JP5294133B2 - 桁間連結装置 - Google Patents

Description

本発明は桁間連結装置に係り、橋梁の橋桁の端部に取り付けられ、隣接した橋桁あるいは橋台と連結する際に用いられ、桁間を通過する車両とによって生じる交通振動等の低減を図るようにした桁間連結装置に関する。

高速道路などの高架橋においては、車両の通行によって生じる交通振動が問題となることがある。従来の高架橋の多くは、経済性が考慮されて、単純合成桁が計画・架設されてきた。最近では、橋梁伸縮装置を減らすことによる車両の走行性向上や維持管理の簡略化、さらには、耐震性向上等を目的として、多径間連続橋が採用されることが多くなった。しかし、温度変化に起因する橋桁の伸縮により、連続させることができる橋長にも限界があり、所定長さごとに隣接する橋桁との間に、遊間（隙間）を設定する必要がある。

交通振動は、橋桁間に設置された遊間の存在により発生していることが一般に知られている。埋設ジョイントは、舗装面のつなぎ目を平滑にすることが可能な舗装部の連結構造である。この埋設ジョイントを施工すると、車両が舗装面のつなぎ目を通過する際に発生させる衝撃による騒音、および振動を低減することができる。しかし、橋桁間の遊間を跨いで車両荷重が飛び移ることによって発生する交通振動は、埋設ジョイントの施工で防ぐことはできない。

特許文献１では、大地震時の落橋防止を目的に橋桁を連結し、かつ免震性能を備えた装置が提案されている。特許文献１に記載の連結プレートからなる免震落橋防止装置は、地震時の大変形を対象として、積層ゴムのせん断剛性等が設定されている。
また、特許文献２では、大型車両の通過時に過大な沈み込みを防止して、騒音や振動の発生を抑えることができるとする橋梁用支承が提案されている。

交通振動のような微小振幅に対応させるためには、上下方向にがたつきのない連結装置の設置が有効である。出願人はすでに、連結部材にアスファルト等の粘弾性材料を介装して桁間の連結を行うようにした制振高架橋（特許文献３）を提案している。

特開平９−１８４１１１号公報参照。 特開２００６−７７３９５号公報参照。 特開２０００−７３３１１号公報参照。

ところで、上述の特許文献１，３に開示された装置は、基本的に鋼桁側のベース部材と連結鋼板の側面に積層ゴムやアスファルトを介装させた構造となっている。交通振動を低減するためには、桁間をなるべく剛性の高い部材で連結することが有効であるが、特許文献１，３のように積層ゴムやアスファルトを介装させた構造では、十分な剛性が確保できない。そのため、車両通行時に生じる交通振動のような微小変形の振動対策には効果があまり見込めない。また、温度変化に伴い橋桁は橋軸方向に伸縮するが、橋長が長くなるにつれて桁端部の伸縮量は大きくなり、この伸縮量を吸収可能な構造とする必要がある。また、上述の特許文献２に開示された支承を用いると、支承の沈み込みに起因する交通振動を低減することができるが、橋桁に発生した撓み等に起因する交通振動を防ぐことはできない。また、既設の橋梁に交通振動対策として、支承を取り替えることはコストがかかり過ぎるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する問題点を解消し、車両の乗り移りによって橋桁の端部に生じる上下方向の変位を拘束して、隣接する橋桁にスムーズに応力を伝達することができ、また、温度変化に伴う橋桁の伸縮量を吸収できる、交通振動対策として新設の橋梁のみならず、既設の橋梁にも取り付け可能で、安価な桁間連結装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、支承上に隣接して支持された橋桁の一方の桁端部に取り付けられ、他方の橋桁の桁端部まで延設された連結部材と、前記他方の橋桁の桁端部に固着され、前記連結部材の上下方向の変動を抑制する変位制限部材と、前記連結部材と前記変位制限部材との間に介装され、前記連結部材と前記変位制限部材との橋軸方向の相対変位を許容する、橋軸方向に沿うレールに案内され直動するリニアスライダからなるスライド部と、を備え、前記変位制限部材の拘束により、橋桁間での上下方向の相対変位を抑制することを特徴とする。

