(57)【要約】【課題】想定される地震が大きくても、主塔本体の重量を削減し、あわせて鋼材や作業工程を削減できる橋の主塔を提供すること。【解決手段】橋の主塔１５は、吊橋に用いられるもので、ラーメン形式を採用し、塔基部２０から立設する一対の塔柱２１と、塔柱２１間を連結するために、ラーメン形式の支持部材として塔柱間に配設された水平材２２〜２６とを備えている。塔柱２１間の最下方には、主塔２０間を連結する補剛桁２７と、補剛桁２７に支持された道路２７Ａが設けられている。水平部材２３は、一方の端部２８と他方の端部２９とに分断され、両者間には主塔面方向吸収機構３０が設けられている構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の塔柱が水平材によりラーメン形式で支持された橋の主塔であって、
前記水平材が分断された一方の端部と他方の端部との間に、前記一対の塔柱を互いに相対的に変位させるエネルギーを吸収する主塔面方向吸収機構を備えていることを特徴とする橋の主塔。
【請求項２】
前記主塔面方向吸収機構は、前記一方の端部の上端から前記他方の端部の下端を連結させる軸部材と、前記一方の端部の下端から前記他方の端部の上端を連結させる軸部材とから構成され、これらの軸部材は、少なくとも一部が前記水平材よりも低い降伏応力を有するよう形成されていることを特徴とする請求項１記載の橋の主塔。
【請求項３】
前記主塔面方向吸収機構は、前記一方の端部から前記他方の端部とを連結させる薄板部材から構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の橋の主塔。
【請求項４】
前記薄板部材には、リブ状の補剛部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の橋の主塔。
【請求項５】
前記一対の塔柱には前記水平材が複数備えられ、前記主塔面方向吸収機構は、前記塔柱の上端から２番目の前記水平材に設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の橋の主塔。
【請求項６】
一対の塔柱が水平材によりラーメン形式で支持された橋の主塔であって、
前記塔柱は、その中心軸より橋軸方向に変位した位置で高さ方向に渡って設けられたロッドと、該ロッドが分断された一方の端部と他方の端部との間に連結され両端部を互いに相対的に変位させるエネルギーを吸収する橋軸方向吸収機構とを備えていることを特徴とする橋の主塔。
【請求項７】
前記橋軸方向吸収機構が、オイルダンパであることを特徴とする請求項６記載の橋の主塔。
【請求項８】
前記橋軸方向吸収機構が、前記塔柱の断面隅角部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項６又は７記載の橋の主塔。
【請求項９】
請求項１から８の何れかに記載の橋の主塔を備えていることを特徴とする橋。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吊橋等の橋及びこれらの橋に用いられる主塔に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吊橋は、図９に示す吊橋１のように、立設された主塔２と、主塔２の上方間を連結するケーブル３と、主塔２の下方間を連結する補剛桁４と、ケーブル３と補剛桁４とを連結する吊材５とから構成されている。
【０００３】
この吊橋の主塔は、その骨組形式から、トラス形式、ラーメン形式、トラス・ラーメン複合形式の３つに大きく分類される。
これらの形式は、耐震性等の構造環境を考慮して選択されるが、その他、経済性、景観等も考慮して主塔形状が決定される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来の吊橋の主塔であって、ラーメン形式の主塔の一例を図１０及び図１１に示す。
この主塔２において、主塔２を構成する塔柱６と水平材７の隅角部８や、塔基部９の断面形状・大きさは、地震に対する耐震性から決定される。
なお、車両が通行する道路１０は、補剛桁４に沿って延在している。
【０００５】
【非特許文献１】
本州四国連絡橋公団編集「吊橋の設計」、平成２年７月、１．２．３項
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のラーメン形式の主塔２は、耐力構造を採用しているため、想定する地震が大きくなるほど主塔の断面構造が大きくなって、全体重量が大きくなる問題があった。また、それに伴う必要鋼材数や、溶接工程等も増加し、コスト増となる問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、想定される地震が大きくても、主塔本体の重量を削減し、あわせて鋼材や作業工程を削減できる橋の主塔を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、一対の塔柱が水平材によりラーメン形式で支持された橋の主塔であって、前記水平材が分断された一方の端部と他方の端部との間に、前記一対の塔柱を互いに相対的に変位させるエネルギーを吸収する主塔面方向吸収機構を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この橋の主塔は、水平材が分断された一方の端部と他方の端部の間に、