(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の桁部材の両端を他の桁部材と三角形に繋いだ構造でありそれを繰り返して構成された上部構造と、前記上部構造の両端を支える一対の下部構造を有するトラス橋の落橋防止装置において、
前記上部構造の幅員方向の両サイドに各々少なくとも１本のケーブルを有すること、
複数の前記桁部材の側面に、前記ケーブルを摺動可能に挿通するガイド部材を有すること、
前記上部構造は両端に端部鉛直部材を有し、前記端部鉛直部材は上端付近に定着部材を有すること、
前記ケーブルは前記ガイド部材に挿通され、前記ケーブルの両端は前記定着部材の各々に固定されていること、
前記ケーブルは、活荷重の移動により生じる通常振動時には、弛んだ状態にあり、前記桁部材が破損して前記上部構造が変形した時に、緊張して前記上部構造の崩落を防止すること、
を特徴とするトラス橋の落橋防止装置。
【請求項２】
請求項１に記載する落橋防止装置において、
前記ガイド部材は、前記ケーブルが下弦材格点に沿わせた位置に配置されていること、
を特徴とするトラス橋の落橋防止装置。
【請求項３】
請求項１に記載する落橋防止装置において、
前記ガイド部材は、前記ケーブルが懸垂曲線を描くように保持する位置に配置されていること、
を特徴とするトラス橋の落橋防止装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載する落橋防止装置において、
前記上部構造の変化量が、前記通常振動時の限界変位量を越える場合に、前記ケーブルが緊張すること、
を特徴とするトラス橋の落橋防止装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載するトラス橋の落橋防止装置において、
前記トラス橋が下路トラス橋であり、前記端部鉛直部材が補強部材として追加されたものであること、
を特徴とするトラス橋の落橋防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱状の桁部材の両端を他の桁部材と三角形に繋いだ構造でありそれを繰り返して構成された上部構造と、上部構造の両端を支える一対の下部構造を有するトラス橋の落橋防止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トラス橋等の橋梁は上部構造と下部構造とが、支承により連結されている。上部構造は、床版とトラスを有する。下部構造は、橋台及び橋脚を有する。
例えば、大地震等により、下部構造及び上部構造は損傷せずに、支承の一部が損傷した場合に、上部構造が地上に落下するのを防止するための装置が、落橋防止装置である。
この場合の落橋防止装置は上部構造が致命的な損傷に至っていない場合を想定しており，このような場合に限り有効に機能する。
【０００３】
落橋防止装置としては、２タイプが公知である。すなわち、特許文献１には、図１９に示すように、チェーン式の落橋防止装置が記載されている。上部構造２０２の端部下面に設けられた桁側固定具２０６と、下部構造２０３の側面に設けられた支持側固定具２０７とを、鋼製のチェーン２０５によって連結し，上部構造２０２の移動を制限することにより落橋を防止する。
ここで、チェーン２０５は、チェーン部材２５１、接続部材２５２とゴム製の緩衝部材２５３が連結され構成されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ケーブル式の落橋防止装置が記載されている。すなわち、特許文献２には、図１８に示すように、上部構造１０２の端部下面に設けられた桁側固定具１０６と、下部構造１０３の側面に設けられた支持側固定具１０７とを、ケーブル１５１の両端に接続部材１５２を設けたケーブル部材１０５によって連結し，上部構造１０２の移動を制限することにより落橋を防止する。
ここで、ケーブル部材１０５は、橋梁が健全な状態では作用荷重（地震、活荷重等）に対して張力がかからないように、緩めた状態で取り付けられている。
【０００５】
一方、トラス橋の斜材が破断した場合については、非特許文献１がある。この論文では、次の点が記載されている。
１）引張り斜材が脆性的に破断する場合、破断時にひずみが突如解放される。この結果、まず、ひずみは縦波として高速で部材両端方向に伝播し破断部材の格点に一次衝撃を与える。
次に、部材破断による構造系全体の剛性低下により新たなつり合い状態への動的な移行により二次衝撃が発生する。
２）一次衝撃による応力の動的増幅は、二次衝撃による応力の増幅に較べて小さい。また，一次衝撃と二次衝撃の発生には時間差があり両者の連成の影響は無視できる。すなわち、リダンダンシー解析では衝撃係数として二次衝撃によるもののみを考慮すればよい。
３）一次衝撃、二次衝撃を同時に精度良く解析するには一次衝撃でのひずみ伝播における縦波の波長が非常に短く，伝播速度が速いので、細密な要素分割と時間増分となり、時刻歴応答解析では膨大な計算時間を要する。