前記リニアスライダは、前記連結部材に形成された開口部の上下端面と、前記開口部内に位置する前記変位制限部材の上下端面との間に取り付けることが好ましい。

前記リニアスライダは、前記連結部材の上下端面と、前記変位制限部材の上下端面との間に取り付けることが好ましい。

前記開口部は、前記連結部材の上下方向に複数個を形成することが好ましい。

本発明によれば、車両の乗り移りによって橋桁の端部に生じる上下方向の変位を拘束して、隣接する橋桁にスムーズに応力を伝達することができ、また、温度変化に伴う橋桁の伸縮量を吸収できる、交通振動対策として新設の橋梁のみならず、既設の橋梁にも取り付け可能で、安価な桁間連結装置を提供できる、という効果を奏する。

本発明に係る桁間連結装置を、隣接する橋桁の遊間を跨いで設置した全体構造図。 桁間連結装置の実施例を示した斜視図。 図２中の断面線III-IIIで示した桁間連結装置を示した断面図。 本発明にかかる桁間連結装置の効果を解析結果を示したグラフ。 上下辺付近に補強フランジを設置した連結板の斜視図。 桁間連結装置の他の実施例を示した斜視図。 桁間連結装置の他の実施例を示した斜視図。 図７中の断面線VII-VIIで示した桁間連結装置を示した断面図。 桁間連結装置の他の実施例を示した斜視図。 桁間連結装置の他の実施例を示した斜視図。 図１０中の断面線XI-XIで示した桁間連結装置を示した部分断面図。 桁間連結装置の他の実施例を示した斜視図。 図１２中の断面線XIII-XIIIで示した桁間連結装置を示した部分断面図。 本発明に係る桁間連結装置の構造例を示した斜視図。 図１４中の断面線XV-XVで示した桁間連結装置を示した部分断面図。 本発明に係る桁間連結装置の変形例を示した部分断面図。 本発明に係る桁間連結装置を、径間中央に支承を有する構造形式の橋梁に適用した例を示した概略説明図。

以下、本発明の桁間連結装置の実施するための形態として、添付図面を参照して本発明に係る複数の実施例、および本発明の技術的特徴に関連した構成を有する構造例について説明する。

図１は、本発明に係る桁間連結装置１０を、隣接する橋桁１の遊間４を跨いで設置した全体構造図である。図１に示すように、連結対象となる橋桁１Ａ，１Ｂ（以下、単に橋桁１と記す。橋桁の区別をつける場合は符号Ａ，Ｂを付記する。）は、橋脚梁部３上面に設置された支承５に支持されている。橋桁１はプレストレストコンクリート橋（以下、ＰＣ橋とする）で、上面には路面舗装６が施されて、車両７の走行性が確保されている。路面舗装６の遊間４には埋設ジョイント８が設置され、車両７通過時の衝撃による騒音と振動との低減が図られている。本発明に係る桁間連結装置１０は、橋桁１の遊間４を跨いだ、橋桁１の端部近傍に取り付けられる。

図２は、本発明の第１の実施例としての桁間連結装置１０の斜視図である。隣接した橋桁１を跨いで設置される連結板２０は、矩形の鋼板からなっている。橋桁１Ａ側に位置する連結板２０には複数の連結板取付ボルト孔（不図示）が形成され、また、橋桁１Ｂ側には、矩形が切り抜かれた１個の開口部２２が形成されている。

橋桁１Ａ側には、所定厚をなす矩形のスペーサプレート２３が桁間連結装置１０との間に介装されている。スペーサプレート２３としては、本実施例では、無収縮モルタルを図示しない型枠にて現場施工したモルタル薄板が用いられている。このスペーサプレート２３は、連結板２０との不陸をなくし、橋桁１Ａへ作用する応力を分散させるとともに、連結板２０と橋桁１Ｂとを所定距離だけ離間させる役割を果たす。橋桁１Ａには、スペーサプレート２３を介して、縦横に所定本数が配列された連結板取付ボルト２１が植設されている。この連結板取付ボルト２１により、連結板２０に形成された連結板取付ボルト孔を通じて連結板２０を橋桁１Ａに固定できるようになっている。

