(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート製の中柱を有する地下構造物の免震構造であって、前記中柱の各端部に埋設された、互いに接する水平な平坦面を有する前記中柱の端部側に位置する一の金属部材と該金属部材より硬質の前記中柱の中央部側に位置する他の金属部材とを備える免震装置を含み、前記中柱が、両金属部材の周囲を上下方向へ伸びる複数の主筋と両金属部材の周囲を除いて前記主筋の周囲を取り巻く複数の帯筋とを有する、免震構造。
【請求項２】
前記他の金属部材が、さらに、その平坦面から前記中柱の中央部側へ傾斜する、互いに相対する少なくとも一対の斜面を有する、請求項１に記載の免震構造。
【請求項３】
鉄筋コンクリート製の中柱を有する地下構造物の前記中柱の各端部に埋設される免震装置であって、互いに接する平坦面を有する前記中柱の端部側に位置する一の金属部材および該金属部材より硬質の前記中柱の中央部側に位置する他の金属部材と、前記他の金属部材よりも前記中柱の中部側に配置されかつ該他の金属部材に固定されたベース部材と、該ベース部材と前記一の金属部材との間に配置されかつこれらに固定され、前記他の金属部材の周囲を取り巻くリング状の弾性部材と、前記ベース部材および前記一の金属部材にそれぞれ植え込まれた複数のスタッドとを含む、免震装置。
【請求項４】
前記他の金属部材が、さらに、その平坦面から前記中柱の中央部側へ傾斜する、互いに相対する少なくとも一対の斜面を有する、請求項３に記載の免震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄筋コンクリート製の中柱を有するトンネルのような地下構造物のための免震構造および免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中柱を有する地下構造物、例えば、いわゆる多円形トンネルの耐震性の向上を図るため、互いに交差する複数の円弧からなる横断面形状のトンネル躯体とこれを支える中柱との間に免震装置を設置することが提案されており、免震装置は、トンネル躯体と中柱の上下各端部にそれぞれ固定された、互いに接する水平な平坦面を有する一の金属部材およびこれよりも硬質の他の金属部材を備える（「橋梁と地下構造物の免震・制震」第１４５〜１４８頁  （社）土木学会  平成１１年５月２０日発行）。
【０００３】
これによれば、地震のためにトンネルがその横断方向に変形するとき、平常時と同じ高鉛直荷重を担う中柱の上下両端は、その上端部に設置された免震装置の一の金属部材に対する他の金属部材の回転運動と下端部に設置された免震装置における同様の回転運動とにより両端ピン構造となり、このため、中柱は容易に回転し、これにより中柱の曲げ破壊が回避される。
【０００４】
他方、中柱のこの回転により、中柱に対する荷重作用位置が中柱の中心位置から回転方向とは逆方向の偏心位置へと変化し、中柱にその転倒を阻止する方向へ働く反対方向の曲げモーメント（復元モーメント）が作用する。
【０００５】
その結果、中柱の転倒と、これに伴うトンネル躯体の崩壊とが回避される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の免震構造では両金属部材の接触面が露出しているため、両金属部材が例えばトンネル内で発生した火災によって被害をうけ、免震機能の低下や喪失を招来するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、前記従来の免震装置を利用した地下構造物のための免震構造であって前記免震装置の露出を伴わずに該免震装置の機能を発揮し得る免震構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、この免震構造に対してより適合した、改良された免震装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉄筋コンクリート製の中柱を有する地下構造物の免震構造であって、前記中柱の各端部に埋設された、互いに接する水平な平坦面を有する前記中柱の端部側に位置する一の金属部材および該金属部材より硬質の前記中柱の中央部側に位置する他の金属部材を有する免震装置を含み、前記中柱が、両金属部材の周囲を上下方向へ伸びる複数の主筋と両金属部材の周囲を除いて前記主筋の周囲を取り巻く複数の帯筋とを有する。
