(57)【要約】      （修正有）【課題】高面圧化を図り、これによって支承全体をコンパクト化し、またコストの低減を図ることができる弾性荷重支持体を提供する。【解決手段】上部鋼板２と下部鋼板３との間にゴム層４が形成されてなる弾性荷重支持体１であって、ゴム層４の厚みが中央部から外周部にかけて漸増するように、上部鋼板２の下面及び下部鋼板の上面の少なくとも一方が曲面５をなしている。弾性荷重支持体１は、橋梁の上下部構造間に設置される滑り支承あるいは固定支承に適用される。【選択図】図１
2011038394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部鋼板と下部鋼板との間にゴム層が形成されてなる弾性荷重支持体であって、
前記ゴム層の厚みが中央部から外周部にかけて漸増するように、前記上部鋼板の下面及び下部鋼板の上面の少なくとも一方が曲面をなしていることを特徴とする弾性荷重支持体。
【請求項２】
前記曲面の外周部は、曲率半径が他の部分よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の弾性荷重支持体。
【請求項３】
前記弾性荷重支持体は、上部構造と下部構造との間に設置される橋梁の支承に組み込まれることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性荷重支持体。
【請求項４】
前記支承は滑り支承であり、前記上部鋼板の上部に滑り材が設けられていることを特徴とする請求項３記載の弾性荷重支持体。
【請求項５】
前記支承は固定支承であり、前記弾性荷重支持体の中央部に上下部構造間で水平力を伝達するせん断キーを挿入するための貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項３記載の弾性荷重支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、弾性荷重支持体に関し、さらに詳細には、橋梁において上部構造と下部構造との間に設置される支承にその本体として組み込まれる弾性荷重支持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴムを主体とする弾性荷重支持体を使用した支承に要求される機能として、上部構造の荷重を下部構造に伝達する鉛直荷重支持機能と上部構造の回転を可能とする回転機能とがある。ゴムは荷重を受けると弾性により圧縮変形する性質を有するので、後者の回転機能はゴムの弾性を利用したものである。他方、鉛直荷重支持機能に関しては、弾性荷重支持体は、上部構造が回転をしたとき、これに追従するためにゴムに引張応力が発生しない程度の鉛直ひずみを生じることが必要である。
【０００３】
弾性荷重支持体に鉛直ひずみが生じると、ゴムは変形しても体積変化を生じないという性質を有することから、図１２（ａ）に示すように、ゴムは側方へ大きく膨出するという現象が生じる（Ｒは鉛直荷重を示す）。このゴムの膨出は、ゴムに局部的なせん断応力を発生させ、悪影響をもたらす。したがって、鉛直ひずみを生じても膨出量ができるだけ少ないことが望ましい。以上のようなことから、ゴムを主体とする弾性荷重支持体は、鉛直荷重によって受ける面圧を小さくして、膨出が少なくなるような設計とせざるを得ない。この結果、弾性荷重支持体は大型化し、支承全体としても大きなものとなってしまう。
【０００４】
特許文献１，２には高面圧化を図った弾性荷重支持体が開示されている。この弾性荷重支持体は、ゴム層を挟む上下部鋼板の外周部に環状の反力壁を設け、またゴム層の外周に環状の凹部を設けたものである。この弾性荷重支持体は、鉛直荷重によってゴム層に発生するせん断力を反力壁によって拘束し、また、環状凹部がゴム層の膨出を吸収するごとくし、これによって高面圧に耐えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３６９４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、弾性荷重支持体の高面圧化を図り、これによって支承全体をコンパクト化し、またコストの低減を図ることができる弾性荷重支持体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
弾性荷重支持体に鉛直荷重が作用すると、弾性荷重支持体の面圧分布は一定ではなく、図１１に示すように、面圧は中央部が最大で外周部にゆくにつれて小さくなる。この発明の発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、この面圧分布に着目した。そして、弾性荷重支持体の鉛直剛性分布を面圧分布に応じたものとすれば、すなわち、中央部において鉛直剛性を大きくし、外周部にゆくにつれて鉛直剛性が小さくなるようにすれば高面圧に耐えることができ、しかも外周部の鉛直剛性が小さいので回転しやすくなることを見出した。
【０００８】
