(57)【要約】【課題】従来よりも強化された防護工を簡単に実現するための技術を提供すること。【解決手段】橋桁防護工１０は、通行限界高さを超える車両の通行を防護する防護工であって、支柱１２の間に架け渡された鋼梁１４と、所定の衝突想定方向から車両が鋼梁１４に衝突することにより鋼梁１４が塑性変形して所定の変形状態に至った際に当該衝突の荷重を受け始める長さを有するように支柱間に架け渡された索状体１８と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通行限界高さを超える車両の通行を防護する防護工であって、
支柱間に架け渡された鋼梁と、
所定の衝突想定方向から車両が前記鋼梁に衝突することにより前記鋼梁が塑性変形して所定の変形状態に至った際に当該衝突の荷重を受け始める長さを有する、前記支柱間に架け渡された索状体と、
を備えた防護工。
【請求項２】
前記所定の変形状態は、前記衝突想定方向からの荷重で前記鋼梁が降伏する際の曲げモーメントの８０％以上１００％未満が作用した状態である、
請求項１に記載の防護工。
【請求項３】
前記鋼梁および前記索状体は、前記支柱に、前記衝突想定方向の荷重を緩衝するダンパーを介して連結されている、
請求項１又は２に記載の防護工。
【請求項４】
前記鋼梁は、筒状形状を有し、
前記索状体は、前記鋼梁の内部に設置されている、
請求項１〜３の何れか一項に記載の防護工。
【請求項５】
前記索状体は、ワイヤーロープである、
請求項１〜４の何れか一項に記載の防護工。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通行限界高さを超える車両の通行を防護する防護工に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の衝突想定方向からの通行限界高さを超える車両の衝突が想定される鋼梁を備えた防護工の１つとして、橋桁防護工がある（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０５０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鋼梁は、中空の鋼管を支柱間に架け渡して固定されており、車両の衝突を受けると、先ず衝突箇所に局部座屈が発生し、次に局部座屈が進展しつつ鋼梁全体が塑性変形することで衝突エネルギーを吸収する。しかし、設計段階で想定した重量や速度を超える車両が衝突した場合、鋼梁が破断に至り車両が橋桁に衝突するのを防ぎきれない。
【０００５】
一方、鋼梁が破断に至るケースであっても、鋼梁を支える支柱は破壊には至らない場合が多い。鋼梁が破断に至らず衝突エネルギーを支柱に伝え続けられれば、鋼梁で吸収しきれない衝突エネルギーを支柱の塑性変形で吸収し、車両が橋桁に衝突するのを防げる。
【０００６】
近年は、車両や交通事情の変化によって、衝突エネルギーが従来よりも大きくなっており、橋桁防護工の強化が望まれている。また、費用の観点から、既存の橋桁防護工にも適用できる強化策が望ましい。勿論、こうした問題や要望は、橋桁防護工に限らず、架線防護工など、通行限界高さを超える車両の通行を防護する（より具体的には、当該車両が通行することによる防護対象物への衝突を防護する）防護工には共通して言えることである。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、従来よりも強化された防護工を簡単に実現するための技術を提供すること、である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための第１の発明は、通行限界高さを超える車両の通行を防護する防護工であって、支柱間に架け渡された鋼梁と、所定の衝突想定方向から車両が前記鋼梁に衝突することにより前記鋼梁が塑性変形して所定の変形状態に至った際に当該衝突の荷重を受け始める長さを有する、前記支柱間に架け渡された索状体と、を備えた防護工である。
【０００９】
第１の発明によれば、鋼梁が所定の変形状態に至った状態になると、索状体が衝突荷重を受けるようになり衝突荷重を支柱に伝え始める。つまり、所定の変形状態以降は、支柱でも衝突エネルギーが吸収できるようになる。よって、索状体を設けない場合と比較すると、防護工は強化されたことになる。また、索状体を追加するという簡単な構成で、既存の防護工よりも強化できる。
【００１０】
第２の発明は、前記所定の変形状態が、前記衝突想定方向からの荷重で前記鋼梁が降伏する際の曲げモーメントの８０％以上１００％未満が作用した状態である、第１の発明の防護工である。
【００１１】
第２の発明によれば、鋼梁が降伏する直前の状態から索状体が衝突荷重を支柱に伝え始めることができるようになる。
【００１２】
