(57)【要約】【課題】橋軸方向及び橋軸直角方向の地震動に対して十分耐えることができ、さらに地震後も暫定的に供用が可能で、復旧作業も容易な高架橋の耐震構造を提供する。【解決手段】橋脚１上に設置した支承３０の上方において主桁１０のウェブに取替可能な鋼板材２１を接合し又は鋼材からなる取替可能なブレース材を取付け、主桁１０と橋脚１との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材３５を設置して主桁１０と橋脚１とを連結すると共に、橋脚１の基部外周にこの橋脚１と同心的に橋脚外周部３を設け、橋脚１と橋脚外周部３との間に形成されたすき間の橋軸方向の両側にコンクリート４を充填し、橋軸直角方向の両側にリブ５を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに取替可能な鋼板材を接合し又は鋼材からなる取替可能なブレース材を取付け、前記主桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記主桁と橋脚とを連結すると共に、前記橋脚の基部外周に該橋脚と同心的に橋脚外周部を設け、前記橋脚と橋脚外周部との間に形成されたすき間の橋軸方向の両側にコンクリートを充填し、橋軸直角方向の両側にリブを設けたことを特徴とする高架橋の耐震構造。
【請求項２】
橋脚上に設置した支承の上方において隣接する単純桁の端部のウェブ間に、取替可能な鋼板材を接合し又は鋼材からなる取替可能なブレース材を取付け、前記単純桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記単純桁と橋脚とを連結すると共に、前記橋脚の基部外周に該橋脚と同心的に橋脚外周部を設け、前記橋脚と橋脚外周部との間に形成されたすき間の橋軸方向の両側にコンクリートを充填し、橋軸直角方向の両側にリブを設けたことを特徴とする高架橋の耐震構造。
【請求項３】
前記鋼板材又はブレース材と鋼せん断パネルとを主桁より降伏点の低い鋼材で構成すると共に、前記リブを橋脚より降伏点の低い鋼材で構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の高架橋の耐震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高架橋の耐震構造に係り、より詳しくは、あらゆる方向の地震動に対して耐震性を確保し、また地震後も暫定的に供用が可能で復旧作業も容易な高架橋の耐震構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
張り出し架設への対応あるいは構造の簡略化や工費の低減などを目的として、上下部一体構造の橋梁が建設されている。従来のこの種の橋梁は、軸方向力を受ける下部工としてコンクリート系構造を採用するとともに、曲げモーメント力を受ける上部工として鋼構造を採用したもので、これら下部工及び上部工の接合部を鋼・コンクリートの複合構造とし、上部工を橋軸方向に張出すようにした上下部一体混合ラーメン構造としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のように構成した特許文献１の橋梁は、支承をなくし、上部工と下部工とを剛結合して、地震に対しては、構造全体の弾性変形により持ちこたえるようにしたものである。しかしながら、ごくまれに生じる直下型のレベル２の地震が発生した場合には、上部工と下部工の接続部にせん断変形が集中し、剛結合したために大損傷となるおそれがある。そのような場合には、構造物全体を修復する必要があり、復旧に多大の時間と工費を必要とすることになる。
【０００４】
また、震災後に損傷が直接表面に出ない場合があり、そのような場合には、損傷箇所及び損傷の度合いを知ることが困難である。そのため、構造物全体にわたって非破壊検査などの検査を行う必要が生じる場合がある。さらに、モニタリングを行おうとしても、構造物全体に検知の機能を持たせる必要があり、大掛りなものとなる。
【０００５】
