(57)【要約】【課題】構造が簡単で、施工時間も短縮でき、地震時の上部構造に作用する大きな慣性力による下部構造の負荷を軽減することが可能な支承装置を提供することを目的とする。【解決手段】支承装置において、上部構造と下部構造との間に上部構造の慣性力に対して逆方向の水平力を発生させる機構を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2011226123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋梁の上部構造と下部構造との間に設置されるゴム支承を備えた支承装置において、
地震時の上部構造の慣性力に対して逆方向の水平力を発生する水平力発生手段を備え、
前記水平力により前記ゴム支承を慣性力と逆方向に弾性変形を変化させることを特徴とする橋梁用支承装置。
【請求項２】
前記水平力発生手段が、前記上部構造または前記下部構造の一方に固定された中央垂直軸により軸支される直線状のリンク部材を有し、前記リンク部材の両端に長穴又はＵ字状切り欠きを形成し、一方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに前記下部構造に一端を固定した第１垂直軸を係合し、他方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに上部構造に一端を固定した第２垂直軸を係合したことを特徴とする請求項１に記載の橋梁用支承装置。
【請求項３】
前記ゴム支承を前記上部構造または前記下部構造のいずれかに固定し、前記ゴム支承が固定された構造部に対応する第１または第２垂直軸を前記ゴム支承に水平力が伝達可能な位置に固定することを特徴とする請求項２に記載の橋梁用支承装置。
【請求項４】
前記中央垂直軸と前記第１垂直軸間の距離と前記中央垂直軸と前記第２垂直軸間の距離及びその比を、前記上部構造の変位制限または前記ゴム支承の弾性変形制限の設計要件に応じた変数としたことを特徴とする請求項２または３に記載の橋梁用支承装置。
【請求項５】
平行に配置された1対の一方のリンク部材と、平行に配置された1対の他方のリンク部材とを備え、前記一方のリンク部材と他方のリンク部材を直交する方向に配置したことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか1項に記載の橋梁用支承装置。
【請求項６】
前記水平力発生手段が、前記上部構造または前記下部構造の一方に橋軸方向に直線的に延びるギヤレールを設置し、他方の構造に回転自在に設置したギヤを前記ギヤレールに噛み合わせ、前記上部構造を前記下部構造に対して橋軸方向にスライド可能としたことを特徴とする請求項１に記載の橋梁用支承装置。
【請求項７】
機能分離型支承構造の水平分散支承装置として用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか1項に記載の橋梁用支承装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁の上部構造と下部構造との間に配置され、地震時に上部構造に作用する慣性力による下部構造の負荷を軽減することができる橋梁用支承装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
兵庫県南部地震以降、積層ゴム系の免震支承を用いて長周期化と高減衰化により地震力の低減と耐震性の向上を図る免震構造が一般的に採用されるようになってきている。
【０００３】
また、機能分離型の支承構造として、鉛直荷重を受け持つ鉛直荷重支持支承と水平力を受け持つ水平力分散支承を組み合わせた支承構造が採用される事例が増えつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４０９７６号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の橋梁用支承装置は、図１２に示すように、地震時に橋桁等の上部構造３に矢印で示す大きな慣性力が作用する。上部構造３に作用する慣性力は、ゴム支承５を有する支承装置１に伝達され、ゴム支承５を図１２に示すように慣性力の方向に弾性変形し、下部構造２に上部構造３の慣性力と同方向の矢印で示すＦという大きな応力が伝達される。その結果、上部構造３に作用する大きな慣性力で支承装置１が破壊されるだけでなく、橋脚や橋台等の下部構造２に伝達された大きな応力により下部構造２自体が損傷する恐れがある。下部構造の慣性力による損傷を防止するため橋脚や橋台等の下部構造２の設計強度を大きくする必要がある。しかし、下部構造２の設計強度を大きくするためには、基礎杭の本数の増加や橋脚や橋台の各種寸法、配筋量等を増加する必要がある。そのため、既存橋梁の耐震補強のケースにおいても、新設橋梁の構築のケースにおいても多くの施工日数と多額の費用が必要となるという問題を有する。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、構造が簡単で、施工時間も短縮でき既存の橋梁、新設の橋梁にも適用可能で、地震時の上部構造の大きな慣性力による下部構造の負荷を軽減することが可能な橋梁用支承装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の橋梁用支承装置は、前記課題を解決するために、橋梁の上部構造と下部構造との間に設置されるゴム支承を備えた支承装置において、地震時の上部構造の慣性力に対して逆方向の水平力を発生する水平力発生手段を備え、水平力により前記ゴム支承を慣性力と逆方向に弾性変形を変化させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の橋梁用支承装置は、前記水平力発生手段が、前記上部構造または前記下部構造の一方に固定された中央垂直軸により軸支される直線状のリンク部材を有し、前記リンク部材の両端に長穴又はＵ字状切り欠きを形成し、一方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに前記上部構造に一端を固定した第１垂直軸を係合し、他方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに下部構造に一端を固定した第２垂直軸を係合したことを特徴とする。