【０００９】
前記免震構造に適用される免震装置は、両金属部材のほか、前記他の金属部材よりも前記中柱の中央部側に配置されかつこれに固定されたベース部材と、該ベース部材と前記一の金属部材との間に配置されかつこれらに固定され、前記他の金属部材の周囲を取り巻くリング状の弾性部材と、前記ベース部材および前記一の金属部材にそれぞれ植え込まれた複数のスタッドとを含む。
【００１０】
前記他の金属部材については、さらに、その平坦面から前記中柱の中央部側へ傾斜する、互いに相対する少なくとも一対の斜面を有するものとすることができる。
【００１１】
【発明の作用効果】
本発明によれば、鉄筋コンクリート製の中柱中に埋設された各免震装置は中柱と一体をなし、地下構造物内に露出しない。これにより、地下構造物内で発生することがある火災による被害、悪戯による被害等を免れることができる。
【００１２】
また、免震装置の互いに接する上下２つの金属部材の周囲を上下方向に伸びる複数の主筋と該主筋の周囲を取り巻く複数の帯筋は、中柱に、平常時および比較的規模の小さい地震の発生時において地下構造物の躯体を支えるのに必要な強度を付与する。
【００１３】
さらに、前記帯筋を免震装置の両金属部材の周囲を除いて配置することにより、帯筋が配置されていない個所の主筋の座屈抵抗とコンクリートの拘束効果とを帯筋の配置個所より小さいものに設定することができる。このため、帯筋が配置されていない個所での主筋の降伏座屈を生じさせるほどの比較的規模の大きい地震が発生したとき、該座屈に伴なって中柱に生じるコンクリートの破壊により両金属部材の相対移動が可能となり、免震機能が発揮される。
【００１４】
前記免震装置が、前記他の金属部材よりも前記中柱の中央部側に配置されかつこれに固定されたベース部材と、該ベース部材と前記一の金属部材との間に配置されかつこれらの部材に固定され、前記他の金属部材の周囲を取り巻くリング状の弾性部材と、ベース部材および前記一の金属部材にそれぞれ植え込まれた複数のスタッドとを含むものとすることにより、免震装置を単一のものとし、中柱を構築する際における免震装置の配置を容易にすることができる。
【００１５】
前記リング状の弾性部材は両金属部材の接触部を密閉し、中柱の構築のために打設されるコンクリートや水分が両金属部材相互間に侵入することを防止する。弾性部材は両金属部材の相対移動の際に弾性変形をしてこれを阻害しない。また、前記スタッドは、中柱のコンクリート中に埋設され、中柱と免震装置との一体性の確保に寄与する。
【００１６】
前記他の金属部材の平坦面に連なる一対の斜面は、地震の際、前記一の金属部材の平坦面に対して相対的に移動するときのいわゆる逃げの面をなし、中柱の回転を容易にする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、地下構造物の一つである、矩形の横断面形状を有するトンネルが全体に符号１０で示されている。
【００１８】
図示のトンネル１０は、鉄筋コンクリート製の躯体１２と、トンネル１０の長手方向へ互いに間隔をおいて配置された鉄筋コンクリート製の複数の中柱１８とを有する。
【００１９】
躯体１２は複数のコンクリート函体をその軸線方向に接続してなり、トンネル空間の天井面および床面をそれぞれ規定する上床版１４および下床版１６を有する。
【００２０】
各中柱１８はトンネル１０の横断方向に関するほぼ中央部において上下両床版１４，１６に連なり、上床版１４を支えている。
【００２１】
図２に示すように、各中柱１８は、通常の建物のコンクリート柱と同様、上下方向へ伸びる複数の主筋２０と、これらの主筋２０の周囲を取り巻く複数の帯筋２２とを有する。
【００２２】
したがって、中柱１８は、通常の建物のコンクリート柱と同様、トンネル１０の支持機能を担うと共に、比較的規模の小さい地震のためにトンネル１０が変形するとき、すなわちトンネル１０の横断面で見て上下の両床版１４，１６が水平方向すなわち横断方向（図上左右方向）へわずかに変位するときにおいても、トンネル１０が崩壊しないようにこれを支持する機能を担う。
【００２３】
