(57)【要約】【課題】複数回の衝撃に対応できると共に汎用性を有し、効率的に衝撃を吸収することの可能な緩衝用ユニット、及び、受衝構造を得る。【解決手段】ゴム状弾性体３０は、第１狭幅段部３２、中央部３６、第２狭幅段部３４で構成されている。第１狭幅段部３２は、板面が板厚方向内側に退避された段差で構成され、受衝面２２Ｆに沿った方向の厚みがＷ１とされている。第２狭幅段部３４は、第１狭幅段部３２とは逆側の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成され、受衝面２２Ｆに沿った方向の厚みがＷ２とされている。中央部３６は、第１狭幅段部３２と第２狭幅段部３４との間に配置され、受衝面２２Ｆに沿った方向の厚みがＷ３とされている。第１狭幅段部３２と中央部３６の境界部分には、段差壁３０Ａが構成され、第２狭幅段部３４と中央部３６の境界部分には、段差壁３０Ｂが構成されている。各部の厚みＷ１〜Ｗ３の関係は、Ｗ１＝Ｗ２＜Ｗ３となっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の衝突による衝撃を受ける受衝面を有する受衝部と、
長方形板状とされ、板面を立てて前記受衝部と前記構造物との間に配置され、前記受衝面と直交する直交方向に対して傾斜され、複数個設けられたゴム状弾性体と、
を備え、
前記ゴム状弾性体は、前記受衝部側の一方の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成された第１狭幅段部と、前記構造物側の他方の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成された第２狭幅段部と、前記第１狭幅段部と前記第２狭幅段部との間に配置され前記第１狭幅段部及び前記第２狭幅段部よりも板厚の厚い中央部と、を含んで構成されていること、を特徴とする緩衝用ユニット。
【請求項２】
前記ゴム弾性体の受衝部材への取付部分の板厚方向の中心と前記ゴム弾性体の前記構造物への取付部分の板厚方向の中心とを結んで構成される平面と、前記受衝面との角度が、６５度以上８５度以下であること、を特徴とする請求項１に記載の緩衝用ユニット。
【請求項３】
前記受衝部の受衝面と前記構造物との距離を距離Ｓとすると、前記第１狭幅段部は前記受衝面から前記直交方向へ０．１Ｓ以上０．４Ｓ以下の位置にかけて構成され、前記第２狭幅段部は前記構造物側への取付部から前記直交方向へ０．１Ｓ以上０．４Ｓ以下の位置にかけて構成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の緩衝用ユニット。
【請求項４】
構造物としての被支持体と支持体との間に設置され、前記被支持体を前記支持体と相対移動可能に支持する支承と、
前記支持体の一部を構成し、前記被支持体と水平方向に離間しつつ対向する支持体対向面に取り付けられ、前記被支持体の衝突による衝撃を受ける請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の緩衝用ユニットと、
を備えた受衝構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁などの構造物の衝突による衝撃を緩衝するための緩衝用ユニット、及び、この緩衝用ユニットを備えた受衝構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁やその他の構造物の衝突による衝撃を緩衝するための緩衝材について、様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、橋梁の上部工の継ぎ目や、上部工と落下防止壁などに配置して衝撃を吸収する衝撃吸収体が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の衝撃吸収体は塑性変形するため、複数回連続して衝突があった場合に、後の衝撃を充分吸収できないという問題が生じる。
【０００４】
また、特許文献２には、断面Ｖ字状の支承材が開示されているが、布状体で拘束されているため、変形に追随できず、特に、ゴムに期待されているような大変形に対しての復元力は期待できない。
【特許文献１】特許第３４３７０８９号