【０００９】
前記ゴム支承を前記上部構造または前記下部構造のいずれかに固定し、前記ゴム支承が固定された構造部に対応する第１または第２垂直軸を前記ゴム支承に水平力が伝達可能な位置に固定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の橋梁用支承装置は、前記中央垂直軸と前記第１垂直軸間の距離と前記中央垂直軸と前記第２垂直軸間の距離及びその比を、前記上部構造の変位制限または前記ゴム支承の弾性変形制限の設計要件に応じた変数としたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の橋梁用支承装置は、平行に配置された1対の一方のリンク部材と、平行に配置された1対の他方のリンク部材とを備え、前記一方のリンク部材と他方のリンク部材を直交する方向に配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の橋梁用支承装置は、前記水平力発生手段が、前記水平力発生手段が、前記上部構造または前記下部構造の一方に橋軸方向に直線的に延びるギヤレールを設置し、他方の構造に回転自在に設置したギヤを前記ギヤレールに噛み合わせ、前記上部構造を前記下部構造に対して橋軸方向にスライド可能としたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の橋梁用支承装置は、機能分離型支承構造の水平分散支承として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
橋梁の上部構造と下部構造との間に設置されるゴム支承を備えた支承装置において、地震時の上部構造に作用する慣性力に対して逆方向の水平力を発生する水平力発生手段を備え、水平力により前記ゴム支承を慣性力と逆方向に弾性変形を変化させる構成により、上部構造に作用する慣性力が水平力発生手段により軽減されて下部構造に伝達されるため、下部構造の耐震設計強度を低く抑えることが可能となる。また、上部構造の水平方向の変位量を抑えることができるため伸縮継手等の設置間隔を長くすることが可能となる。
水平力発生手段が、上部構造または下部構造の一方に固定された中央垂直軸により軸支される直線状のリンク部材を有し、前記リンク部材の両端に長穴又はＵ字状切り欠きを形成し、一方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに前記上部構造に一端を固定した第１垂直軸を係合し、他方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに下部構造に一端を固定した第２垂直軸を係合した構成により、簡単な構成で上部構造に作用する慣性力に対して逆方向の水平力を発生させて下部構造に伝達される負荷を軽減することが可能となる。
ゴム支承を上部構造または下部構造のいずれかに固定し、ゴム支承が固定された構造に対応する第１または第２垂直軸をゴム支承に水平力を伝達可能な位置に固定する構成により、ゴム支承を慣性力と逆方向に弾性変形させ、上部構造の慣性力を軽減した状態にして下部構造に伝達することが可能となる。
中央垂直軸と第１垂直軸間の距離と中央垂直軸と第２垂直軸間の距離及びその比を、上部構造の変位制限またはゴム支承の弾性変形制限の設計要件に応じた変数とした構成により、上部構造の水平変位を制限したという要件やゴム支承の弾性変形を制限したいというような各種設計要件に対応することが可能となる。
平行に配置された1対の一方のリンク部材と、平行に配置された1対の他方のリンク部材とを備え、前記一方のリンク部材と他方のリンク部材を直交する方向に配置した構成により、全方向の慣性力に対して対応可能な水平力発生手段とすることが可能となる。
水平力発生手段が、上部構造または下部構造の一方に橋軸方向に直線的に延びるギヤレールを設置し、他方の構造に回転自在に設置したギヤを前記ギヤレールに噛み合わせ、上部構造を下部構造に対して橋軸方向にスライド可能とした構成により、簡単な構成で上部構造に作用する慣性力に対して逆方向の水平力を発生させ、下部構造に伝達される負荷を軽減することが可能となる。
機能分離型支承構造の水平分散支承として用いる構成により、各種支承構造に適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図１２】従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の橋梁用支承装置の作用を説明するための模式図である。
【００１７】
本発明の橋梁用支承装置１は、橋脚や橋台等の下部構造２と橋桁からなる上部構造３がゴム支承５と水平力発生手段１００を有する。地震時に上部構造３に矢印で示すような大きな慣性力が作用すると、水平力発生手段１００により矢印のような慣性力と逆方向の水平力が発生する。発生した水平力によりゴム支承５は、慣性力と逆方向に弾性変形し、慣性力の一部を吸収して下部構造２に矢印に示すＦａという軽減された応力を伝達する。下部構造２に伝達される応力Ｆａは、図１２に示される従来技術の上部構造３の慣性力により下部構造２に伝達される応力Ｆに比較して水平力発生手段１００により発生する水平力により軽減されるため、Ｆ＞Ｆａの関係になる。
【００１８】
上部構造３の慣性力による下部構造２の負荷が軽減されることで、下部構造の耐震設計強度の増加を抑制することが可能となる。また、水平力発生手段１００により、上部構造３の水平変位を抑制できるので、上部構造３に設置される伸縮継手等の設置間隔を長くすることが可能となる。なお、図１では、ゴム支承５を下部構造２側に固定した実施形態を示しているが、ゴム支承５を上部構造３側に固定しても良い。
【００１９】
図２、図３は、本発明の橋梁用支承装置１の水平力発生手段１００の第１実施形態を示す図である。
【００２０】
