(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するように立設された一対の柱及びそれらの頂部に架け渡された梁からなる柱梁架構が設けられた橋梁の下部構造において、
前記一対の柱及び前記梁で囲まれた内側空間であって前記柱と前記梁とが取り合う部位に摩擦ダンパーを頬杖状に斜め配置するとともに、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構を介して前記柱と前記梁にそれぞれ接合してなり、
前記塑性ヒンジ機構は、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに面外曲げを生じるように配置された鋼板を用いて構成してあるとともに、前記柱と前記梁とが取り合う部位においてそれらの間に相対角度が生じたときに、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに曲げ変形することで、前記摩擦ダンパーの両端に入力する曲げモーメントが、該塑性ヒンジ機構の面外曲げ降伏値よりも大きくならないようになっていることを特徴とする橋梁の下部構造。
【請求項２】
互いに対向するように立設された一対の柱及びそれらの頂部に架け渡された梁からなる柱梁架構が設けられた橋梁の下部構造において、
前記柱梁架構の構面にほぼ平行にかつ該柱梁架構の外側に延びるようにダンパー取付部を前記梁の材端に突出させる形で又は前記梁の張出し部として配置するとともに、前記柱と前記ダンパー取付部とが取り合う部位に摩擦ダンパーを頬杖状に斜め配置し、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構を介して前記柱と前記ダンパー取付部にそれぞれ接合してなり、
前記塑性ヒンジ機構は、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに面外曲げを生じるように配置された鋼板を用いて構成してあるとともに、前記柱と前記ダンパー取付部とが取り合う部位においてそれらの間に相対角度が生じたときに、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに曲げ変形することで、前記摩擦ダンパーの両端に入力する曲げモーメントが、該塑性ヒンジ機構の面外曲げ降伏値よりも大きくならないようになっていることを特徴とする橋梁の下部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路、鉄道等に供される橋梁の下部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道、自動車等の輸送車両が走行する橋梁としては、河川、海峡等を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは河川上の空間に連続して建設されるものであり、高架橋下の道路あるいは鉄道が立体交差することとなるため、交通渋滞の解消にも貢献する。
【０００３】
上述した高架橋を構築するにあたっては、その下部構造を鉄筋コンクリートのラーメン架構で構築することが多いが、その際、十分な耐震性が確保されるよう、様々な種類のダンパーとブレースとからなる制振機構をラーメン架構に組み込んだ構成がいくつか提案されている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７０８１６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８２４０号公報
【特許文献３】特開２００３−６４６２０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、上述した特許文献１，２の構成では、ダンパー機構１３やブレース機構１４がラーメン架構３の内側空間を占有し、特許文献３の構成では、ブレース型ダンパー４が橋脚１，１及び梁２からなる柱梁架構の内側空間を占有するため、これら内側空間を道路や鉄道として有効利用することができないという問題を生じていた。
【０００６】