【特許文献２】特開平９−３１６８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、複数回の衝撃に対応できると共に汎用性を有し、効率的に衝撃を吸収することの可能な緩衝用ユニット、及び、受衝構造を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１の緩衝用ユニットは、構造物の衝突による衝撃を受ける受衝面を有する受衝部と、長方形板状とされ、板面を立てて前記受衝部と前記構造物との間に配置され、前記受衝面と直交する直交方向に対して傾斜され、複数個設けられたゴム状弾性体と、を備え、前記ゴム状弾性体は、前記受衝部側の一方の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成された第１狭幅段部と、前記構造物側の他方の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成された第２狭幅段部と、前記第１狭幅段部と前記第２狭幅段部との間に配置され前記第１狭幅段部及び前記第２狭幅段部よりも板厚の厚い中央部と、を含んで構成されていること、を特徴とする。
【０００７】
本発明の緩衝用ユニットは、複数のゴム状弾性体を含んで構成されている。ここでのゴム状弾性体は、ゴムやゴム状の弾性体を含んで構成されるものである。各々のゴム状弾性体は、受衝部の衝撃を受ける側と逆側に配置されている。ゴム状弾性体は、受衝部と一体的に構成されていてもよいし、別体で構成されてねじ止めなどにより受衝部に取り付けられていてもよい。受衝部に構造物が衝突すると、各々のゴム状弾性体は衝撃を受けて曲げ変形及び粘弾性変形され、衝撃を吸収する。ここでの曲げ変形には座屈変形も含まれており、各々のゴム状弾性体は、曲げ変形及び粘弾性変形の後に復元力により復元される。
【０００８】
本発明のゴム状弾性体は、長方形板状とされており、受衝面と直交する直交方向に対して傾斜されている。ここでの傾斜方向は、ゴム状弾性体の受衝部材側が受衝面の内側に配置されるような傾斜であっても、その逆傾斜であってもよい。また、ここでの長方形板状は、ゴム状弾性体を全体としてみたときに略長方形板状であればよい。
【０００９】
そして、受衝部側の一方の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成された第１狭幅段部と、構造物側の他方の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成された第２狭幅段部と、第１狭幅段部と第２狭幅段部との間に配置され第１狭幅段部及び第２狭幅段部よりも板厚の厚い中央部と、が構成されている。上記構成のゴム状弾性体によれば、受衝部側からの衝撃を受けた際、第１狭幅段部と中央部との境界付近、及び、第２狭幅段部と中央部との境界付近で曲げ変形が誘導される。したがって、曲げ変形のねらい位置を第１狭幅段部と中央部との境界、第２狭幅段部と中央部との境界に設定することにより、ねらい位置で確実に曲げ変形させることができ、衝撃を効率的に吸収することができる。
【００１０】
請求項２に記載の緩衝用ユニットは、前記ゴム弾性体の受衝部材への取付部分の板厚方向の中心と前記ゴム弾性体の前記構造物への取付部分の板厚方向の中心とを結んで構成される平面と、前記受衝面との角度が、６５度以上８５度以下であること、を特徴とする。
【００１１】
上記のように、ゴム状弾性体の受衝部材への取付部分の板厚方向の中心と前記ゴム弾性体の前記構造物への取付部分の板厚方向の中心とを結んで構成される平面と受衝部材の受衝面との角度を、６５度以上８５度以下に設定することにより、衝撃をより効率的に吸収することができる。
【００１２】
請求項３に記載の緩衝用ユニットは、前記受衝部の受衝面と前記構造物との距離を距離Ｓとすると、前記第１狭幅段部が前記受衝面から前記直交方向へ０．１Ｓ以上０．４Ｓ以下の位置にかけて構成され、前記第２狭幅段部が前記構造物側への取付部から前記直交方向へ０．１Ｓ以上０．４Ｓ以下の位置にかけて構成されていること、を特徴とする。
【００１３】
上記のように第１狭幅段部及び第２狭幅段部を構成することにより、衝撃をより効率的に吸収することができる。
【００１４】
請求項４に記載の受衝構造は、構造物としての被支持体と支持体との間に設置され、前記被支持体を前記支持体と相対移動可能に支持する支承と、前記支持体の一部を構成し、前記被支持体と水平方向に離間しつつ対向する支持体対向面に取り付けられ、前記被支持体の衝突による衝撃を受ける請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の緩衝用ユニットと、を備えている。
