(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋脚上に、橋桁と、該橋桁上に設けられた床版と、該床版の幅方向端部上側に床版の長手方向に沿って設けた高欄とを有する上部構造を備えている橋梁であって、
前記床版の上面と前記高欄の下面との間には上下方向に相互に嵌合することにより水平方向の力を受けるシェアピン構造を有し、
前記シェアピン構造よりも幅方向内側位置において前記高欄の内部と前記床版の内部との間を上下に延びて配置した縦鉄筋を備えることで、幅方向外側から前記高欄に波力が作用した際に該高欄と前記床版の境界部近傍で前記高欄が前記縦鉄筋を支点として屈曲する折れ曲がり支点を有する
ことを特徴とする橋梁。
【請求項２】
前記折れ曲がり支点は、前記高欄の内部と前記床版の内部との間を上下に延びて配置した前記縦鉄筋と、前記高欄の上方内部から前記床版の幅方向内側の下方内部へ向けて斜めに延びて配置した傾斜鉄筋が、前記高欄と前記床版の境界部近傍で交叉したメナーゼヒンジ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の橋梁。
【請求項３】
前記高欄は地覆を含んだ構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の橋梁。
【請求項４】
前記シェアピン構造は、前記床版の上面と前記高欄の下面のいずれか一方に、前記床版及び前記高欄に備えた鉄筋が突出して該鉄筋の突出部にコンクリートにより形成した凸部と、前記床版の上面と高欄の下面のいずれか他方に、前記凸部に嵌合するよう形成した凹部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の橋梁。
【請求項５】
前記上部構造の幅方向外側位置に、前記橋桁と前記床版を含む高さを有し且つ高さ方向中間部が外側へ突出した形状のフェアリングを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の橋梁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、津波等による波力を低減できるようにした橋梁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な橋梁は、所定の間隔で地上に立設した下部構造としての橋脚の上部に、橋桁及び該橋桁上に設けられる床版と、該床版の幅方向両端の上側に床版の長手方向へ沿って突設した高欄とを有する上部構造を備えている。
【０００３】
前記床版の幅方向両端の上側に設けられる高欄は、床版上を走行する車両が床版上から外部へ飛び出すことを防止するためのもので、高欄と床版は相互間に設けられる鉄筋等の強度部材によって堅固に固定されている（特許文献１、２等参照）。
【０００４】
コンクリート製の高欄の形成に当たっては、床版上に型枠を介してコンクリートを打設することにより高欄を床版と一体に形成する工法、プレキャストコンクリートの高欄を現場で床版上に組み付けて固定する工法に大別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−２６９９１１号公報
【特許文献２】特開平０６−３１３３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
巨大地震によって発生した津波が橋梁に作用したことにより、橋桁と床版と高欄からなる上部構造が津波の波力によって流失し、このために、周辺の災害の復旧作業が遅れてしまうという事態が発生している。また橋梁の上部構造のような長大な構造物が流されることは、周辺の構造物にとって脅威となり得る。
【０００７】
現状での橋梁の設計基準では、上部構造に津波が作用するような事態は想定されておらず、津波波力に対する設計が成されていないことが、上部構造の流失につながったものと考えられる。現状においては、上部構造を下部構造に連結する構造、及び、上部構造を橋の長手方向である橋軸方向で相互に連結する構造を備えた落橋防止構造を設置することが行われているものの、基本的に橋軸方向への落橋を想定したものであり、このために、津波のような橋軸と直角方向の波力に対しては落橋（流失）を防止することができなかったものと考えられる。
【０００８】