この発明は上記のような知見に基づいてなされたものであり、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、上部鋼板と下部鋼板との間にゴム層が形成されてなる弾性荷重支持体であって、
前記ゴム層の厚みが中央部から外周部にかけて漸増するように、前記上部鋼板の下面及び下部鋼板の上面の少なくとも一方が曲面をなしていることを特徴とする弾性荷重支持体にある。
【０００９】
より具体的には、前記曲面の外周部は、曲率半径が他の部分よりも小さくなっている。
【００１０】
前記弾性荷重支持体は、上部構造と下部構造との間に設置される橋梁の支承に組み込まれる。前記支承は滑り支承であり、前記上部鋼板の上部に滑り材が設けられている。あるいは、前記支承は固定支承であり、前記弾性荷重支持体の中央部に上下部構造間で水平力を伝達するせん断キーを挿入するための貫通穴が設けられている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ゴム層の厚みが中央部から外周部にかけて漸増しているので、弾性荷重支持体は中央部において一次形状係数が大きく、すなわち鉛直剛性が大きく、外周にゆくにつれて鉛直剛性が小さくなる。したがって、鉛直剛性分布が面圧分布に対応したものとなり、弾性荷重支持体は、回転に必要な鉛直ひずみを生じながら、高面圧に耐えることができる。また、同時にゴムの膨出を抑えることができ、外周部の局部せん断ひずみの発生を少なくすることができる。これにより、弾性荷重支持体を面積及び高さにおいて小さなものとすることができ、支承全体としてもコンパクトなものとすることができ、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明による弾性荷重支持体の実施形態を示す断面図である。
【図２】同実施形態のものを縮小して示す平面図である。
【図３】同実施形態のものを適用した滑り支承を示す橋軸直角方向断面図である。
【図４】同滑り支承の橋軸方向断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】弾性荷重支持体の別の実施形態を示す断面図である。
【図７】同実施形態のものを縮小して示す平面図である。
【図８】弾性荷重支持体のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図９】同実施形態のものを縮小して示す平面図である。
【図１０】同実施形態のものを適用した固定支承を示す橋軸方向断面図である。
【図１１】弾性荷重支持体に鉛直荷重が作用した際の面圧分布を示す図である。
【図１２】弾性荷重支持体に鉛直荷重が作用した際のゴムの膨出現象を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１，図２に示すように、弾性荷重支持体１は、上部鋼板２と、下部鋼板３と、これら上下部鋼板２，３間に配置されるゴム層４とで構成される。弾性荷重支持体１は平面円形である円柱状あるいは、平面四角形である角柱状に形成される。弾性荷重支持体１は、この実施形態では平面円形であり、上下部鋼板２，３はいずれも円形のものである。
【００１４】
下部鋼板３は上下面とも平坦面となっている所要の厚みを有する通常の鋼板である。これに対し、上部鋼板２は上面が平坦面であるが下面は凸状の曲面５となっている。その結果、ゴム層４はその厚みが荷重支持体１の中央部から外周部にかけて漸増している。したがって、ゴム層４の厚みは中央部が最も薄い。このゴム層４の厚み変化は、上部鋼板２の曲面５によって規定される。曲面５の形状は、種々の形状をとることができるが、ゴム層４の厚み変化が大きくない形状、例えば鉛直断面が放物線状となる形状が望ましい。ただし、曲面５の外周部５ａは曲率半径が他の部分よりも小さくなっている。
【００１５】
弾性荷重支持体１は、周知の積層ゴムと同様に、上下部鋼板２，３及びゴム層４を加硫接着して作られる。ゴム層４の材料としては、クロロプレン系の合成ゴムや天然ゴムを用いることができるが、耐疲労性等の観点から天然ゴムを用いることが望ましい。弾性荷重支持体１の外周は、被覆ゴム層６で覆われている。
【００１６】
図３〜図５は、上記弾性荷重支持体１を橋梁において滑り支承の本体（ゴム沓）として組み込んだ使用例を示している。上部構造である橋桁１１（鋼桁）のフランジ１２の下面には中央にボス孔１４を有する四角形のソールプレート１３が溶接により固着されている。このソールプレート１３の下面に、四角形の鋼板からなる上沓１５がボルト１７により固定されている。上沓１５は、ボス孔１４に嵌合するせん断キー１６を有している。
【００１７】
上沓１５の下面には滑り部材であるステンレス鋼板１８が設けられている。このステンレス鋼板１８は上沓１５の下面に形成された凹部に、表面が上沓１５と同一面となるように嵌め込まれたうえ、溶接により上沓１５に固着されている。上沓１５の橋軸方向（Ｘ方向）両側部には橋軸方向に延びる段部１９を有する切欠部２０，２０が形成されている。
【００１８】
