(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造物を、ゴム弾性層と補強板とが平行状に交互に積層された積層ゴム体を有し、該積層ゴム体の板面に対し縦剛性が大きく横剛性が小さい積層ゴム支承により橋脚上に多点弾性支持してなる橋梁において、
各橋脚上に少なくとも２個１組の積層ゴム支承が橋軸直角方向に相対向してかつ対称的に配置され、
前記積層ゴム支承の積層ゴム体は、橋軸直角方向の相対向する面において橋脚天端の水平面に対し互いに傾斜角度θをもって相対してなる、
ことを特徴とする橋梁における弾性支持構造。
【請求項２】
積層ゴム体を貫通する柱状の鉛プラグが積層面に直交して拘束状態をもって埋め込まれてなる請求項１に記載の橋梁における弾性支持構造。
【請求項３】
積層ゴム体のゴム層は高減衰性ゴム組成物よりなる請求項１に記載の橋梁における弾性支持構造。
【請求項４】
積層ゴム体を貫通する柱状の鉛プラグが積層面に直交して拘束状態をもって埋め込まれてなる請求項３に記載の橋梁における弾性支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
Ａ．発明の目的
(1) 産業上の利用分野
この発明は、橋桁としての上部構造物を縦剛性が大きく横剛性が小さい積層ゴム支承により橋脚上に多点弾性支持してなる橋梁いわゆる免震橋梁に関し、更に詳しくは、その横剛性が調整された弾性支持構造に関する。
【０００２】
(2) 従来の技術
積層ゴム支承をもって橋桁の上部構造物を支持することは旧くよりなされている。
すなわち、積層ゴム支承は軟質層としてのゴム層と硬質層としての補強板とを交互に積み重ね、加硫接着をもって一体に形成されたものであって、板面に直交する方向（縦方向）に作用する荷重に対しては大きな剛性を示し、板面に沿う方向（横方向）に作用する荷重に対しては撓み性すなわち小さな剛性を示す。
従来においては、この積層ゴム支承は、常時の荷重条件にのみ対応するよう用いられ、縦剛性をもって橋桁の荷重を支持し、荷重移動に伴う回転動並びに温度変化に伴う橋桁の伸縮変位は横剛性で吸収するものであった。
そして、近年において、該積層ゴム支承の横剛性特性に着目し、この積層ゴム支承をもって多点弾性支持することにより、地震時において、地震の入力加速度を減少させ、橋桁の振動を緩和する作用を発揮し、免震橋梁が実現されている。  なお、この免震橋梁は、通常の積層ゴム支承を用い、地震動の長周期化を図るとともに上部構造物の慣性力を分散させる荷重分散型免震橋梁、更には、該積層ゴム支承に減衰機能を付加して、もしくはオイルダンパー等の減衰機器を別途付置して、上部構造物の振動を速やかに減衰させる減衰型免震橋梁、の２類型を含む。
【０００３】
ところで、積層ゴム支承の横剛性は、橋軸方向の成分と橋軸直角方向の成分とに分けられるが、従来の免震橋梁においては、橋軸成分が主として配慮され、橋軸直角成分は格別配慮されていないものであった。
すなわち、橋桁に対し橋軸方向の変位を与える力が一般的に卓越するとの観点から、その幅及び剛性が設計され、橋軸直角方向の幅は支圧面の確保でしかなく、該橋軸直角方向の剛性は無視されているのみならず、橋軸直角方向の移動を拘束するための手段が講じられているのが実情である。
本発明者はこの実情に鑑み、当該積層ゴム支承の横剛性において、橋軸直角方向成分の剛性の比較的自由な設定を図ることを着想し、免震橋梁の更に合理的な設計ができるとの知見を得た。
【０００４】
(3) 発明が解決しようとする課題
本発明は上記知見に基づき、橋桁を多点弾性支持してなる橋梁において、地震動によって橋桁に生じる水平変位力に抗する剛性を橋軸方向と橋軸直角方向各々独立して確保でき、ひいては動特性を考慮し、合理的な設計の実現できる橋梁における弾性支持構造を得ることを目的とする。
【０００５】
Ｂ．発明の構成
(1) 問題点を解決するための手段
