(57)【要約】【課題】装置をコンパクト化できると共に低コスト化でき、かつ従来と同等の性能を発揮できる橋梁用支承装置を提供する。【解決手段】下部構造物１に設置されて上部構造物２の荷重を支持する荷重支持部と、上部構造２の水平力を下部構造物１に伝達するスライド式弾性支承装置（バッファー部）４とが個別に設置されている機能分離型の橋梁用支承装置において、前記スライド式弾性支承装置（バッファー部）４を構成する高硬度ゴム材料が、Ｇ１５〜Ｇ２５の静的せん断弾性率（Ｇ値）を確保し、かつ許容せん断変形量２００〜３５０％の変形性能を有する材料で構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部構造物に設置されて、上部構造物の荷重を支持する荷重支持部と、上部構造の水平力を下部構造物に伝達するバッファー部とが個別に設置されてなる機能分離型の橋梁用支承装置において、前記バッファー部を構成する高硬度ゴム材料が、Ｇ１５〜Ｇ２５の静的せん断弾性率（Ｇ値）を確保し、かつ許容せん断変形量２００〜３５０％の変形性能を有する材料で構成されていることを特徴とする機能分離型橋梁用支承装置。
【請求項２】
請求項１記載のバッファー部は、その上下が上部構造物と下部構造物に接合される平置きタイプまたは、その両側が上部構造物と下部構造物に接合される縦置きタイプのいずれかのバッファー部として据え付けられていることを特徴とする機能分離型橋梁用支承装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重支持部とバッファー部とが個別に設置された機能分離型橋梁用支承装置に係り、特に前記バッファー部の改良に特徴がある橋梁用支承装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁用支承装置は、道路橋示方書によると、タイプＡとタイプＢに大別される。タイプＡは、落橋防止システムと補完しあって等価水平震度に相当する慣性力に抵抗する場合に使う支承装置である。タイプＢは、支承単独で等価水平震度に相当する慣性力に抵抗する場合に使う支承装置である。さらに、タイプＢについては、支承の配置上問題が生じる場合は、上部構造物の鉛直荷重のみを高支圧で支承する荷重支持部と、せん断変形することによって水平力を下部構造物に伝達機能させるバッファー部にそれぞれの設計および部材の単純化を図った機能分離型ゴム支承装置が推奨されている。
【０００３】
ところで、道路橋示方書の改訂（平成８年１２月）によって、一体型ゴム支承装置は、平面寸法や取付け部等の肥大化（大型化）や支承装置の背丈が高くなるなどの問題が生じている。また、既設橋の補修、補強では、さらに設置スペースの制限や桁同士の追突の恐れがあるため、従来の一体型ゴム支承装置を利用できない場合が多く生じるようになった。
【０００４】
前記事情に鑑みて、本発明者は従来のゴム支承装置に求められる機能を満たし、かつ支承装置を肥大化（大型化）させない支承として機能分離型橋梁用支承装置を開発し、既に特許出願済みである。
【０００５】
前記機能分離型ゴム支承装置の開発の主目的は、新設橋梁はもとより既設の鋼製支承をゴム支承に交換することにより発生した、下記▲１▼〜▲６▼のような種々の問題点を解消することにあった。
【０００６】
▲１▼鋼橋の場合は、コンクリート橋と異なって、横剛性が低いので、一体型ゴム支承装置では、支承部の横剛性が一層低下し上部構造物の変位が大きくなり十分に対応できない。（構造面での問題点）
▲２▼一体型ゴム支承装置の価額が従来型と比較して高い。（価額面での問題点）
▲３▼鋼製の支承で、ＬＢ沓（線支承）は、支承高さが低いため、一体型ゴム支承装置が入らない。（施工面での問題点）
▲４▼ゴム支承の鉛直剛性が軟らかいため、常時の振動が鋼製支承よりも大きくなることが懸念される。（交通公害面での問題点）
▲５▼一体型ゴム支承装置の端支点は、一般的にゴム厚が厚くなるため、鉛直変位量と圧縮クリープ量も大きくなり、ジョイント部の段差による交通障害が懸念される。（維持管理面での問題点）
▲６▼常時機能と地震（保耐レベル）時機能の両条件を満足させるため、設計が複雑となった。（設計面での問題点）
【０００７】
機能分離型ゴム支承装置は以上の点を解決したものであり、さらに、次のような利点が認められた。
（１）通常の機能一体型ゴム支承装置に比べて、支承としての要求性能にとらわれないでバッファー部で単独に最適なせん断ばね定数値を設計することができる。