ここでは衝撃係数への一次衝撃の影響が無視できることから、二次衝撃のみを精度良く解析できる近似解析法を提示した。この手法により大幅に計算時間を短縮できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2012-177255号公報
【特許文献２】特開2012-012867号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】土木学会  構造工学論文集  Vol.56A（2010年3月）792頁〜805頁  後藤芳顯、川西直樹、本多一成  「リダンダンシー解析における鋼トラス橋の引張り斜材破断時の衝撃係数」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の落橋防止装置には、次のような問題があった。
（１）トラス橋は、桁をトラス構造とした橋である。トラス構造は細長い桁部材の両端を他の桁部材と三角形に繋いだ構造でありそれを繰り返して桁を構成している。トラス橋は、比較的大きな支間長に適用される。例えば、大地震により、トラスを構成する桁部材の一部であるトラス橋の中央付近の桁部材が損傷した場合に、特許文献１、２の技術では対応不能であった。
すなわち、特許文献１、２の技術は、上部構造の端部と下部構造とをケーブルやチェーンで連結する構造であるため、上部構造の端部を支えることはできるが、上部構造の中央付近を支えることは不可能であり、トラス橋の中央付近の桁部材が損傷した場合には、落橋する事態を生じていた。
（２）トラス橋の中央付近の桁部材が損傷した場合に、トラス橋の中央付近でトラス橋の崩壊を防止しようとすると、トラス橋がどのように変位するかについてシミュレーションを行う必要がある。しかし、非特許文献１では、トラス橋が受ける衝撃の算出を行っているが、桁部材が損傷した場合に、トラス橋がどのように変位するかについては、記載されていない。
【０００９】
本発明は、トラス橋の上部構造の中央付近の桁部材が損傷した場合でも、トラス橋の落橋を防止できる落橋防止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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のトラス橋の落橋防止装置は、次のような構成を有している。
（１）柱状の桁部材の両端を他の桁部材と三角形に繋いだ構造でありそれを繰り返して構成された上部構造と、上部構造の両端を支える一対の下部構造を有するトラス橋の落橋防止装置において、上部構造の幅員方向の両サイドに各々少なくとも１本のケーブルを有すること、複数の桁部材の側面に、ケーブルを摺動可能に挿通するガイド部材を有すること、上部構造は両端に端部鉛直部材を有し、端部鉛直部材は上端付近に定着部材を有すること、ケーブルはガイド部材に挿通され、ケーブルの両端は定着部材の各々に固定されていること、ケーブルは、活荷重の移動により生じる通常振動時には、弛んだ状態にあり、桁部材が破損して上部構造が変形した時に、緊張して上部構造の崩落を防止すること、を特徴とする。
【００１１】
（２）（１）に記載する落橋防止装置において、ガイド部材はケーブルが、下弦材格点に沿わせた位置に配置されていること、を特徴とする。
（３）（１）に記載する落橋防止装置において、ガイド部材は前記ケーブルが懸垂曲線を描くように保持する位置に配置されていること、を特徴とする。
（４）（２）または（３）に記載する落橋防止装置において、上部構造の変化量が、通常振動時の限界変位量を越える場合に、ケーブルが緊張すること、を特徴とする。
（５）（１）乃至（４）に記載するトラス橋の落橋防止装置において、トラス橋が下路トラス橋であり、端部鉛直部材が補強部材として追加されたものであること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のトラス橋の落橋防止装置は、次のような作用、効果を有している。
（１）柱状の桁部材の両端を他の桁部材と三角形に繋いだ構造でありそれを繰り返して構成された上部構造と、上部構造の両端を支える一対の下部構造を有するトラス橋の落橋防止装置において、上部構造の幅員方向の両サイドに各々少なくとも１本のケーブルを有すること、複数の桁部材の側面に、ケーブルを摺動可能に挿通するガイド部材を有すること、上部構造は両端に端部鉛直部材を有し、端部鉛直部材は上端付近に定着部材を有すること、ケーブルはガイド部材に挿通され、ケーブルの両端は定着部材の各々に固定されていること、ケーブルは、活荷重の移動により生じる通常振動時には、弛んだ状態にあり、桁部材が破損して上部構造が変形した時に、緊張して上部構造の崩落を防止すること、を特徴とする。
本発明者らは、桁部材破断により生じる運動エネルギ、破断系のエネルギ吸収能をいずれも静的な複合非線形解析によるPushover解析で近似評価している。このPushover解析はいわゆるModel Pushover解析であり、桁部材破断後の構造系の質点位置に作用する外力としては重力を加えて破断系が新たなつり合い状態へ動的に移行することで生じる慣性力を破断系の低次固有振動モードに基づき近似的に評価している。