本発明の橋梁における弾性支持構造は具体的には、次の技術的手段を採る。
すなわち、上部構造物をゴム弾性層と補強板とが交互に積層された積層ゴム体を有し、該積層ゴム体の板面に対し縦剛性が大きく横剛性が小さい積層ゴム支承により橋脚上に多点弾性支持してなる橋梁において、各橋脚上に少なくとも２個１組の積層ゴム支承が橋軸直角方向に相対向してかつ対称的に配置され、前記積層ゴム支承の積層ゴム体は、橋軸直角方向の相対向する面において橋脚天端の水平面に対し互いに傾斜角度θをもって相対してなることを特徴とする。
【０００６】
(2) 作用
常時において、橋桁の荷重は積層ゴム支承を介して橋脚に伝達される。温度変化による橋桁の橋軸方向の伸縮は積層ゴム支承の積層ゴム体により吸収される。橋軸直角方向については、所定の傾斜角度をもって配された積層ゴム体の板面に直交する分力は圧縮力として橋脚に伝達され、一方、積層ゴム体の板面に沿う分力は相殺される。
地震動が生じたとき、地盤の揺れに起因して橋脚が振動し、本積層ゴム支承を介して橋桁にその振動が伝播し、橋桁もその固有振動周期をもって振動することになる。
橋桁の橋軸直角方向へ変位を起こす力の成分は，積層ゴム体の板面に直交する分力と板面に沿う分力とに分かれ、板面に直交する分力は圧縮力として現れ、当該圧縮力に対して積層ゴム体において大きな剛性を示す。また、積層ゴム体は板面に沿う分力によりせん断変形を受ける。
【０００７】
(3) 実施例
本発明の橋梁における弾性支持構造の実施例を図面に基づいて説明する。
（実施例の構成）
図１〜図６はその一実施例の免震橋梁における弾性支持構造を示す。すなわち、図１〜図３はその全体の構成を示し、図４〜図６はその部分構成を示す。なお、図において、Ｘは橋軸方向、Ｙは橋軸直角方向を示す。
【０００８】
図１及び図２は本実施例における橋梁の構造系を示す。
図示されるように、本橋梁の橋桁Ｇは直線状をなし、等径間・多径間（５径間）の連続桁構造を採り、各橋脚Ｐ（Ｐ１，Ｐ２，…Ｐ６）はその天端面の高さは同一水平面にあるが、長さが異なり、不揃いとなっている。各橋脚Ｐは通常の施工態様に基づき基礎杭Ｋを介して地盤Ｅの硬質層によって支持される。
このような橋梁にあっては、橋脚Ｐの固有振動特性が各々異なり、橋桁Ｇへの影響が異なる。
しかして、図３に示すように、橋桁Ｇと橋脚Ｐとの間に本実施例に特有の積層ゴム支承Ｓの２基が、橋脚Ｐの幅方向すなわち橋軸直角方向に所定の関係のもとに介装設置され、橋桁Ｇの荷重を支持することは勿論として、横剛性を調整する機能を持つ。
本積層ゴム支承Ｓは、この関係を満たすべく以下の特有の構成を採る。
【０００９】
図４〜図６に基づいて、本積層ゴム支承Ｓの詳細構造を説明する。なお、図４において、左側の積層ゴム支承をＳ１、右側のものをＳ２とする。
本積層ゴム支承Ｓは、橋桁Ｇに取り付けられる上沓１、橋脚Ｐに取り付けられる下沓２、及び該上沓１と下沓２との間に介装される積層ゴム体３からなる。
上沓１は、実質的に矩形断面をなす本体１０と、該本体１０の上部に形成される取付け部１１とからなる。取付け部１１の上面にはアンカー部材１２が固設される。上沓１の本体１０の下面１０ａは橋脚Ｐの中心に向けて傾斜する。
下沓２は、実質的に矩形断面をなす本体１４と、該本体１４の下部に形成される取付け部１５とからなる。該取付け部１５の四周にはアンカー挿通孔１６が開設され、橋脚Ｐに埋設されたアンカー材１８を挿通し、ナット１９をもって固定される。下沓２の本体１４の上面１４ａは上沓１の本体１０の下面１０ａに対応して傾斜する。当該下沓２の上面１４ａの傾斜角はいわゆる実効傾斜角をなす。  上沓１の下面１０ａと下沓２の上面１４ａとは互いに所定角度θをもって、相平行状に対峙する。
【００１０】
積層ゴム体３は、ゴム弾性層２１と鋼板よりなる平行状の補強板２２とが交互に積層され、これらは加硫接着により強固に一体化されている。ゴム弾性層２１はかぶり分だけ補強板２２の外縁より差し渡し長さが大きくされている。補強板２２は繊維補強硬質ゴム板や繊維補強剛性樹脂板、あるいは帆布であってもよい。