中柱１８の上下各端部には、本発明に係る免震構造の一部をなす免震装置２４が埋設されている（ただし、中柱１８の上端部に埋設された免震装置のみが図示されている。）。中柱１８の下端部に埋設された免震装置は、中柱１８の長手方向中央部を横切る仮想水平面に関して、中柱１８の上端部に埋設された免震装置２４と対称に配置されている。このため、中柱１８の上下方向に関して、下端部の免震装置の後記構成部材（金属部材２６，２８、ベース部材３６、弾性部材３８等）と、上端部の免震装置の構成部材とは互いに上下を逆にした状態で配置されている。
【００２４】
図３および図４に示すように、免震装置２４は中柱１８の端部側（図示の上端部の免震装置にあっては上端部側、さらに参考のために述べれば下端部の免震装置にあっては下端部側）およびその中央部側（図示の上端部の免震装置にあっては下方の側、同様に下端部の免震装置にあっては上方の側）にそれぞれ位置する一および他の２つの金属部材２６，２８を備える。
【００２５】
両金属部材２６，２８はそれぞれ水平な平坦面３０，３２を有し、これらの平坦面３０，３２において互いに接しかつ中柱１８のコンクリートと一体をなしている。また、両金属部材２６，２８は、それぞれ、中柱１８がその軸方向に受ける垂直荷重に耐え得る強度を有する例えば鋼材料からなり、他の金属部材２８（図示の上端部側の免震装置にあっては下方の金属部材。以下、図面参照の便宜のため、これを代表的に取り上げかつ「下方の金属部材」という。）は、一の金属部材２６（図示の上端部側の免震装置にあっては上方の金属部材。以下、同様の目的から、これを代表的に取り上げかつ「上方の金属部材」という。）より硬質の例えば硬質鋼からなる。下方の金属部材２８については、その全部が硬質鋼からなるものとする例に代えて、その上面すなわち上方の金属部材２６に相対する面を規定する層部分のみが硬質鋼からなるものとすることができる。
【００２６】
免震装置２４は、従来と同様、両金属部材の平坦面３０，３２における相対回転運動をもって作動を開始する。そして、両金属部材２６，２８のこの相対回転運動は、中柱１８と両金属部材２６，２８との一体性が失われたときに可能となる。
【００２７】
中柱１８と両金属部材２６，２８との一体性または固定条件は、後述する中柱１８の主筋の降伏、座屈によって免震装置の両金属部材２６，２８の側部を拘束するコンクリートの破壊を契機として失われる。このため、比較的小規模の地震があっても、中柱１８はコンクリートにクラックが入ることもなく健全な状態であり、両金属部材２６，２８と中柱１８との一体性は保持され、免震装置２４は作動しない。
【００２８】
本発明にあっては、免震装置２４の周囲、より詳細には両金属部材２６，２８の周囲への帯筋２２の配置が省略されている。これにより、帯筋２２の省略箇所すなわち免震装置２４の配置個所を、帯筋２２の配置箇所に比べて、主筋２０の座屈を起こしやすい箇所とすることができる。
【００２９】
中柱１８の前記主筋の座屈は、比較的大規模な地震が発生したときに生じるように設定することができる。これによれば、中柱１８は、大規模な地震のためにトンネル躯体の上下両床版１４，１６が水平方向へ移動し、これによって水平方向力を受けまたこれに伴う傾斜によって中柱１８にモーメントが作用するとき、免震装置２４の配置個所で主筋２０が座屈する。このとき、免震装置２４の周囲のコンクリートに破壊が生じ、これにより中柱１８が免震装置の両金属部材２６，２８間で分断され、両金属部材２６，２８の回転移動が開始され、免震装置２４がその機能を発揮する。
【００３０】
この回転移動が生じると、従来と同様、硬質の下方の金属部材２８の平坦面３２がこれより軟らかい上方の金属部材２６の平坦面３０に食い込み跡（塑性変形）を残しながら、トンネル１０の横断面内において、中柱１８が回転運動をする。より詳細には、中柱１８の上下の両免震装置２４間部分、さらに詳細には、中柱の上端部における免震装置の上方の金属部材２６と、下端部における免震装置の下方の金属部材（２６）との間の部分がその長手方向に関する中心の回りに回転運動をする。
【００３１】
このとき、下方の金属部材２８に対する上方の金属部材２６の荷重作用点が、中柱１８の回転方向と反対の側へ移動するため、中柱１８を反対方向へ回転させるモーメント（復元モーメント）が働き、中柱１８の転倒とこれに伴うトンネル躯体１２の崩壊とが回避される。
【００３２】
両金属部材２６，２８の相対回転移動をより円滑にするため、従来と同様、下方の金属部材２８にその平坦面３２に連なりかつトンネル１０の横断方向の一方および他方へそれぞれ伸びる互いに相対する少なくとも一対（図示の例では１対）の斜面３４が設けられている。両斜面３４はそれぞれ中柱１８の中央部にむけて下方に傾斜しており、いわゆる逃げの面をなす。