この解析によると、損傷後のトラス橋の挙動を精度良く評価でき、落橋防止装置としてケーブルの作動タイミングをコントロールできる。
【００１３】
死荷重（トラス橋の自重による荷重）と活荷重（自動車荷重等）が作用するトラス構造は元々一対の下部構造で支持されている。
本発明のトラス橋の落橋防止装置で、損傷したトラス橋を支持する場合、損傷した桁部材周辺のトラス構造が順次下方に向かって変位するに連れて、トラスが負担できなくなった死荷重と活荷重をケーブルが負担するので、ケーブルの張力が増大する。
そのため、下方への変位ができるだけ小さい時点で、ケーブルによりトラス構造自体に作用している荷重を受けてやれば、それ以上変位が増大することなく落橋が防止できる。
すなわち、桁部材が損傷した後には、上部構造の荷重の大半を下部構造が支持している状態を維持しながら、トラス構造をケーブルにより支持するのである。
【００１４】
本出願人らは、始めケーブルの両端を下部構造に固定することを考えていた。しかし、ケーブルの両端を下部構造に固定する場合、下部構造の固定する部位に対して構造を補強する必要がある。既設のトラス橋の下部構造を補強することはコストが高く実際的でない。
また、複数の橋脚を有する長い橋（連続トラス橋）の場合には、下部構造である橋脚にケーブルを固定するのは困難である。一般に、両端は橋台に、中間部は橋脚に支持されているからである。
（１）の発明によれば、上部構造である端部鉛直部材近傍にケーブルの両端を固定しているため、既設のトラス橋に対して、下部構造に補強工事を行うことなく上部構造のみを補強すれば実現できるため、低コストで落橋防止装置を実施することができる。
また、端部鉛直部材の上端付近に付設された定着部材は、現場での施工に配慮して、端部鉛直部材と上弦材に高力ボルトで取り付けられる。
【００１５】
（２）（１）に記載する落橋防止装置において、ガイド部材は、ケーブルが下弦材格点に沿わせた位置に配置されていること、を特徴とする。
下弦材は強度部材であり、十分強い強度を有しており、下弦材の下方には他の部材が存在しないため、ケーブルを保持するガイド部材を設けるのに都合が良い。
【００１６】
（３）（１）に記載する落橋防止装置において、ガイド部材は前記ケーブルが懸垂曲線を描くように保持する位置に配置されていること、を特徴とする。
る。
本発明者らは、トラスの桁部材破断によるトラス構造の変位をシミュレーションし、ケーブルをどのように配置したら良いかを検討した。両端が固定されたのみで、ケーブルがガイド部材に拘束されていない場合には、ケーブル全体にテンションがかかるのは、ケーブルが懸垂曲線を描くように位置した後であることを発見した。ケーブルが懸垂曲線を描く状態になるまでは、ケーブルには、部分的なテンションがかかり、ケーブルは部分的に伸ばされた状態となり、トラス構造の変位が増大する。ケーブルが懸垂曲線を描いた後は、ケーブルによりトラスが支えられる。
したがって、通常状態において、ガイド部材をケーブルが懸垂曲線を描くように保持する位置に配置しておけば、桁部材が損傷した時に、速やかにケーブルが懸垂曲線を描いた状態になるため、ケーブルが部分的に伸びることが少なく、トラス構造を支えることができ、トラス構造の変位を最小限に抑えることができる。これにより、ケーブルの部分的な伸びを最小とすることができ、ケーブルとして小径のものを使用することができる。
【００１７】
（４）（２）または（３）に記載する落橋防止装置において、上部構造の変化量が、通常振動時の限界変位量を越える場合に、ケーブルが緊張すること、を特徴とする。
トラス橋は、例えば、自動車や鉄道車両等の活荷重の移動により、上下に振動する。そのような通常振動時の限界変位量は、国交省により規定されている。通常振動時の限界変位量は、通常振動時には越えることのない値であるため、ケーブルの弛み量を限界変位量に設定しておけば、活荷重による振動によりケーブルが緊張することが無いため、ケーブルが疲労等により影響を受けることがない。一方、桁部材の損傷直後には、下部構造がほとんどの死荷重と活荷重を支持している状態であるため、トラス構造の変位が大きくなる前にケーブルが緊張するようにケーブルの弛みを設定すると、ケーブルにかかる力を最小とすることができ、ケーブルも小径のものを使用することができる。
【００１８】
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載する落橋防止装置において、トラス橋が下路トラス橋であり、端部鉛直部材が補強部材として追加されたものであること、を特徴とするので、端部に端部鉛直部材がある上路トラス橋のみならず、端部に端部鉛直部材のない下路トラス橋に対しても、補強部材を追加することにより、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態における上路式トラス橋の側面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における上路式トラス橋の側面図である。
