(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に離間する方向への引抜き力が加えられる第１及び第２の構造体間に配設される鋼管ダンパーであって、
前記第１の構造体内に埋設される有底の鋼管と、
該鋼管を挿通して、その下端を前記鋼管の底部に定着するとともに、前記第２の構造体内に定着した鋼材とを備え、
前記第１の構造体と前記第２の構造体とが相互に離間する方向に引抜き力が加わると、前記鋼材が前記鋼管の底部を引張ることにより前記鋼管の中間部が膨出するように構成されていることを特徴とする鋼管ダンパー。
【請求項２】
相互に離間する方向への引抜き力が加えられる第１及び第２の構造体間に配設される鋼管ダンパーであって、
前記第１の構造体内に埋設される有底の鋼管と、
該鋼管を挿通して、その下端を前記鋼管の底部に定着するとともに、前記第２の構造体内に定着した鋼材とを備え、
前記鋼管の上半部内側にコンクリートを充填し、かつ該コンクリートの中心に配置されたシース管を通じて前記鋼材が前記鋼管の上下を貫通していることを特徴とする鋼管ダンパー。
【請求項３】
脚柱の下部を支持するフーチングと、該フーチングの下部に設置した複数の杭と、該各杭の杭頭部と前記フーチングとの間に介在される鋼管とからなり、
前記鋼管は、前記杭の上部内側にほぼ埋設状態に固定配置され、かつ前記フーチング内への上部突出端子外周にこれを定着させる手段を設けるとともに、前記鋼管の上下を貫通して鋼材を挿通し、該鋼材の下端を前記鋼管の底部に定着するとともに、上端を前記フーチング内に定着したものであることを特徴とするロッキング基礎構造。
【請求項４】
前記鋼管頭部のフーチングに対する定着手段が該フーチングの浮上がり方向に対して所定の遊びを設けて該フーチングに連結されるものであることを特徴とする請求項３に記載のロッキング基礎構造。
【請求項５】
前記鋼管の上半部内側にコンクリートを充填し、かつ該コンクリートの中心に配置されたシース管を通じて前記鋼材が前記鋼管の上下を貫通していることを特徴とする請求項３または４に記載のロッキング基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管ダンパー、並びに、この鋼管ダンパーを用いることにより基礎の高耐震化を図ったロッキング基礎構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋脚基礎などにおいて、ロッキング振動を起すと免震効果があることは知られている。従来のロッキング基礎としては様々な形式があるが、次の二種類に大別できる。一つは、浮上がりを制限しない構造で、ロッキング部（浮上がり部）とシェアキー機能を持たせた地中梁が全杭頭に固定されているものである。他の一つは、「シェアキー」と「ダンパーキー」とを組み合わせた高架構造である。これは浮上がり部にシェアキーとダンパーキーが配置されており、浮上がり量を緩和する構造となっている。
【０００３】
図９（ａ），（ｂ）は前者の構造を示すものであり、このものは、橋脚柱１を支持したフーチング２と、その両側に配置され、杭３と一体の土台部（地中梁）４とからなっており、フーチング２がロッキング部となり、土台部４は支承とシェアキーの機能を兼用する。土台部４には、浮上がる反対側（転がり側）に大きなせん断力が伝達される。このせん断力を各杭３に均等に伝えるため地中梁で結合されている場合が多いが、地中梁なしでもロッキング基礎として成立つ。また、土台−ロッキングフーチング間には衝撃緩衝材としてネオプレンゴム５が介在されている。
【０００４】
図１０は後者の構造を示すもので、一対の橋脚柱６の下部にはロッキング部７が形成されている、ロッキング部７は、図の一部に拡大して示すように、ゴムなどの弾性材料８を介して凹凸状に接合した接合位置の上下を貫通してシェアキー９が配置され、その下部側を橋脚柱６の下部に定着させているとともに、上部側をエネルギー吸収用のダンパー装置１０に接続している。この構造においては、ロッキングによる橋軸直角方向への移動量は、橋脚の浮上がり量が安全値を超えない範囲で止るように設計されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のロッキング基礎では、いずれも次に述べる技術課題があった。まず、前者の構造では、図９（ｂ）に矢印に示す方向に地震力が作用すると、浮上がる反対箇所一カ所にせん断力が集中し、それを杭全体に伝達するために、大きな地中梁を必要とする。
【０００６】
