(57)【要約】【課題】ストッパーとしての役割を果たすとともに、優れた緩衝機能をも発揮するダンパー・ストッパーを提供すること。【解決手段】他方の構造体に取り付けられた本体部は、２つの同じ台形の下辺同士を中心線で合わせた平面形状の鋼板からなる反り部材２１と、向かい合った円筒面２２ａにて反り部材２１をその中央部分で挟持する一対の壁部材２２とで構成され、反り部材２１はその両方の先端部分が壁部材２２から突き出るサイズになっており、一方の構造体に取り付けられた押圧部はその突起物１１が本体部における反り部材２１の両方の先端部分に対向するように配置されており、一方の構造体が他方の構造体に対して動かない時は、突起物１１と反り部材２１の先端部分との間に遊びがあり、一方の構造体が他方の構造体に対して動いた時に、突起物１１が反り部材２１の先端部分に当接する位置関係で本体部が他方の構造体に取り付けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向き合う状態で突起物が突き出るようにして一方の構造体に取り付けられた押圧部と、それらの突起物の間に位置するようにして他方の構造体に取り付けられた本体部とからなるダンパー・ストッパーあって、本体部は、２つの同じ台形の下辺同士を中心線で合わせた平面形状の鋼板からなる反り部材と、向かい合った円筒面にて反り部材をその中央部分で挟持する一対の壁部材とで構成され、反り部材はその両方の先端部分が壁部材から突き出るサイズになっており、押圧部はその突起物が本体部における反り部材の両方の先端部分に対向するように配置されており、一方の構造体が他方の構造体に対して動かない時は、突起物と反り部材の先端部分との間に遊びがあり、一方の構造体が他方の構造体に対して動いた時に、突起物が反り部材の先端部分に当接する位置関係で本体部が他方の構造体に取り付けられていることを特徴とするダンパー・ストッパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路や鉄道などに設けられた橋梁の落下を防止する構造、すなわち地震発生時に橋桁が橋脚や橋台から落下するのを防止する落橋防止構造に好適に用いられるダンパー・ストッパーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、道路橋や鉄道橋などの橋梁は、地震等によりその橋脚や橋台に大きな水平力が作用すると、橋脚や橋台などの橋梁支承部が損壊するばかりでなく、それらが振動して橋桁が橋脚や橋台から落下すなわら落橋するという被害をもたらす。このような橋桁の落下を防止するための落橋防止構造として、１）上部構造と下部構造をＰＣ鋼材やアンカーバー等により連結する構造、２）下部構造の頂部や上部構造に突起や落橋防止壁を設ける構造、３）２連の上部構造を相互にＰＣ鋼材等で連結する構造等がある。
【非特許文献１】社団法人日本道路協会編，「道路橋示方書（Ｖ耐震設計編）・同解説」，改訂版第２刷，丸善株式会社出版事業部，平成１４年４月１０日，ｐ．２７３−２７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した落橋防止構造のうち、上部構造と下部構造を、或いは２連の上部構造をＰＣ鋼材等のケーブルで連結する落橋防止構造は、最も一般的に用いられている形式である。この形式の落橋防止構造では、ケーブルの断面積が同じであれば長さの長い方がエネルギー吸収量が大きく、大きな地震に耐えることができるが、ケーブルは構造的な取り合いのみから長さが決められており、それほど長くすることはできない。
【０００４】