【図３】図１、図２のＣ部拡大図である。
【図４】図１、図２のＡ部拡大図である。
【図５】図２のＢ部拡大図である。
【図６】図１のトラス橋をモデル化した図である。
【図７】図６における各桁部材の諸元と材料定数を示す図である。
【図８】トラス橋に掛かる死荷重と活荷重の大きさを示す部分図である。
【図９】橋軸直角方向における活荷重の分布を示す図である。
【図１０】トラス橋の橋軸方向での活荷重の分布を示す図である。
【図１１】ケーブル５を用いていない従来のトラス橋において、下弦材１５の一部５０が破損した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】ケーブル５を用いた場合の解析モデルを示す図である。
【図１３】ケーブル５のサグ量を示す図である。
【図１４】ケーブル５を用いたトラス橋において、下弦材１５の一部５０が破損した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】ガイド部２１ａＢ、２１ａＣ、２１ａＤ、２１ａＥを鉛直部材１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅの下端に設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】ガイド部３１ａＢ、３１ａＣ、３１ａＤ、３１ａＥにより、ケーブル５が懸垂曲線を描くようにされている場合のシミュレーション結果を予測した図である。
【図１７】下路トラス橋に本発明を適用した場合の構造を示す図である。
【図１８】従来のケーブル式の落橋防止装置を示す図である。
【図１９】従来のチェーン式の落橋防止装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の１実施の形態である落橋防止装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は上路式トラス橋の側面図であり、本発明の実施形態の構造を模式的に示した図である。
上路式トラス橋とは、自動車、歩行者、または鉄道車両が通行する床版１が、トラス構造２の上側に配置される形式のものである。床版１とトラス構造２により上部構造が形成されている。上部構造１、２は左右一対の下部構造３の段差部上面に両者の連結部である支承４を介して配置されている。
トラス構造２は、６本の柱状の鉛直部材１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを有する。鉛直部材１１Ａ〜１１Ｆの上端は、鉛直部材１１Ａの上端から鉛直部材１１Ｆの上端までに位置する上弦材１４に固定されている。また、鉛直部材１１Ａ〜１１Ｆの下端は、鉛直部材１１Ａの下端から鉛直部材１１Ｆの下端までに位置する下弦材１５に固定されている。鉛直部材１１Ａと鉛直部材１１Ｂの間の空間には、傾斜する方向の異なる斜め桁部材１２Ａ、１３Ａが斜めに固定されている。順次、斜め桁部材１２Ｂ〜１２Ｅ、１３Ｂ〜１３Ｅが固定されている。
これらにより、トラス構造２が構成されている。
【００２１】
次に、本実施例の特徴部分である落橋防止装置について説明する。本実施例では、上部構造１、２（トラス構造２）の幅員方向の両サイドに一対のケーブル５を張り巡らせている。端部鉛直部材１１Ａに一端が固定され、上弦材１４に他端が固定された定着部材８Ａの中間位置に、ケーブル５の一端が固定されている。端部鉛直部材１１Ｆに一端が固定され、上弦材１４に他端が固定された定着部材８Ｂの中間位置に、ケーブル５の他端が固定されている。
図１のＣ部拡大図を図３に示す。図３の（ａ）は、取付構造を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ矢視図である。図１のＡ部拡大図を図４に示す。図４の（ｂ）は、拡大部分断面図であり、（ａ）は、（ｂ）のＤＤ断面図である。また、図２のＢ部拡大図を図５に示す。図５の（ｂ）は、拡大部分断面図であり、（ａ）は、（ｂ）のＥＥ断面図である。
【００２２】
次に、定着部材８（８Ａ、８Ｂ）について図３に基づいて説明する。図３（ａ）は、定着部材８Ａの拡大図である。
端部鉛直部材１１Ａは、Ｈ型鋼材であり、補強のための外枠材１１１が固設されている。具体的には、外枠材１１１の両端に立設された内側向きブラケット１１３と端部鉛直部材１１Ａの平行板がボルトとナットにより締結されている。
定着部材８Ａの一端８１が接続される部位には、平行板の全面に対向してブラケット８１ａが延設されており、平行板と全面に渡ってボルトとナットで締結されている。また、定着部材８Ａの他端８２には、上弦材１４に重ね合されたブラケット８２ａが延設されており、上弦材１４と全面に渡ってボルトとナットで締結されている。