下部構造である橋脚２２の上面には、四角形の鋼板からなる下沓２１がアンカーボルト２３を介して固定されている。下沓２１の橋軸方向両側部にはサイドブロック２４，２４が固定ボルト２５を介して取外し自在に固定されている。サイドブロック２４は上端に張出部２６を有し、この張出部２６は上沓１５の段部１９に緩く係合している。この係合により、橋桁１１の橋軸直角方向（Ｙ方向）の移動と、橋桁１１の上揚移動とが制限される。
【００１９】
この発明による弾性荷重支持体１は、下沓２１の上面に載置される。下沓２１には弾性荷重支持体１のずれを抑止し、また位置決めをするための複数のずれ止めプレート２８が、弾性荷重支持体１の下端部外周に位置するように設けられている。
【００２０】
弾性荷重支持体１の上面には、四角形の鋼板からなる中間プレート３０が載置されている。中間プレート３０の上面には滑り部材であるテフロン（登録商標、以下同じ）板３２が設けられ、テフロン板３２はステンレス板１８に滑動可能に圧接している。テフロン板３２は弾性荷重支持体１と同様に平面円形に形成され、中間プレート３０の上面に形成された凹部に嵌め込まれ、接着されている。この状態でテフロン板３２の表面は、中間プレート３０の上面から突出する。
【００２１】
中間プレート３０の橋軸方向両側部３１，３１は弾性荷重支持体１の上面から張り出している。この両側部３１，３１には切欠部３４，３４が形成されている。そして、これらの切欠部３４、３４にはサイドブロック２４，２４が緩く嵌入し、係合している。
【００２２】
上記のような滑り支承において、上部構造１１に地震等により水平荷重が作用すると、上部構造１１は橋軸方向に移動する。その際、中間プレート３０にもステンレス板１８とテフロン板３２との間の摩擦力を介して水平荷重が作用するが、中間プレート３０はサイドブロック２４に係合して拘束されているので、移動することができない。したがって、橋桁１１の水平移動は、摩擦力に抗してのステンレス板１８とテフロン板３２とのすべりによってのみ実現され、弾性荷重支持体１には水平荷重が伝達されることはなく、せん断変形を起こすことはない。
【００２３】
弾性荷重支持体１は水平荷重を伝達する機能を持っていないが、上部構造１１の鉛直荷重を下部構造２２に伝達する機能と、上部構造１１の回転に追従する機能を持っている。弾性荷重支持体１は、上述のように中央部のゴム層４の厚みが最も薄く、外周にゆくにつれて漸増している。このことは、弾性荷重支持体１は中央部において一次形状係数が大きく、すなわち鉛直剛性が大きく、外周にゆくにつれて鉛直剛性が小さくなるということを意味し、弾性荷重支持体１は、図１１を参照して説明した、面圧分布に対応した鉛直剛性分布をもっているということである。
【００２４】
したがって、弾性荷重支持体１は、ゴム層を回転機能に必要な所要厚みを有する周知の積層ゴムと比べ、ゴム層の高さが低く、高面圧に耐えることができる。また、同時にゴムの膨出を抑えることができ、外周部の局部せん断ひずみの発生を防止することができる。特に、上部鋼板２の曲面５は外周部５ａの曲率半径が小さくなっているので、仮に支圧応力によるゴムの膨出があったとしても、外周部においてその膨出を吸収し、図１２（ｂ）に示すように、同図（ａ）の従来のものに比べて膨出量δを極力小さくすることができる。他方、回転機能に関しては、ゴム層４は外周部において厚くなっているので、鉛直剛性が小さくたわみやすくなり、回転がスムーズとなる。
【００２５】
因みに、弾性荷重支持体のゴム層を等厚とした場合は、８〜１２Ｎ／ｍｍ2 程度の面圧しかとれないが、上記実施形態のものによれば、２０〜２５Ｎ／ｍｍ2 と高い面圧をとることができる。したがって、弾性荷重支持体１を面積及び高さにおいて小さなものとすることができ、支承全体としてもコンパクトなものとすることができ、低コスト化を図ることができる。特に、上記のような滑り支承に適用する場合、弾性荷重支持体１の高さが小さくなることから、サイドブロック２４も小さく設計することが可能となる。
【００２６】
図６，図７は、この発明による弾性荷重支持体１の別の実施形態を示している。この弾性荷重支持体１も、図３〜図５に示した滑り支承に本体（ゴム沓）として組み込まれる。上部鋼板２の下面は、図１，図２に示した実施形態のものよりも曲率半径が極めて大きいが、同実施形態のものと同様に凸状の曲面５である。下部鋼板３の上面９は平坦面である。したがって、ゴム層４はその厚みが荷重支持体１の中央部から外周部にかけて漸増している。この実施形態では、上部鋼板１の下面５の外周部５ａは、上面まで連続する曲率半径の小さな曲面５ａとなっている。また、下部鋼板３の上面９の外周部９ａも下面まで連続する曲率半径の小さな曲面９ａとなっている。したがって、前記実施形態のものと同様に、弾性荷重支持体１は、外周部においてゴムの膨出を吸収することができ、また回転がスムーズとなる。
【００２７】
図８，図９は、この発明による弾性荷重支持体１のさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、弾性荷重支持体１は中央部に貫通穴７が設けられている。したがって、上下部鋼板２，３及びゴム層４は環状のものである。弾性荷重支持体１の内周は被覆ゴム層８で覆われている。また曲面５を持つ上部鋼板２の内周部は５ｂは、ゴムの膨出を防ぐために曲率半径が小さくなっている。その他の構成は、図１，図２に示した実施形態のものと同様である。この弾性荷重支持体１は、図１０に示すように、橋梁の固定支承の本体（ゴム沓）として組み込まれる。
