(57)【要約】【課題】大規模地震に対する靭性性能を備えた橋梁の構造を安価に提供することを目的とする。【解決手段】橋脚２と橋桁１１及び床版１２からなる上部工１と、並列する橋脚２同士を連結させるブレス材３とによってラーメン構造の橋梁を構成し、橋軸直角方向に設けたブレス材３は大規模地震時の地震時外力に抵抗できるように設け、橋軸方向に設けたブレス材３は大規模地震時の地震時外力に対して破損するように設けた構造とすることにより、大規模地震時に橋軸方向のラーメン構造の固有周期を長周期化させて地震時のエネルギーを吸収・緩和させることが可能となる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋桁及び床版からなる上部工と橋脚より構成される橋梁の構造において、
橋軸方向及び橋軸直角方向に間隔を置いて複数設けた前記橋脚と、
前記橋脚の上部に設けた前記橋桁及び前記床版からなる前記上部工と、
並列する前記橋脚同士を連結させるブレス材と、によってラーメン構造の橋梁を構成し、
前記橋軸直角方向の前記橋脚同士に連結させた前記ブレス材は大規模地震時の地震時外力に抵抗可能に設け、
前記橋軸方向の前記橋脚同士に連結させた前記ブレス材は大規模地震時の地震時外力に対して破損可能に設けた、ことを特徴とする、
橋梁の構造。
【請求項２】
大規模地震時の地震時外力が前記橋梁に作用した際に破損可能な破損箇所を、前記橋軸方向に設けた前記ブレス材と前記橋脚の連結部または前記ブレス材同士の格点部とすることを特徴とする、
請求項１記載の橋梁の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋脚と床版及び橋脚同士を連結させるブレス材によって構成される橋梁の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
兵庫県南部地震以降、耐震基準の見直し等に伴い構造物には高度な耐震性能が要求されている。耐震性能を有する構造は、中規模地震程度の地震時外力に対しては構造物の備えた剛性（構造物を構成する部材の弾性範囲内における剛性）にて抵抗でき、大規模地震時の地震時外力に対しては構造物の備えた靭性性能（構造物を構成する部材の非線形範囲を考慮した性能）にて追随できる構造のことである。すなわち、大規模地震時の地震時外力に対しても構造物の剛性（弾性範囲）のみで抵抗しようとした場合には構造物の規模が各段に大きなものとなり不経済であること等より、構造物の持つ靭性性能を積極的に取り入れて経済的かつ正当な構造特性評価に基づいた設計および施工をおこなうこととしている。
ここで、中規模地震とは、例えば橋梁の供用期間中に発生する確率が高い地震動のことである。一方、大規模地震とは、例えば橋梁の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度をもつ地震動のことである。
【０００３】
従来の橋梁は、杭基礎形式、直接基礎形式のいずれにおいてもフーチング上に橋脚を構築し、かかる橋脚上に橋桁及び床版などの上部工を構築している。また、上記する大規模地震時の地震時外力（地震エネルギー）を吸収するために、橋脚（または橋台）と上部工の間に高減衰ゴムなどを使用した免震支承を設ける場合がある。かかる免震支承は、例えば鉛プラグ入りの積層ゴムによって構成され、平常時の交通荷重及び上部工荷重などは剛性の高い鉛プラグを介して橋脚に伝達させる。また、一定以上の地震力に対しては積層ゴムにより履歴減衰や粘性減衰などの原理に基づいて地震時エネルギーを吸収させ、橋梁の固有周期を長周期化させることによって地震力を低減させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の橋梁の構造にあっては、次のような問題点がある。
橋梁の供用期間中の発生確率が極めて低い大規模地震対策として高価な免震支承を設けることは不経済である。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、大規模地震対策としての免震支承を設けることを要しない橋梁の構造を提供することを目的とする。さらに、大規模地震動にも構造体が脆性的に破壊しない橋梁の構造を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の橋梁の構造は、橋桁及び床版からなる上部工と橋脚より構成される橋梁の構造において、橋軸方向及び橋軸直角方向に間隔を置いて複数設けた前記橋脚と、前記橋脚の上部に設けた前記橋桁及び前記床版からなる前記上部工と、並列する前記橋脚同士を連結させるブレス材と、によってラーメン構造の橋梁を構成し、前記橋軸直角方向の前記橋脚同士に連結させた前記ブレス材は大規模地震時の地震時外力に抵抗可能に設け、前記橋軸方向の前記橋脚同士に連結させた前記ブレス材は大規模地震時の地震時外力に対して破損可能に設けたことを特徴とする橋梁の構造である。