一対の塔柱を互いに相対的に変位させるエネルギーを吸収する主塔面方向吸収機構を備えているので、主塔面方向吸収機構により、主塔の水平材の延在する方向に負荷される地震エネルギー等を吸収させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の橋の主塔であって、前記主塔面方向吸収機構が、前記一方の端部の上端から前記他方の端部の下端を連結させる軸部材と、前記一方の端部の下端から前記他方の端部の上端を連結させる軸部材とから構成され、これら軸部材は、少なくとも一部が前記水平材よりも低い降伏応力を有する低降伏材で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この橋の主塔は、主塔面方向吸収機構の軸部材が、少なくとも一部が水平材よりも低い降伏応力を有する低降伏材で形成されているので、主塔の水平材の延在する方向に地震エネルギー等が負荷されても、水平材が降伏する前に低降伏材が降伏する。この時に地震エネルギー等が吸収されるので、塔柱等への負荷を軽減させることができる。特に、軸部材がトラス状に水平材の両端部に配設されているので、水平材の延在方向に対して斜め方向に負荷される地震エネルギー等も効率的に吸収することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の橋の主塔において、前記主塔面方向吸収機構が、前記一方の端部から前記他方の端部とを連結させる薄板部材から構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この橋の主塔は、主塔面方向吸収機構が、一方の端部から他方の端部とを連結させる薄板部材から構成されているので、主塔の水平材の延在する方向に地震エネルギー等が負荷されても、水平材が降伏する前に薄板部材が降伏する。このときに地震エネルギー等が吸収され、塔柱等への負荷を軽減させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の橋の主塔であって、前記薄板部材には、リブ状の補剛部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この橋の主塔は、薄板部材にリブ状の補剛部が設けられているので、補剛部により薄板部材の降伏応力を所定のレベルまで高めることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の橋の主塔であって、前記一対の塔柱には前記水平材が複数備えられ、前記主塔面方向吸収機構は、前記塔柱の上端から２番目の前記水平材に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この橋の主塔は、主塔面方向吸収機構が塔柱の上端から２番目の水平材に設けられているので、塔柱の上端部にある場合と比較して主塔の運搬や工事によって主塔面方向吸収機構が破損されることなく、かつ、塔柱の上端部と同様に揺れの大きい場所で地震エネルギー等を効率よく吸収させることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、一対の塔柱が水平材によりラーメン形式で支持された橋の主塔であって、前記塔柱は、その中心軸より橋軸方向に変位した位置で高さ方向に渡って設けられたロッドと、該ロッドが分断された一方の端部と他方の端部との間に連結され両端部を互いに相対的に変位させるエネルギーを吸収する橋軸方向吸収機構とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
この橋の主塔は、ロッド両端部を互いに相対的に変位させるエネルギーを吸収する橋軸方向吸収機構を備えているので、主塔の橋軸方向に地震エネルギー等が負荷されてロッドの両端部が相対的に変位しても、橋軸方向吸収機構によって地震エネルギー等が吸収され、塔柱等への負荷を軽減させることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の橋の主塔であって、前記橋軸方向吸収機構が、オイルダンパであることを特徴とする。
【００２１】
この橋の主塔は、橋軸方向吸収機構がオイルダンパであるので、ロッドの両端部の変位及びその振動をオイルダンパが有する粘性によって減衰させることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７記載の橋の主塔であって、前記橋軸方向吸収機構が、前記塔柱の断面隅角部にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００２３】
この橋の主塔は、橋軸方向吸収機構が、塔柱断面隅角部の４箇所で、塔柱に最大変位を生じさせる位置に設けられているので、地震エネルギー等を効率よく吸収させることができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れかに記載の橋の主塔を備えていることを特徴とする。
【００２５】
この橋は、主塔に地震エネルギー等を吸収する吸収機構が設けられているので、長大な橋となっても主塔の大型化や重量増が抑えられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図３は本発明の第１の実施形態を示す。
【００２７】