【００１５】
このように、支承により被支持体が相対移動可能に支持されている場合には、被支持体が支持体の一部と衝突する場合があることから、被支持体と支持体とが水平方向に離間しつつ対向する部分に、前記緩衝用ユニットを好適に利用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上記構成としたので、複数回の衝撃に対応できると共に、汎用性を有し、効率的に衝撃を吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１には、本発明の実施形態の緩衝用ユニット２０を用いた橋梁構造１０の一部が示されている。橋台１２及び橋脚１３上には、支承４０を介して橋桁１４が配設されている。なお、緩衝用ユニット２０は、設置箇所に応じて、緩衝用ユニット２０Ａ〜２０Ｄの異なる符号を付して説明する。
【００１８】
支承４０は、橋台１２及び橋脚１３上に各々設置され、下部が橋台１２及び橋脚１３に、上部が橋桁１４に、各々固定されている。支承４０は、いわゆるゴム支承で構成されており、橋台１２及び橋脚１３と橋桁１４との相対移動を可能としつつ、地震時において免震及び反力の分散を可能とした構成とされている。
【００１９】
橋台１２には、水平方向の台面１２Ａ、及び、鉛直方向の壁面１２Ｂ、落橋防止壁１２Ｃが構成されている。台面１２Ａ上には、支承４０が設置されている。壁面１２Ｂは、橋桁１４の橋軸方向Ｘの端面１４Ａと対向しており、壁面１２Ｂには緩衝ユニット２０Ａが設置されている。落橋防止壁１２Ｃは、橋台１２の橋軸方向Ｘの橋梁側端部に形成され、台面１２Ａ側に面している。落下防止壁１２Ｃにも緩衝用ユニット２０Ｂが設置されている。
【００２０】
橋桁１４の下面には、規制部材１５が設けられている。規制部材１５は、橋桁１４の下面から下側に突出されており、支承４０と緩衝用ユニット２０Ｂとの間に配置され、側面が緩衝ユニット２０Ｂと対向している。
【００２１】
橋脚１３には、橋軸方向Ｘの両端部に、互いに向き合う落下防止壁１３Ｂ、１３Ｃが構成されている。また、橋脚１３上には、台面１３Ａが構成されている。台面１３Ａ上には、支承４０が設置されている。落下防止壁１３Ｂ、１３Ｃには、各々緩衝ユニット２０Ｃ、２０Ｄが設置されている。
【００２２】
橋桁１４の下面の橋脚１３の上方に対応する位置には、２つの規制部材１６が設けられている。２つの規制部材１６は、橋桁１４の下面から下側に突出されており、支承４０と落下防止壁１３Ｂ側の緩衝用ユニット２０Ｃ、支承４０と落下防止壁１３Ｃ側の緩衝用ユニット２０Ｄとの間に各々配置され、側面が緩衝ユニット２０Ｃ、２０Ｄと対向している。
【００２３】
図２に示すように、緩衝用ユニット２０は、受衝部材２２、壁側板２４、ゴム状弾性体３０、及び、取付板２８を備えている。
【００２４】
受衝部材２２及び壁側板２４は、長方形板状とされ、図３（Ｂ）にも示すように、互いに対向するように配置されている。受衝部材２２及び壁側板２４の互いに対向し合う面には、図３（Ｃ）に示すように、取付板２８を嵌め込み可能な溝２２Ａ、２４Ａが各々形成されている。受衝部材２２は、鋼板、樹脂板などで構成することができ、壁側板２４も同様の、鋼板、樹脂板などで構成することができる。
【００２５】
なお、取付板２８と受衝部材２２及び壁側板２４とは、一体成形により構成することもできる。
【００２６】
ゴム状弾性体３０は、略長方形板状とされ、第１狭幅段部３２、中央部３６、及び、第２狭幅段部３４で構成されている。ゴム状弾性体３０は、板面３０Ｆが受衝部材２２の受衝面２２Ｆに対して傾斜するように配置されている。受衝部材２２への取付部の板厚方向の中心Ｍ１と、壁側板２４への取付部の板厚方向の中心Ｍ２とを結んで構成される平面と、受衝面２２Ｆとのなす角θは、６５度以上８５度以下であることが好ましい。ゴム状弾性体３０は、粘弾性変形可能なゴム、樹脂を材料として構成することができる。
【００２７】
第１狭幅段部３２は、板面が板厚方向内側に退避された段差で構成され、受衝面２２Ｆに沿った方向の厚みがＷ１とされている。第２狭幅段部３４は、第１狭幅段部３２とは逆側の板面が板厚方向内側に退避された段差で構成され、受衝面２２Ｆに沿った方向の厚みがＷ２とされている。中央部３６は、第１狭幅段部３２と第２狭幅段部３４との間に配置され、受衝面２２Ｆに沿った方向の厚みがＷ３とされている。第１狭幅段部３２と中央部３６の境界部分には、段差壁３０Ａが構成され、第２狭幅段部３４と中央部３６の境界部分には、段差壁３０Ｂが構成されている。各部の厚みＷ１〜Ｗ３の関係は、Ｗ１＝Ｗ２＜Ｗ３となっている。