第３の発明は、前記鋼梁および前記索状体が、前記支柱に、前記衝突想定方向の荷重を緩衝するダンパーを介して連結されている、第１又は第２の発明の防護工である。
【００１３】
第３の発明によれば、ダンパーを備えた防護工においても、第１又は第２の発明と同様の効果が得られる。
【００１４】
第４の発明は、前記鋼梁が、筒状形状を有し、前記索状体は、前記鋼梁の内部に設置されている、第１〜第３の何れかの発明の防護工である。
【００１５】
第４の発明によれば、索状体が鋼梁の内部に設置されるので、索状体を外部に露出させて設置する構成に比べて、索状体を紫外線や風雨などから保護し環境要因による劣化を低減できる。
【００１６】
第５の発明は、前記索状体が、ワイヤーロープである、第１〜第４の何れかの発明の防護工である。
【００１７】
第５の発明によれば、索状体をワイヤーロープとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態における橋桁防護工の構成例を示す斜視外観図。
【図２】第１実施形態における橋桁防護工の鋼梁を水平方向にカットした上面視断面図。
【図３】第１実施形態における橋桁防護工の衝突後の鋼梁を水平方向にカットした上面視断面図。
【図４】第１実施形態における鋼梁の変形と、鋼梁が担う荷重および索状体が担う荷重との荷重変位関係を説明するためのグラフ。
【図５】第２実施形態における橋桁防護工の構成例を示す斜視外観図。
【図６】第２実施形態における橋桁防護工の鋼梁を水平方向にカットした上面視断面図。
【図７】第２実施形態の橋桁防護工における荷重変位関係を説明するための図。
【図８】第３実施形態における橋桁防護工の衝突後の鋼梁を水平方向にカットした上面視断面図。
【図９】第３実施形態における橋桁防護工の荷重変位関係を説明するための図。
【図１０】索状体の設置位置の変形例を示す図であって、橋桁防護工の上面視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、所定の衝突想定方向からの通行限界高さを超える車両の衝突が想定される鋼梁を備えた防護工として橋桁防護工の実施形態を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態における橋桁防護工１０の構成例を示す斜視外観図である。橋桁防護工１０は、道路４を走行する通行限界高さを超える車両（移動体）が、高架橋６（保護対象構造体）に衝突するのを防ぐ防護工である。橋桁防護工１０は、道路４の両サイドに打設されたコンクリート土台１１と、当該コンクリート土台それぞれに立設された支柱１２と、道路４の上方を跨ぐ様にして支柱１２の間に架け渡された鋼梁１４と、鋼梁１４の内部で支柱１２の間に架け渡された索状体１８と、を有する。橋桁防護工１０への衝突想定方向は、道路４の道なりに沿った水平方向（図１中の太矢印）とする。
【００２１】
図２は、橋桁防護工１０の鋼梁１４を水平方向にカットした上面視断面図である。
鋼梁１４は、筒状形状を有する。本実施形態では鋼梁１４を矩形断面の鋼管とするが、円断面鋼管でもよい。
【００２２】
索状体１８は、衝突による鋼梁１４が所定の変形状態になって以降も支柱１２の間を連結した状態を保つことができる部材である。本実施形態では、索状体１８は、両端が鋼梁１４の端部を介して支柱１２に接続・固定されたワイヤーロープとする。
【００２３】
索状体１８の長さは、所定の衝突想定方向から車両が鋼梁１４に衝突することにより、鋼梁１４が塑性変形して所定の変形状態に至った際に当該衝突の荷重を受け始める長さに設定されている。よって、索状体１８は、支柱１２の設置間距離よりも長く、鋼梁１４の内部にたるんだ状態で設置されていることになる。
【００２４】
第１実施形態における「所定の変形状態」は、衝突想定方向からの荷重で鋼梁１４が破断した状態（引っ張り側でクラックが生じた状態）とする。
【００２５】
なお、索状体１８と支柱１２との固定は、鋼梁１４を介さずに直接接続するとしてもよい。また、索状体１８の素材は、ワイヤーロープに限らず、炭素繊維ロープや、合成繊維ロープ、鋼製のチェーン、などであってもよい。
【００２６】
索状体１８の設置は、鋼梁１４の両端部が開口しているのであれば、そこから索状体１８を挿通して、鋼梁１４の内部に設けた、支柱１２に接続されている接続部１９にその両端を接続すればよい。もし、鋼梁１４の両端部が雨水の浸入を防止するために閉じられている場合には、適宜、開口部を設けて索状体１８を設置した後、開口部を板材などで閉じることとする。
【００２７】
次に、橋桁防護工１０の作用効果について説明する。
図３は、第１実施形態における橋桁防護工１０の衝突後の鋼梁１４を水平方向にカットした上面視断面図である。
図４は、第１実施形態における鋼梁１４の変形と、鋼梁１４が担う荷重Ｆｋおよび索状体１８が担う荷重Ｆｗとの荷重変位関係を説明するためのグラフである。鋼梁１４の変形角θは、鋼梁１４の両端それぞれにおける第１の個別変形角θ１と、第２の個別変形角θ２との和である（図３参照）。鋼梁１４は、変形角θが３０°に達すると破断に至るものとして説明する。