図１に示す橋の主塔１５は、吊橋に用いられるもので、ラーメン形式を採用し、塔基部２０から立設する一対の塔柱２１と、塔柱２１間を連結するために、ラーメン形式の支持部材として塔柱２１間に配設された水平材２２〜２６とを備えている。塔柱２１間の最下方には、主塔２０間を連結する補剛桁２７と、補剛桁２７に支持された道路２７Ａが設けられている。
【００２８】
図１において、水平部材２３は、塔柱２１の上端から２番目に配設されており、一方の端部２８と他方の端部２９とに分断され、両者間には主塔面方向の免震装置として機能する主塔面方向吸収機構３０が設けられている。
この主塔面方向吸収機構３０は、図２，３に図示するように、一方の端部２８の前側上端隅３１と他方の端部２９の前側下端隅３２に配設された前側ガセット３３と、各前側ガセット間を連結する前側軸部材３４とを備えている。また、一方の端部２８の後側下端隅３５と他方の端部の後側上端隅３６に配設された後側ガセット３７と、各後側ガセット間を連結する後側軸部材３８とを備えている。
【００２９】
前側軸部材３４は、中央部分を構成する前側軸部３９と、前側ガセット３３と前側軸部３９端部とをそれぞれ連結する塑性変形部（低降伏材）４０とから構成されている。
後側軸部材３８も同様に、後側軸部４１と、塑性変形部４０とから構成されている。この塑性変形部４０の圧縮降伏応力は、水平材２２〜２５及前側軸部３９、後側軸部４１が有する圧縮降伏応力よりも小さい値となるよう部材設定している。
【００３０】
これら前側軸部材３４と後側軸部材３８とを外観上隠すため、一方の端部２８と他方の端部２９の壁部間には、遮蔽板４２が、免震効果に影響しない程度にボルト方向のみ各端部と拘束されるようにボルト止めされている。
【００３１】
次に、上記主塔の地震時における免震方法について説明する。この主塔面方向免震装置３０は、地震が発生した際に道路２７Ａの幅方向となる主塔面方向の荷重が主塔１５に負荷された場合に機能する。
すなわち、一対の塔柱２１間を互いに相対的に変位させようと水平材２３の延在方向から伝播する地震エネルギー等は、主塔面方向免震装置３０の配設位置においては、塑性変形部４０の軸方向の圧縮力として作用する。この力による圧縮応力の値が塑性変形部４０の圧縮降伏応力を上回った場合には、塑性変形部４０は降伏するので、道路２７Ａの幅方向に加えられた地震エネルギー等の一部が吸収されることとなって、その他の部材にかかる荷重は低減される。
【００３２】
また、前側軸部材３４と後側軸部材３８とが、トラス的に互いに異なる方向に延在して配設されているので、水平材の延在する方向に対して斜め方向から負荷される地震エネルギー等に対しても、各軸部材の延在する方向に分岐されて、効率的に吸収される。
【００３３】
この橋の主塔によれば、塑性変形部４０の圧縮降伏後の荷重に基づいて主塔構成部材である水平材や塔柱等の形状を決定できるため、耐震性を維持しながら主塔等の重量を軽減させることができる。
【００３４】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図４から図６を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では、前側軸部材３４と後側軸部材３８とを用いた主塔面方向吸収機構を採用したのに対して、第２の実施形態では、図５、６に示す薄板部材を採用した点である。
すなわち、図５、図６に示す主塔面方向吸収機構４３は、一方の端部２８の中央部と他方の端部２９の中央部間を連結するせん断パネル（薄板部材）４５を備えている。
【００３６】
上記のせん断パネル４５は、板部４６の片面側に、凸部状のリブ（補剛部）４７が、一定の長さ寸法及び幅寸法を有し、隣接するリブ４７と一定の距離を保つように複数個配設されている。
なお、このせん断パネル４５を外観上隠すため、一方の端部２８と他方の端部２９の壁部間には、遮蔽板４２が、免震効果に影響しない程度にボルト方向のみ各端部と拘束されるようにボルト止めされている。
【００３７】
次に、本実施形態における地震時の免震方法について説明する。この主塔面方向吸収機構４３は、第１の実施形態と同様に、地震が発生した際に主塔面方向の荷重が主塔１５に負荷された場合に機能する。
すなわち、水平材２３の延在方向から伝播した地震エネルギー等は、一方の端部２８及び他方の端部２９とからせん断パネル４５に、パネル面内方向の圧縮力として作用する。この荷重がせん断パネル４５の座屈応力を上回った場合に、せん断パネル４５は座屈変形する。この座屈によって、道路２７Ａの幅方向に加えられた地震エネルギー等の一部は、せん断パネル４５を降伏させるエネルギーに変換されることとなって吸収され、その他の部材にかかる荷重を低減させる。
【００３８】
また、せん断パネル４５には、リブ４７が形成されているので、リブ４７がない場合に比べて、座屈応力を所定レベルまで高く設定でき、想定される地震エネルギー等を下回るエネルギーが負荷されても座屈しないようになっている。
【００３９】
この橋の主塔によれば、せん断パネル４５の座屈後の荷重に基づいて主塔構成部材である水平材や塔柱等の形状を決定できるため、耐震性を維持しながら主塔等の重量を軽減させることができる。
【００４０】
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記の実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