定着部材８の中間位置には、図３（ｂ）に示すように、両側に一対の延設部８３が付設されている。延設部８３には、貫通孔が形成されており、貫通孔にケーブル５が挿通され、ケーブル５の端部にケーブル留め具５１が固定されている。
【００２３】
図４に示すように、鉛直部材１１Ｄ下に設けられた下弦材１５の直下の位置には、ガイド部材２１Ｄが溶接等により固設されている。ガイド部材２１Ｄは、下弦材１５の両側面と底面とを囲む形状の取付ブラケット２１ｃＤと、下面に溝形状の一対のガイド部２１ａＤが形成されたガイドブラケット２１ｄＤと、取付ブラケット２１ｃＤから上向きに延設され鉛直部材１１Ｄに溶接される溶接ブラケット２１ｂＤを有している。ガイド部２１ａＤの内周面は、ケーブル５に倣った曲面として形成されている。
鉛直部材１１Ｃには、ガイド部材２１Ｄと同じ高さ位置にガイド部材２１Ｃが固設されている。同様に、鉛直部材１１Ｂには、ガイド部材２１Ｄと同じ高さ位置にガイド部材２１Ｂが固設されている。同様に、鉛直部材１１Ｅには、ガイド部材２１Ｄと同じ高さ位置にガイド部材２１Ｅが固設されている。ガイド部材２１Ｃ、２１Ｂ、２１Ｅの形状は、ガイド部材２１Ｄと同じである。
【００２４】
両端を定着部材８に固定されたケーブル５は、ガイド部２１ａＢ、２１ａＣ、２１ａＤ、２１ａＥに挿入されている。ケーブル５は、弛みを持った状態であり、ガイド部２１ａＢ、２１ａＣ、２１ａＤ、２１ａＥの内周上曲面に接触しつつ弛んだ状態にある。
この弛み量は、上部構造１、２（トラス構造２）の変位が、通常振動時の限界変位量を越えない範囲では、ケーブル５が緊張することのない弛み量に設定されている。国交省の基準では、通常振動時の限界変位量は、Ｌ／６００とされている。ここで、Ｌは、橋の長さである。本実施例では、Ｌ＝６０ｍであり、通常振動時の限界変位量は、６０ｍ／６００＝０．１ｍである。
弛み量は、具体的には、サグ量により管理される。この点に関しては、後で説明する。
【００２５】
次に、下弦材１５の一部が損傷した場合のトラスの変位解析について説明する。
始めに、初期条件を説明する。図６に、トラス橋をモデル化したものを示す。（ｂ）は側面図であり、（ａ）は平面図であり、（ｃ）は、下方向から見た図である。
図７に、トラス橋モデルの部材諸元と材料定数を示す。部材番号は、図６に記載された部材の番号に対応している。ここで、σｙは、各部材の軸方向の降伏応力である。
図８に、トラス橋に掛かる死荷重と活荷重の大きさを示す。具体的には、トラス橋モデルの格点に作用する質量と等価の荷重を黒丸の大きさで示す。
図９に橋軸直角方向における活荷重の分布を示し、図１０にトラス橋の橋軸方向での活荷重の分布を示す。
【００２６】
本発明者らは、桁部材破断により生じる運動エネルギ、破断系のエネルギ吸収能をいずれも静的な複合非線形解析によるPushover解析で近似評価している。このPushover解析はいわゆるModel Pushover解析であり、桁部材破断後の構造系の質点位置に作用する外力としては重力を加えて破断系が新たなつり合い状態へ動的に移行することで生じる慣性力を破断系の低次固有振動モードに基づき近似的に評価している。
この解析結果によれば、損傷した桁部材周辺のトラス構造が順次下方に向かって変位していくことがわかる。トラス構造は、元々一対の下部構造に全死荷重（トラス橋の自重による荷重）と活荷重（自動車荷重等）が支持されている。
損傷した桁部材周辺のトラス構造が順次下方に向かって変位するに連れて、上部構造で荷重を支持できなくなり、落橋に至る。
【００２７】
図１１に、ケーブル５を用いていない従来のトラス橋において、下弦材１５の一部が破損した場合のシミュレーション結果を示す。（ａ）は０．５秒後の状態を示し、（ｂ）は１．０秒後の状態を示し、（ｃ）は１．５秒後の状態を示し、（ｄ）は２．０秒後の状態を示す。
下弦材１５の両側で各々の一部５０が破損した場合を想定している。１秒後には、トラス橋の湾曲が進み、１．５秒後には、大きく湾曲し、２．０秒後には崩壊状態となることがわかる。
【００２８】
図１２に、ケーブル５を用いた場合のシミュレーションの解析モデルを示す。（ａ）が本発明の落橋防止装置であり、端部鉛直部材１１Ａ、１１Ｆは、既設の鉛直部材の場合には、補強されたものである。また、最初から設計する場合には、十分な強度を有するものである。（ｂ）は、本発明の落橋防止装置で端部鉛直部材１１Ａ、１１Ｆを従来通りの強度で設計した場合である。（ｃ）は、ケーブル５の両端を下部構造に固定した場合である。
図１２において、端部鉛直部材１１Ａの定着部材８Ａとガイド部材２１Ｂとの間に位置するケーブルを５Ａで表し、ガイド部材２１Ｂとガイド部材２１Ｃの間に位置するケーブルを５Ｂで表し、ガイド部材２１Ｃとガイド部材２１Ｄの間に位置するケーブルを５Ｃで表し、ガイド部材２１Ｄとガイド部材２１Ｅの間に位置するケーブルを５Ｄで表し、ガイド部材２１Ｅと端部鉛直部材１１Ｆの定着部材８Ｂの間に位置するケーブルを５Ｅで表す。
【００２９】
図１３にケーブル５のサグ量を示す。ここで、サグ量とは、２点間に懸架したケーブルの、同２点を結ぶ直線からの鉛直方向のたわみ量である。