又、上記津波による波力以外に、高潮や洪水の波力によっても同様に上部構造が流失する問題を生じる可能性がある。
【０００９】
上記したような橋桁が流失する問題を解決するためには、橋桁を橋脚に対して強固に固定する対策が考えられる。この場合、上部構造を流失させるほどの大きな荷重（波力）に対して耐えられる設計をする必要があるが、橋桁を橋脚に対して非常に高い強度で固定することによって、上部構造の流失を防止することができたとしても、今度は橋脚が破壊されてしまう可能性がある。
【００１０】
このため、上部構造に津波の波力が作用した際に上部構造が受ける負荷を小さくすることができれば、上部構造が流失する可能性を低下することができ、又、橋脚に対して橋桁を固定する固定強度も軽減することができる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなしたもので、橋梁に波力が作用した際に高欄が倒壊して上部構造の高さ寸法が小さくなることにより上部構造が受ける負荷を軽減して上部構造が流失する問題を防止するようにした橋梁を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、橋脚上に、橋桁と、該橋桁上に設けられた床版と、該床版の幅方向端部上側に床版の長手方向に沿って設けた高欄とを有する上部構造を備えている橋梁であって、
前記床版の上面と前記高欄の下面との間には上下方向に相互に嵌合することにより水平方向の力を受けるシェアピン構造を有し、
前記シェアピン構造よりも幅方向内側位置において前記高欄の内部と前記床版の内部との間を上下に延びて配置した縦鉄筋を備えることで、幅方向外側から前記高欄に波力が作用した際に該高欄と前記床版の境界部近傍で前記高欄が前記縦鉄筋を支点として折れ曲がる折れ曲がり支点を有する
ことを特徴とする橋梁、に係るものである。
【００１３】
上記橋梁において、前記折れ曲がり支点は、前記高欄の内部と前記床版の内部との間を上下に延びて配置した前記縦鉄筋と、前記高欄の上方内部から前記床版の幅方向内側の下方内部へ向けて斜めに延びて配置した傾斜鉄筋が、前記高欄と前記床版の境界部近傍で交叉したメナーゼヒンジ構造を有していてもよい。
【００１４】
又、上記橋梁において、前記高欄は地覆を含んだ構成を有することが好ましい。
【００１５】
又、上記橋梁において、前記シェアピン構造は、前記床版の上面と前記高欄の下面のいずれか一方に、前記床版及び前記高欄に備えた鉄筋が突出して該鉄筋の突出部にコンクリートにより形成した凸部と、前記床版の上面と高欄の下面のいずれか他方に、前記凸部に嵌合するよう形成した凹部を有することが好ましい。
【００１６】
又、上記橋梁において、前記上部構造の幅方向外側位置に、前記橋桁と前記床版を含む高さを有し且つ高さ方向中間部が外側へ突出した形状のフェアリングを備えていることは好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高欄に対して内側から作用する車両の衝突等による負荷に対してはシェアピン構造により高欄は床版上に保持されて安全を図り、一方、高欄に対して外側から作用する波力に対してはシェアピン構造の嵌合が解かれて高欄が床版との境界部における折れ曲がり支点を中心に折れ曲がることにより床版の内側上へ倒壊し、上部構造の高さ寸法が小さくなることで上部構造が受ける負荷が軽減されることにより上部構造が流失する問題を低減できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の橋梁の一実施例を示す主要部の切断正面図、（ｂ）は（ａ）のシェアピン構造の一例を拡大して示した正面図である。
【図２】図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。
【図３】（ａ）は図２をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た切断正面図、（ｂ）は図１の高欄が波力により倒壊した状態を示す切断正面図である。
【図４】（ａ）は本発明の橋梁の他の実施例を示す主要部の切断正面図、（ｂ）は（ａ）の高欄が波力により倒壊した状態を示す切断正面図である。
【図５】上部構造の波力解析を行った結果を示すグラフである。
