面図である。

符号の説明

１００ 桁橋
１０６ 道路
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ 橋桁
１２０ 橋脚
１２２ 橋台
１３０ 基礎
１６０ 免震装置
１７０ 桁間ダンパー（第２ダンパー）
１７２ 連結部
２６０ 鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ
２６２ ゴム層
２６４ 補強鋼板
２６６ 連結鋼板
２６８ 鉛プラグ（第１ダンパー）
３１０ オイルダンパー（第１ダンパー）
３１２ａ、３１２ｂ 固定部
３１６ａ、３１６ｂ 取り付け部
３１８ シリンダー
３６０ 積層ゴムアイソレータ

Claims (6)

1. 複数の橋脚と、前記橋脚上に架構された複数の橋桁とからなる桁橋の免震構造において：
   前記各橋桁と前記各橋脚との接合部に免震装置を設け、
   前記複数の橋桁のうち、前記桁橋の中央に位置する橋桁が、前記桁橋の端部に位置する橋桁よりも、固有周期が長くなるように、前記各免震装置の剛性が調整されたことを特徴とする、桁橋の免震構造。
2. 前記桁橋の前記端部に位置する橋桁から、前記桁橋の中央側に位置する橋桁に向かうにつれ、前記各橋桁の固有周期が次第に長くなるように、前記各免震装置の剛性が調整されたことを特徴とする、請求項１に記載の桁橋の免震構造。
3. 前記各橋桁の固有周期は、所定の上限固有周期により規制されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の桁橋の免震構造。
4. 前記免震装置は、
   前記橋脚上で前記橋桁を略鉛直方向に支持するアイソレータと、前記橋脚と前記橋桁との略水平方向の相対移動を制限する第１ダンパーと、から構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の桁橋の免震構造。
5. 前記複数の橋桁は、第２ダンパーで相互に連結されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の桁橋の免震構造。
6. 複数の下部構造体と、前記下部構造体上に架構された複数の上部構造体とからなる架空構造物の免震構造において：
   前記各上部構造体と前記各下部構造体との接合部に免震装置を設け、
   前記複数の上部構造体のうち、前記架空構造物の少なくともいずれかの端部で接地する上部構造体よりも、当該接地箇所から離隔配置された上部構造体のほうが、固有周期が長くなるように、前記各免震装置の剛性が調整されたことを特徴とする、架空構造物の免震構造。

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