ケース１は、図１２の（ａ）の場合に、ケーブルＡ〜Ｅのサグ量を０．４以下と、小さく取った場合である。ケース２は、図１２の（ｂ）の場合に、ケーブルＡ〜Ｅのサグ量を０．４以下と、小さく取った場合である。ケース３は、図１２の（ａ）の場合に、ケーブルＡ〜Ｅのサグ量を０．４５以上と、大きく取った場合である。ケース４は、図１２の（ｃ）の場合に、ケーブルＡ〜Ｅのサグ量を０．４以下と、小さく取った場合である。ケース５は、図１２の（ｃ）の場合に、ケーブルＡ〜Ｅのサグ量を０．４５以上と、大きく取った場合である。
図１４に、ケーブル５を用いたトラス橋において、下弦材１５の一部が破損した場合のシミュレーション結果を示す。（ａ）は、ケース１の場合であり、１．１秒後の状態を示す。（ｂ）は、ケース２の場合であり、１．５秒後の状態を示す。
ケース１では、図１１の（ｂ）と比較して、トラス構造２の変形が少ないことがわかる。ケース２では、端部鉛直部材が変形して耐力を失いトラス構造２が大きく変形することがわかる。
【００３０】
つぎに、ケーブルにかかる張力について説明する。
図１５（ａ）及び（ｂ）に、ガイド部２１ａＢ、２１ａＣ、２１ａＤ、２１ａＥを鉛直部材１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅの下端に設けた場合のシミュレーション結果を示す。横軸が時間軸（秒）であり、縦軸は、ケーブル５にかかる張力である。（ａ）は、ケース１の場合であり、（ｂ）は、ケース３の場合である。ケース２の場合には、端部鉛直部材が破損し、ケーブル５が荷重を受けないため、図に示していない。
また、左図は橋梁の右側に配設したケーブルＲの結果を示し、右図は橋梁の左側に配設したケーブルＬの結果を示す。
【００３１】
図１５（ａ）、（ｂ）のケースでは、ケーブル５Ａ及びケーブル５Ｅに部分的に大きな張力が作用していることがわかる。しかし、図１５からわかるように、ケーブル５に掛かる張力は、いずれの場合でも、ケーブル降伏張力を下回っているため、ケーブル５が破損することはない。
（ａ）に示すケース１の場合と、（ｂ）に示すケース３の場合を比較すると、ケース１のケーブル５Ａ、５Ｅに掛かる最大張力は、ケース１の場合の方が明らかに小さいことがわかる。
この理由は、ケース１及びケース３においては、損傷した桁部材周辺のトラス構造２が順次下方向に向かって変位するにつれて、下部構造３で支持する荷重が減少し、ケーブル５が負担する荷重が増大する。
そのときケース１においては、ケース３と比較してサグ量が０．４以下と小さいため、下方への変位ができるだけ小さい時点でケーブル５によりトラス構造２を支持するので、ケース３のケーブルの張力より小さくなる。その場合、下部構造３が支持している荷重はケース３より大きくなる。また、破断後の変位を小さくすることは、破断後の運動エネルギが小さくなり衝撃的な力（動的な増幅力）も小さくなる。
【００３２】
図１５の（ｃ）は、ケース４の場合であり、（ｄ）は、ケース５の場合である。図１５（ｃ）、（ｄ）のケースでは、ケーブル５Ａ及びケーブル５Ｅに部分的に大きな張力が作用していることがわかる。しかし、図１５からわかるように、ケーブル５に掛かる張力は、いずれの場合でも、ケーブル降伏張力を下回っているため、ケーブル５が破損することはない。
（ｃ）に示すケース４の場合と、（ｄ）に示すケース５の場合を比較すると、ケース４のケーブル５Ａ、５Ｅに掛かる最大張力は、ケース４の場合の方が明らかに小さいことがわかる。
【００３３】
ケース１とケース４とを比較すると、ケーブル５の両端を下部構造３に固定した場合のケース４と、ケーブル５の両端を端部鉛直部材１１Ａ、１１Ｆに取り付けられた定着部材８Ａ、８Ｂに固定した場合のケース１とでは、ケーブル５に掛かる張力はほとんど近似している。
同様に、ケース３とケース５とを比較すると、ケーブル５の両端を下部構造３に固定した場合のケース５と、ケーブル５の両端を端部鉛直部材１１Ａ、１１Ｆに取り付けられた定着部材８Ａ、８Ｂに固定した場合のケース３とでは、ケーブル５に掛かる張力はほとんど同じであることがわかる。
したがって、例えば、既設のトラス橋に落橋防止装置を設置しようとするときに、ケース５では、下部構造３に追加工事を行う必要があるため、工事が複雑となりコストアップする問題があるが、ケース１では、下部構造３に対する追加工事を必要としないため、工事を単純にしてコストを低減できる。
また、複数の橋脚を有する長い橋の場合には、ケース４、５のように、下部構造３である橋脚にケーブル５を固定するのは困難であるが、ケース１、３では、各々のトラス橋の端部鉛直部材を利用すればよいので工事が容易である。
【００３４】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、