【図６】（ａ）は本発明の橋梁の一実施例の全体正面図、（ｂ）は上部構造の幅方向外側位置にフェアリングを設置した実施例を示す全体正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２０】
図６（ａ）は、本発明の橋梁の一実施例を示す全体正面図であり、図中１は、地上に所定の間隔で立設される下部構造としての橋脚であり、該橋脚１上には、橋桁２と、該橋桁２上に設けられた床版３と、該床版３の幅方向端部上側に床版３の長手方向に沿って設けられた高欄４とからなる上部構造５が設けられている。図示例の橋桁２は、長手方向に延びるＩ形の鋼板からなる主桁２ａを橋梁の幅方向に所要の間隔で配置した鋼板桁の場合を示しているが、前記橋桁２は長手方向に延びる箱形断面の主桁を有する鋼箱桁あるいはコンクリート製の桁であってもよい。図６（ａ）中１８は、橋脚１と橋桁２との間に備えた支承である。
【００２１】
図１〜図３に示す如く、前記床版３と前記高欄４は、内部に鉄筋が配筋されたコンクリート構造物であり、前記高欄４における床版３の幅方向内側下部には、地覆６が一体に形成してあり、高欄４は地覆６を含んだ構成となっている。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、前記高欄４の断面内部における地覆６の上面６ａよりも下方の位置には、前記高欄４内部から地覆６内へ（床版３の幅方向内側へ）延びた後、地覆６内を下方へ延びて床版３の内部に固定された縦鉄筋７が配置されている。前記高欄４の下面４ａと前記床版３の上面３ａとの境界部Ｓは前記縦鉄筋７によって接続されているのみであり、従って、前記高欄４に幅方向外側から波力が作用した際には、該高欄４は前記床版３との境界部Ｓ近傍位置における前記縦鉄筋７を支点として折れ曲がる折れ曲がり支点２０を形成している。
【００２３】
前記床版３の上面３ａと前記高欄４ａの下面との境界部Ｓにおける前記縦配筋７よりも幅方向外側位置には、上下方向に相互に嵌合することで水平方向の力を受けるようにしたシェアピン構造１０を設けている。このシェアピン構造１０は、図１（ｂ）に示す如く、前記床版３の上面３ａには、床版３の内部から上側に突出した鉄筋１１を設け、この鉄筋１１の突出した部分をコンクリートによって前記床版３と共に形成することで凸部１２が予め一体に形成されている。又、前記高欄４の下面４ａには、前記凸部１２が嵌合する凹部１３が形成されている。
【００２４】
図２に示すように、高欄４の内部には、長手方向に沿って縦鉄筋１４と横鉄筋１５が所要の間隔を有して多数配置されており、例えば高欄４の高さ寸法が１０００ｍｍ程度の場合を例にとって見ると、前記縦鉄筋１４は１２０ｍｍ前後の間隔を有して配置されている。そして、前記シェアピン構造１０は、自動車等が衝突した際の設計強度を考慮して、例えば１ｍ間隔（縦鉄筋１４の８本ごと）に１つのシェアピン構造１０を配置している。尚、シェアピン構造１０は、図１とは逆に、高欄４の下面４ａに凸部１２を設け、床版３の上面３ａに凹部１３を設けるようにしてもよい。
【００２５】
図１に示すように、前記シェアピン構造１０の位置に配置される高欄４の前記縦鉄筋１４は、下端が前記凹部１３と間隔を隔てた位置までとなっており、従って、前記高欄４の縦鉄筋１４と床版３における凸部１２の鉄筋１１とは縁が切られている。
【００２６】
又、図２に示すように、シェアピン構造１０とシェアピン構造１０との間に配置される高欄４の縦鉄筋１４は、図３（ａ）に示すように縦鉄筋１４の下端が前記高欄４の下面４ａと間隔を隔てた位置までとなっており、従って、この部分においても前記高欄４の縦鉄筋１４と床版３の内部に設けられる鉄筋１１'とは縁が切られている。尚、前記縦鉄筋７は、前記高欄４の縦鉄筋１４が配置された位置の夫々に対応して設けられている。
【００２７】
前記高欄４の形成は、床版３の上面３ａから縦鉄筋７が突出すると共に凸部１２が突出して形成された床版３上に、図示しない型枠を介してコンクリートを打設することにより床版３と高欄４及び地覆６を一体に形成してもよく、又は、床版３の上面３ａから突出している縦鉄筋７が係合可能な係合溝と、前記凸部１２が嵌合する凹部１３とを備えて予めプレキャストコンクリートで製作しておいた高欄４を、前記係合溝に縦鉄筋７が係合し、且つ、前記凹部１３が凸部１２に嵌合するように床版３上に設置した後、前記係合溝にコンクリートを打設することで、縦鉄筋７を介して高欄４を床版３に一体に固定してもよい。