橋梁用支承装置１は、下部構造２と上部構造３との間に設置される。下部構造２にはベースプレート４がアンカーボルト（図示せず）等の固定手段を介して設置される。ベースプレート４上には、ゴム支承５とリンク部材支持台７が設置される。ゴム支承５上にはゴム支承５の平面形状よりも大きい所定厚みの連結鋼板６が固定される。ゴム支承５は複数の補強鋼板を積層した積層ゴムにより構成される。ゴム支承５とベースプレート４及び連結鋼板６を加硫一体成形しても良い。
【００２１】
ベースプレート４上のゴム支承５の両側に互いに平行に伸びるリンク部材支持台７が設置される。リンク部材支持台７に水平力発生手段１００を構成する直線状のリンク部材８が中央垂直軸１０を介して回動可能に軸支される。図２、図３に示される実施形態では、リンク部材支持台７にそれぞれ１個のリンク部材８を配置しているが、リンク部材８の数は支承装置１の規模等により増やしても良い。
【００２２】
リンク部材８両端部側に、第１長穴１１と第２長穴１２が形成される。第１長穴１１には、下部構造２側に固定されたゴム支承５と一体化された連結鋼板６に一端を固定した第１垂直軸１３が第１長穴１１に沿って相対移動可能に係合される。第１垂直軸１３の連結鋼板６への固定位置は、ゴム支承５の外側に張り出した連結鋼板６の部分とする。
【００２３】
第２長穴１２には、上部構造３に固定された上鋼板９に一端を固定した第２垂直軸１４が第２長穴１２に沿って相対移動可能に係合する。この実施形態では、第１垂直軸１３と第２垂直軸１４の中央垂直軸１０からの距離が同じになるように設定しているが、後述するように、中央垂直軸１０と第１垂直軸１３との距離と中央垂直軸１０と第２垂直軸１４との距離及びその比は、各種設計要件に応じた変数として設定される。
【００２４】
上部構造３に作用する慣性力は、上部構造３に固定された上鋼板９に一端を固定した第２垂直軸１４と第２長穴１２との係合によりリンク部材８に伝達される。第２垂直軸１４からの上部構造３の慣性力によりリンク部材８は中央垂直軸１０を軸として回動する。第２垂直軸１４と第２長穴１２の係合部の位置は、リンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動によりその軌跡が円弧状となるため第２長穴１２に沿って相対移動する。第１垂直軸１３及び第２垂直軸１４をリンク部材８に対して位置可変に係合するために、第１長穴１１及び第２長穴１２に代えてリンク部材８の両端側にＵ字状切り欠きを形成しても良い。
【００２５】
上部構造３の慣性力によるリンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動は、第１垂直軸１３と第１長穴１１の係合により連結鋼板６に伝達され、連結鋼板６が固定されたゴム支承５に伝達される。第１垂直軸１３と第１長穴１１の係合部の位置は、リンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動によりその軌跡が円弧状となるため第１長穴１１に沿って相対移動する。リンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動により上部構造３の慣性力に対して逆方向の水平力が発生する。発生した水平力はゴム支承５に伝達され、ゴム支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させる。ゴム支承５の慣性力と逆方向の弾性変形により上部構造３の慣性力の一部が吸収されて下部構造２に伝達される。第１垂直軸１３の連結鋼板６への固定位置をゴム支承５の外側に張り出した連結鋼板６の部分としているため、水平力発生手段１００により発生した水平力を効率良くゴム支承５に伝達することができる。
【００２６】
地震時に上部構造３に作用する慣性力に対して、水平力発生手段１００により慣性力と逆方向の水平力を発生させ、弾性支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させることで下部構造２に伝達される応力を軽減することが可能となる。地震時に上部構造３に作用する慣性力による応力が軽減されて下部構造２に伝達されるため、下部構造２の負荷が軽減されることで下部構造２の耐震補強強度の増加を抑制することが可能となる。また、水平力発生手段１００により発生する水平力により上部構造３の水平方向の変位を低く抑えることができる。そのため、上部構造３に設置される伸縮継手等の設置間隔を長くすることが可能となる。図２、３に示される実施形態では、ベースプレート４にゴム支承５を固定しているが、上鋼板９にゴム支承５を固定しても良い。
【００２７】
図４、図５は、中央垂直軸１０と第１垂直軸１３との距離と中央垂直軸１０と第１垂直軸１３との距離の比を設計要件に応じた変数として設定した実施形態を示す図である。
【００２８】
図４に示す実施形態は、リンク部材８を回動自在に軸支する中央垂直軸１０と第２長穴１２に係合される上部構造３に固定される第２垂直軸１４間の距離が、中央垂直軸１０と第１長穴１１に係合される下部構造２に固定される第１垂直軸１３間との距離より短くしている。上部構造３に固定される第２垂直軸１４と中央垂直軸１０間の距離を短く設定することにより上部構造３の水平変位を制限することが可能となる。
【００２９】
図５に示す実施形態は、リンク部材８を回動自在に軸支する中央垂直軸１０と第１長穴１１に係合される下部構造２に固定される第１垂直軸１３間の距離が、中央垂直軸１０と第２長穴１２に係合される上部構造３に固定される第２垂直軸１４間の距離より短くしている。下部構造２に固定されたゴム支承５と一体化された連結鋼板６に固定される第１垂直軸１３と中央垂直軸１０間の距離を短く設定することによりゴム支承５の弾性変形を制限することが可能となる。
【００３０】
図４、図５に示すように、中央垂直軸１０と第１垂直軸１３間の距離と中央垂直軸１０と第２垂直軸１４間の距離とその比の関係は、支承設計の際の各種設計要件に応じて設定する。
【００３１】
図６は、図２、図３に示す水平力発生手段１００の第１実施形態の変形例で、リンク部材支持台７に水平力発生手段１００を構成するリンク部材８を２個が中央垂直軸１０を介して回動可能に軸支する。また、リンク部材８の両端部に第１長穴１１、第２長穴１２に代えて、第１Ｕ字状切り欠き１１、第２Ｕ字状切り欠き１２を形成する。他の構成は、図２、図３に示される第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