かかる状況下、本出願人は、上述したラーメン架構や柱梁架構の入隅部に保守性に優れた摩擦ダンパーを頬杖状に配置する構成を検討しているが、摩擦ダンパーは、摺動材に押し付けられた摩擦材が、該摺動材上を摺動することで減衰力を発揮するものゆえ、摺動面に沿った摩擦材の動きが妨げられたり、皿バネによる摩擦材から摺動材への押付け力が変動したりといった事態は未然に回避する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上述の構成では、ラーメン架構や柱梁架構が地震時に振動すると、それに応答して摩擦ダンパーの両端に曲げモーメントが入力し、その結果、摺動材が取り付けられた部材や摩擦材が取り付けられた部材が撓んで摺動面に沿った摩擦材のスムーズな摺動動作が妨げられる、皿バネの押付け力が変動するといった事態が生じ、摩擦ダンパーの機能低下を招くという問題を生じていた。
【０００８】
ちなみに、摩擦ダンパーの両端をクレビスを介してラーメン架構や柱梁架構に接合するようにすれば、上述の事態を避けることは可能であるが、クレビスのような機械部品を用いると、材料コストが増加して保守面での負担軽減メリットが相殺されかねない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、摩擦ダンパーを制振機構に組み込む際、経済性を損なうことなく、摩擦ダンパーの機能を維持可能な橋梁の下部構造を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る橋梁の下部構造は請求項１に記載したように、互いに対向するように立設された一対の柱及びそれらの頂部に架け渡された梁からなる柱梁架構が設けられた橋梁の下部構造において、
前記一対の柱及び前記梁で囲まれた内側空間であって前記柱と前記梁とが取り合う部位に摩擦ダンパーを頬杖状に斜め配置するとともに、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構を介して前記柱と前記梁にそれぞれ接合してなり、
前記塑性ヒンジ機構は、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに面外曲げを生じるように配置された鋼板を用いて構成してあるとともに、前記柱と前記梁とが取り合う部位においてそれらの間に相対角度が生じたときに、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに曲げ変形することで、前記摩擦ダンパーの両端に入力する曲げモーメントが、該塑性ヒンジ機構の面外曲げ降伏値よりも大きくならないようになっているものである。
【００１１】
また、本発明に係る橋梁の下部構造は請求項２に記載したように、互いに対向するように立設された一対の柱及びそれらの頂部に架け渡された梁からなる柱梁架構が設けられた橋梁の下部構造において、
前記柱梁架構の構面にほぼ平行にかつ該柱梁架構の外側に延びるようにダンパー取付部を前記梁の材端に突出させる形で又は前記梁の張出し部として配置するとともに、前記柱と前記ダンパー取付部とが取り合う部位に摩擦ダンパーを頬杖状に斜め配置し、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構を介して前記柱と前記ダンパー取付部にそれぞれ接合してなり、
前記塑性ヒンジ機構は、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに面外曲げを生じるように配置された鋼板を用いて構成してあるとともに、前記柱と前記ダンパー取付部とが取り合う部位においてそれらの間に相対角度が生じたときに、前記柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに曲げ変形することで、前記摩擦ダンパーの両端に入力する曲げモーメントが、該塑性ヒンジ機構の面外曲げ降伏値よりも大きくならないようになっているものである。
【００１３】
本発明に係る橋梁の下部構造においては、互いに対向するように立設された一対の柱及びそれらの頂部に架け渡された梁からなる柱梁架構が設けられた橋梁の下部構造に適用されるが、第１の発明においては、一対の柱及び梁で囲まれた内側空間であって柱と梁とが取り合う部位に摩擦ダンパーを頬杖状に斜め配置するとともに、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構を介して柱と梁にそれぞれ接合し、第２の発明においては、柱梁架構の構面にほぼ平行にかつ該柱梁架構の外側に延びるようにダンパー取付部を梁の材端に突出させる形で又は梁の張出し部として配置するとともに、柱とダンパー取付部とが取り合う部位に摩擦ダンパーを頬杖状に斜め配置し、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構を介して柱とダンパー取付部にそれぞれ接合してある。