そこで、このような問題を解決するために、橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに取替可能な鋼板材を接合すると共に、主桁と橋脚との間の軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して主桁と橋脚とを連結した主桁と橋脚の連結構造について提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１７７０３０号公報（第３頁、図１−６）
【特許文献２】特開２００４−９２３３１号公報（第３−４頁、図１−７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような特許文献２の主桁と橋脚の接合構造によれば、地震後における損傷箇所の特定が容易であり、また、少ない時間と工費で復旧することができるという効果を有する。しかしながら、この発明においては、橋軸方向の地震に対しては耐震効果を発揮できるが、橋軸直角方向の地震に対しては耐震効果を発揮できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、橋軸方向だけでなく橋軸直角方向の地震動に対しても十分耐えることができ、さらに地震後も暫定的に供用が可能で、復旧作業も容易な高架橋の耐震構造を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る高架橋の耐震構造は、橋脚上に設置した支承の上方において主桁のウェブに取替可能な鋼板材を接合し又は鋼材からなる取替可能なブレース材を取付け、前記主桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記主桁と橋脚とを連結すると共に、前記橋脚の基部外周に該橋脚と同心的に橋脚外周部を設け、前記橋脚と橋脚外周部との間に形成されたすき間の橋軸方向の両側にコンクリートを充填し、橋軸直角方向の両側にリブを設けたものである。
【００１０】
また、橋脚上に設置した支承の上方において隣接する単純桁の端部のウェブ間に、取替可能な鋼板材を接合し又は鋼材からなる取替可能なブレース材を取付け、前記単純桁と橋脚との間の橋軸方向に取替可能な鋼せん断パネルを有する構造部材を設置して前記単純桁と橋脚とを連結すると共に、前記橋脚の基部外周に該橋脚と同心的に橋脚外周部を設け、前記橋脚と橋脚外周部との間に形成されたすき間の橋軸方向の両側にコンクリートを充填し、橋軸直角方向の両側にリブを設けたものである。
【００１１】
また、上記の鋼板材又はブレース材と鋼せん断パネルとを主桁より降伏点の低い鋼材で構成すると共に、前記リブを橋脚より降伏点の低い鋼材で構成したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、あらゆる方向の地震動に対して十分耐えることができ、地震後も暫定的に供用することのできる高架橋を得ることができる。
また、地震時の損傷が局部に集中するため、高架橋全体の検査を行うことなく損傷箇所を特定することができ、これらの部材を交換するだけで元の状態に戻すことができるので、少ない時間と工費で確実に復旧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る高架橋の耐震構造の正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は図１の主桁及び桁連結部の分解斜視図、図５は本実施の形態を実施した高架橋の全体説明図である。
【００１４】
図５において、１は鋼製橋脚（以下、単に橋脚という）、６は橋台、１０は橋脚１及び橋台６上に架設された主桁である鋼箱桁で、隣接する鋼箱桁１０ａ，１０ｂの端部が、橋脚１上に設置された後述の支承３０上において当接又は近接して設置されている。なお、以下の説明では、鋼箱桁１０ａ，１０ｂの端部が支承３０を介して橋脚１上に設置された部分（図に円形で示す）を、桁連結部２０という。
【００１５】
橋脚１は図１〜図３に示すように、鋼板により円筒状（鋼管）に形成されて地盤上に立設されており、必要に応じて内部にダイアフラム２が設けられている。３は橋脚１の下部（基部）外周に橋脚１と同心的に設けられた鋼板（鋼管）からなる橋脚外周管で、高架橋の設置場所、規模、橋脚１の高さなどによって異なるが、一般的には、その地盤からの高さＨは橋脚１の外径Ｄの０．５〜３．０倍程度、その外径Ｄ1は、図３（ａ）に示すように、橋脚１の外径Ｄの１．２〜２．０倍程度（したがって、橋脚１と橋脚外周管３との間には、橋脚１の外径Ｄの０．１〜０．５倍程度のすき間Ｇが形成される）である。