図７、図８は、本発明の橋梁用支承装置１の水平力発生手段１００の第２実施形態を示す図である。
【００３３】
この実施形態では、ゴム支承５を挟んで一方の1対のリンク部材支持台７を平行に設置し、ゴム支承５を挟んで他方の1対のリンク部材支持台７を平行に設置する。一方の一対のリンク部材７と他方の一対のリンク部材７をゴム支承５を挟んで直交する位置に設置される。一方の一対のリンク部材支持台７に、一方の直線状のリンク部材８が中央垂直軸１０により回動自在に軸支される。他方の一対のリンク部材に、他方の直線状のリンク部材８が中央垂直軸１０により回動自在に軸支される。その結果、平行に配置された1対の一方の直線状のリンク部材８と平行に配置された他方のリンク部材８を直交する方向に配置する。図７、図８に示す実施形態では、リンク部材支持台７にそれぞれ１個のリンク部材８を配置しているが、リンク部材８の数は支承装置１の規模等により増やしても良い。ゴム支承５を挟んで、互いに直交する方向にそれぞれリンク部材８を配置することにより、上部構造３の全方向の慣性力に対して対応が可能な水平力発生手段１００とすることができる。他の構成は、図２、図３に示される第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
図９、図１０は、本発明の橋梁用支承装置１の水平力発生手段１００の第３実施形態を示す図である。
【００３５】
下部構造２にアンカーボルト１５で固定されるベースプレート４にゴム支承５が設置される。ベースプレート４に設置されえたゴム支承５の橋軸方向の両側にサイドブロック１６が設置される。サイドブロック１６には、サイドブロック１６の表面から一部が突き出す軸部材１７が固定される。軸１７のサイドブロック１７の表面から突き出した部分に、水平力発生手段１００を構成するギヤ１８を回転自在に軸支する。
【００３６】
上部構造３側に固定される上鋼板１９の下面には、橋軸方向に延びる２つの溝部２０が形成される。溝部２０の内側の両側壁部には、橋軸方向に延びる水平力発生手段１００を構成するギヤレール２１が形成される。ギヤレール２１に、ギヤ１８を噛合わせる。ゴム支承５の上面に低摩擦材２２を固定する。上鋼板１９の２つの溝部２０の間の下面は、ゴム支承５の上面に固定した低摩擦材２２とスライド面を形成する。
【００３７】
地震時に上部構造３に作用する慣性力により、上部構造３側に固定された上鋼板１９は、橋軸方向にスライドする。上鋼板１９の橋軸方向のスライドする際、上鋼板１９の溝部２０に形成したギヤレール２１と下部構造２側に回転自在に設置したギヤ１８との噛み合いによりギヤ１８を回転させる。上部構造３の慣性力による橋軸方向のスライドに伴い、下部構造２側のギヤ１８がギヤレール２１の噛み合わせにより回転することで、上部構造３のスライド方向（上部構造３に作用する慣性力の方向）に対して逆方向の水平力が発生する。
【００３８】
発生した水平力はゴム支承５に伝達され、ゴム支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させる。ゴム支承５の慣性力と逆方向の弾性変形により上部構造３の慣性力の一部が吸収されて下部構造２に伝達される。
【００３９】
地震時に上部構造３に作用する慣性力に対して、水平力発生手段１００により慣性力と逆方向の水平力を発生させ、弾性支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させることで下部構造２に伝達される応力を軽減することが可能となる。地震時に上部構造３に作用する慣性力による応力が軽減されて下部構造２に伝達されるため、下部構造２の負荷が軽減されることで下部構造２の耐震補強強度の増加を抑制することが可能となる。また、水平力発生手段１００により発生する水平力により上部構造３の水平方向の変位を低く抑えることができる。そのため、上部構造３に設置される伸縮継手等の設置間隔を長くすることが可能となる。図９、１０に示される実施形態では、ベースプレート４にゴム支承５を固定しているが、上鋼板９にゴム支承５を固定しても良く、ギヤ１８を上部構造３側に配置し、ギヤレール２１を下部構造２側に配置しても良い。
【００４０】
図１１は、本発明の橋梁用支承装置１を機能分離型支承構造１０１に適用した実施形態を示す図である。
【００４１】
機能分離型支承構造１０１は、上部構造３と下部構造３との間に鉛直荷重を分担する鉛直荷重支承装置２３と鉛直荷重を支持することなく水平力を分担する水平分散支承装置２４が設置される。この機能分離型支承構造１０１の水平分散支承２４として本発明の橋梁用支承装置１を適用することで、機能分離型支承構造１０１の水平分散支承として効率良く機能することが可能となる。
【００４２】
本発明の橋梁用支承装置１によれば、  地震時に上部構造３に作用する慣性力に対して、水平力発生手段１００により慣性力と逆方向の水平力を発生させ、弾性支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させることで下部構造２に伝達される応力を軽減することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１：支承装置、２：下部構造、３：上部構造、４：ベースプレート、５：ゴム支承、６：連結鋼板、７：リンク部材支持台、８：リンク部材、９：上鋼板、１０：中央垂直軸、１１：第１長穴又は第１Ｕ字状切り欠き、１２：第２長穴又は第２Ｕ字状切り欠き、１３：第１垂直軸、１４：第２垂直軸、１５：アンカーボルト、１６：サイドブロック、１７：軸部材、１８：ギヤ、１９：上鋼板 、２０：溝部、２１：ギヤレール、２２：低摩擦材、２３：垂直荷重支承装置、２４：水平分散支承装置、１００：水平力発生手段、１０１：機能分離型支承構造
【図１】
2011226123.tif 000003
【図２】
2011226123.tif 000004
【図３】
2011226123.tif 000005
【図４】
2011226123.tif 000006
【図５】
2011226123.tif 000007
【図６】
2011226123.tif 000008
【図７】
2011226123.tif 000009