（２）連結桁などの鉛直ばね定数値に制限がある橋梁においても、鉛直ばね定数と水平ばね定数を個別に扱うことができるため、通常の機能一体型ゴム支承装置（タイプＢ支承）に比べてせん断ばね定数値の任意設計を可能とした。
（３）通常の機能一体型ゴム支承装置のように、２次形状係数などの座屈照査の必要がなく、橋長の長い橋梁の端支点においても、小さいせん断ばね定数値を設定することができる。
（４）常時機能と地震時機能を分離することにより、通常タイプの機能一体型ゴム支承装置のように装置を肥大化（大型化）することなく、スリムな設計が可能となり、経済効果も大である。
（５）通常タイプの機能一体型ゴム支承装置では、回転性能の照査などで設計不可能となるケースにも対応することができる。
（６）せん断ばね定数値を自由に設定できるので、設計作業上の手もどりが少ない。
【０００８】
前述のように、機能分離型橋梁用支承装置のメリットは、現時点で、すでに多く存在しているが、平成１４年３月の道路橋示方書の改訂により、新技術に対する規制が緩和され、改良研究の自由度が拡大したことから、本発明者は、機能分離型橋梁用支承装置につき、さらなる経済性の追求、研究、開発を行った。
【０００９】
機能分離型橋梁用支承装置についての経済性の追求、研究、開発にも種々の方面からのアプローチがあるが、本発明者は、特にバッファー部の小型化とそれに伴う製作費のコストダウンに着目し、研究開発した。とくに、機能一体型ゴム支承装置では、Ｇ値で表示されるゴム支承の静的せん断弾性率が、従来は、Ｇ８（０．８Ｍｐａ（８ｋｇ・ｆ／ｃｍ２に相当））、Ｇ１０（１．０Ｍｐａ（１０ｋｇ・ｆ／ｃｍ２に相当））、Ｇ１２（１．２Ｍｐａ（１２ｋｇ・ｆ／ｃｍ２に相当））、Ｇ１４（１．４Ｍｐａ（１４ｋｇ・ｆ／ｃｍ２に相当））が標準であることに着目した。また、このゴム支承体は、通常、２００〜３５０％のせん断変形量が確保されていることも考慮した。
【００１０】
前記の点について検討を加えた結果、機能一体型ゴム支承装置では、ゴム支承体は、上部構造物の荷重を支持すると同時に、上部構造物の水平力の制振に必要なせん断変形性能を有する必要があり、他方、必要なせん断変形性能（せん断許容値）を確保するためには、静的せん断弾性率の低い材料（前述のＧ８〜Ｇ１４の範囲のゴム材料）である必要があることもあって、従来は機能一体型ゴム支承装置では、前記Ｇ値の材料が適切として選定されていたことを確認した。
【００１１】
本発明者は、前記の機能分離型支承装置のコンパクト化、低コスト化の研究の中で次の知見を得た。すなわち、荷重支持とバッファー部が分離されている機能分離型支承装置では、バッファー部は荷重負担を考えなくてよく、専らバッファー機能のみに着目すればよい。よって、規制が緩和された下での機能分離型支承装置は、一体型ゴム支承装置に比してバッファー部の設計上の制約条件が少ないことにより、ゴム支承の材料の選定範囲をさらに広げる必然性を見出し、この分野に限定使用されることを目的とした材料開発とした。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
道路橋における近時の技術的傾向として、橋梁の長大化に伴う反力増と、橋梁を支える橋脚間の大スパン化があり、これに伴う問題点として橋梁用支承装置の大型化がある。支承装置が大型化すれば、その分部材の大型化、使用材料の増加、施工工期の長期化などがあり、施工費のコストとアップにつながる。
【００１３】
また、経済面からの要求として、より低コストで橋梁用支承装置を製作することが強く求められている。この要求に応えるには、従来と反対に部材の小型化、使用材料の低減、施工工期の短期化などがあるが、そのために構造的に新規な橋梁用支承装置の提案が望まれている。前記の要望に応える橋梁用支承装置として、前記本発明者の知見をふまえて機能分離型橋梁用支承装置に着目したものである。
【００１４】
本発明は、前述のとおり橋梁用支承装置の分野での技術開発の環境の変化に伴って提案された、新規な支承装置を提供するものであり、その目的は、支承装置の小型化、低コスト化の中で従来と同等の性能を発揮できる橋梁用支承装置の提供にある。
【００１５】