【０００７】
また、前記する橋梁の構造は、大規模地震時の地震時外力が前記橋梁に作用した際に破損可能な破損箇所を、前記橋軸方向に設けた前記ブレス材と前記橋脚の連結部または前記ブレス材同士の格点部とすることを特徴とする橋梁の構造を使用できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
＜イ＞大規模地震
大規模地震とは、構造物（橋梁）の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度をもった地震のことである。さらに大規模地震としては、プレート境界型の地震（タイプＩ地震）と内陸直下型の地震（タイプＩＩ地震）に大別することができる。タイプＩ地震動の代表例として関東地震の東京周辺における地震動が挙げられ、タイプＩＩ地震動の代表例として兵庫県南部地震が挙げられる。
タイプＩ地震は大きな振幅が長時間繰り返して作用する地震であり、タイプＩＩ地震は継続時間は短いものの極めて大きな強度を有する地震である。
耐震設計においては、構造物の固有周期と地震動の有する周波数特性（特定の地震動について固有周期ごとに算定された加速度応答値）との関係から構造物に作用する地震時外力（地震時の設計水平震度）を算定するのが一般的である。タイプＩＩ地震はタイプＩ地震に比べて加速度応答値が大きいものの、上記する地震動特性から固有周期が長周期（例えば固有周期が１．０秒以上）に及ぶ場合の加速度応答値の減少割合が高い。もっとも、タイプＩ地震、タイプＩＩ地震ともに構造物の固有周期が長周期になるにつれて地震時外力が減少する点は共通している。
したがって、構造物の固有周期を長周期化させることにより構造物に作用する地震時外力を減少させ、構造物の構造をスリム化することができる。
本発明の橋梁の構造は、上記のごとく低廉に構造物（橋梁）の固有周期を長周期化することができる構造を提供するものである。
なお、中規模地震とは、橋梁の供用期間中に発生する確率は高いが地震の規模が大きくはない地震（おおよそ、加速度２００ｇａｌ程度の地震）のことである。
【００１０】
＜ロ＞ラーメン構造の橋梁（図１、図２）
本発明の対象とする橋梁の構造はラーメン構造である。橋軸方向５及び橋軸直角方向４に複数並列させた橋脚２を、その上部を橋桁１１にて連結させ、かかる橋桁１１は床版１２と一体化させることによって橋軸方向５及び橋軸直角方向４のラーメン構造を構成する。
橋桁１１は橋軸方向５にのみ、または橋軸方向５及び橋軸直角方向４の双方に設けることができる。橋軸方向５にのみ橋桁１１を設ける場合には、橋軸直角方向４のラーメン構造を構成する部材は橋脚２と床版１２となる。その他の場合（橋軸方向５にのみ橋桁１１を設ける場合の橋軸方向５、橋桁１１を橋軸方向５及び橋軸直角方向４の双方に設ける場合）には、ラーメン構造を構成する部材は橋脚２と橋桁１１となる。
橋脚２と橋桁１１の連結方法は、橋脚２を橋桁１１に埋め込んで構築した剛結合構造とするのが好ましい。
【００１１】
また、本発明において使用する橋脚２は杭基礎と兼用することも可能である。すなわち、杭（橋脚２）を地盤に打ち込んで（または埋め込んで）地盤上に突出させ、杭（橋脚２）の上部に橋桁１１を構築するものである。かかる構造によれば、フーチングを構築する時間及び費用を削減できるため、工期及び工費の面で大幅な効果が期待できる。
なお、杭の支持機構としては支持地盤に杭を貫入させて支持する支持杭のほか、杭の周面摩擦力に支持力の多くを期待する摩擦杭を使用することができる。
杭は橋脚２としての性能を備える必要があるため、所要の曲げ剛性やせん断剛性、圧縮特性を備える必要がある。上記する強度特性と施工性等を勘案すると、杭（橋脚２）としては鋼管杭を使用するのが好ましい。また、所要の強度特性を確保するために鋼管内にコンクリートを充填して補強した杭とするのもよい。
【００１２】
＜ハ＞ブレス材
ブレス材３は、並列する橋脚２同士を連結させることにより、ラーメン構造の剛性を高めるために設けるものである。ブレス材３の接合方法は多様に選定できるが、例えば並列する橋脚２夫々に２本のブレス材３を相互に交差するように、橋脚２に対して所定の角度（例えば４５度、６０度など）をもって接合させる方法が一般的である。かかる格点部は格点部プレート３２などを使用して補強することもできる（図３（ｃ）参照）。ラーメン架構に地震時水平力などが作用した際にはかかる水平力によってラーメン架構が変位し、変位に伴って一方のブレス材３には引張り力が生じる。もっとも、ブレス材３が組み込まれたラーメン架構は、ブレス材３がない場合に比べて全体剛性が向上するため、ブレス材３が引張り力に抵抗できる耐力を備えていれば、高い剛性を維持した状態でラーメン架構全体の変位量も低く抑えることができる。一方、ブレス材３が引張り力に抗しきれずに破断した場合にはラーメン架構全体の変位量も大きくなり、変位量の増大に伴ってラーメン架構構成部材（橋脚２や橋桁１１など）に生じる応力も増大することとなる。