【図８】
2011226123.tif 000010
【図９】
2011226123.tif 000011
【図１０】
2011226123.tif 000012
【図１１】
2011226123.tif 000013
【図１２】
2011226123.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月26日(2010.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物や橋梁の上部構造と下部構造との間に配置され、地震時に上部構造に作用する慣性力による下部構造の負荷を軽減することができる支承装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
兵庫県南部地震以降、積層ゴム系の免震支承を用いて長周期化と高減衰化により地震力の低減と耐震性の向上を図る免震構造が一般的に採用されるようになってきている。
【０００３】
また、機能分離型の支承構造として、鉛直荷重を受け持つ鉛直荷重支持支承と水平力を受け持つ水平力分散支承を組み合わせた支承構造が採用される事例が増えつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４０９７６号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の支承装置は、図１２に示すように、地震時に橋桁等の上部構造３に矢印で示す大きな慣性力が作用する。上部構造３に作用する慣性力は、ゴム支承５等の弾性支承を有する支承装置１に伝達され、ゴム支承５を図１２に示すように慣性力の方向に弾性変形し、下部構造２に上部構造３の慣性力と同方向の矢印で示すＦという大きな水平力が伝達される。その結果、上部構造３に作用する大きな慣性力で支承装置１が破壊されるだけでなく、橋脚や橋台等の下部構造２に伝達された大きな水平力により下部構造２自体が損傷する恐れがある。下部構造の慣性力による損傷を防止するため橋脚や橋台等の下部構造２の設計強度を大きくする必要がある。しかし、下部構造２の設計強度を大きくするためには、基礎杭の本数の増加や橋脚や橋台の各種寸法、配筋量等を増加する必要がある。そのため、既存橋梁の耐震補強のケースにおいても、新設橋梁の構築のケースにおいても多くの施工日数と多額の費用が必要となるという問題を有する。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、構造が簡単で、施工時間も短縮でき、地震時の上部構造の大きな慣性力による下部構造の負荷を軽減することが可能な支承装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の支承装置は、前記課題を解決するために、上部構造と下部構造との間に上部構造の慣性力に対して逆方向の水平力を発生させる機構を備えたことを特徴とする。
また、本発明の支承装置は、前記の水平力を発生する機構を備えた支承装置において、弾性体を介して慣性力と逆方向に水平力を伝達することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の支承装置は、前記水平力を発生させる機構が、前記上部構造または前記下部構造の一方に固定された中央垂直軸により軸支される直線状のリンク部材を有し、前記リンク部材の両端に長穴又はＵ字状切り欠きを形成し、一方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに前記下部構造に一端を固定した第一垂直軸を係合し、他方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに上部構造に一端を固定した第二垂直軸を係合したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の支承装置は、前記弾性体を前記上部構造または前記下部構造のいずれかに固定し、前記弾性体が固定された構造部に対応する第一または第二垂直軸を前記ゴム支承に水平力が伝達可能な位置に固定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の支承装置は、前記中央垂直軸と前記第一垂直軸間の距離と前記中央垂直軸と前記第二垂直軸間の距離及びその比を、前記上部構造の変位制限または前記弾性体の弾性変形制限の設計用件に応じた変数としたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の支承装置は、一方のリンク部材と他方のリンク部材を直交する方向に配置したことを特徴とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の支承装置は、前記水平力を発生させる機構が、前記上部構造または前記下部構造の一方に橋軸方向に直線的に延びるギヤレールを設置し、他方の構造に回転自在に設置したギヤを前記ギヤレールに噛み合わせ、前記上部構造を前記下部構造に対して橋軸方向にスライド可能としたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の支承装置は、機能分離型支承構造の水平力分散支承あるいは免震支承として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上部構造と下部構造との間に上部構造の慣性力に対して逆方向の水平力を発生させる機構を備えた構成により、上部構造に作用する慣性力が水平力を発生させる機構により軽減されて下部構造に伝達されるため、下部構造の耐震設計強度を低く抑えることが可能となる。また、上部構造の水平方向の変位量を抑えることができるため伸縮装置遊間が狭く、したがって装置のメンテナンス期間を長くすることが可能となる。
水平力を発生させる機構が、上部構造または下部構造の一方に固定された中央垂直軸により軸支される直線状のリンク部材を有し、前記リンク部材の両端に長穴又はＵ字状切り欠きを形成し、一方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに前記上部構造に一端を固定した第一垂直軸を係合し、他方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに下部構造に一端を固定した第二垂直軸を係合した構成により、簡単な構成で上部構造に作用する慣性力に対して逆方向の水平力を発生させて下部構造に伝達される負荷を軽減することが可能となる。