【００１４】
このようにすると、柱梁架構の地震時変形に伴って、柱と梁、あるいは柱とダンパー取付部との相対角度が大きく変化する場合であっても、塑性ヒンジ機構が柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに曲げ変形するため、塑性ヒンジ機構の面外曲げ降伏値より大きな曲げモーメントが摩擦ダンパーの両端に入力することはない。
【００１５】
したがって、上述した塑性ヒンジ機構の面外曲げ降伏値に対して機能が損なわれることがないよう摩擦ダンパーを製作しておけば、摺動面に沿った摩擦材の動きが妨げられたり、皿バネによる摩擦材から摺動材への押付け力が変動したりといった事態が生じるのを未然に防ぐことができる。
【００１６】
柱梁架構は、柱と梁、あるいは柱とダンパー取付部との間に方杖状に斜め配置された摩擦ダンパーが、その一端から他端に向かう軸線（以下、単に材軸）に沿って地震時に伸縮するのであれば、柱と梁の接合状態は任意であって、ピン接合あるいはピン接合とみなし得る場合はもちろん、剛接合あるいは剛接合とみなし得る場合であっても、柱の曲げ変形又はせん断変形によって上述した伸縮動作が実現される場合も包摂される。すなわち、本発明の柱梁架構は、ラーメン架構が排除されるものではなく、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）、ＳＲＣ造、Ｓ造といった構造種別も任意である。
【００１７】
ここで、本発明が適用対象とする橋梁は、橋軸方向から見た場合、換言すれば横断面における柱梁架構が上述した柱梁架構であれば足りるものであって、橋軸直交方向から見た場合、換言すれば縦断面における架構形式がどのように構成されているかは任意である。
【００１８】
すなわち、本発明の橋梁には、橋軸方向から見た場合及び橋軸直交方向から見た場合の架構形式がいずれもラーメン架構である場合（鉄道土木の分野では高架橋と呼称される）をはじめ、橋軸方向から見た場合の架構形式がラーメン架構で、橋軸直交方向から見た場合の架構形式が桁方式の場合、すなわち橋軸方向に沿って離間配置されたラーメン架構に橋桁を架け渡してなる場合（鉄道土木の分野では橋梁と呼称される）が包摂される。
【００１９】
ダンパー取付部は、柱梁架構においてその構面に平行に振動する成分が効率よく抑制されるよう、該構面にほぼ平行に配置するとともに、柱梁架構の内部空間が有効利用可能となるよう、柱梁架構の外側に延びるように配置すればよいが、水平に配置される構成が典型例となる。
【００２０】
塑性ヒンジ機構は、降伏点を越えた範囲では曲率が大きくなっても曲げモーメントが増加しない復元力特性となる限り、どのような構成を採用してもかまわないが、本発明においては、柱梁架構の構面と垂直な軸線廻りに面外曲げを生じるように配置された鋼板を用いて構成するものとする。このように構成したならば、比較的簡単かつ容易に塑性ヒンジ機構を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る橋梁の下部構造１の正面図。
【図２】摩擦ダンパー７の縦断面図。
【図３】塑性ヒンジ機構６の斜視図。
【図４】塑性ヒンジ機構６の側面図であり、(a)は柱３に取り付けられた状態の塑性ヒンジ機構６の図、(b)は該塑性ヒンジ機構に摩擦ダンパー７のＨ形鋼２１ａを連結した様子を示した図。
【図５】本実施形態に係る橋梁の下部構造１の作用を示した説明図。
【図６】同じく本実施形態に係る橋梁の下部構造１の作用を示した説明図。
【図７】本実施形態に係る橋梁の下部構造１の変形例を示した図。
【図８】変形例に係る橋梁の下部構造の作用を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る橋梁の下部構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る橋梁の下部構造を橋軸方向から見た正面図である。同図に示すように、本実施形態に係る橋梁の下部構造１は、フーチング２，２に互いに対向するように柱３をそれぞれ立設するとともに、これら一対の柱３，３の頂部に梁４を架け渡して構成してあり、柱３，３及び梁４は、柱梁架構としてのラーメン架構５を構成する。なお、ラーメン架構５は、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）とすることができる。
【００２４】