一方、下部構造の頂部に設ける突起や落橋防止壁はストッパーとしての役割を果たすものであり、具体的には、コンクリートブロックや鋼製ブラケットが利用されている。このタイプの落橋防止構造は、機能を開始する前は上部構造と落橋防止壁との間に遊びがあり、大きな地震が発生した時に上部構造がある速度をもって落橋防止壁に衝突する。したがって、上部構造の運動エネルギーを弾性エネルギー（位置エネルギー）として一時的に蓄えるのみで直ぐに反発力として返すので、振動を減衰させることができない。また、エネルギー吸収機能がないため、許容できる衝突速度が小さいという問題点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記の如き落橋防止構造に好適に用いることができ、ストッパーとしての役割を果たすとともに、優れた緩衝機能をも発揮するダンパー・ストッパーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のダンパー・ストッパーは、互いに向き合う状態で突起物が突き出るようにして一方の構造体に取り付けられた押圧部と、それらの突起物の間に位置するようにして他方の構造体に取り付けられた本体部とからなるダンパー・ストッパーあって、本体部は、２つの同じ台形の下辺同士を中心線で合わせた平面形状の鋼板からなる反り部材と、向かい合った円筒面にて反り部材をその中央部分で挟持する一対の壁部材とで構成され、反り部材はその両方の先端部分が壁部材から突き出るサイズになっており、押圧部はその突起物が本体部における反り部材の両方の先端部分に対向するように配置されており、一方の構造体が他方の構造体に対して動かない時は、突起物と反り部材の先端部分との間に遊びがあり、一方の構造体が他方の構造体に対して動いた時に、突起物が反り部材の先端部分に当接する位置関係で本体部が他方の構造体に取り付けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のダンパー・ストッパーは、一方の構造体が他方の構造体に対して大きく動いた時に、一方の構造体から突き出た突起物が他方の構造体に取り付けられた本体部の反り部材における両方の先端部分に衝突するが、衝突の荷重がある大きさに達すると反り部材は曲げによって壁部材の円筒面に接触し、荷重の増加とともにその接触範囲が広がり、反り部材の広範囲にわたる塑性変形により運動エネルギーを吸収して一方の構造体の動きを停止させることから、ストッパーとして機能することができる。しかも、エネルギーの吸収によって振動を減衰させることにより優れた緩衝機能を発揮することができる。そして、反り部材の曲げは壁部材の拘束を受けるので、塑性歪率は一定値を越えないので安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１〜図３は本発明のダンパー・ストッパーを落橋防止構造に適用した形態を示すもので、図１は本発明に係るダンパー・ストッパーの一例を示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００１０】
この落橋防止構造は、図１及び図２に示すように、一方の構造体としての橋の上部構造Ｓａと他方の構造体としての橋の下部構造Ｓｂの間に設置される。すなわち落橋防止構造は、互いに向き合う状態で突起物１１が垂下するようにして上部構造Ｓａに取り付けられた押圧部１０と、それらの突起物１１の間に位置するようにして下部構造Ｓｂに取り付けられた本体部２０とからなる。ここで、上部構造Ｓａは鋼橋やコンクリート橋などの橋桁であり、下部構造Ｓｂは橋台や橋脚などである。そして、上部構造Ｓａは下部構造Ｓｂにいわゆる支承（ゴム支承や鋼製支承）を介して支持されており、本発明のダンパー・ストッパーからなる落橋防止構造はこの支承とは別に取り付けられる。
【００１１】
押圧部１０は、鋼板からなる板材１２の両端にそれぞれＨ型鋼からなる突起物１１を一体取り付けたものであり、この押圧部１０がアンカーボルト１３により上部構造Ｓａに取り付けられることで、２つの突起物１１が互いに向き合った状態で垂下している。そして、この押圧部１０を平行に２組並べて上部構造Ｓａに取り付けることにより、図示の如く、本体部２０の両サイドにてそれぞれ向かい合った突起物１１を位置させている。
【００１２】
本体部２０は、２つの同じ台形の下辺同士を中心線で合わせた平面形状の鋼板からなる反り部材２１と、中心線が上下方向となるように立てた状態の反り部材２１を向かい合った円筒面２２ａにて挟持する一対の壁部材２２とで構成されている。すなわち、反り部材２１は横長状で、縦幅は中央部が最も大きく、両端に至るに連れて徐々に小さくなる形状をしている。また、壁部材２２は所定の曲率を持った剛体と見做せる壁であり、ここでは表面側が円筒面２２ａで背面側が真っ直ぐな平面となった鋼鉄製の板状部材からなり、その背面側に三角状をした５枚の補強フランジ２３を取り付けた状態でベースプレート２４の上に立設しており、ベースプレート２４は８本のアンカーボルト２５により下部構造Ｓｂに固定されている。