弾性体を上部構造または下部構造のいずれかに固定し、弾性体が固定された構造に対応する第一または第二垂直軸を弾性体に水平力を伝達可能な位置に固定する構成により、弾性体を慣性力と逆方向に弾性変形させ、上部構造の慣性力を軽減した状態にして下部構造に伝達することが可能となる。
中央垂直軸と第一垂直軸間の距離と中央垂直軸と第二垂直軸間の距離及びその比を、上部構造の変位制限または弾性体の弾性変形制限の設計要件に応じた変数とした構成により、上部構造の水平変位を制限したいという用件や弾性体の弾性変形を制限したいというような各種設計用件に対応することが可能となる。
一方のリンク部材と他方のリンク部材を直交する方向に配置した構成により、全方向の慣性力に対して対応可能な水平力を発生させる機構とすることが可能となる。
水平力を発生させる機構が、上部構造または下部構造の一方に橋軸方向に直線的に延びるギヤレールを設置し、他方の構造に回転自在に設置したギヤを前記ギヤレールに噛み合わせ、上部構造を下部構造に対して橋軸方向にスライド可能とした構成により、簡単な構成で上部構造に作用する慣性力に対して逆方向の水平力を発生させ、下部構造に伝達される負荷を軽減することが可能となる。
機能分離型支承構造の水平力分散支承あるいは免震支承として用いる構成により、各種支承構造に適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の橋梁または建築物の支承装置の実施形態を示す図である。
【図１２】従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の支承装置の作用を説明するための模式図である。
【００１７】
本発明の支承装置１は、橋脚や橋台等の下部構造２と橋桁からなる上部構造３がゴム支承５等の弾性体と水平力を発生させる機構１００を有する。地震時に上部構造３に矢印で示すような大きな慣性力が作用すると、水平力を発生させる機構１００により矢印のような慣性力と逆方向の水平力が発生する。発生した水平力によりゴム支承５は、慣性力と逆方向に弾性変形し、慣性力の一部を吸収して下部構造２に矢印に示すＦａという軽減された水平力を伝達する。下部構造２に伝達される水平力Ｆａは、図１２に示される従来技術の上部構造３の慣性力により下部構造２に伝達される水平力Ｆに比較して水平力を発生させる機構１００により発生する水平力により軽減されるため、Ｆ＞Ｆａの関係になる。
【００１８】
上部構造３の慣性力による下部構造２の負荷が軽減されることで、下部構造の耐震設計強度の増加を抑制することが可能となる。また、水平力を発生させる機構１００により、上部構造３の水平変位を抑制できるので、上部構造３に設置される伸縮装置遊間が狭く、したがって装置のメンテナンス期間を長くすることが可能となる。なお、図１では、ゴム支承５を下部構造２側に固定した実施形態を示しているが、ゴム支承５を上部構造３側に固定しても良い。
【００１９】
図２、図３は、本発明の支承装置１の水平力発生手段１００の第１実施形態を示す図である。
【００２０】
支承装置１は、下部構造２と上部構造３との間に設置される。下部構造２にはベースプレート４がアンカーボルト（図示せず）等の固定手段を介して設置される。ベースプレート４上には、ゴム支承５とリンク部材支持台７が設置される。ゴム支承５上にはゴム支承５の平面形状よりも大きい所定厚みの連結鋼板６が固定される。ゴム支承５は複数の補強鋼板を積層した積層ゴムにより構成される。ゴム支承５とベースプレート４及び連結鋼板６を加硫一体成形しても良い。
【００２１】
ベースプレート４上のゴム支承５の両側に互いに平行に伸びるリンク部材支持台７が設置される。リンク部材支持台７に水平力を発生させる機構１００を構成する直線状のリンク部材８が中央垂直軸１０を介して回動可能に軸支される。図２、図３に示される実施形態では、リンク部材支持台７にそれぞれ１個のリンク部材８を配置しているが、リンク部材８の数は支承装置１の規模等により増やしても良い。
【００２２】
リンク部材８両端部側に、第１長穴１１と第２長穴１２が形成される。第１長穴１１には、下部構造２側に固定されたゴム支承５と一体化された連結鋼板６に一端を固定した第１垂直軸１３が第１長穴１１に沿って相対移動可能に係合される。第一垂直軸１３の連結鋼板６への固定位置は、ゴム支承５の外側に張り出した連結鋼板６の部分とする。
【００２３】
第２長穴１２には、上部構造３に固定された上鋼板９に一端を固定した第二垂直軸１４が第２長穴１２に沿って相対移動可能に係合する。この実施形態では、第一垂直軸１３と第二垂直軸１４の中央垂直軸１０からの距離が同じになるように設定しているが、後述するように、中央垂直軸１０と第一垂直軸１３との距離と中央垂直軸１０と第二垂直軸１４との距離及びその比は、各種設計用件に応じた変数として設定される。
【００２４】
上部構造３に作用する慣性力は、上部構造３に固定された上鋼板９に一端を固定した第二垂直軸１４と第２長穴１２との係合によりリンク部材８に伝達される。第二垂直軸１４からの上部構造３の慣性力によりリンク部材８は中央垂直軸１０を軸として回動する。第二垂直軸１４と第２長穴１２の係合部の位置は、リンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動によりその軌跡が円弧状となるため第２長穴１２に沿って相対移動する。第一垂直軸１３及び第二垂直軸１４をリンク部材８に対して位置可変に係合するために、第１長穴１１及び第２長穴１２に代えてリンク部材８の両端側にＵ字状切り欠きを形成しても良い。
【００２５】
