JP6901985B2 - ストッパー及びストッパー取付構造 - Google Patents

Description

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。

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。）。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２０１０−２４２４４３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 第１の実施の形態におけるストッパーを示す図である。 第２の実施の形態におけるストッパーを示す図である。

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。

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。

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。

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。

「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。

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。

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。

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。

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。

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。

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／ｍｍ² 〕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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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／ｍｍ² 〕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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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