【００２８】
橋桁防護工１０に車両が衝突すると、鋼梁１４が担う荷重Ｆｋは一気に上昇し、鋼梁１４はすぐさま弾性域を超えて塑性変形に至り、最初期から衝突エネルギーを吸収し始める。鋼梁１４の吸収エネルギー量Ｅｋ（図４参照）が急速に増加しつつ、鋼梁１４はどんどん曲がってゆく。鋼梁１４の塑性変形が進展し、やがて所定の変形状態に達すると、鋼梁１４の衝突想定方向側の内面が索状体１８に当接するに至る。そして、索状体１８は衝突の荷重を受け始める。支柱１２は索状体１８を介して衝突荷重を受けて塑性変形し始める。
【００２９】
もし、衝突エネルギーが、これまでの鋼梁１４の塑性変形で吸収できる吸収エネルギー量Ｅｋを超えるほどで、且つ索状体１８が無いとするならば、支柱１２にまだ塑性変形する余地が残されていたとしても、その余地を超えて鋼梁１４が破断してしまえばそれ以降衝突エネルギーを支柱１２に伝えるものが無いので、車両が橋桁に達するのを防げない。
【００３０】
しかし、本実施形態の橋桁防護工１０では、鋼梁１４がエネルギー吸収を担えないまたはそれに近い状態となれば、代わって索状体１８が荷重Ｆｗを担い始める。そして、索状体１８がその伸びで吸収エネルギー量Ｅｗ（図４参照）を担いつつも、衝突加重を支柱１２に伝達することで、支柱１２が衝突エネルギーを吸収し始める。従って、衝突エネルギーが鋼梁１４の塑性変形で吸収できるエネルギー量を超えるほどであっても、その超える分を支柱１２の塑性変形で確実に吸収して防護を果たすことができる。
【００３１】
こうした橋桁防護工１０の衝突時の挙動から、本実施形態の索状体１８の断面は次のように設定すると好適である。すなわち、衝突した車両からの荷重Ｐを、必要なエネルギー吸収量から設定すると、力の釣り合いより式１が導かれる。Ｑは索状体１８の張力であり、θは鋼梁１４の変形角（図３参照）である。
【数１】
2020147971.tif 000003
【００３２】
荷重Ｐに対する索状体１８の反力である張力Ｑは式２で表される。
【数２】
2020147971.tif 000004
【００３３】
よって、索状体１８のワイヤーロープの断面は、この張力Ｑに対して降伏点を超えないように設定すればよいため、索状体１８の降伏強度をｆｓｙとすると、索状体１８の断面積Ａは式３に基づいて設定することができる。
【数３】
2020147971.tif 000005
【００３４】
以上、本実施形態によれば、従来よりも強化された防護工を簡単に実現するための技術を提供することができる。既存の防護工であっても、索状体１８を追加するだけの簡単な改修によって強化できる。
【００３５】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について説明する。なお、以降では、主に第１実施形態との差異について述べることとし、第１実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付与して重複する説明は省略するものとする。
【００３６】
図５は、第２実施形態における橋桁防護工１０Ｂの構成例を示す斜視外観図である。
図６は、第２実施形態における橋桁防護工１０Ｂの鋼梁１４を水平方向にカットした上面視断面図である。
第２実施形態における橋桁防護工１０Ｂは、支柱１２に、衝突想定方向の荷重を緩衝するダンパー１６を有しており、本実施形態では鋼梁１４および索状体１８は、ダンパー１６を介して支柱１２に連結されている。接続部１９は、ダンパー１６に接続されている。
【００３７】
図７は、第２実施形態の橋桁防護工１０Ｂにおける荷重変位関係を説明するための図である。橋桁防護工１０Ｂでは、最初に、鋼梁１４が衝突荷重を担い始めた後に、鋼梁１４が降伏する直前から索状体１８が衝突荷重を担い始める。次いで、索状体１８を介してダンパー１６が衝突荷重を担い始め、最後に支柱１２が衝突荷重を担う。よって、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、支柱１２・鋼梁１４・索状体１８が第１実施形態と同じ設定であれば、ダンパー１６を設けた分だけ第１実施形態よりも強化された橋桁防護工を実現できる。
【００３８】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態について説明する。なお、以降では、主に第１実施形態や第２実施形態との差異について述べることとし、第１実施形態や第２実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付与して重複する説明は省略するものとする。
【００３９】