【００１６】
そして、橋脚１と橋脚外周管３との間に形成されたすき間Ｇの橋軸方向の両側には、例えば、図３（ａ）に示す開き角θが３０°〜１２０°の範囲にコンクリート４が充填されており、また、すき間Ｇの橋軸直角方向の両側の上下方向には、例えばじん性に優れた橋脚１の降伏点より低い降伏点の極軟鋼からなる１枚又は複数枚のリブ５がそれぞれ設けられている。なお、必要に応じて、橋脚１内の橋脚外周管３の範囲内において、橋軸直角方向に極軟鋼からなる壁状リブ５ａを設けてもよい。
【００１７】
図３（ｂ）は橋脚１が四角形断面の場合の下部の断面図（図１のＢ−Ｂ断面に対応）で、各部の構造は、図３（ａ）の円形断面の橋脚外周管３の場合に準じて橋成されている（但し、橋脚１と橋脚外周管３との間に形成されたすき間Ｇの橋軸方向には、橋軸直角方向の全幅にわたってコンクリート４を充填した場合が示してある）。
【００１８】
図４に示すように、主桁１０を構成する鋼箱桁１０ａ，１０ｂのウェブ１１の端部近傍の上下方向には、複数のボルト挿通穴１３が設けられており、また、下フランジ１２の幅方向の両側近傍の橋軸方向には、複数のボルト挿通穴１４が設けられている。
【００１９】
２１ａ，２１ｂは例えばじん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い材料によって形成された鋼板材（以下、単に２１と記すことがある）で、その高さは鋼箱桁１０のウェブ１１のせいとほぼ等しく形成されており、両側縁部近傍には、鋼箱桁１０のウェブ１１に設けたボルト挿通穴１３に対応してボルト挿通穴２２が設けられている。
【００２０】
３０は例えばゴム板と鋼板とを交互に積層してなり、橋脚１と鋼箱桁１０との間に設置され、鋼箱桁１０からの鉛直荷重を受ける１個又は複数個の支承である。
３５ａ，３５ｂは例えばじん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い材料によって形成された鋼せん断パネルを有する構造部材（以下、鋼せん断パネル部材といい、単に３５と記すことがある）で、高さが支承３０の高さとほぼ等しいかこれより若干低く形成されており、上下のフランジには鋼箱桁１０の下フランジ１２に設けたねじ挿通穴１４に対応してねじ挿通穴３６が設けられている。そして、この鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂは支承３０の両側において、橋脚１と鋼箱桁１０との間に橋軸方向に設置されている（図４には一方の鋼せん断パネル部材３５ａのみが示してある）。なお、鋼板材２１と鋼せん断パネル部材３５とは降伏点の等しい鋼材で構成してもよく、あるいは鋼せん断パネル部材３５を鋼板材２１より降伏点の低い材料で構成してもよい。
【００２１】
上記のように構成した本実施の形態に係る主桁１０は、例えば、橋脚１の上面中央部に支承３０を設置し、鋼箱桁１０ａ及び１０ｂを、その端部を支承３０の上面の中央部又はその近傍に位置させて支承３０上に載置する。ついで、鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂの下フランジに設けたボルト挿通穴３６を橋脚１の橋軸方向に設けたアンカーボルトに挿入して固定し、橋脚１上に設置する。また、鋼せん断パネル部材３５の上フランジのボルト挿通穴３６から、鋼箱桁１０ａ，１０ｂの下フランジ１２に設けたボルト挿通穴１３にボルト挿通し、固定する。
【００２２】
このようにして、鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂは橋脚１と鋼箱桁１０ａ，１０ｂに取替可能に取付けられる。なお、上記の説明では、橋脚１の上面中央部に支承３０を１個設置した場合を示したが、後述する図８、図９に示すように、橋脚１の上面に橋軸方向に沿って２個の支承３０ａ，３０ｂを設置し、鋼箱桁１０ａ，１０ｂをそれぞれ支承３０ａ上、３０ｂ上に載置するようにしてもよい。
【００２３】