図６はこの積層ゴム体３を取り出して示したものである。
補強板２２は、上端面に配される厚肉の上部補強板２２ａ及び下端面に配される厚肉の下部補強板２２ｂ、並びにこれらの中間部に配される薄肉の複数の中間補強板２２ｃ、からなる。積層ゴム体３は、上部補強板２２ａを介して上沓１の下面１０ａに固着され、下部補強板２２ｂを介して下沓２の下面１４ａに固着される。
この構成により、積層ゴム体３は補強板２２の板面に直交する方向に作用する荷重に対して大きな剛性を示し、補強板２２の板面に沿う方向に作用する荷重（せん断荷重）に対しては可撓性すなわち小さな剛性を示す。
【００１１】
本積層ゴム支承Ｓにおいて、積層ゴム体３は上沓１と下沓２とに挟着されて角度θを付して設置される。
【００１２】
橋脚Ｐの上面に配された２基の積層ゴム支承Ｓ１，Ｓ２の関係に付いては、橋桁Ｇの中心を対称軸として、対称形をなし、該積層ゴム支承Ｓ１、Ｓ２の積層ゴム体３が橋軸直角方向の面において橋脚天端の水平面に対し角度θだけ傾斜して配される。
そして、この角度θは、各橋脚Ｐに付いて、原則として異なるものである。
【００１３】
本実施例の橋梁系において、このような態様のもとに、積層ゴム支承Ｓの積層ゴム体３は各橋脚Ｐ上に所定の角度θをもって多点的に配される。
【００１４】
（実施例の作用・効果）
上記のように構成された積層ゴム支承Ｓを配してなる橋梁における弾性支持構造は以下のように作用する。
常時において、橋桁Ｇの荷重は積層ゴム支承Ｓを介して橋脚Ｐに伝達される。温度変化による橋桁Ｇの橋軸方向の伸縮は積層ゴム支承Ｓの積層ゴム体３により吸収される。すなわち、橋軸方向に付いては、積層ゴム体３のゴム弾性層２１及び補強板２２は互いに水平に配されたものとなっているので、小さな横剛性を発揮し、橋桁Ｇの伸縮を許容する。
橋軸直角方向については、所定の傾斜角度をもって配された積層ゴム体３の板面に直交する分力は圧縮力として橋脚Ｐに伝達され、積層ゴム体３の板面に沿う分力は相殺される。
図７はこの荷重関係を示す。ここに、Ｔ１，Ｔ２は積層ゴム支承Ｓ１，Ｓ２が分担する上載荷重であって、これらは積層ゴム体３の板面に直交する分力Ｔ１ａ，Ｔ２ａ、板面に沿う分力Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂとに分かれ、Ｔ１ｂとＴ２ｂとは互いに逆向きに作用し相殺される。
【００１５】
地震動が生じたとき、地盤の揺れに起因して橋脚Ｐが振動し、本積層ゴム支承Ｓを介して橋桁Ｇにその振動が伝播し、橋桁Ｇもその固有振動周期をもって振動することになる。
すなわち、橋桁Ｇは橋脚Ｐに弾性的に支持されたものとなっているので、両者の相対的変位は自由である。
橋桁Ｇの水平変位は、橋軸方向成分と橋軸直角方向成分とに分かれるが、橋軸方向成分の変位は本積層ゴム支承Ｓにおいて、長さと剛性に付き十分に許容量を採っているので、この変位は吸収される。
橋桁Ｇの橋軸直角方向へ変位を起こす力Ｚの成分は，図８に示すように、積層ゴム体３の板面に直交する分力Ｚａと板面に沿う分力Ｚｂとに分かれ、板面に直交する分力Ｚａは圧縮力として現れ、当該圧縮力に対して積層ゴム体３において所定の剛性を示す。また、積層ゴム体３は板面に沿う分力Ｚｂによりせん断変形を受ける。
この水平変位力は交番して本積層ゴム支承Ｓに作用し、各積層ゴム支承Ｓの積層ゴム体３に生じる分力Ｚａにより抗力を受け、橋桁Ｇの水平変位運動は減衰する。
【００１６】
このように、本実施例の橋梁における弾性支持構造によれば、常時の荷重支持条件を満たし、しかも、地震時には、多点弾性支持構造として荷重分散機能を果たすのに加え、橋軸直角方向への水平変位力に対し所要の抗力を発現し、橋桁の揺れの減衰がなされる。