図８は、第３実施形態における橋桁防護工１０Ｃの衝突後の鋼梁１４を水平方向にカットした上面視断面図である。図９は、本実施形態における橋桁防護工１０Ｃの荷重変位関係を説明するための図である。
【００４０】
第３実施形態の橋桁防護工１０Ｃは、基本的には第１実施形態の橋桁防護工１０と同様であるが、次の点において違いがある。すなわち、第１実施形態の鋼梁１４の「所定の変形状態」は、衝突想定方向からの荷重で鋼梁１４が破断した状態としたが、第３実施形態の索状体１８Ｃは、衝突想定方向からの荷重で鋼梁１４が降伏する際の曲げモーメントの８０％以上１００％未満が作用した状態、とする。
【００４１】
外観上の差異に着目すれば、索状体１８Ｃの長さは、第１実施形態の索状体１８のそれより短くなっている。従って、橋桁防護工１０Ｃでは、衝突により鋼梁１４が破断発生に至る直前の状態から索状体１８Ｃが荷重を受け始めることになる。具体的には、索状体１８Ｃは、鋼梁１４が降伏する直前の状態から、鋼梁１４の引張フランジを補完するように索状体１８Ｃが機能し始める。
【００４２】
こうした橋桁防護工１０Ｃの衝突時の挙動から、第３実施形態の索状体１８Ｃの長さは次のように設定することができる。すなわち、索状体１８Ｃの余長（索状体１８Ｃの弛緩する分の長さ。接続部１９間よりも長い分の長さ。）を、索状体１８Ｃが衝突荷重を受け始めるタイミングと、鋼梁１４の降伏のタイミングとに基づいて設定する。具体的には、索状体１８Ｃの余長を、鋼梁１４が降伏する時の曲げによる引張フランジの伸び量に基づいて設定する。鋼梁１４が降伏する時の曲げモーメントＭの分布は、荷重をＰ、支柱１２間の長さをＬとし、鋼梁１４の衝突前の長手方向の位置座標をｘとした関数Ｍ（ｘ）で表すと、式４のようになる。
【数４】
2020147971.tif 000006
【００４３】
曲げモーメントＭによる鋼梁１４の曲率φは、式５で表すことができる。ＥＩは梁の曲げ剛性である。
【数５】
2020147971.tif 000007
ここで、荷重方向に対する梁の高さをｈ（梁の横幅）とすると、曲率φに対する引張フランジのひずみεは、式６で表すことができる。
【数６】
2020147971.tif 000008
【００４４】
引張フランジの伸び量δは、ひずみεの積分により求めることができるため、式７で表すことができる。
【数７】
2020147971.tif 000009
索状体１８Ｃの余長は、この引張フランジの伸び量δに基づいて設定することができる。索状体１８Ｃの余長を、引張フランジの伸び量δよりわずかに小さい値とすることで、衝突想定方向からの荷重で鋼梁１４が降伏する際の曲げモーメントの８０％以上１００％未満が作用した状態（＝第３実施形態の「所定の変形状態」）で索状体１８Ｃが衝突荷重を受け始めることができるように、索状体１８Ｃの長さを設定することができる。勿論、上記の式（４）の曲げモーメントＭを８０％以上１００％未満の値に調整した上で、引張フランジの伸び量δを算出することで、索状体１８Ｃの長さを設定することとしてもよい。
【００４５】
なお、橋桁防護工１０Ｃを、第１実施形態をベースとして実現する例を示したが、第２実施形態をベースに実現することもできる。すなわち、第２実施形態の索状体１８の長さを第３実施形態の索状体１８Ｃと同様に設定することもできる。
【００４６】
〔変形例〕
なお、本発明の実施形態は、上記に限らず適宜、変更・追加・削除することができる。
【００４７】
例えば、上記実施形態では、索状体１８（１８Ｃ）の設置場所を、鋼梁１４の内部として説明したが、鋼梁１４の外部とすることができる。具体的には、図１０は、第１実施形態の橋桁防護工１０をベースとした橋桁防護工１０Ｄであって、索状体１８を、衝突想定方向から見て鋼梁１４の背後に設置するとしてもよい。当該構成においては、適宜、索状体１８の防水対策や、索状体１８が鋼梁１４の底面よりも下に垂れないように支持する補助構造を設けるのが好適である。例えば、塩化ビニール製の樹脂管を支柱１２間に架け渡し、索状体１８をこの樹脂管の中に通して設置することとしてもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、橋桁防護工の例を説明したが、架線防護工など、通行限界高さを超える車両の通行を防護するその他の防護工に上記実施形態の技術を適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
４…道路
６…高架橋
１０（１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）…橋桁防護工
１１…コンクリート土台
１２…支柱
１４…鋼梁
１６…ダンパー
１８（１８Ｃ）…索状体
１９…接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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