【００１３】
そして、反り部材２１は、その両方の先端部分が壁部材２２から突き出るサイズになっており、上部構造Ｓａが下部構造Ｓｂに対して動かない時、すなわち地震がないときや温度変化による僅かな動きしかないような時は、上部構造Ｓａから垂下する突起物１１と反り部材２１の先端部分との間に遊びがあり、上部構造Ｓａが下部構造Ｓｂに対して図３の矢印で示す方向に動いた時、すなわち地震による大きな動きがあった時に、突起物１１が反り部材２１の先端部分に当接する位置関係で本体部２０が下部構造Ｓｂに取り付けられている。また、壁部材２２の上部には落下する異物が入らないように蓋板２６が取り付けられている。なお、側方から異物が入るのを防止する場合には、反り部材２１と壁部材２２の間を蛇腹等の手段で閉じるようにすればよい。
【００１４】
反り部材２１には、図４及び図５に示すように、その中心線に相当する位置に対応して上下にピン部材２７，２８が突設状態で設けられている。そして、蓋板２６とベースプレート２４にはこれらのピン部材２７，２８を受け入れるための孔が穿設されており、ベースプレート２４の孔には下側から閉鎖部材２９が取り付けられている。さらに、反り部材２１の下側には中心線から両側にそれぞれ所定距離だけ離れたところに受け部材３０を配設してあり、上下のピン部材２７，２８により蓋板２６とベースプレート２４の間に取り付けられた反り部材２１をこれらの受け部材３０で支持している。
【００１５】
また、反り部材２１の両端には蒲鉾状の受圧板３１が両面にそれぞれ縦向きに取り付けられており、上部構造Ｓａからの荷重は、この受圧板３１を介して受けるようになっている。すなわち、反り部材２１の曲げによって載荷位置が変化しないように、すなわちモーメントアームの長さが変化しないように、受圧板３１は板厚中心を中心とする円筒の一部をなす蒲鉾状としている。
【００１６】
このダンパー・ストッパーからなる落橋防止構造は、地震時においてのみ機能するものであり、上部構造Ｓａと下部構造Ｓｂの常時の温度変化等による相対変位に対して機能させないために遊びを設けた状態で設置される。したがって、地震が発生した時に、上部構造Ｓａから垂下する突起物１１が下部構造Ｓｂに取り付けられた本体部２０の反り部材２１における先端部分に衝突し、反り部材２１はその先端に設けられた受圧板３１を介して上部構造Ｓａの突起物１１から衝突荷重を受けることになる。また、両方向（往復）の動きに対応できるので、落橋防止機能に加え桁衝突防止機能を併せ持つことができる。
【００１７】
反り部材２１は上部構造Ｓａの突起物１１から衝突荷重を受けることによって曲げられる。この衝突荷重が小さい間は弾性変形となり、荷重がある大きさになると反り部材２１の中央部が塑性域に達し、それ以後は塑性域の範囲を拡大しつつ壁部材２２に沿って曲がり、この反り部材２１の曲げによる塑性変形によって上部構造Ｓａの運動エネルギーが吸収される。そして、エネルギーの吸収により上部構造Ｓａの動きを停止させ落橋を防止することができる。また、エネルギーの吸収によって振動を減衰させることができる。
【００１８】
反り部材２１に掛かる荷重が小さい場合、荷重と変位は線形（比例）関係にあって、エネルギーは反り部材２１に貯蔵される。そして荷重が大きくなると、反り部材２１は中央部近傍から順次先端に向かって塑性域が広がり、この段階では荷重の増分に比べて変位は急速に増え、エネルギーの吸収量は大きくなる。さらに荷重が大きくなると、反り部材２１はその中央部近傍から順次先端に向かって壁部材２２に接触し、荷重は急速に増加するが変位の増加は少ない動きになる。荷重の増加は抵抗力の増加を意味する。
【００１９】
図７は交番荷重が掛かった時の反り部材の荷重−変位線図であり、図示のように反り部材２１は交番荷重によってヒステリシスループを描く。線ａが荷重が大きい場合を示し、線ｂが荷重が小さい場合を示しており、このヒステリシスループで囲まれた面積が１サイクルの吸収エネルギーの量を表している。
【００２０】