【００２８】
尚、前記したように、床版３上にコンクリート打設して高欄４を形成する場合には、図１（ｂ）に示す如く、前記凸部１２と凹部１３が固着しないように、凸部１２の外周面にフィルム等の固着防止材１６を配置することで離反し易くしておくことが好ましい。
【００２９】
次に、上記実施例の作動を説明する。
【００３０】
図１〜図３に示すように、床版３と高欄４は、縦鉄筋７を介して一体に連結されており、又、床版３と高欄４との間には、凸部１２と凹部１３が上下方向に嵌合することで水平方向の力を受けるシェアピン構造１０を設けている。
【００３１】
従って、図１（ａ）に示すように、床版３上を走行する車両が高欄４に衝突した際には、高欄４に対して内側から外側に向かう衝突力Ｆ１が作用するが、衝突力Ｆ１は前記高欄４の内面に近い内側位置に配置された縦鉄筋７の引っ張り強度で受けると共に、水平方向への移動を拘束するシェアピン構造１０の強度で受けることにより、高欄４は屹立した状態を保持する。つまり、高欄４は従来の車両の逸脱防止としての機能を有する。
【００３２】
一方、巨大地震により津波が発生して、津波が図６（ａ）の上部構造５の高さまで押し寄せた場合には、上部構造５の外面に対し、非常に大きな波力Ｆ２が作用することになる。
【００３３】
図１（ａ）、図３（ａ）に示すように、上部構造５の外面に大きな波力Ｆ２が作用すると、高欄４に作用する転倒モーメントによりシェアピン構造１０の凹部１３は凸部１２から引き抜かれることになり、シェアピン構造１０は拘束力を発揮することができず、高欄４と床版３は高欄４の内面に近い位置に配置した縦鉄筋７によって連結されているのみであるため、高欄４は縦鉄筋７における境界部Ｓ近傍の折れ曲がり支点２０を中心に屈曲し、図３（ｂ）に示すように、床版３の内側上面３ａへ倒壊する。
【００３４】
一方、津波の作用により一方の高欄４は床版３の幅方向内側へ倒壊するが、倒壊した高欄４に対して床版３を挟んで反対側の高欄４には、床版３の幅方向内側から波力が作用する。高欄４は内側からの車両の衝突時に問題が生じないように設計されているが、津波による波力Ｆ２は自動車の衝突時の衝突力Ｆ１よりも大きいために内側から作用した波力Ｆ２によって、前記反対側の高欄４も外側へ倒壊する可能性がある。
【００３５】
図６（ａ）において上部構造５の上下方向の寸法の一例を示すと、橋桁２の高さ寸法Ｈ１は２０００ｍｍ、床版３の高さ寸法Ｈ２は３２０ｍｍ、高欄４の高さ寸法Ｈ３は１０８０ｍｍであり、よって上部構造５の高さ寸法Ｈは３４００ｍｍである。
【００３６】
従って、１０８０ｍｍの高さ寸法の高欄４が倒壊すると、津波の波力Ｆ２を受ける上部構造５の面積が高欄４分だけが小さくなり、実際に上部構造５が受ける負荷が減少するので、上部構造５が津波によって流失する問題を低減することができる。
【００３７】
また、高欄４が倒壊することで上部構造５が受ける負荷が小さくなるので、上部構造５を橋脚１に固定するための固定構造も軽減することができる。
【００３８】
図４（ａ）は本発明の橋梁の他の実施例を示す主要部の切断正面図である。図４（ａ）に示す如く、前記高欄４と前記床版３との間に前記縦配筋７を備えると共に、前記高欄４の内部上方から地覆６内部を通して前記床版３の幅方向内側の内部下方へ斜めに延びた傾斜鉄筋８を配置している。そして、前記縦鉄筋７と前記傾斜鉄筋８とは、前記高欄４における床版３の幅方向内側である地覆６の内部位置で且つ前記境界部Ｓ近傍位置において交叉した交点Ｘを有するメナーゼヒンジ構造９による折れ曲がり支点２０を形成している。このメナーゼヒンジ構造９は、建築技術分野において、鉄筋を配筋する際に建造物の変形を交点に集約させる際に用いられる一般的な技術である。
【００３９】
図４（ａ）において、床版３上を走行する車両が高欄４に衝突した際には、高欄４に対して内側から外側へ向かう衝突力Ｆ１が作用するが、前記実施例における縦鉄筋７による引っ張り強度に加えて、傾斜鉄筋８による引っ張り強度により衝突力Ｆ１を受けると共に、水平方向への移動を拘束するシェアピン構造１０の強度よって衝突力Ｆ１を受けることができる。
【００４０】