（１）柱状の桁部材の両端を他の桁部材と三角形に繋いだ構造でありそれを繰り返して構成された上部構造１と、上部構造１の両端を支える一対の下部構造３を有するトラス橋の落橋防止装置において、上部構造１の幅員方向の両サイドに各々少なくとも１本のケーブル５を有すること、複数の桁部材の側面に、ケーブル５を摺動可能に挿通するガイド部材２１を有すること、上部構造１は両端に端部鉛直部材１１Ａ、１１Ｆを有し、端部鉛直部材１１Ａ、１１Ｆは上端付近に定着部材８Ａ、８Ｂを有すること、ケーブル５はガイド部材２１に挿通され、ケーブル５の両端は定着部材８Ａ、８Ｂの各々に固定されていること、ケーブル５は、活荷重の移動により生じる通常振動時には、弛んだ状態にあり、桁部材が破損して上部構造１が変形した時に、緊張して上部構造１の崩落を防止すること、を特徴とする。
本発明者らは、桁部材破断により生じる運動エネルギ、破断系のエネルギ吸収能をいずれも静的な複合非線形解析によるPushover解析で近似評価している。このPushover解析はいわゆるModel Pushover解析であり、桁部材破断後の構造系の質点位置に作用する外力としては重力を加えて破断系が新たなつり合い状態へ動的に移行することで生じる慣性力を破断系の低次固有振動モードに基づき近似的に評価している。
この解析によると、損傷後のトラス橋の挙動を精度良く評価でき、落橋防止装置としてケーブルの作動タイミングをコントロールできる。
【００３５】
死荷重（トラス橋の自重による荷重）と活荷重（自動車荷重等）が作用するトラス構造２は元々一対の下部構造３で支持されている。
本発明のトラス橋の落橋防止装置で、損傷したトラス橋を支持する場合、損傷した桁部材周辺のトラス構造が順次下方に向かって変位するに連れて、トラスが負担できなくなった死荷重と活荷重をケーブルが負担するので、ケーブルの張力が増大する。
そのため、下方への変位ができるだけ小さい時点で、ケーブル５によりトラス構造自体に作用している荷重を受けてやれば、それ以上変位が増大することなく落橋が防止できる。
すなわち、桁部材が損傷した後には、上部構造１の荷重の大半を下部構造３が支持している状態を維持しながら、トラス構造２をケーブル５により支持するのである。
【００３６】
本出願人らは、始めケーブル５の両端を下部構造に固定することを考えていた。しかし、ケーブル５の両端を下部構造３に固定する場合、下部構造３の固定する部位に対して構造を補強する必要がある。既設のトラス橋の下部構造３を補強することはコストが高く実際的でない。
また、複数の橋脚を有する長い橋の場合には、下部構造３である橋脚にケーブル５を固定するのは困難である。
本実施例によれば、上部構造１である端部鉛直部材１１Ａ、１１Ｆ近傍にケーブル５の両端を固定しているため、既設のトラス橋に対して、下部構造３に補強工事を行うことなく上部構造１のみを交換すれば実現できるため、低コストで落橋防止装置を実施することができる。
【００３７】
ガイド部材２１は、ケーブル５が下弦材格点に沿わせた位置に配置されていること、を特徴とする。
下弦材１５は十分強い強度を有しており、下弦材１５の下方には他の部材が存在しないため、ケーブル５を保持するガイド部材２１を設けるのに都合が良い。
また、上部構造１の変化量が、通常振動時の限界変位量を越える場合に、ケーブル５が緊張すること、を特徴とする。
トラス橋は、例えば、自動車や鉄道車両等の活荷重の移動により、上下に振動する。そのような通常振動時の限界変位量は、国交省により規定されている。通常振動時の限界変位量は、通常振動時には越えることのない値であるため、ケーブル５の弛み量を限界変位量に設定しておけば、活荷重による振動によりケーブル５が緊張することが無いため、ケーブル５が疲労等により影響を受けることがない。一方、桁部材の損傷時には、下部構造３がほとんどの死荷重と活荷重を支持している状態で、トラス構造２の変位の増大を止めることができるため、ケーブル５にかかる力を最小とすることができ、ケーブル５も小径のものを使用することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。全体の内容は、第１の実施形態と同じなので、異なる点についてのみ詳細に説明し、同じ点については説明を割愛する。
図２に示すように、ケーブル５が、懸垂曲線を描くように保持する位置にガイド部材３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅが配置されている。
ガイド部材３１Ｃ、３１Ｄの構造は、図４に示すものと同じである。ガイド部材３１Ｂの構造を図５に示す。図５は、図２のＢ部拡大図である。
図５に示すように、鉛直部材１１Ｂには、ガイド部材３１Ｂが固設されている。ガイド部材３１Ｂは、鉛直部材１１Ｂの全周を取り囲んで一体的に固定された取付ブラケット３１ｃＢと、下面に溝形状の一対のガイド部３１ａＢが形成されたガイドブラケット３１ｄＢを有している。
【００３９】
ガイド部３１ａＢの内周面は、図２において、右肩下がりに傾斜するように懸垂曲線に倣った曲面として形成されている。本実施例では、曲面に形成しているが、近似する傾斜直線で形成しても良い。曲面または近似する傾斜直線で形成しているのは、ケーブルと内周面全体とが全体的に接触することにより、ケーブル５の一部分に応力集中するのを防止するためである。