他方、橋桁１Ｂには、橋桁１Ａ，１Ｂの上下方向の相対変位を拘束する、変位制限部材としての２個の変位制限ピース３０が、開口部２２内位置に取り付けられている。開口部２２は、温度変化による橋桁１の伸縮を妨げることがないように、橋軸方向に十分な切欠寸法からなり、その内部に２個の変位制限ピース３０が配置されている。変位制限ピース３０は、本実施例では、断面形がＬ字形をなした鋼材からなり、取付フランジ３０ａは、複数の変位制限ピース取付ボルト３１により、橋桁１Ｂにスペーサプレート２３を介して所定位置に取り付けられている。このとき、取付フランジ３０ａと直角をなすベースフランジ３０ｂが、開口部２２の上下の内周面に沿うように配置されている。橋桁１Ｂ側のスペーサプレート２３は、変位制限ピース３０ごとに施工してもよいし、２個の変位制限ピース３０を同時に支持できる寸法としてもよい。

図３は、図２中の断面線III-IIIで示した桁間連結装置１０の断面図である。連結板２０とベースフランジ３０ｂとの間には、案内レール４１と、案内レール４１と摺動可能に係合する可動ブロック４２とが介装されている。案内レール４１は、ベースフランジ３０ｂの側面に案内レール取付ボルト４３にて固定されている。また、可動ブロック４２は、連結板２０の開口部内周面２２ａに可動ブロック取付ボルト４４にて固定されている（以下、案内レール４１と可動ブロック４２とを合わせてスライド装置４０と記す）。スライド装置４０は、可動ブロック４２が案内レール４１の軸方向に直動スライドするリニアガイド部材からなり、これにより、スライド装置４０は、温度変化による橋桁の伸縮に対して、案内レール４１と可動ブロック４２とをスライドさせて対応することができる。一方、案内レール４１の断面は、可動ブロック４２が案内レール４１から離脱しないような断面形状になっており、これにより、交通振動により発生する上下方向の橋桁１Ａ，１Ｂの相対変位を抑制することができる。

スライド装置４０は各種のものが考えられるが、例えば、公知の各種のリニアタイプのスライド装置を適用することが可能である。この場合、微小な振動である交通振動の低減を図るため、スライド装置４０の上下方向のクリアランスは、少なくとも０．５mm以下、望ましくは０．１mm以下がよい。そのため、変位制限ピース取付ボルト孔３２と変位制限ピース取付ボルト３１とのクリアランスを利用して、変位制限ピース３０の最終的な高さ調整を行うのがよい。

次に、桁間連結装置１０の各部材の寸法について説明する。橋桁の温度変化の範囲は架橋地点の環境条件により異なり、また、橋桁の温度伸縮量や交通振動量も、橋梁の形式や規模、各部材の材質等により異なる。そのため、桁間連結装置１０を構成する各部材寸法は、これらの条件を考慮して決定する必要がある。例えば、連結板２０に形成された開口部２２の大きさ、及びスライド装置４０の設計スライド量は、橋梁用の伸縮装置の設計に倣うことができる。すなわち、架橋地点の環境条件から基準温度を設定し、その基準温度を中心として決定した温度変化の範囲から、橋桁１の伸縮量に応じた開口部２２とスライド装置４０との寸法を決定することができる。

また、発生する交通振動量も、橋桁１の断面が決定した段階で、判断することが可能である。その振動量を低減するために必要な応力を算出することにより、桁間連結装置１０を構成する各部材の寸法や板厚、ボルト本数、スライド装置４０の種類等を決定することができる。例えば、本実施例において標準的なＰＣ橋では、連結板２０の厚さ５０mm以上、幅５００〜１０００mm、長さ５００mm〜３０００mm程度と想定される。