特に、従来の支承装置においては、弾性体がある程度の軟らかさを有することによって、該弾性体がせん断変形して上部構造物の水平力を減衰するとの既成観念が支配していることがあったが、従来の慣行弾性域から更にＧ値の高い値の弾性体を機能分離型橋梁用支承装置に組み込むことで、同じ大きさでより大きな力の伝達を可能とし、以って支承装置のコンパクト化を図る発想を原点とした。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る橋梁用支承装置は、次のように構成する。
【００１７】
第１の発明は、下部構造物に設置されて上部構造物の荷重を支持する荷重支持部と上部構造の水平力を下部構造物に伝達するバッファー部とが個別に設置されてなる機能分離型の橋梁用支承装置において、前記バッファー部を構成する高硬度ゴム材料が、Ｇ１５〜Ｇ２５の静的せん断弾性率（Ｇ値）を確保し、かつ許容せん断変形量２００〜３５０％の変形性能を有する材料で構成されていることを特徴とする。
【００１８】
第２の発明は、第１発明のバッファー部は、その上下が上部構造物と下部構造物に接合される平置きタイプまたは、その両側が上部構造物と下部構造物に接合される縦置きタイプのいずれかのバッファー部として据え付けられていることを特徴とする。
【００１９】
【作用】
ゴム支承体において、静的せん断弾性率が高い材料の方が、静的せん断弾性率の低い材料よりも力の伝達効率が高い。また、前記ゴム支承体が、従来の一般的加硫成形法で製造されるのであれば、静的せん断弾性率が高くなれば、それだけ材料が硬くなり、伸び・引き抵抗が劣り、せん断許容値も低下する関係にある。そして、せん断許容値が所定の値を下回れば、弾性支承体として上部構造物の制振機能も減殺され、それ故、従来は、２００〜３５０％のせん断許容値を確保する必要から、従来の製造方法に従って、Ｇ８、Ｇ１０、Ｇ１２、Ｇ１４が選定されていた。そして、前記Ｇ値により伝達される伝達力に制限されてバッファー部の体積を所定以上に小さくできなかった。
【００２０】
本発明のバッファー部では、機能一体型ゴム支承装置では、弾性値に限界（Ｇ１４以下）であったが、静的せん断弾性率Ｇ１４の値を超えて、Ｇ１５〜Ｇ２５という高い静的せん断弾性率を具備しており、しかも、せん断許容値を２００〜３５０％に設定した。これによりＧ値を高くした分、力の伝達効率が高く、その分バッファー部の体積を小さくできるので、該バッファー部を従来に比べコンパクト化が図れる。
【００２１】
また、バッファー部のＧ値をＧ１５〜Ｇ２５を得るための配合設計上の考慮は次の通りである。
（１）原料ゴムは、天然ゴム（ＳＭＲ、ＣＶ６０）とＳＢＲとを併用する。
（２）カーボン量の加増だけでは、弾性値も限界があり、作業性（ムーニー粘度）成形性に支障も多い。そこで、カーボンブラックの種別複合に樹脂分（石油系等）の補添により、基本物性（弾性値、引張強度、伸び、引裂抵抗等）を設定する。
（３）更に、加硫密度を適切にするために、硫黄の種類及び量、加硫促進剤等を設定し、最適な加硫温度、低温長時間加硫（１３５℃以下）とする。
（４）架橋密度（網目鎖密度）と最適加硫時間のコントロールとして、特殊テロマー（分子量７７００以下、添加量は５ＰＨＲ以下）も混練する。なお、特殊テロマーとは、アクリル酸ｎ−ブチルアクリレートと、四塩化炭素あるいはトリクロロ酸塩とのラジカルテロメリ化反応によって合成したものをいう。
（５）前記は、やや特殊配合になるので、混練条件も２段練り等にシフトし、成形性を高める。
【００２２】
前記（１）〜（５）の加硫工程を経ることで、Ｇ１５〜Ｇ２５であって、なおかつ、現場作業性がよく、伸び、引き裂き抵抗にすぐれ、２００〜３５０％の静的せん断弾性率を具備したバッファー部用の材料を開発できた。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００２４】
図１は実施形態１を示し、本発明の主要素であるＧ１５〜Ｇ２５の高硬度ゴムを備えた荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）と、スライド式荷重支持用の弾性支承装置とを組合わせて配置した、いわゆる平置きタイプの機能分離型橋梁用支承装置を示す縦断正面図、図２は、図１の平面図である。
【００２５】
図１、図２において、橋脚１ａなどの下部構造物１と、版桁２ａなどの上部構造物２との間に本発明に係るせん断変形型弾性支承装置（バッファー部）３と荷重支持用のスライド式弾性支承装置４が交互に平面配置で据え付けられている。
【００２６】