また、後者の組合わせ構造では、浮上がる反対側一カ所にせん断力を集中するため、設計が難しく、断面を大きく取らざるを得ない。また、図示のごとく、横梁１１を設けてせん断力を浮上がり側の橋脚柱６に伝える必要があり、加えて浮上がり量を緩和するためのダンパー装置１０も高価なものとなり、構築費用がその分かさむため、不経済となっていた。
【０００７】
本発明は以上の課題を解決するものであり、その目的は、簡易な構造にして安価でありながら確実性の高い鋼管ダンパー、並びに、この鋼管ダンパーを用いることにより、高耐震化のための構造を簡単で安価に構成できるようにしたロッキング基礎構造を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明にかかる鋼管ダンパーは、相互に離間する方向への引抜き力が加えられる第１及び第２の構造体間に配設される鋼管ダンパーであって、前記第１の構造体内に埋設される有底の鋼管と、該鋼管を挿通して、その下端を前記鋼管の底部に定着するとともに、前記第２の構造体内に定着した鋼材とを備え、前記第１の構造体と前記第２の構造体とが相互に離間する方向に引抜き力が加わると、前記鋼材が前記鋼管の底部を引張ることにより前記鋼管の中間部が膨出するように構成されていることを特徴とするものである。
したがって、本発明では、第１の構造体と第２の構造体とが相互に離間する方向に引抜き力が加わると、第２の構造体内に定着した鋼材が鋼管の底部を引張る結果、鋼管の中間部が膨出して鋼管と第１の構造体との摩擦力が大きくなった状態で、第１の構造体から鋼管が抜け出される際に引抜き力が抑えられるため、簡易な構造にして安価でありながら、逸散減衰を阻害することがなく、一般のダンパーと比較してより効果的な減衰効果を得ることができ、確実なダンパー機能を得ることができる。
また、本発明にかかる鋼管ダンパーは、相互に離間する方向への引抜き力が加えられる第１及び第２の構造体間に配設される鋼管ダンパーであって、前記第１の構造体内に埋設される有底の鋼管と、該鋼管を挿通して、その下端を前記鋼管の底部に定着するとともに、前記第２の構造体内に定着した鋼材とを備え、前記鋼管の上半部内側にコンクリートを充填し、かつ該コンクリートの中心に配置されたシース管を通じて前記鋼材が前記鋼管の上下を貫通していることを特徴とする。
したがって、本発明では、第１の構造体と第２の構造体とが相互に離間する方向に引抜き力が加わると、第２の構造体内に定着した鋼材が鋼管の底部を引張る結果、鋼管のコンクリート無充填の下半部が膨出して鋼管と第１の構造体との摩擦力が大きくなった状態で、第１の構造体から鋼管が抜け出される際に引抜き力が抑えられるため、簡易な構造にして安価でありながら、逸散減衰を阻害することがなく、一般のダンパーと比較してより効果的な減衰効果を得ることができ、確実なダンパー機能を得ることができる。
【０００９】
一方、本発明にかかるロッキング基礎構造は、脚柱の下部を支持するフーチングと、該フーチングの下部に設置した複数の杭と、該各杭の杭頭部と前記フーチングとの間に介在される鋼管とからなり、前記鋼管は、前記杭の上部内側にほぼ埋設状態に固定配置され、かつ前記フーチング内への上部突出端子外周にこれを定着させる手段を設けるとともに、前記鋼管の上下を貫通して鋼材を挿通し、該鋼材の下端を前記鋼管の底部に定着するとともに、上端を前記フーチング内に定着したものであることを特徴とするものである。したがって、本発明では、フーチングをロッキング部とし、各鋼管をロングストロークシェアキーとダンパーの二つの機能をもたらすことができる。フーチングの浮き上がり時には、鋼管底部が引張られ、鋼管が圧縮状態になって膨れることにより、コンクリートとの機械的摩擦力が発生して摩擦ダンパーとなる。そして、従来では、フーチングが杭頭に接触する際にダンパーが効き、振動エネルギーの地盤への逸散減衰効果が薄れるという課題があったが、本発明によれば、押込み時に鋼管が無応力となって膨張がなくなり、フーチング着地を阻害しない、地盤へのエネルギ逸散減衰効果を効率的に起こすことができる。
【００１０】
また、本発明では、前記鋼管頭部のフーチングに対する定着手段が該フーチングの浮上がり方向に対して所定の遊びを設けて該フーチングに設置されるものであることにより、地震時においてまずフーチングがその遊び分だけ浮上がり、その後ＰＣ鋼棒の引張り力に応じて杭から鋼管が抜出すため、効果的に鋼管を圧縮応力状態とし、径方向への膨出により摩擦ダンパーとしての機能を達成する。
【００１１】