図４は、本発明にかかる桁間連結装置１０の効果の解析結果を示している。同図に示したように、本発明での振動低減対象の振動数は、地盤振動対策としては１Ｈｚ〜４０Ｈｚ程度、固体音対策としては３０Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度である。本解析では、高さ１５ｍの橋脚上に架設された、隣接する橋長３０ｍの単純桁を所定の剛度の橋桁連結装置で接続し、交通車両の通過時に発生する交通振動を求めた。縦軸は体感補正後の加速度実行値、横軸は振動数を示しており、代表的な振動数における加速度実行値をプロットしている。なお、□印は本実施例に係る橋桁連結装置で隣接する単純桁を接続したもの、●印は振動対策なしの例を示している。図４より、地盤振動対策としての振動数４０Ｈｚ以下の領域では、得られた加速度実行値はおよそ半減しており、固体音対策の領域である４０Ｈｚ以上の振動数においても大幅に加速度実行値が低減していることが分かる。

以上のように、本発明に係る桁間連結装置１０を用いることにより、交通車両の通過により橋桁１に発生する交通振動を低減するとともに、固体音の発生も低減することができる。また、桁間連結装置１０は、簡単な構成で、入手しやすい汎用的な材料から製作することができるため、製作・施工費がかからない。このことは、特に既設の橋桁に交通振動対策を施す場合に特に効果を奏する。

以上の説明では、平板状の連結板２０について説明したが、連結板２０に作用する曲げモーメントにより、連結板２０の板厚が必要以上に厚くなる場合には、連結板２０に補強フランジを溶接付けし、曲げ剛度の向上を図ることができる。

図５は、上下辺付近に補強フランジ２４を設置した連結板２０の斜視図である。このように補強されて曲げ剛度が高められた連結板２０は、連結板２０自身に発生するたわみ量を減じさせることができるため、交通振動低減効果を高めることができる。

本実施例では、連結板取付ボルト２１、及び変位制限ピース取付ボルト３１を桁高の中央付近に設置することができる。一般にＰＣ橋等の鉄筋コンクリート構造を有する橋梁では、桁高の中央付近には鉄筋が少ないため、上記ボルト類を鉄筋に干渉させることなく容易に施工することが可能となる。

上述では、新設のＰＣ橋での適用について説明したが、交通振動が問題となっている既設のＰＣ橋にも採用することができる。既設橋梁の場合、交通振動を直接測定することが可能となる。そのため、測定された交通振動を桁間連結装置１０の設計に反映させることができ、合理的な設計が可能となる。また、桁間連結装置１０の固定のために橋桁１にアンカー用の穿孔を行う場合は、橋桁１の鉄筋を探査して穿孔可能な位置を確認することが必要である。そのため、連結板２０、及び変位制限ピース３０のボルト孔あけは、鉄筋探査結果を反映させた孔位置とすることが望ましい。

また、本実施例に係る桁間連結装置１０は、鋼橋にも採用することができる。この場合、スペーサプレート２３を厚板の鋼板からなるガイドベース部材に変更して、ウェブに作用する応力を分散させるとともに、必要に応じて適切な補強材を設置して、ウェブの座屈に備える必要がある。

以下、他の複数の実施例、構造例について、実施例１と異なる構成部分を中心に説明するが、本発明の構成として必須な部位は、各実施例も具備している。

図６は、本発明の第２の実施例としての桁間連結装置１０の斜視図である。本実施例では、連結板２０の上下端面を、変位制限ピース３０とスライド装置４０とで保持している。そのため、連結板２０に開口部を形成する必要がなく、部材の製造費を削減することができる。本実施例の橋桁連結装置１０は、変位制限ピース取付ボルト３１の施工位置が、実施例１と比べて橋桁１Ｂの中央部から離れるため、ボルト施工に当たり制約が少ない場所の設置が有利である。例えば、橋桁に隣接する橋台側に変位制限ピースを取り付ける場合が考えられる。