エネルギーの吸収は反り部材２１が塑性域に達した後に主に行われるが、反り部材２１は変位の増加とともにその長さ方向に沿って塑性域が拡大するので、体積当たりのエネルギー吸収効率がよい。
【００２１】
反り部材２１の曲げの曲率は壁部材２２の曲率によって決まる。すなわち、反り部材２１の曲げ変形を壁部材２２によって拘束するため、曲げに伴う塑性歪率は壁部材２２の曲率で決まり、荷重が増加してもそれ以上にならないことから、一定の安全率を保持することができ、数１０〜数１００回程度の交番荷重に耐えるような設計が可能である。
【００２２】
本発明のダンパー・ストッパーでは、反り部材２１の形状を２つの同じ台形の下辺同士を中心線で合わせた平面形状としたことにより、さらに体積当たりのエネルギー吸収効率を高めて緩衝機能を増すことができる。すなわち、衝突荷重を低く抑えることが可能となる。また、大きな荷重に達する前に上部構造Ｓａの運動エネルギーを全て吸収できるように反り部材２１のサイズを決めることにより、発生する荷重を比較的小さく抑えることが可能である。
【００２３】
反り部材２１の平面形状を構成する２つの台形の下辺と上辺の比をテーパー比とすると、テーパー比の大きなものは先端の幅が小さくて二等辺三角形に近くなり、テーパー比の小さなものはほぼ矩形になるが、いずれの反り部材２１も変位がある値に達すると荷重（抵抗力）が急増する。したがって、この抵抗力によって示方書に規定する耐力を満足することができる。
【００２４】
図８は形状を変えた反り部材の荷重−変位線図である。すなわち、３つの反り部材の体積を同じとしテーパーだけを変えたもので、線ａはテーパー比が最小の〔１：１〕である反り部材、線ｂはテーパー比が〔１：０．４３〕の反り部材、線ｃはテーパー比が最大の〔１：０〕である反り部材の場合をそれぞれ示しているが、いずれも変位がある値に達すると荷重が急増することが分かる。また、反り部材の体積当りのエネルギー吸収量はテーパー比の大きい方が大きいが、テーパー比が〔１：０．０５〕を越えると荷重（抵抗力）の増加率が極端に大きくなり、変位が荷重励起部に達すると大きな衝撃を伴うので、テーパー比は〔１：０．０５〕〜〔１：０．５〕の範囲に設定するのが望ましい。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明によるダンパー・ストッパーは、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００２６】
例えば、上記の例では、押圧部を橋の上部構造に取り付け、本体部を橋の下部構造に設置したが、逆に本体部を上部構造に取り付け、押圧部を下部構造に取り付けるようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のダンパー・ストッパーは、上記したような落橋防止構造のほかに、変位制限構造、地震エネルギー吸収装置、桁衝突防止装置、建築用地震エネルギー吸収装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る落橋防止装置の一例を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本体部を側面から見た状態で示す半断面図である。
【図５】本体部を正面から見た状態で示す半断面図である。
【図６】図５のＣ部を示す拡大図である。
【図７】交番荷重が掛かった時の反り部材の荷重−変位線図である。
【図８】形状を変えた反り部材の荷重−変位線図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ｓａ  上部構造
Ｓｂ  下部構造
１０  押圧部
１１  突起物
１２  板材
１３  アンカーボルト
２０  本体部
２１  反り部材
２２  壁部材
２２ａ  円筒面
２３  補強フランジ
２４  ベースプレート
２５  アンカーボルト
２６  蓋板
２７，２８  ピン部材
２９  閉鎖部材
３０  受け部材
３１  受圧板
【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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