一方、図４（ａ）の構成において、津波等により上部構造５の外面に対して非常に大きな波力Ｆ２が作用した際には、高欄４に作用する転倒モーメントによりシェアピン構造１０の凹部１３は凸部１２から引き抜かれることになり、シェアピン構造１０は拘束力を発揮することができず、高欄４と床版３は高欄４の内面に近い位置で且つ境界部Ｓ近傍の交点Ｘで交叉した縦鉄筋７と傾斜鉄筋８によるメナーゼヒンジ構造９を介して連結されているのみであるため、高欄４は図４（ｂ）に示すように、メナーゼヒンジ構造９の折れ曲がり支点２０を中心に屈曲し、床版３の内側上面３ａへ倒壊する。
【００４１】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の上部構造５の幅方向外側位置にフェアリングを設置するようにした実施例を示すものであり、フェアリング１７は、橋桁２と床版３とを含む高さを有し且つ高さ方向中間部が外側へ突出した形状を有している。
【００４２】
このように、橋桁２と床版３を含む外側に、高さ方向中間部が外側へ突出したフェアリング１７を設けると、前記したように津波によって高欄４が倒壊することにより上部構造５が受ける負荷が低減される効果に加えて、フェアリング１７により津波を整流することにより上部構造５が受ける負荷を低減する効果が期待できる。
【００４３】
本発明者らは、前記図６（ａ）及び（ｂ）に示した上部構造５の１／５０の模型を作成し、この模型を水流を作る水槽内に設置することにより波力（津波の進行方向における単位長さ当たりの抗力）を計測するための水槽実験を行うと共に波力解析を実施し、波力解析の結果を図５のグラフに示した。
【００４４】
図５（ａ）中、Ａは従来のように水流の上流側と下流側の両方に高欄４を備えた上部構造５の模型の場合、Ｂは水流の上流側と下流側の両方の高欄４を除去した上部構造５の模型の場合、Ｃは水流の上流側と下流側の両方の高欄４を除去し、更にフェアリング１７を設置した上部構造５の模型の場合、Ｄはフェアリング１７を設置し、水流の上流側の高欄４は除去し、下流側の高欄４は残した上部構造５の模型の場合を示す。
【００４５】
図５に示す如く、Ａの従来のように上流側と下流側の両方に高欄４を有する上部構造５では、非常に高い波力を示しているのに対し、Ｂのように水流の上流側と下流側の両方の高欄４が倒壊した上部構造５では、Ａの従来の場合の略２／３まで波力が低減した。又、Ｃのようにフェアリングを設置し、更に、水流の上流側と下流側の両方の高欄４が倒壊した上部構造５では、Ａの従来の場合の略１／２まで波力が低減した。又、Ｄのようにフェアリング１７を設置し、水流の上流側の高欄４は除去し、下流側の高欄４は残した（倒壊せずに残った）上部構造５でも、Ｂのようにフェアリング１７がなく、水流の上流側と下流側の両方の高欄４が倒壊した上部構造５の場合と同程度にまで波力が低減された。
【００４６】
図５から明らかなように、Ａの従来における上流側と下流側の両方に高欄４を有する上部構造５では、非常に高い波力を示しているのに対し、Ｂのように水流の上流側と下流側の両方の高欄４が倒壊した上部構造５では、Ａの従来の場合の略２／３まで波力が低減し、又、Ｃのようにフェアリングを設置し、更に、水流の上流側と下流側の両方の高欄４が倒壊した上部構造５では、Ａの従来の場合の略１／２まで波力が低減した。
【００４７】
尚、水槽実験においても上記解析試験による結果と同様の結果を得ることができた。
【００４８】
上記実施例では、高欄４が該高欄４と床版３との境界部Ｓで倒壊するようにした場合について説明したが、地覆６と地覆６の高さまでの高欄４は床版３と一体に形成しておき、地覆６よりも上部の高欄４が前記実施例と同様の構成を備えて倒壊するようにしてもよい。
【００４９】
尚、本発明の橋梁は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１  橋脚
２  橋桁
３  床版
３ａ        上面
４  高欄
４ａ        下面
５  上部構造
６  地覆
７  縦鉄筋
８  傾斜鉄筋
９  メナーゼヒンジ構造
１０  シェアピン構造
１２  凸部
１３  凹部
１７  フェアリング
２０  折れ曲がり支点
Ｓ  境界部
【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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