図７は、本発明の第３の実施例としての桁間連結装置１０の斜視図である。この桁間連結装置１０の連結板２０は、橋桁１Ｂ側に２個の開口部２２を有している。図８は、図７中の断面線VIII-VIIIで示した桁間連結装置１０の断面図である。変位制限ピース３０は、開口部２２内に変位制限装置取付ボルト３１にてスペーサプレート２３を介して橋桁１Ｂに固定されている。変位制限ピース３０は溝型状の形状をなし、溝部には複数の変位制限ピース取付ボルト孔３２が形成されている。スライド装置４０は、変位制限ピース３０と開口部２２の内周面との隙間に設置され、開口部２２を所定寸法に設定することにより、がたつくことなくスライド装置４０を設置することができる。

本実施例では、実施例１，２と比べて、スライド装置４０の設置数を増やすことができる。そのため、交通振動に対する抵抗面を多く配することができ、一方の橋桁の振動を他方の橋桁に、より確実に伝達することが可能となる。

図９は、本発明の第４の実施例としての桁間連結装置１０の斜視図である。この桁間連結装置１０の連結板２０には、４個の開口部２２が形成されている。実施例３に示した桁間連結装置１０と比べても、２倍（８個）のスライド装置４０を設置することができる。そのため、１つ当たりのスライド装置４０に作用する応力を低減でき、より確実に一方の橋桁の振動を他方の橋桁に伝達することが可能となる。

図１０は、本発明の第５の実施例としての桁間連結装置１０の斜視図である。２個のＬ字形の変位制限ピース３０が、ベースフランジ３０ｂを互いに対向させて、スペーサプレート２３を介して橋桁１Ｂに固定されている。対向したベースフランジ３０ｂには、複数本の変位制限ピース締付鋼棒３３が挿通されて、互いの変位制限ピース３０が連結されている。このようにベースフランジ３０ｂと、変位制限ピース締付鋼棒３３とから形成された空間に、連結板２０が挿通されている。挿通された連結板２０は、ベースフランジ３０ｂにその上下の端面が保持されることにより、交通振動の低減効果が図られている。

図１１は、図１０中の断面線XI-XIで示した桁間連結装置１０の部分断面図である。ベースフランジ３０ｂと連結板２０の上下の端面との接触面に、すべり材３５を施すことにより、橋桁１の温度変化による橋軸方向の伸縮に対応することができる。すべり材３５には各種のものが考えられるが、すべり材として一般的なフッ素樹脂（たとえばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)）板を利用することができる。

変位制限ピース締付鋼棒３３が締め付けられて、所定の軸力が導入されることにより、ベースフランジ３０ｂと連結板２０との隙間がなくなり、交通振動の低減効果を高めることができる。より確実に、ベースフランジ３０ｂと連結板２０との隙間をなくすために、変位制限ピース締付鋼棒３３に所定の軸力を与えた後に、変位制限ピース取付ボルト３１の本締めを行うのが好ましい。なお、すべり材３５の代わりに、実施例１で説明したスライド装置を設置しても、本発明の効果を享受することができる。

図１２は、本発明の第６の実施例としての桁間連結装置１０の斜視図である。また、図１３は、図１２中の断面線XIII-XIIIで示した桁間連結装置１０の部分断面図である。橋桁１Ｂには、スペーサプレート２３を介して、スリット３６が形成された変位制限ピース３０が取り付いている。変位制限ピース３０は、スペーサプレート２３と接する平板部と、この平板部に固着したコ字部材とからなり、連結板を挿入可能なスリット３６が形成されている。スリット３６は、交通振動の低減効果を発揮するため、挿入される連結板２０との隙間を十分に小さくできる寸法であることが望ましい。なお、連結板２０とスリット３６との接触面にすべり材３５が施されることにより、橋桁１の温度変化による橋軸方向の伸縮に対応することができる。