次に、両鋼箱桁１０ａ，１０ｂのウェブ１１に跨って外面に鋼板材２１ａ，２１ｂを当接し、そのボルト挿通穴２２から鋼箱桁１０ａ，１０ｂのウェブ１１に設けたボルト挿通穴１３にボルトを挿通し、一体にかつ取替可能に固定する。なお、上記の説明では、鋼板材２１ａ，２１ｂ及び鋼せん断パネル部材３５を、鋼箱桁１０にボルトで接合した場合を示したが、取替可能であれば他の手段によって接合してもよく、また、施工手順も状況に応じて適宜変更してもよい。
【００２４】
図６は本実施の形態に係る桁連結部の他の例を示す図１のＡ−Ａ断面に対応した断面図である。図１〜図４の例では、橋脚１と鋼箱桁１０との間にＩ形断面の鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂを設置した場合を示したが、本例は、支承３０の両側において、橋脚１の橋軸方向に設けた複数のアンカーボルトに、Ｌ形断面の取付部材３７ａを固定すると共に、鋼箱桁１０の下面にこの取付部材３７ａに対向してＬ形断面の取付部材３７ｂを固定する。そして、これら対向する上下の取付部材３７ａ，３７ｂの間に、じん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０の降伏点より低い降伏点の鋼せん断パネル３８をボルト等により接合して鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂを構成したものである。その他の構成は、図１〜図４の場合と同様である。
【００２５】
図７は本実施の形態に係る桁連結部のさらに他の例を示す正面図である。
４０ｂ，４０ｂはブレース材で、例えば、じん性や延性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い材料からなり、支承３０を介して橋脚１上に設置した鋼箱桁１０ａ，１０ｂの両側のウェブ１１の表面側に、一端が一方の鋼箱桁１０ａに設けたブレース定着部４１に、他端が他方の鋼箱桁１０ｂに設けたブレース定着部４１にそれぞれ取替可能に取付けられ、交差して設置されて両鋼箱桁１０ａ，１０ｂを連結したものである。なお、鋼箱桁１０のウェブ１１には、ボルト挿通穴１３は設けられていない。
【００２６】
なお、上述の鋼板材２１及び鋼せん断パネル部材３５は、前述のように、じん性に優れた極軟鋼からなる主桁１０より降伏点の低い鋼材からなっており、比較的頻繁に発生するあまり大きくないレベル１の地震が作用する場合においては、弾性範囲に留まって塑性変形しないような板厚に設定されている。
【００２７】
次に、図８〜図１０により、本実施の形態の作用を説明する。
先ず、本実施の形態を実施した高架橋に、橋軸方向に卓越した地震が作用した場合について考察する。この場合は、図８に示すように、橋軸方向に慣性力が作用すると共に、破線で示すように、曲げ振動モードが付加される。
この曲げ振動モードが大きい場合は、図９（ａ）に示すように、桁連結部２０には右側鋼箱桁１０ａと左側鋼箱桁１０ｂとの相対差による変位が生ずるため、主としてその上部、すなわち、鋼板材２１が弾性変形する。
【００２８】
また、曲げ振動モードがあまり大きくなく、図９（ｂ）に示すように、橋軸方向の水平変位が卓越する場合は、桁連結部２０は主としてその下部、すなわち、支承３０及び鋼せん断パネル部３５ａ，３５ｂが弾性変形する。なお、図８、図９では橋脚１の上面に２個の支承３０ａ，３０ｂを設置した場合を示してあるが、支承３０が１個の場合においてもその作用は同様である。
【００２９】
一方、橋脚１は、曲げ振動モードの大小にかかわらず、その基部において橋脚１と橋脚外周管３との間に充填したコンクリート４が、橋軸方向の変形を拘束して弾性を保っている。
【００３０】
上記のような橋軸方向に卓越した地震において、レベル１地震動では、主桁１０及び桁連結部２０の双方が弾性変形であり、地震が終れば旧状に復する。また、レベル２地震動では、弾性変形に塑性変形が付加されて桁連結部２０が早期に降伏し、地震エネルギーを吸収する。本実施の形態においては、桁連結部２０が降伏して機能を失っても、それぞれの鋼箱桁１０ａ，１０ｂは落橋せず単純桁として機能するため、地震後も暫定的に供用することができる。
【００３１】