一対の柱３，３及び梁４で囲まれた内側空間であって柱３と梁４とが取り合う各入隅部には、摩擦ダンパー７を頬杖状に斜め配置してあるとともに、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構６を介して柱３と梁４にそれぞれ接合してある。
【００２５】
摩擦ダンパー７は図２に示すように、塑性ヒンジ機構６を介して柱３と梁４にそれぞれ接合されるＨ形鋼２１ａ，２１ｂを備えており、Ｈ形鋼２１ａのウェブ２２ａにその材軸に沿って溝孔２３を形成するとともに該溝孔に沿ってウェブ２２ａの両面に長尺状の摺動材２４を固着する一方、Ｈ形鋼２１ｂのウェブ２２ｂの両面にブラケット２５，２５を取り付けて該ブラケットの対向内面に摺動材２４に当接される摩擦材２６をそれぞれ取り付け、摺動材２４を両面に固着したウェブ２２ａが該摺動材に当接する摩擦材２６を取り付けたブラケット２５，２５で挟み込まれるようにかつ材軸が共有されるように２つのＨ形鋼２１ａ，２１ｂを相対配置した上、溝孔２３に挿通される形で一方のブラケット２５及び摩擦材２６から他方の摩擦材２６及びブラケット２５に抜けるロッド２７を貫通配置して該ロッドの各端に皿バネ２８を装着し、これをナット２９で締め付ける構成としてあり、塑性ヒンジ機構６を介して柱３と梁４から入力される材軸方向の相対速度に応答して摩擦による減衰力が発揮されるようになっている。
【００２６】
塑性ヒンジ機構６は、図３及び図４に示すように柱３に接合される架構側取付部３１と該架構側取付部から延びる塑性ヒンジ本体３２と該塑性ヒンジ本体から延びるダンパー側取付部３３とで構成してある。
【００２７】
架構側取付部３１は、柱３の側面に背面が当接される基板３４の長手各縁部から三角形状の補剛板３５，３５をそれぞれ立設させた上、該補剛板の対向内面と基板３４の正面に溶接させる形でかつ基板３４に対し斜め方向となるように帯状鋼板３６を延設して構成してある。
【００２８】
また、帯状鋼板３６の先端部分には矩形鋼板３７，３７を直交方向に対向配置してあり、該各矩形鋼板及び帯状鋼板３６の先端部分は、帯状鋼板３６の先端部分をウェブ、矩形鋼板３７，３７をフランジとしたＨ形鋼状のダンパー側取付部３３を構成する。
【００２９】
このように、帯状鋼板３６は基端側では架構側取付部３１の一部を、先端側ではダンパー側取付部３３の一部を構成するが、それらに挟まれた幅δ（図４参照）の中間部分は、補剛板３５，３５及び矩形鋼板３７，３７のいずれによる補剛も及ばない範囲であって、面外曲げ変形が生じやすくなっており、かかる中間部分は、上述した塑性ヒンジ本体３２として機能する。
【００３０】
ダンパー側取付部３３は、矩形鋼板３７の幅がＨ形鋼２１ａのフランジ幅と一致し、帯状鋼板３６の幅がＨ形鋼２１ａのウェブ２２ａの高さと一致するように構成してあり、Ｈ形鋼２１ａを突き合わせ配置したときに、フランジプレート３８ａ，３８ｂ及びウェブプレート３９を用いて該Ｈ形鋼に連結できるようになっている。
【００３１】
なお、塑性ヒンジ機構６は、梁４側にも設置されるが、上述した柱３を梁４と読み替えれば足りるため、ここではその説明を省略する。
【００３２】
塑性ヒンジ機構６を柱３や梁４に設置する際には、柱３や梁４を鋼板で巻き立てた上、該鋼板に溶接等で固定するのが望ましい。
【００３３】
本実施形態に係る橋梁の下部構造１においては、一対の柱３，３及び梁４で囲まれた内側空間であって柱３と梁４とが取り合う部位に摩擦ダンパー７を頬杖状に斜め配置するとともに、該摩擦ダンパーの各端を塑性ヒンジ機構６を介して柱３と梁４にそれぞれ接合してある。
【００３４】
このようにすると、地震時においては図５に示すように、ラーメン架構５の変形に伴い、摩擦ダンパー７の両端距離が、同図では左側が伸張し、右側が収縮するといった形で交互に伸縮して該摩擦ダンパーが減衰力を発揮する。
【００３５】
また、図６に示すように、ラーメン架構５の地震時変形に伴って柱３と梁４との相対角度φが大きく変化しても、塑性ヒンジ本体３２が面外方向に曲げ変形する、すなわちラーメン架構５の構面と垂直な軸線廻り、同図では紙面に直交する軸線廻りに曲げ変形するため、塑性ヒンジ本体３２の面外曲げ降伏値より大きな曲げモーメントが摩擦ダンパー７の両端に入力するおそれはない。