【００２８】
固定支承は上部構造１１の下面に溶接により固定される四角形のソールプレート１３と、下部構造２２に固定される四角形（円形でもよい）の下沓２１とを備えている。下沓２１は下部構造２２に埋め込まれた複数のアンカーボルト２３を介して下部構造２２に固定されている。アンカーボルト２３はその上端部が下沓２１に下方からねじ６により締結される形式のもので、下沓２１の上面からは突出しない。このため、弾性荷重支持体１を下沓２１上のどの位置にも設置することができる。
【００２９】
ソールプレート１３の下面には四角形の中間プレート３５が固定されている。この中間プレート３５は上部構造１１に取り付けられるセットボルト３６によりソールプレート１３に固定される。弾性荷重支持体１は、この中間プレート３５と下沓２１との間に設置される。弾性荷重支持体１は、中間プレート３５と下沓２１との間に載置される。
【００３０】
中間プレート３５には、その中央部に弾性荷重支持体１の貫通穴７と整合する貫通穴３８が形成され、これら貫通穴７，３８に円柱形のせん断キー３９が配置されている。このせん断キー３９は下沓２１とともに一体に成形された鋳鋼品からなっている。そして、せん断キー３９の基部（根元部）には全周に亘ってコーナーＲ３９ａが設けられている。せん断キー３９の外径は貫通穴７，３８の穴径よりも小さく、したがってせん断キー３９と貫通穴７，３８の周壁との間には隙間が形成されている。せん断キー３９の上部には雄ねじ４０が設けられ、この雄ねじ４０にフランジを構成するリングナット４１が固定されている。
【００３１】
ソールプレート１３には貫通穴７，３８と同心をなす嵌合穴４２が形成されている。この嵌合穴４２にフランジ４１が嵌合される。嵌合穴４２は貫通穴７，３８よりも大径であり、したがってフランジ４１はその下面が中間プレート３５に係合可能である。フランジ４１の外周は凸状湾曲面とされ、またフランジ４１の下面と中間プレート３５との間、及びフランジ４１の上面と上部構造１１との間には隙間がそれぞれ形成されている。
【００３２】
上記固定支承において、上部構造１１の鉛直荷重は弾性荷重支持体１により弾性的に支持される。上部構造１１の水平荷重は、ソールプレート１３からせん断キー３９のフランジ４１に直接伝達され、さらにせん断キー３９及びこれと一体となった下沓２１を介して下部構造２２に伝達される。これにより、上部構造１１の水平変位が拘束され、弾性荷重支持体１を用いた支承が固定支承として機能する。弾性荷重支持体１には水平荷重は作用しない。
【００３３】
上述したように、せん断キー３９と貫通穴７，３８の周壁との間、フランジ４１の下面と中間プレート３５との間、及びフランジ４１の上面と上部構造１１との間にはそれぞれ隙間が存し、またフランジ４１の外周は凸状湾曲面とされていることから、弾性荷重支持体１は上部構造１１の鉛直方向の回転に追従することが可能である。また、上部構造１１に上揚力が作用すると、フランジ４１の下面に中間プレート３５が係合するので、上揚力を抑制することができる。
【００３４】
この使用形態においても、弾性荷重支持体１は水平荷重を伝達する機能を持っていないが、上部構造１１の鉛直荷重を下部構造２２に伝達する機能と、上部構造１１の回転に追従する機能を持っている。そして、この使用態様においても、弾性荷重支持体１は高面圧に耐えることができるので、上述したような作用効果が得られる。すなわち、弾性荷重支持体１を小さなものとすることができ、支承全体としてもコンパクトなものとすることができ、低コスト化を図ることができる。
【００３５】
上記実施形態あるいは使用形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記２つの実施形態では上部鋼板の下面を曲面としたが、下部鋼板の上面を曲面にしてもよい。あるいは、上部鋼板の下面及び下部鋼板の上面の双方を曲面にしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１      弾性荷重支持体
２      上部鋼板
３      下部鋼板
４      ゴム層
【図１】
2011038394.tif 000003
【図２】
2011038394.tif 000004
【図３】
2011038394.tif 000005
【図４】
2011038394.tif 000006
【図５】
2011038394.tif 000007
【図６】
2011038394.tif 000008
【図７】
2011038394.tif 000009
【図８】
2011038394.tif 000010
【図９】
2011038394.tif 000011
【図１０】
2011038394.tif 000012
【図１１】
2011038394.tif 000013
【図１２】
2011038394.tif 000014