次に、橋軸直角方向の地震について考察する。レベル１地震動の場合は、橋脚外周管３を含む橋脚全体が弾性域に留まり、地震が終れば元の状態に戻る。一方、レベル２地震動の場合は、図１０に示すように、橋脚１と橋脚外周管３との間に設けた極軟鋼からなるリブ５が弾性変形し、さらに塑性変形が付加されてリブ５が降伏し、地震エネルギーを吸収する。この場合、図３に示すように、橋脚１の下部内にも壁状リブ５ａを設ければ、より大きな塑性変形により地震エネルギーを吸収することができる。
【００３２】
上記のように構成した本実施の形態によれば、隣接する主桁１０の接合部に橋軸方向の地震エネルギーを吸収する桁連結部２０を設けると共に、橋脚１の基部に橋軸直角方向の地震エネルギーを吸収する橋脚外周管３を設けたので、あらゆる方向の地震動に対して十分耐えることができ、また、地震後も暫定的に供用することができる。
【００３３】
また、地震時の損傷が局部に集中するため、地震後における損傷箇所の特定が容易であり、高架橋全体の検査を行うことなく損傷箇所を特定することができる。
さらに、地震後の復旧作業においても、損傷した橋脚外周管３及びリブ５、あるいは桁連結部２０の鋼板材２１又はブレース４０及び鋼せん断パネル３５を交換することにより元の状態に戻すことができるので、少ない時間と工費で復旧することができる。
【００３４】
［実施の形態２］
図１１は本発明の実施の形態２に係る高架橋の全体説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、複数の橋脚１上に、主桁１０を構成する単純桁１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ（図には、単純桁１０ｃ〜１０ｅを鋼箱桁で構成した場合を示してある）が、それぞれ両端部が支承３０を介して橋脚１上に架設された橋梁において、隣接する単純桁１０ｃと１０ｄ、１０ｄと１０ｅ（以下、単純桁１０ｄと１０ｅの場合について説明する）の両端部のウェブ１１の両面に、それぞれ鋼板材２１を取替可能に接合すると共に、橋脚１と単純桁１０ｄ，１０ｅの間において、支承３０の両側の橋軸方向に、鋼せん断パネル部材３５ａ，３５ｂを取替可能に固定して、主桁１０と橋脚１を連結したものである。
【００３５】
本実施の形態においても、実施の形態１の場合とほぼ同様の作用、効果を得ることができる。なお、図示してないが、鋼板材２１に代えてブレース材４０により、隣接する単純桁１０ｃと１０ｄ、１０ｄと１０ｅをそれぞれ連結してもよい。
【００３６】
上記の説明では、橋脚１を円筒状の鋼橋脚で構成した場合を示したが、これに限定するものではなく、鉄筋コンクリート橋脚を用いた高架橋にも本発明を実施することができる。
また、主桁１０に鋼箱桁を用いた場合について説明したが、これに代えて、Ｉ形断面、Ｈ形断面等の鋼材からなる主桁を用いてもよく、この場合には、主桁１０のウェブの両面に鋼板材２１を接合し、又はブレース材４０を設置することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高架橋の耐震構造の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１の主桁及び桁連結部の分解斜視図である。
【図５】本実施の形態を実施した高架橋の全体説明図である。
【図６】図１の桁連結部の他の例の説明図である。
【図７】図１の桁連結部のさらに他の例の説明図である。
【図８】実施の形態１の作用説明図である。
【図９】実施の形態１の作用説明図である。
【図１０】実施の形態１の作用説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る高架橋の全体説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  橋脚、３  橋脚外周管、４  コンクリート、５  リブ、１０  主桁、１０ａ，１０ｂ  鋼箱桁、２１  鋼板材、３０，３０ａ，３０ｂ  支承、３５  鋼せん断パネル部材、４０  ブレース材。
【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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【図１１】
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