更に、本橋梁における弾性支持構造によれば、積層ゴム体３の傾斜角度θを適宜に変えることにより橋梁の構造系に所定の横剛性を与えることができるので、この横剛性を橋桁の設計に導入し、動特性を考慮した更に合理的な橋桁を設計することができる。
【００１７】
なお、本実施例では、本積層ゴム支承Ｓは、上沓１、下沓２、及び該上沓１と下沓２との間に介装される積層ゴム体３からなるものであったが、要は、積層ゴム体３を所定の角度（θ）に保持しえれば足り、該積層ゴム体３を橋桁Ｇと橋脚Ｐとの間に直接的に固定できれば上沓１並びに下沓２は省略できる。
更に、本実施例では、橋桁が直線状をなし、等スパンで支持された橋梁系を示したが、曲線状の橋桁で、かつ、不等スパンである橋梁系にあっては振動特性は更に複雑になり、橋軸直角方向への変位力は更に強まるが、本積層ゴム支承Ｓをもって有効に横変位力に対抗する。
もっと言えば、橋桁Ｇの重量・形・径間割り、橋脚Ｐの形・長さ、あるいは地盤Ｅの土質性状等により、橋桁Ｇの振動特性は種々に変化するが、本免震橋梁における弾性支持構造においては、積層ゴム体３の傾斜角度θを適宜に採ることにより、橋梁系の剛性を変化させ、橋桁Ｇの振動特性に有効に対応することができる。
【００１８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である。すなわち、以下の態様は本発明の技術範囲内に包含されるものである。
1)  先の実施例での積層ゴム体に替えて、該積層ゴム体を貫通する柱状の鉛プラグが積層面に直交して拘束状態をもって埋め込まれてなるいわゆる鉛プラグ入り積層ゴム体を使用すること。
あるいは、積層ゴム体のゴム層は高減衰性ゴム組成物よりなるいわゆる高減衰性積層ゴム体を使用すること。
更にまた、上記の高減衰性積層ゴム体に鉛プラグを封入した積層ゴム体を使用すること。
これらの積層ゴム体を使用することにより当該積層ゴム支承は更に減衰性が増大する。これにより、当該積層ゴム支承の減衰性とこの積層ゴム支承の支持構造による減衰性との獲得から、橋桁の動特性設計の自由度が更に高まる。
2)  先の実施例では１つの橋脚Ｐにおいて２個１組のものを両端に配したが、２組もしくはそれ以上の組を適宜間隔を保って配してもよい。
図９はその一態様を示すものであって、相対向して配された２個の積層ゴム支承Ｓからなる２組の積層ゴム支承組Ｓａ，Ｓｂが橋脚Ｐ上の両端に配されてなる。２個の積層ゴム支承Ｓは傾斜角度θで対称を保って対向する。
【００１９】
Ｃ．発明の効果
本発明の橋梁における弾性支持構造によれば、常時の荷重支持条件を満たし、しかも、地震時には、多点弾性支持構造として荷重分散機能を果たすのに加え、橋軸直角方向への水平変位力に対し所要の抗力を発現し、橋桁の揺れの減衰がなされる。
更に、積層ゴム体の傾きを適宜に変えることにより橋梁の構造系に所定の横剛性を与えることができるので、この横剛性を橋桁の設計に導入し、動特性を考慮した更に合理的な橋桁を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の橋梁における弾性支持構造の一実施例の橋梁の構造系を示す平面図。
【図２】図１の側面図。
【図３】図１、図２のIII-III 線断面図。
【図４】本実施例に使用される積層ゴム支承の一部断面、一部側面図。
【図５】図４のV 方向矢視図。
【図６】積層ゴム体の断面図。
【図７】常時における本実施例の積層ゴム支承に作用する荷重関係を示す作用説明図。
【図８】地震時における本実施例の積層ゴム支承に作用する力の作用説明図。
【図９】本橋梁における弾性支持構造における積層ゴム支承の他の配置態様図。
【符号の説明】
Ｇ…上部構造物（橋桁）、Ｐ…橋脚、Ｓ…積層ゴム支承、１…上沓、２…下沓、３…積層ゴム体
【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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