構造例

図１４は、本発明に係る桁間連結装置１０に関連する技術としての構造例を示した斜視図である。図１５は、図１４中の断面線XV-XVで示した桁間連結装置１０の部分断面図である。橋桁１Ｂ側に位置する連結板２０には、２個の開口部２２が形成されている。開口部２２の上下の内周面には、橋桁１Ｂ側に向かって開口が広がるテーパ面２５が形成されている。この開口部２２は、スペーサプレート２３から突出した複数の変位制限ピース取付ボルト３１に挿通された変位制限ピース３０のと嵌合されている。変位制限ピース３０は、直方体状の鋼材からなり、上下端面には連結板２０のテーパ面と嵌合可能なテーパ面２５が形成されている。これにより開口部２２の内周面と変位制限ピース３０とはテーパ状の嵌合部を介して密接することができる。

鋼板からなる支圧板３７は、変位制限ピース３０と連結板２０とのテーパ状の嵌合部を覆うように、変位制限ピース取付ボルト３１にて連結板２０に接するように取り付けられている。変位制限ピース取付ボルト３１には所定のナットの締付け力によって所定の軸力が導入され、軸力は支圧板３７を介して、連結板２０と変位制限ピース３０とのテーパ部２５を密接させる力として作用する。その結果、連結板２０と変位制限ピース３０との隙間を無くし、交通振動の低減効果の向上を図ることができる。

連結板２０と変位制限ピース３０との接触面と、連結板２０と支圧板３７との接触面とには、薄板状のフッ素樹脂（商品名：テフロン（登録商標））製すべり材３５が介装されている。これにより、橋桁１の温度変化による伸縮に対応して、連結板２０と変位制限ピース３０とが橋軸方向に滑動可能となる。

上述した構造例に示した、連結板２０と変位制限ピース３０とのテーパ面を逆方向に設定することもできる。図１６は、第７の桁間連結装置１０の変形例を示した部分断面図である。同図に示すように、連結板２０の開口部２２の内周面は、橋桁１側に向かって開口が狭くなるテーパ部２５が形成されており、このテーパと嵌合可能なテーパ部２５が変位制限ピース３０に形成されている。支圧板３７は、連結板２０とスペーサプレート２３との間に配されている。変位制限ピース取付ボルト３１に所定の軸力を導入することにより、連結板２０と変位制限ピース３０との上下方向の隙間をなくすことができる。

［他の構造形式への適用例］
図１７は、各橋脚２から径間中央に向かって、カンチレバー工法等によって桁１（１Ａ，１Ｂ）を張り出して延設し、それぞれの径間中央位置にヒンジ支承５を設け、連続橋とした橋梁構造形式を示した概略側面図である。この場合、本発明の各実施例に示した桁間連結装置１０を、同図に示したように、ヒンジ支承５の位置に設けることで、この種の径間中央で連結された構造形式の橋梁にも桁間連結装置１０を有効に適用できる。

１，１Ａ，１Ｂ 橋桁
４ 遊間
５ 支承
１０ 桁間連結装置
２０ 連結板
２１ 連結板取付ボルト
２２ 開口部
２３ スペーサプレート
２４ 補強フランジ
２５ テーパ部
３０ 変位制限ピース
３３ 変位制限ピース締付鋼棒
３５ すべり材
３７ 支圧板
４０ スライド装置
４１ 案内レール
４２ 可動ブロック

Claims (4)

1. 支承上に隣接して支持された橋桁の一方の桁端部に取り付けられ、他方の橋桁の桁端部まで延設された連結部材と、
   前記他方の橋桁の桁端部に固着され、前記連結部材の上下方向の変動を抑制する変位制限部材と、
   前記連結部材と前記変位制限部材との間に介装され、前記連結部材と前記変位制限部材との橋軸方向の相対変位を許容する、橋軸方向に沿うレールに案内され直動するリニアスライダからなるスライド部と、を備え、
   前記変位制限部材の拘束により、橋桁間での上下方向の相対変位を抑制することを特徴とする桁間連結装置。
2. 前記リニアスライダは、前記連結部材に形成された開口部の上下端面と、前記開口部内に位置する前記変位制限部材の上下端面との間に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の桁間連結装置。
3. 前記リニアスライダは、前記連結部材の上下端面と、前記変位制限部材の上下端面との間に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の桁間連結装置。
4. 前記開口部は、前記連結部材の上下方向に複数個が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の桁間連結装置。

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