ここで、ブレス材３の破断についてはブレス材３自体が引張り耐力不足のために破断する場合と、ブレス材３が破断する前にブレス材３と橋脚２（又は橋桁１１）との連結部７１（仕口）またはブレス材３同士の格点部７２が破断する場合が考えられる。
【００１３】
本発明の橋梁の構造は、上記する大規模地震時において、橋梁の橋軸直角方向４のブレス材３が地震時外力に抵抗できるように設ける構造とし、橋軸方向５のブレス材３は大規模地震時の地震時外力に対して破損を許容する構造とするのが好ましい。
すなわち、平常時及び中規模地震時には橋軸方向５及び橋軸直角方向４のブレス材３は破損することなく橋梁全体に過度の変位量を生じさせることのない構造とする。過度の変位は平常時の橋梁の供用に支障を来たすおそれがあるからである。
それに対し、大規模地震時には橋軸直角方向４のラーメン架構剛性を確保しながら橋軸方向５の固有周期を長周期化させて地震時エネルギーを橋軸方向５の靭性性能で吸収・緩和させることを目標とする。大規模地震時の地震時外力に橋軸方向５のラーメン架構全体の剛性にて抗し得る構造とするためには使用する部材を過大なものとする必要があり、またその他の対策としては高価な免震支承を設置するなどが考えられるもののいずれの構造を使用するにしても不経済となるからである。また、橋軸直角方向４の剛性が低下することは橋梁構造の不安定化をもたらすこととなるとともに、橋軸直角方向４には大きな靭性を確保できるだけのスパン長が確保できないのが一般的であるため、橋軸直角方向４はブレス材３が破損しなような構造とするものである。
【００１４】
橋軸方向５と橋軸直角方向４のブレス材３の接合方法については、例えば図１及び図２に示すように、橋軸直角方向４においては並列する橋脚２同士を連結する相互に交差したブレス材３を２組（または３組以上）設置し、橋軸方向５においてはかかる交差ブレス材３を１組（または橋軸直角方向４の組数以下）とするように設けることができる。また、橋軸直角方向４において使用するブレス材３は対象とする大規模地震時外力に抗し得るブレス材３を選定し、橋軸方向５において使用するブレス材３は中規模地震時外力には抗し得るが大規模地震時外力に抗し得るまでの耐力を備えないブレス材３を選定することができる。
ブレス材３としては所望強度を確保できる材料を選定できるが、例えばＨ型鋼材３３やＬ型鋼材３４、Ｃ型鋼材などを使用でき、またブレス材３の格点部７２は格点部プレート３２などにて補強するのもよい。また、ブレス材３と橋脚２の連結部７１においてはブレス材３として使用したＨ型鋼材３３のウエブ及びフランジに補剛プレートを溶接するなどの補強をおこなうことにより、連結部７１の補強をおこなうこともできる。
【００１５】
また、橋軸方向５においては、ブレス材３と橋脚２等の連結部７１又はブレス材３同士の格点部７２の破断耐力をブレス材３の破断耐力以下となるように設計することもできる。例えば、連結部７１の構造として橋脚２及び橋桁１１の取り合い箇所に溶着させたプレート（ガセットプレート３１）とブレス材３をボルト接合する場合（図３（ｂ）参照）には、使用するボルト９２の仕様及び本数を調整することによりかかるボルト９２のせん断耐力をブレス材３の引張り耐力以下としておくことができる。また、例えばＨ型鋼材３３を橋脚２に溶接９１にて接合する方法もある（図３（ａ）参照）。そのほか、使用する連結部７１の構造が備える耐力を使用するブレス材３の引張り耐力以下とする方法は多様に選定できる。
破損箇所を上記のようにブレス材３と橋脚２等の連結部７１又はブレス材３同士の格点部７２とすることにより、破損箇所の特定が容易となり、大規模地震後の復旧や補修が容易となり得る。
【００１６】
＜ニ＞解析方法及び解析結果
本発明における橋梁の構造のうち、橋軸方向のラーメン構造について大規模地震時にブレス材３が破損することによってラーメン構造全体の剛性が低下し靭性が向上することにより構造体の固有周期を長周期化できることを実証するための構造解析をおこなった。固有周期が長周期化することにより、構造体に作用する地震時外力（加速度応答スペクトル）を低減できることを検証する。