上部構造３の慣性力によるリンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動は、第一垂直軸１３と第１長穴１１の係合により連結鋼板６に伝達され、連結鋼板６が固定されたゴム支承５に伝達される。第一垂直軸１３と第１長穴１１の係合部の位置は、リンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動によりその軌跡が円弧状となるため第１長穴１１に沿って相対移動する。リンク部材８の中央垂直軸１０を軸とした回動により上部構造３の慣性力に対して逆方向の水平力が発生する。発生した水平力はゴム支承５に伝達され、ゴム支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させる。ゴム支承５の慣性力と逆方向の弾性変形により上部構造３の慣性力の一部が吸収されて下部構造２に伝達される。第一垂直軸１３の連結鋼板６への固定位置をゴム支承５の外側に張り出した連結鋼板６の部分としているため、水平力発生手段１００により発生した水平力を効率良くゴム支承５に伝達することができる。
【００２６】
地震時に上部構造３に作用する慣性力に対して、水平力を発生させる機構１００により慣性力と逆方向の水平力を発生させ、弾性支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させることで下部構造２に伝達される水平力を軽減することが可能となる。地震時に上部構造３に作用する慣性力による水平力が軽減されて下部構造２に伝達されるため、下部構造２の負荷が軽減されることで下部構造２の耐震補強強度の増加を抑制することが可能となる。また、水平力を発生させる機構１００により発生する水平力により上部構造３の水平方向の変位を低く抑えることができる。そのため、上部構造３に設置される伸縮装置遊間が狭く、したがって装置のメンテナンス期間を長くすることが可能となる。図２、３に示される実施形態では、ベースプレート４にゴム支承５を固定しているが、上鋼板９にゴム支承５を固定しても良い。
【００２７】
図４、図５は、中央垂直軸１０と第一垂直軸１３との距離と中央垂直軸１０と第二垂直軸１４との距離及びその比を設計要件に応じた変数として設定した実施形態を示す図である。
【００２８】
図４に示す実施形態は、リンク部材８を回動自在に軸支する中央垂直軸１０と第２長穴１２に係合される上部構造３に固定される第二垂直軸１４間の距離が、中央垂直軸１０と第１長穴１１に係合される下部構造２に固定される第一垂直軸１３間との距離より短くしている。上部構造３に固定される第二垂直軸１４と中央垂直軸１０間の距離を短く設定することにより上部構造３の水平変位を制限することが可能となる。
【００２９】
図５に示す実施形態は、リンク部材８を回動自在に軸支する中央垂直軸１０と第１長穴１１に係合される下部構造２に固定される第一垂直軸１３間の距離が、中央垂直軸１０と第２長穴１２に係合される上部構造３に固定される第二垂直軸１４間の距離より短くしている。下部構造２に固定されたゴム支承５と一体化された連結鋼板６に固定される第一垂直軸１３と中央垂直軸１０間の距離を短く設定することによりゴム支承５の弾性変形を制限することが可能となる。
【００３０】
図４、図５に示すように、中央垂直軸１０と第一垂直軸１３間の距離と中央垂直軸１０と第二垂直軸１４間の距離とその比の関係は、支承設計の際の各種設計要件に応じて設定する。
【００３１】
図６は、図２、図３に示す水平力を発生させる機構１００の第１実施形態の変形例で、リンク部材支持台７に水平力を発生させる機構１００を構成するリンク部材８を２個が中央垂直軸１０を介して回動可能に軸支する。また、リンク部材８の両端部に第１長穴１１、第２長穴１２に代えて、第１Ｕ字状切り欠き１１、第２Ｕ字状切り欠き１２を形成する。他の構成は、図２、図３に示される第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
図７、図８は、本発明の橋梁用支承装置１の水平力を発生させる機構１００の第２実施形態を示す図である。
【００３３】
この実施形態では、ゴム支承５を挟んで一方の1対のリンク部材支持台７を平行に設置し、ゴム支承５を挟んで他方の1対のリンク部材支持台７を平行に設置する。一方の一対のリンク部材７と他方の一対のリンク部材７をゴム支承５を挟んで直交する位置に設置される。一方の一対のリンク部材支持台７に、一方の直線状のリンク部材８が中央垂直軸１０により回動自在に軸支される。他方の一対のリンク部材に、他方の直線状のリンク部材８が中央垂直軸１０により回動自在に軸支される。その結果、平行に配置された1対の一方の直線状のリンク部材８と平行に配置された他方のリンク部材８を直交する方向に配置する。図７、図８に示す実施形態では、リンク部材支持台７にそれぞれ１個のリンク部材８を配置しているが、リンク部材８の数は支承装置１の規模等により増やしても良い。ゴム支承５を挟んで、互いに直交する方向にそれぞれリンク部材８を配置することにより、上部構造３の全方向の慣性力に対して対応が可能な水平力を発生させる機構１００とすることができる。他の構成は、図２、図３に示される第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
図９、図１０は、本発明の橋梁用支承装置１の水平力を発生させる機構１００の第３実施形態を示す図である。第３実施形態の水平力を発生させる機構１００は、第１、第２実施形態のリンク部材を用いた水平力を発生させる機構１００とは異なり、ギヤ１８とギヤレール２１の噛み合わせで構成される。
【００３５】
下部構造２にアンカーボルト１５で固定されるベースプレート４にゴム支承５が設置される。ベースプレート４に設置されえたゴム支承５の橋軸方向の両側にサイドブロック１６が設置される。サイドブロック１６には、サイドブロック１６の表面から一部が突き出す軸部材１７が固定される。軸１７のサイドブロック１７の表面から突き出した部分に、水平力を発生させる機構１００を構成するギヤ１８を回転自在に軸支する。
【００３６】
上部構造３側に固定される上鋼板１９の下面には、橋軸方向に延びる２つの溝部２０が形成される。溝部２０の内側の両側壁部には、橋軸方向に延びる水平力を発生させる機構１００を構成するギヤレール２１が形成される。ギヤレール２１に、ギヤ１８を噛合わせる。ゴム支承５の上面に低摩擦材２２を固定する。上鋼板１９の２つの溝部２０の間の下面は、ゴム支承５の上面に固定した低摩擦材２２とスライド面を形成する。