さらに本発明では、前記鋼管の上半部内側にコンクリートを充填し、かつ該コンクリートの中心に配置されたシース管を通じて前記ＰＣ鋼棒が前記鋼管の上下を貫通していることにより、杭内部に配置されている鋼管の下半部のみ上下動に応じて圧縮応力を増減させて膨張収縮することにより、杭との間の摩擦力の増減がなされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本発明にかかるロッキング基礎２０の全体構成を示すもので、ロッキング構造２０は、橋脚柱等の脚柱２１の下部を支持するフーチング２２と、このフーチング２２の下部に設置した複数のコンクリート杭２４（第１の構造体）と、各杭２４の杭頭部とフーチング２２（第２の構造体）との間に介在された有底円筒形の鋼管２６とからなっている。なお、各杭２４の頂部には、ゴム等からなる扁平リング状の弾性体２３が設けられている。
【００１３】
鋼管２６は、本発明の鋼管ダンパーを構成するものであって、図２に拡大して示すように、杭２４の上部内側にほぼ埋設状態に固定配置されるものである。前記フーチング２２には、鋼管２６の上部突出端外周に第二の鋼管２８が固定配置され、鋼管２６と第二の鋼管２８との間には所定の間隙が形成されて両者は縁切りされているとともに、第二の鋼管２８を配置するためにフーチング２２の下部に形成される凹部２８Ａの天井部と鋼管２６の上部との間には所定の間隙が形成されていて鋼管２６の上部とフーチング２２との間には所定量の遊びが設けられている。
【００１４】
そして、鋼管２６の上半部内側にコンクリート３０が充填されるとともに、コンクリート３０の中心部にシース管３２が配置され、このシース管３２を通じてＰＣ鋼棒３４が鋼管２６の上下を貫通して挿通されて、その下端を鋼管２６の底部に定着材３６を介して定着するとともに、上端がフーチング２２内に定着材３８を介して定着されている。そして、地震時には図１（ｂ）に示すように、フーチング２２をロッキング部とし、各鋼管２６をロングストロークシェアキーとダンパーの二つの機能をもたらすことができるようにしたものであり、この機能をもたらすための素材構成およびその構造ともにきわめて簡素となっている。
【００１５】
図３は、以上の鋼管２６のシェアキーとしての設計思想を示すもので、地震時において、フーチング２２が浮上がるときにＰＣ鋼棒３４を介して鋼管２６を引上げようとする力が作用すると仮定し、地震時の左右の水平変位モーメントをＭとし、その時のフーチング２２の浮上がり量をＤとすると、その垂直分力であるせん断力Ｓは、
Ｓ＝２Ｍ／Ｄとなり、それ故Ｍ＝０．５ＳＤとなる。したがって、鋼管２６の弾性設計としては、ＭＵ＞Ｍ（ｕ：ultimate）となる鋼管を使用すればよいものとなる。
【００１６】
また、図４は、前記鋼管２６を杭頭ピンとして半剛結とする場合の設計思想を示すもので、杭頭モーメント≦Ｍｕであり、杭頭が半剛結となる。なおＭｕ→０の場合は完全ピンである。
【００１７】
そして、個々の鋼管の浮上がり量をＤとすると、最も浮上がった側から負担せん断力が低下するため、個々の鋼管２６にはＳ≦２Ｍｕ／Ｄ，Ｄ≦Ｄmaxとなる。
【００１８】
また、Ｓｉ＝全せん断力／杭本数とすると、個々の鋼管を弾性設計とした場合には、
Ｓｉ≦Ｓ（＝２Ｍｕ／Ｄｍａｘ）
また、弾塑性設計とした場合には、
Ｓｉ≧Ｓ（＝２Ｍｕ／Ｄｍａｘ）
が成立する。
【００１９】
次に、以上の鋼管２６の摩擦ダンパーとしての機能を、図５を用いて説明する。浮上がり時（抜出し時）には、（ａ）に示すように、まずフーチング２２が弾性体２３の圧縮量分ｄだけ上昇し、次いで（ｂ）に示すように、ＰＣ鋼棒３４の引張り力により、鋼管２６が抜出す。さらに鋼管２６が抜け出すと、（ｃ）に示すように、鋼管２６はコンクリート無充填の下半部が圧縮応力状態となり、ポアソン比により径方向に膨出し、鋼管２６と杭２４を構成するコンクリート間の摩擦力が大となる。なお、鋼管２６とＰＣ鋼棒３４との軸圧縮・引張り剛性に応じた必要性の有無に応じて凹部２８Ａの遊びの量が決まる。このように遊びを付けた方が効果的に圧縮力を導入可能である。
【００２０】
逆に、押込み時（下降時）には（ｄ）に示すように、まず、鋼管２６の膨出分までフーチング２２が沈む。この時、ＰＣ鋼棒３４は、圧縮ストラットとして作用し、鋼管２６の下端を下方に向けて押圧する。これによって、鋼管２６は径方向に収縮して応力が解放され、無応力に近くなり摩擦が減少する結果、（ｅ）に示すように、スムーズにフーチング２２を沈降させることができる。
【００２１】
以上のごとく、引き抜かれる時のみ鋼管２６の膨張に応じたダンパーを利かせてエネルギーロスさせることで、浮上がり量を押え、押込み時には、杭２４とフーチング２２との衝突を阻害させない構造となっている。そして、杭２４とフーチング２２との衝突により、地震力は各杭２４を伝って地盤側に効果的に散逸される。
【００２２】