第３の実施形態と第１、２の実施形態との異なる点は、第１、２の実施形態では、水平材２３に主塔面方向吸収機構を採用したのに対して、第３の実施形態では、塔柱２１内に橋軸方向吸収機構を採用した点である。
【００４２】
図７に示す橋軸方向免震装置５０には、塔柱２１の中心軸より橋軸方向に変位した位置となる断面内部の四隅位置に、塔柱２１の上端部５１と塔基部２０の下端部５２とを高さ方向に連結するロッド５３が設けられている。また、橋軸方向免震装置５０には、上記ロッド５３が途中で分断されて形成されたロッド上端断面部（一方の端部）５４とロッド下端断面部（他方の端部）５５との間に連結され、両端部を互いに相対的に変位させるエネルギーを吸収させるオイルダンパ５６が設けられている。
【００４３】
ロッド５３は、主塔１５の塔柱２１の断面の四隅角部位置に上下方向に貫通して設けられた前側貫通部５７内及び後側貫通部５８内をそれぞれ貫通するように配設されている。
なお、これらのロッド５３は、剛性を有する鋼材から構成されている。
【００４４】
次に、本実施形態における地震時の免震方法について説明する。この橋軸方向吸収機構５０は、地震が発生した際に道路２７Ａの延在方向である橋軸方向の荷重が主塔１５に負荷された場合に機能する。
すなわち、橋軸方向の揺れが塔基部２０を介して塔柱２１に伝播すると、橋軸方向に変位を発生する。このとき、前側貫通部５７内に配設されたロッド５３は、オイルダンパ５６で連結されたロッド上端断面部５４とロッド下端断面部５５を上下方向に離間されようとする。同時に、後側貫通部５８内に配設されたロッド５３は、オイルダンパ５６で連結されたロッド上端断面部５４とロッド下端断面部５５を上下方向に近接されようとして、これらの状況が交互に発生する。
【００４５】
その際、ロッド５３は、オイルダンパ５６によって上記の離間／近接されようとする変位及び振動が減衰されるので、橋軸方向に加えられた地震エネルギー等の一部はオイルダンパ５６に吸収されることとなって、その他の部材にかかる荷重は低減される。
【００４６】
この橋の主塔によれば、オイルダンパ５６の減衰能力をあらかじめ見積もることによって、主塔構成部材である水平材や塔柱等の形状を決定できるため、耐震性を維持しながら主塔等の重量を軽減させることができる。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態或いは第２の実施形態とに示す主塔面方向免震装置と、第３の実施形態に示す橋軸方向免震装置とを併用して実施しても構わない。
また、吊橋は、主塔にケーブルを支持する構成を有する端であるが、主塔にケーブルを支持する構成を有する橋に特に有効で、上述した橋の主塔は、吊橋のみならず斜長橋の主塔として使用されても構わない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明の橋の主塔は、水平材に主塔面方向吸収機構が設けられているので、耐震性を維持しながら、主塔等の構成部材数を減少させることができ、重量軽減や工程数の減少を図ることができる。
【００４９】
本発明の橋の主塔は、主塔の高さ方向に橋軸方向吸収機構が設けられているので、同一環境条件下でも従来より主塔等の構造を大きくすることなく、全体の重量軽減や、構成部材数の減少、工程数の減少が可能となる。
【００５０】
本発明の橋は、上記本発明の橋の主塔を備えているので、長大な橋であっても主塔の重量を小さくでき、建設にかかる費用や労力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における主塔面方向吸収機構が配設された橋の主塔の正面図である。
【図２】図１のＡ部ＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における主塔面方向吸収機構が配設された橋の主塔の正面図である。
【図５】図４のＡ部ＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【図６】図５のＶ−Ｖ矢視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における橋軸方向吸収機構が配設された橋の主塔の側面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における橋軸方向吸収機構が配設された橋の主塔の断面図である。
【図９】従来の橋の主塔が配設された吊橋の概要図である。
【図１０】従来の橋の主塔の正面図である。
【図１１】従来の橋の主塔の側面図である。
【符号の説明】
２、１５  橋の主塔
７、２２〜２６  水平材
２８  一方の端部
２９  他方の端部
３０、４３  主塔面方向吸収機構
３４  前側軸部材（軸部材）
３８  後側軸部材（軸部材）
４０  塑性変形部（低降伏材）
４５  せん断パネル（薄板部材）
５０  橋軸方向吸収機構
５３  ロッド
５６  オイルダンパ
【図１】
2004169309.tif 000003
【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】
2004169309.tif 000011
【図１０】
2004169309.tif 000012
【図１１】
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