【００３７】
地震時に上部構造３に作用する慣性力により、上部構造３側に固定された上鋼板１９は、橋軸方向にスライドする。上鋼板１９の橋軸方向のスライドする際、上鋼板１９の溝部２０に形成したギヤレール２１と下部構造２側に回転自在に設置したギヤ１８との噛み合いによりギヤ１８を回転させる。上部構造３の慣性力による橋軸方向のスライドに伴い、下部構造２側のギヤ１８がギヤレール２１の噛み合わせにより回転することで、上部構造３のスライド方向（上部構造３に作用する慣性力の方向）に対して逆方向の水平力が発生する。
【００３８】
発生した水平力はゴム支承５に伝達され、ゴム支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させる。ゴム支承５の慣性力と逆方向の弾性変形により上部構造３の慣性力の一部が吸収されて下部構造２に伝達される。
【００３９】
地震時に上部構造３に作用する慣性力に対して、水平力を発生させる機構１００により慣性力と逆方向の水平力を発生させ、弾性支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させることで下部構造２に伝達される水平力を軽減することが可能となる。地震時に上部構造３に作用する慣性力による応力が軽減されて下部構造２に伝達されるため、下部構造２の負荷が軽減されることで下部構造２の耐震補強強度の増加を抑制することが可能となる。また、水平力発生手段１００により発生する水平力により上部構造３の水平方向の変位を低く抑えることができる。そのため、上部構造３に設置される伸縮継手等の設置間隔を長くすることが可能となる。図９、１０に示される実施形態では、ベースプレート４にゴム支承５を固定しているが、上鋼板９にゴム支承５を固定しても良く、ギヤ１８を上部構造３側に配置し、ギヤレール２１を下部構造２側に配置しても良い。
【００４０】
図１１は、本発明の支承装置１を機能分離型支承構造１０１に適用した実施形態を示す図である。
【００４１】
機能分離型支承構造１０１は、上部構造３と下部構造３との間に鉛直荷重を分担する鉛直荷重支承装置２３と鉛直荷重を支持することなく水平力を分担する水平力分散支承装置２４が設置される。この機能分離型支承構造１０１の水平分散支承２４あるいは免震支承として本発明の橋梁用支承装置１を適用することで、機能分離型支承構造１０１の水平分散支承あるいは免震支承として効率良く機能することが可能となる。
【００４２】
本発明の支承装置１によれば、  地震時に上部構造３に作用する慣性力に対して、水平力を発生させる機構１００により慣性力と逆方向の水平力を発生させ、弾性支承５を慣性力と逆方向に弾性変形させることで下部構造２に伝達される応力を軽減することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１：支承装置、２：下部構造、３：上部構造、４：ベースプレート、５：ゴム支承、６：連結鋼板、７：リンク部材支持台、８：リンク部材、９：上鋼板、１０：中央垂直軸、１１：第１長穴又は第１Ｕ字状切り欠き、１２：第２長穴又は第２Ｕ字状切り欠き、１３：第一垂直軸、１４：第二垂直軸、１５：アンカーボルト、１６：サイドブロック、１７：軸部材、１８：ギヤ、１９：上鋼板 、２０：溝部、２１：ギヤレール、２２：低摩擦材、２３：鉛直荷重支承装置、２４：水平分散支承装置、１００：水平力を発生させる機構、１０１：機能分離型支承構造
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造と下部構造との間に上部構造の慣性力に対して逆方向の水平力を発生させる機構を備えたことを特徴とする支承装置。
【請求項２】
前記の水平力を発生する機構を備えた支承装置において、弾性体を介して慣性力と逆方向に水平力を伝達することを特徴とする請求項１に記載の支承装置。
【請求項３】
前記水平力を発生させる機構が、前記上部構造または前記下部構造の一方に固定された中央垂直軸により軸支される直線状のリンク部材を有し、前記リンク部材の両端に長穴又はＵ字状切り欠きを形成し、一方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに前記下部構造に一端を固定した第一垂直軸を係合し、他方の側の長穴又はＵ字状切り欠きに上部構造に一端を固定した第二垂直軸を係合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の支承装置。
【請求項４】
前記弾性体を前記上部構造または前記下部構造のいずれかに固定し、前記弾性体が固定された構造部に対応する第一または第二垂直軸を前記ゴム支承に水平力が伝達可能な位置に固定することを特徴とする請求項３に記載の支承装置。
【請求項５】
前記中央垂直軸と前記第一垂直軸間の距離と前記中央垂直軸と前記第二垂直軸間の距離及びその比を、前記上部構造の変位制限または前記弾性体の弾性変形制限の設計用件に応じた変数としたことを特徴とする請求項３または４に記載の支承装置。
【請求項６】
一方のリンク部材と他方のリンク部材を直交する方向に配置したことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか1項に記載の支承装置。
【請求項７】
前記水平力を発生させる機構が、前記上部構造または前記下部構造の一方に橋軸方向に直線的に延びるギヤレールを設置し、他方の構造に回転自在に設置したギヤを前記ギヤレールに噛み合わせ、前記上部構造を前記下部構造に対して橋軸方向にスライド可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の支承装置。
【請求項８】
機能分離型支承構造の水平力分散支承あるいは免震支承として用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか1項に記載の支承装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2011226123.tif 000015
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2011226123.tif 000016