図６は、他の実施の形態を示し、この実施の形態では、鋼管２６のフーチング（第２の構造体）２２に対する突出端外周には上下複数段（本実施の形態では２段）のジベル２８が水平方向に突出され、それぞれのジベル２８がフーチング２２に形成された穴２２Ｂ内を上下方向に若干の遊びをもって配置されている。この実施形態においても、フーチング２２が浮上がり始めた直後にＰＣ鋼棒２８が緊張され、これによって鋼管２６がフーチング２２とともに上昇する。
【００２３】
図７は、図６の実施の形態の作用を示している。浮上がり時（抜出し時）には、（ａ）に示すように、まずフーチング２２がジベル２８と穴２２Ｂとの遊び分だけ上昇し、次いで（ｂ）に示すように、ＰＣ鋼棒３４の引張り力により、鋼管２６が抜出す。さらに鋼管２６が抜け出すと、鋼管２６はコンクリート無充填の下半部が圧縮応力状態となり、ポアソン比により径方向に膨出し、鋼管２６と杭２４を構成するコンクリート間の摩擦力が大となる。なお、鋼管２６とＰＣ鋼棒３４との軸圧縮・引張り剛性に応じた必要性の有無に応じてジベル２８と穴２２Ｂとの遊びの量が決まる。このように遊びを付けた方が効果的に圧縮力を導入可能である。
【００２４】
図８は、さらに他の実施の形態を示している。この実施の形態では、鋼管２６のフーチング２２に対する突出端外周に第二の鋼管４０が配置され、第二の鋼管４０の外周はジベル４２を介してフーチング２２に結合され、鋼管２６の頭部をフーチング２２に対して縁切りしている。実施の形態においても、フーチング２２が浮き上がり始めた直後にＰＣ鋼棒２８が緊張され、これによって鋼管２６がフーチング２２とともに上昇する。
【００２５】
なお、以上の構造の他に、フーチング２２の浮上がり始め直後にＰＣ鋼棒２８が緊張し始める構造であって、鋼管２６の頭部がフーチング２２側に結合していること並びにシェアキーとしての機能を発現するために、鋼管頭部が回転しない構造を満足するならば、各種構造を採用することが可能である。
【００２６】
また、本発明に係る鋼管ダンパーは、本実施の形態に示した橋脚基礎以外の構造においてロッキング振動による免震効果を期待できる構造、例えば、塔状構造物、ケーソン、鉄道等の高架橋の基礎に適用することができる。さらに、本発明の鋼管ダンパーは、ロッキング振動により免震効果を期待する構造以外にも、例えば、鉄道等の高架橋の制振、橋梁の橋軸方向制振、斜張橋の桁に作用する横揺れ、ねじれの制振、免震橋の地震変位制御、アスペクト比が小さい扁平な建物の制振、カルバートの引張力低減等の、振動制御、変位制御手段として用いることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による鋼管ダンパー及びロッキング基礎構造によれば、高耐震性をもたらすための構造を簡単で安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明にかかるロッキング基礎の全体構成および地震作用時における挙動を示す説明図である。
【図２】同ロッキング基礎に採用された鋼管ダンパーの断面図である。
【図３】同鋼管ダンパーのシェアキーとしての設計思想を示す説明図である。
【図４】同鋼管ダンパーを杭頭ピンとする場合の設計思想を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は同鋼管ダンパーの挙動を示す説明図である。
【図６】鋼管ダンパーの他の実施の形態を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は同鋼管ダンパーの挙動を示す説明図である。
【図８】鋼管ダンパーのさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は従来のロッキング基礎の一例および地震作用時の挙動を示す全体説明図である。
【図１０】従来のロッキング基礎の他の例を示す部分拡大図を含む全体説明図である。
【符号の説明】
２０  ロッキング基礎
２１  橋脚柱
２２  フーチング
２４  杭
２６  鋼管
２８  遊び付ジベル（定着手段）
３０  コンクリート
３２  シース管
３４  ＰＣ鋼棒
３６，３８  定着部
４０  第二の鋼管（定着手段）
【図１】
0003882633.tif 000002
【図２】
0003882633.tif 000003
【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】
0003882633.tif 000009
【図９】
0003882633.tif 000010
【図１０】
0003882633.tif 000011