鉛直部材１１Ｅには、ガイド部材３１Ｂと同じ高さ位置にガイド部材３１Ｅが固設されている。ガイド部材３１Ｅに固定されたガイド部３１ａＥの内周面は、ガイド部３１ａＢとは反対方向である右肩上がりに傾斜するように曲面として形成されている。
両端を鋼製ブラケット８１ａ、８２ａに固定されたケーブル５は、ガイド部３１ａＢ、３１ａＣ、３１ａＤ、３１ａＥに挿入されている。ケーブル５は、弛みを持った状態であり、ガイド部３１ａＢ、３１ａＣ、３１ａＤ、３１ａＥの内周上曲面からわずかに離れて弛んだ状態にある。
【００４０】
次に、図２に示すように、ガイド部３１ａＢ、３１ａＣ、３１ａＤ、３１ａＥにより、ケーブル５が懸垂曲線を描くようにされている場合のシミュレーション結果を予測した図を図１６に示す。横軸が時間軸（秒）であり、縦軸は、ケーブル５にかかる張力である。
図２のケースでは、ケーブル５が始めから略懸垂曲線を描いた状態にあるため、ケーブル５に部分的にテンションがかかることがなく、ケーブル５の一部が伸ばされることなく、ケーブル５の全ての部分であるケーブル５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅにかかる張力がほぼ等しく、ケーブル降伏張力未満であるため、ケーブル５が破損する恐れが無い。
【００４１】
以上説明したように、第２実施の形態のトラス橋の落橋防止装置は、ガイド部材３１はケーブル５が懸垂曲線を描くように保持する位置に配置されていること、を特徴とする。
本発明者らは、トラスの桁部材破断によるトラス構造の変位をシミュレーションし、ケーブルをどのように配置したら良いかを検討した。両端が固定されたのみで、ケーブル５がガイド部材３１に拘束されていない場合には、ケーブル５全体にテンションがかかるのは、ケーブル５が懸垂曲線を描くように位置した後であることを発見した。ケーブル５が懸垂曲線を描く状態になるまでは、ケーブル５には、部分的なテンションがかかり、ケーブル５は部分的に伸ばされた状態となり、トラス構造２の変位が増大する。ケーブル５が懸垂曲線を描いた後は、ケーブル５によりトラス構造２が支えられる。
したがって、通常状態において、ガイド部材３１をケーブル５が懸垂曲線を描くように保持する位置に配置しておけば、桁部材が損傷した時に、速やかにケーブル５が懸垂曲線を描いた状態になるため、ケーブル５が部分的に伸びることが少なく、トラス構造２を支えることができ、トラス構造２の変位を最小限に抑えることができる。これにより、ケーブル５の部分的な伸びを最小とすることができ、ケーブル５として小径のものを使用することができる。
【００４２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。全体の内容は、第１の実施形態と同じなので、異なる点についてのみ詳細に説明し、同じ点については説明を割愛する。
図１７に示すように、本実施形態は、トラス橋において、床版が下弦材１５の位置に設置されている下路トラス橋である。この場合には、端部鉛直部材が存在しない。そのため、本発明を実施するには、両端部に端部鉛直部材４１Ｘ、４１Ｙ、及び上弦材１４を延長した上桁延設材４２Ｘ、４２Ｙを補強部材として追加する必要がある。補強部材を追加すれば、あとは、第１の実施形態及び第２の実施の形態と同じである。なお、図１７においては、図１８、１９に示した従来の落橋防止装置４４Ａ、４４Ｂを併用している。
【００４３】
以上に説明したように、第３実施の形態のトラス橋の落橋防止装置は、トラス橋が下路トラス橋であり、端部鉛直部材４１Ｘ、４１Ｙが補強部材として追加されたものであること、を特徴とするので、端部に端部鉛直部材がある上路トラス橋のみならず、端部に端部鉛直部材のない下路トラス橋に対しても、補強部材である端部鉛直部材４１Ｘ、４１Ｙを追加することにより、本発明を適用することができる。
【００４４】
本発明のトラス橋の落橋防止装置は、上記実施例に限定されることなく色々な変形が可能である。
例えば、本実施例では、一対のケーブル５を用いているが、ケーブルの本数を３本以上としても良く、また例えば、下弦材がアーチ状の場合には、ケーブルを１本のみとしても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１      床版
２      トラス構造
３      下部構造
４      支承
５      ケーブル
８      定着部材
１１    鉛直部材
１１Ａ、１１Ｆ  端部鉛直部材
１２    斜め桁部材
１３    斜め桁部材
２１、３１      ガイド部材
２１ａ、３１ａ  ガイド部
２１ｃ、３１ｃ  取付ブラケット
２１ｄ、３１ｄ  ガイドブラケット
４１  端部鉛直部材（補強部材）
４２  上桁延設部材（補強部材）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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