【００２８】
また、受衝部材２２の受衝面２２Ｆと壁側板２４の橋梁壁への取り付け面との距離をＳ、受衝面２２と段差壁３０Ａとの距離（第１狭幅段部３２の受衝部材２２と直交する方向Ｄの距離）をＳ１、壁側板２４の橋梁壁への取り付け面と段差壁３０Ｂとの距離（第２狭幅段部３４の受衝部材２２と直交する方向Ｄの距離）をＳ２、段差壁３０Ａと段差壁３０Ｂとの距離（中央部３６の受衝部材２２と直交する方向Ｄの距離）をＳ０とすると、Ｓ１及びＳ２は、０．１Ｓ以上０．４Ｓ以下であることが好ましい。
【００２９】
ゴム状弾性体３０の、第１狭幅段部３２側で板厚を構成する一端面３２Ａとこの一端面に背向し第２狭幅段部３４側で板厚を構成する他端面３４Ａには、取付板２８が接着されている。接着剤としては、適正な変形履歴を発揮するものを用いることが好ましい。ゴム状弾性体３０は、一端面３２Ａ側の段差壁３０Ａが、受衝面２２Ｆの面方向の外側になり、他端面３４Ａの段差壁３０Ｂが受衝面２２Ｆの面方向の内側になるように、して、一端面３２Ａが取付板２８を介して受衝部材２２に取り付けられ、他端面３４Ａが取付板２８を介して壁側板２４に取り付けられている。
【００３０】
取付板２８には、図３（Ａ）に示すように、ゴム状弾性体３０の一端面３２Ａ及び他端面３４Ａの長手方向両側から突出した止面２８Ａが構成されている。取付板２８は、溝２２Ａ、２４Ａに各々嵌め込まれ、止面２８Ａ部分で受衝部材２２及び壁側板２４にねじ２９によりねじ止めされている。
なお、本実施形態では、ゴム状弾性体３０と受衝部材２２とを別体として構成した例をあげて説明しているが、ゴム状弾性体３０と受衝部材２２とは、一体成型されたものであってもよい。
【００３１】
ゴム状弾性体３０は、一対の受衝部材２２及び壁側板２４間に複数個（本実施形態では８個）設けられている。複数のゴム状弾性体３０は、受衝部材２２及び壁側板２４の長手方向に互いの板面が向き合うように並べられている。受衝部材２２の長手方向の中心を中心Ｏとすると、各ゴム状弾性体３０は、受衝部材２２側が壁側板２４側よりも中心Ｏ寄りになるように、傾斜されている。複数のゴム状弾性体３０の各々は、後述する座屈変形の際に、互いに干渉し合わないように配置されている。
【００３２】
緩衝用ユニット２０Ａ〜２０Ｄは、壁側板２４が壁面（壁面１２Ｂ、落下防止壁１２Ｂ、１３Ｂ、１３Ｃ）に固定され、受衝部材２２が橋桁１４または橋桁１４に固定された規制部材１５、１６と水平方向に離間しつつ対向するように設置されている。
【００３３】
次に、本実施形態の緩衝用ユニット２０の作用について説明する。
【００３４】
地震等による振動により橋桁１４と橋台１２及び橋脚１３とが所定量以上相対移動すると、橋桁１４の端面１４Ａが緩衝用ユニット２０Ａに衝突し、規制部材１５が落下防止壁１２Ｃに衝突する。また、２つの規制部材１６が落下防止壁１３Ｂ、１３Ｃに各々衝突する。
【００３５】
この衝突による衝撃Ｓが受衝部材２２で受けられると、緩衝用ユニット２０のゴム状弾性体３０は、図４（Ａ）、図５（Ａ）に示す状態から、図４（Ｂ）に示すように、段差壁３０Ａ、３０Ｂが内側になるように折り畳まれて座屈変形すると共に、粘弾性変形する。このときの座屈ラインは、第１狭幅段部３２と中央部３６の境界部分、第２狭幅段部３４と中央部３６の境界部分となる。そして、図４（Ｃ）、図５（Ｂ）に示すように座屈変形及び粘弾性変形が進む。その後、受衝部材２２への衝撃Ｓが減少すると、ゴム状弾性体３０は図４（Ａ）、図５（Ａ）に示す状態へ復元する。
【００３６】
図６（Ａ）には、ゴム状弾性体３０が上記のように変形及び復元する際の、衝撃Ｓによる圧縮荷重とゴム状弾性体３０の変位との関係が示されている。また、図６（Ｂ）には、ゴム状弾性体３０と異なり、板面に段差が構成されず、段差壁に対応する位置に板面に沿って溝の形成されたゴム状弾性体Ｃへ、同様に荷重を加えた場合の反力とゴム状弾性体Ｃの変位との関係が示されている。曲線Ａ−１、Ｂ−１は、１回目の関係を示すものであり、曲線Ａ−２、Ｂ−２は、２回目以降の関係を示すものである。
【００３７】