図３は実施形態２を示し、本発明の主要素であるＧ１５〜Ｇ２５の高硬度ゴムを備えた荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）３と、スライド式荷重支持用の弾性支承装置４とを組合わせて配置した、いわゆる縦置きタイプの機能分離型橋梁用支承装置を示す縦断正面図、図４は、図３の平面図である。
【００２７】
図３、図４において、橋脚１ａなどの下部構造物１と、箱桁２ｂなどの上部構造物２との間に本発明に係るせん断変形型弾性支承装置（バッファー部）３と荷重支持用のスライド式弾性支承装置４が一組となって据え付けられた状態を示す。すなわち、下部構造物１の上面に支承用縦壁５を突設すると共に、この支承用縦壁５に対応する位置において、かつ該支承用縦壁５との間に上部および側部に所定の間隔が形成されるようにして、上部構造物２の下面に凹部６を形成し、該支承用縦壁５の上面と凹部６の頂面の間に荷重支持用のスライド式弾性支承装置４が配置され、また、支承用縦壁５の側面と凹部６の内側面との間に本発明の主要素である断変形型弾性支承装置（バッファー部）３が縦置きで配置されている
【００２８】
図５は実施形態３を示し、隣り合うＴ桁２ｃの下側の側部と、下部構造物１の上面に設けられた支承用縦壁５との間に間隔が形成されていて、この間隔部に本発明に係るせん断変形型弾性支承装置（バッファー部）３が据え付けられている。また、下部構造物１の上面の小段部７とＴ桁２ｃの下端面との間に荷重支持用のスライド式弾性支承装置４が配置されている。
【００２９】
前記実施形態１〜３の何れの場合も、せん断変形型弾性支承装置（バッファー部）３と荷重支持用のスライド式弾性支承装置４は、各々に設けられている雌ねじ部孔にアンカーボルト８を螺合して、そのアンカーボルト８を鉄筋コンクリート製の各上部構造物２と下部構造物１に埋め込み固定することにより、各部材が上部構造物２と下部構造物１に取り付けられている。
【００３０】
せん断変形型弾性支承装置（バッファー部）３を構成する高硬度ゴムの特性は、次のとおりである。すなわち、従来の天然ゴムあるいは合成ゴム等の弾性材の道路橋示方書および便覧記載の基準の範囲の静的せん断弾性率（Ｇ値）の範囲が、０．６〜１．４Ｍｐａ（６．０〜１４．０ｋｇ・ｆ／ｃｍ２に相当）であるのに対し、本発明に係る高硬度ゴムからなるバッファー部の静的せん断弾性率（Ｇ値）の範囲は、Ｇ１５〜Ｇ２５、すなわち、１．５〜２．５Ｍｐａ（１５．０〜２５．０ｋｇ・ｆ／ｃｍ２に相当）と高い静的せん断弾性率（Ｇ値）の領域に設定して使用するものである。また、前記バッファー部は、２５０〜３５０％の変形性能（せん断許容値）を付与して成形するものである。また、高硬度ゴムからなるバッファー部は、ゴムショアー硬度として、７５度〜８５度になるように加硫成形して使用するのが好ましい。
【００３１】
加硫成形は、例えば次のように行う。
【００３２】
（１）原料ゴムは、天然ゴム（ＳＭＲ、ＣＶ６０）とＳＢＲとを併用する。
（２）カーボン量の加増だけでは、弾性値も限界があり、作業性（ムーニー粘度）成形性に支障も多い。そこで、カーボンブラックの種別複合に樹脂分（石油系等）の補添により、基本特性（弾性値、引張強度、伸び、引裂抵抗等）を設定する。
（３）更に、加硫密度を適切にするために、硫黄の種類及び量、加硫促進剤等を設定し、最適な加硫温度、低温長時間加硫（１３５℃以下）とする。
（４）架橋密度（網目鎖密度）と最適加硫時間のコントロールとして、特殊テロマー（分子量７７００以下、添加量は５ＰＨＲ以下）も添加する。なお、特殊テロマーとは、アクリル酸ｎ−ブチルアクリレートと、四塩化炭素あるいはトリクロロ酸塩とのラジカルテロメリ化反応によって合成したものをいう。
（５）前記は、やや特殊配合になるので、混練条件も２段練り等にシフトし、成形性を高める。
【００３３】
前記（１）〜（５）の加硫工程を経ることで、Ｇ１５〜Ｇ２５であって、なおかつ、現場作業性がよく、伸び、引き裂き抵抗にすぐれ、２００〜３５０％の静的せん断弾性率を具備したバッファー部用の材料を開発できた。
【００３４】
本発明の前記特性を備えた、高硬度ゴムを備えた荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）３を使用した機能分離型橋梁用支承装置は、次のように作用する。
【００３５】