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係る橋梁の下部構造１によれば、摩擦ダンパー７の各端を塑性ヒンジ機構６を介して柱３と梁４にそれぞれ接合するようにしたので、摩擦ダンパー７を、塑性ヒンジ機構６の面外曲げ降伏値に対して機能が損なわれることがないよう製作しておくことにより、摺動面に沿った摩擦材２６の動きが妨げられたり、皿バネ２８による摩擦材２６から摺動材２４への押付け力が変動したりといった事態が生じるのを未然に防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る橋梁の下部構造１によれば、一対の柱３，３及び梁４で囲まれた内側空間であって柱３と梁４とが取り合う部位に摩擦ダンパー７を頬杖状に斜め配置するようにしたので、ラーメン架構５の内部空間３１に鉄道や道路を敷設するなど、該内部空間を有効利用することが可能となる。
【００３８】
本実施形態では、柱梁架構としてラーメン架構５を採用したが、これに代えて、柱３の頂部と梁４とをピン接合した架構を採用してもかまわない。
【００３９】
また、本実施形態では、摩擦ダンパー７を一対の柱３，３及び梁４で囲まれた内側空間であって柱３と梁４とが取り合う部位に配置したが、これに代えて、図７に示すように柱３，３に架け渡された梁４ｂにダンパー取付部としての張出し部７１，７１を梁４ｂの一部として設けた上、該各張出し部と柱３とが取り合う部位に摩擦ダンパー７を頬杖状にそれぞれ斜め配置した構成とすることができる。
【００４０】
張出し部７１，７１は、柱３，３及び梁４ｂからなる柱梁架構としてのラーメン架構５ｂの構面にほぼ平行にかつ該ラーメン架構の外側に延びるように、柱３，３の外側側面からそれぞれ突出させればよい。
【００４１】
摩擦ダンパー７は、その各端を塑性ヒンジ機構６を介して柱３と張出し部７１の下面にそれぞれ接合してある。
【００４２】
本変形例においても、地震時においては図８に示すように、ラーメン架構５ｂの変形に伴い、摩擦ダンパー７の両端距離が、同図では右側が伸張し、左側が収縮するといった形で交互に伸縮して該摩擦ダンパーが減衰力を発揮する。
【００４３】
また、図６で説明したと同様、ラーメン架構５ｂの地震時変形に伴って柱３と張出し部７１との相対角度φが大きく変化しても、塑性ヒンジ本体３２が面外方向に曲げ変形する、すなわちラーメン架構５ｂの構面と垂直な軸線廻り、同図では紙面に直交する軸線廻りに曲げ変形するため、塑性ヒンジ本体３２の面外曲げ降伏値より大きな曲げモーメントが摩擦ダンパー７の両端に入力するおそれはない。
【００４４】
以下、本変形例においては、接合対象が梁４ではなく張出し部７１である点を除き、上述した実施形態とほぼ同様の構成であり、作用効果についても同様であるので、ここではさらなる説明を省略する。
【００４５】
なお、上述の変形例では、梁４ｂの一部である張出し部７１としてダンパー取付部を構成したが、これに代えて、張出し部７１と同等の形状を有するダンパー取付部材（図示せず）を梁４の材端に突出させる構成としてもかまわない。
【００４６】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、摺動材２４の摺動面に塗布、接着等による被膜を形成した構成としてもよい。
【００４７】
被膜は、摩擦材２６の摺動動作の妨げにならないように形成するものとし、できるだけ耐候性に優れたものが望ましい。
【００４８】
かかる変形例によれば、地震時に摩擦ダンパー７が作動した際、摩擦材２６の摺動範囲にわたって摺動材２４の被膜が剥離するので、その剥離状況を観察することにより、摩擦ダンパー７の最大変位を容易に把握することが可能となり、かくして上述の構成をピークセンサーとして機能させることができる。
【００４９】
また、従来のピークセンサーとは異なり、維持管理が不要であるため、橋梁等に適用するピークセンサーとしては最適な構成となる。
【００５０】
なお、摺動材２４に設けられた被膜の剥離状況は、左右に配置された摩擦ダンパー７，７のうち、観察しやすい方だけを観察すれば足りるが、状況に応じて両方を観察するようにしてもかまわない。
【符号の説明】
【００５１】
１          橋梁の下部構造
３          柱
４，４ｂ    梁
５，５ｂ    ラーメン架構（柱梁架構）
６          塑性ヒンジ機構
７          摩擦ダンパー
３２          塑性ヒンジ本体（鋼板）
７１          張出し部（ダンパー取付部）
【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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