図６（Ａ）（Ｂ）共に、グラフの上側の曲線Ａ−１、Ｂ−１で示されるように、衝突直後からＤ１部分までは、反力の増加にほぼ比例してゴム状弾性体の変位も進んでいる。Ｄ１部分からゴム状弾性体の座屈変形が始まり、（Ａ）では、反力の変化がほとんどないままゴム状弾性体の変位が進む。そして、Ｄ２部分でゴム状弾性体の座屈変形がほぼ終了し、更に圧縮荷重を受けて反力が上昇する。一方、（Ｂ）では、Ｄ１部分から座屈変形が始まるが、Ｄ１から更に進むと反力の落ち込みがある。そして、Ｄ２部分でゴム状弾性体の座屈変形がほぼ終了し、圧縮荷重を受けて反力が上昇する。その後、圧縮荷重を緩めると、（Ａ）（Ｂ）共に、曲線Ａ−０、Ｂ−０で示されるように、圧縮荷重が減少するにつれて、ゴム状弾性体の変位も減少し、元の状態へ復元される。
【００３８】
２回目以降は、曲線Ａ−２、Ｂ−２に示されるように、１回目と比較して、圧縮変位量に対して反力が弱くなっている。
【００３９】
本実施形態のゴム状弾性体３０によれば、座屈変形が開始された後に反力の落ち込みがなく、効率よく衝撃を吸収することができる。また、受衝面２２Ｆに対して直交する方向以外の力が作用した場合でも、座屈ラインを所定の位置とすることができ、偏座屈を抑制して効率的に衝撃を吸収することができる。
また、本実施形態のゴム状弾性体３０によれば、地震時の橋桁１４の動きが、橋軸方向、橋幅方向、上下方向の６自由度に応答するものであった場合でも、座屈ラインを所定の位置とすることができる。したがって、偏座屈を抑制して効率的に衝撃を吸収することができる。
【００４０】
また、本実施形態の緩衝用ユニット２０によれば、ゴム状弾性体３０は衝撃を吸収した後に復元されるので、再度の衝撃があった場合でも対応することができる。特に、前述のように、地震時の橋桁１４の動きが、橋軸方向、橋幅方向、上下方向の６自由度に応答するものであった場合でも、座屈ラインが定まっているので、繰り返しの曲げ変形に対して、ゴム状弾性体３０を有効に機能させることができる。
【００４１】
また、本実施形態の緩衝用ユニット２０は、複数のゴム状弾性体３０が受衝部材２２に取り付けられて構成されているので、ゴム状弾性体３０の個数、配置を変えることにより、設置場所の面積や形状に応じた形状とすることができ、汎用性に優れている。
なお、本実施形態では、ゴム弾性体３０は、受衝部材２２側が構造物側よりも面方向の内側に配置されるように傾斜させた例について説明したが、図８に示すように、受衝部材２２側が構造物側よりも面方向の外側に配置されるように傾斜させてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、ゴム状弾性体３０を一列に並べて配置した例について説明したが、図７に示すように、受衝部材２２の長手方向の中央部分において、ゴム状弾性体３０を受衝部材２２の短手方向に並べて配置することもできる。さらに、斜め方向、ランダム配置など、あらゆる配置を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態の橋梁構造の一部を示す側面図である。
【図２】本実施形態の緩衝用ユニットを示す斜視図である。
【図３】本実施形態の緩衝用ユニットの（Ａ）は上面の一部破断図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は側面の一部拡大図である。
【図４】本実施形態の緩衝用ユニットの動作を示す一部側面図である。
【図５】本実施形態の緩衝用ユニットの動作を示す斜視図である。
【図６】（Ａ）は、本実施形態の緩衝用ユニットの変位と反力との関係を示すグラフである、（Ｂ）は他の緩衝用ユニットの変位と反力との関係を示すグラフである。
【図７】本実施形態の緩衝用ユニットの変形例の（Ａ）は上面の一部破断図、（Ｂ）は側面図である。
【図８】本実施形態の緩衝用ユニットの変形例の側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０   橋梁構造
２０   緩衝用ユニット
２２   受衝部材
２２Ｆ 受衝面
３０   ゴム状弾性体
３０Ａ 段差壁
３０Ｂ 段差壁
３０Ｆ 板面
３２   第１狭幅段部
３４   中央部
３６   第２狭幅段部
【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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【図７】
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【図８】
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