コンクリート主桁あるいは鋼桁などの主桁で支持される道路橋などの上部構造物２の荷重は、荷重支持用スライド式弾性支承装置４で受けられ、荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）３には、上部構造物の荷重がほとんど作用しておらず、無負荷に近い状態で設置される。大地震が発生した際、版桁２ａ（又は箱桁２ｂ、Ｔ桁２ｃ）等の上部構造物２に働く下向きの力に対しては、高硬度ゴムが圧縮変形することで緩和し、分散することができる。
【００３６】
版桁２ａ（または箱桁２ｂ、Ｔ桁２ｃ）等の上部構造物２に働く上揚力に対しては、前記高硬度ゴムを備えた荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）３を介して、上部構造物２と下部構造物１とが結合されていることにより、前記荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）３のせん断変形でその上揚力が円滑に緩和されながら制御される。
【００３７】
また、地震によりコンクリート桁等の版桁２ａ（または箱桁２ｂ、Ｔ桁２ｃ）等の上部構造物２に働く水平方向の力、つまり橋軸方向と、橋軸直角方向の力に対しては、荷重支持用のスライド式弾性支承装置４における上部支持部材が下部のスライド支承面に対しスライドすることにより、相互間の摺動摩擦により水平力が減衰される。それに加えて、同時に橋軸方向に対しては、高硬度ゴムを備えた荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）３のせん断変形による支承作用及び上揚力に対する高硬度ゴムのせん断変形抵抗作用との相互作用で有効に減衰させることができる。
【００３８】
しかも、次の点が本発明の重要な特長であるが、バッファー部を構成する高硬度ゴムの力の伝達効率が低硬度のゴムに比べ非常に高く、上部構造物１６の振動を有効に下部構造物部１７に伝達できることから、低硬度のゴムからなる従来のバッファー部に比べ、大変コンパクトに構成できる利点があり、同じ大きさのバッファーであれば、相対的により大きな水平力を伝達できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る機能分離型橋梁用支承装置によると、同支承装置に設置するバッファー部を材料を、Ｇ１５〜Ｇ２５であって、なおかつ２００〜３５０％の静的せん断弾性率の材料で構成したことによりバッファー部の持つ力の伝達効率が大きく、したがって、▲１▼バッファー部の形状を従来に比べ大幅にコンパクトにでき、かつ経済性に優れる。▲２▼それに伴って、せん断ばね定数値の設定可能範囲を広くできる。▲３▼バッファー部の形状をコンパクトにできることによって、橋梁用支承装置用の上部構造物と下部構造物への取付け部材および、取付けスペースもコンパクトにでき、全体として設置スペースを小さくでき、また、施工性も向上する。▲４▼バッファー部がコンパクトになることによって、新設橋だけでなく、既設橋の支承交換対応可能範囲も広がるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置とスライド式荷重支持用の弾性支承装置を組合わせて使用している平置き形態の例を示す縦断正面図である。
【図２】図２は、図１の平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態２に係る荷重無負荷型せん断変形用弾性支承装置とスライド式荷重支持用の弾性支承装置を組合わせて使用している縦置き形態の例を示す縦断正面図である。
【図４】図４は、図３の平面図である。
【図５】図５は、実施形態３として示す縦置き形態の例を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１　下部構造物
１ａ　橋脚
２　上部構造物
２ａ　版桁
２ｂ　箱桁
２ｃ　Ｔ桁
３　せん断変形用弾性支承装置（バッファー部）
４　スライド式弾性支承装置
５　支承用縦壁
６　凹部
７　小段部
８　アンカーボルト
【図１】
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【図２】
2004036321.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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