構造解析においては、４径間連続ラーメンモデルを使用する。図２の実施例においては橋軸方向に４径間間隔で橋桁１１及び床版１２間に緩衝材６を設ける構造としており、かかる緩衝材６にて連続する隣接４径間ブロックとは実質的に縁が切れた構造となるため、解析モデルもかかる実施例に対応すべく４径間連続ラーメンモデルとしたものである。
【００１７】
供用時及び中規模地震時におけるモデル図を図４（ａ）に示す。橋桁１１、橋脚２、ブレス材３を夫々橋桁梁モデル８１、橋脚梁モデル８２、ブレス材梁モデル８３とし、橋脚２（杭）のうち地盤に埋め込まれた部分には地盤の水平バネ８４及び鉛直バネ８４をモデル化する。本モデルにおいてブレス材３は破損することがないため（破損しないように設計されているため）、ラーメン構造体を構成する構成部材となっている。一方、大規模地震時にブレス材３（またはブレス材３と橋脚２等の連結部７１またはブレス材３同士の格点部７２）が破損した後のモデル図を図４（ｂ）に示す。破損箇所が上記のいずれの箇所であっても、破損後はすでにブレス材３が引張り材としての機能を果たさなくなっているため、ラーメン構造体を構成する構成部材からブレス材３は除外される。
構造解析は、各モデルごとに所定の地震時水平力（慣性力）を作用させて構造体の慣性力作用位置における変位量を算定して固有周期を求める方法によりおこなった。かかる算定方法は道路橋示方書・同解説（Ｖ  耐震設計編  平成８年１２月  社団法人日本道路協会）（以下単に「道路橋」という）に基づいておこなっている。
固有周期の算定式は以下の式による。
【００１８】
【数１】
Ｔ＝２．０１√δ  ・・・・・・（１）
【００１９】
ここで、Ｔは構造体の固有周期（秒）を、δは構造体に所定の慣性力を慣性力作用位置に作用させた場合のかかる慣性力作用位置における変位（ｍ）を示している。
【００２０】
中規模地震時及び大規模地震時の固有周期結果を以下に示す。
【００２１】
【表１】
2004353255.tif 000003
【００２２】
上記の固有周期を用いて、道路橋の設計水平震度算定式より各地震時ごとの設計水平震度を算定した結果を以下に示す。なお、本解析においては設計上最も堅い地盤である地盤種別Ｉ種の地盤を対象とする。
【００２３】
大規模地震（タイプＩ地震）の設計水平震度の算定式を（２）、（３）に示す。
【００２４】
【数２】
Ｔ＜１．４秒の場合            ｋ＝０．７・・・・・・・・・・（２）
Ｔ≧１．４秒の場合            ｋ＝０．８７６Ｔ−２／３  ・・・  （３）
【００２５】
ここで、Ｔは固有周期（秒）を、ｋは設計水平震度を示す。
【００２６】
大規模地震（タイプＩＩ地震）の設計水平震度の算定式を（４）〜（６）に示す。
【００２７】
【数３】
Ｔ＜０．３秒の場合              ｋ＝４．４６Ｔ２／３  ・・・・・（４）
０．３秒≦Ｔ≦０．７秒の場合    ｋ＝２．０  ・・・・・・・・・（５）
Ｔ＞０．７秒の場合              ｋ＝１．２４Ｔ４／３  ・・・・・（６）
【００２８】
上記（２）〜（６）式より構造物の固有周期が長周期化するにつれて設計水平震度（地震時外力）も小さくなる傾向にある。
【００２９】
【表２】
2004353255.tif 000004
【００３０】
解析結果より、タイプＩ地震、タイプＩＩ地震ともに構造物の固有周期を長周期化することができ、地震時外力（設計水平震度）を低減することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の橋梁の構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞大規模地震に対するラーメン構造の橋梁の靭性性能の向上を安価に実現できる。
＜ロ＞大規模地震後の橋梁の損傷箇所の補修や復旧が比較的容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の橋梁の構造の実施例の正面図。
【図２】本発明の橋梁の構造の実施例の縦断図。
【図３】（ａ）橋脚とブレス材の連結部の実施例を示した説明図。（ｂ）橋脚とブレス材の連結部の実施例を示した説明図。（ｃ）ブレス材の交差部の実施例を示した説明図。
【図４】構造解析で使用した橋軸方向の４径間連続ラーメンモデルを説明した図であり、（ａ）平常時及び中規模地震時のモデル図。（ｂ）大規模地震時のモデル図。
【符号の説明】
１・・・上部工
１１・・橋桁
１２・・床版
２・・・橋脚
３・・・ブレス材
４・・・橋軸直角方向
５・・・橋軸方向
７１・・連結部
７２・・格点部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004353255.tif 000008