【００３３】
免震装置２４は、中柱１８を構築する際のコンクリートの打設に先立ち配置された主筋２０が取り巻く空間に配置されかつ例えば番線を用いて保持される。
【００３４】
免震装置２４は、互いに接する両金属部材２６，２８のほか、さらに、ベース部材３６と、リング状の弾性部材３８と、ベース部材３６および上方の金属部材２６にそれぞれ植え込まれた複数のスタッド４０とを備える。
【００３５】
図示の例では、両金属部材２６，２８およびベース部材３６がそれぞれ全体に矩形の平面形状を有する板状体からなり、リング状の弾性部材３８は矩形の内周縁および矩形の外周縁を有する。
【００３６】
ベース部材３６は鋼材料からなり、中柱１８の端部側（図上において上方）に向けて開放する凹所４２を備える。ベース部材３６は上方の金属部材２６とほぼ同じ外形を有し、凹所４２は、下方の金属部材２８とほぼ同じ平面形状と該金属部材の厚さ寸法より小さい深さ寸法とを有する。
【００３７】
凹所４２には下方の金属部材２８の一部が受け入れられている。凹所４２に受け入れられた下方の金属部材２８は、ベース部材３６を貫通し、金属部材２８に螺合する複数のボルト４４を介して、ベース部材３６に固定され、保持されている。
【００３８】
弾性部材３８は、ゴム材料、プラスチック材料等からなる。弾性部材３８はベース部材３６と上方の金属部材２６との間に配置されかつこれらの両部材に接着され、ベース部材３６に保持された下方の金属部材２８の周囲を取り囲んでいる。
【００３９】
これにより、両金属部材２６，２８を一体化することができ、これらの金属部材が分離している場合と比べて、中柱１８を形成する際の免震装置２４の配置作業を容易にすることができる。また、中柱１８の形成の際における両金属部材２６，２８間への打設コンクリートや水分の侵入を防止することができる。弾性部材３８は、両金属部材２６，２８が相対移動をするときに容易に弾性変形し、これを阻害しない。
【００４０】
なお、免震装置２４の運搬やその設置時の取り扱い時における、両金属部材２６，２８のずれ防止のため、上方の金属部材２６、弾性部材３８およびベース部材３６にこれらを貫通する例えば六角形の複数の角穴４６を設けておき、各穴４６に該穴とほぼ同形の角筒部材４８に差し込んでおくことが望ましい。各角筒部材４８は、これを穴４６に差し込んだときにこれらの穴を通り抜けることなくこの差し込み状態が維持されるように上方の金属部材２６に引掛かるフランジ５０を有する。
【００４１】
角筒部材４８は、両金属部材２６，２８の相対移動に対する影響をほとんど考慮する必要がない、比較的小さい外力を受けて塑性変形をする例えばアルミニウム材料からなる。
【００４２】
また、弾性部材３８に取り囲まれ、下方の金属部材２８が配置された密閉空間に、穴４６を通して、前記打設コンクリートや水分が侵入することがないように、穴４６と角筒部材４８との間の隙間、また、念のために角筒部材４８の内部に例えばシーラントを充填しておくことが望ましい。
【００４３】
上方の金属部材２６とベース部材３６とに取り付けられ、中柱１８の端部側およびその中央部側（図上において上方および下方）へそれぞれ伸びる複数のスタッド４０は、コンクリートに対する免震装置２４の付着強度を高め、中柱１８に対する免震装置２４の一体性を高める。
【００４４】
本発明が適用される地下構造物として、図示の例のほか、例えば、複数の円弧が互いに交差してなる横断面形状を有するいわゆる多円形トンネルがある。
【００４５】
この多円形トンネルにあっては、円弧同士の上下一対の交差部（カモメ部）間に鉄筋コンクリート製の中柱が配置される。前記免震構造および前記免震装置は、前記中柱の各端部に図示の例と同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の免震構造が適用された地下構造物の横断面図である。
【図２】免震装置が配置された中柱の上端部の部分断面図である。
【図３】免震装置の分解斜視図である。
【図４】座屈を起こした状態の中柱の部分断面図である。
【符号の説明】
１０  トンネル（地下構造物）
１２  トンネル躯体
１８  中柱
２０，２２  主筋および帯筋
２４  免震装置
２６，２８  上方（一）の金属部材および下方（他）の金属部材
３０，３２  両金属部材の互いに接する平坦面
３４  下方（他）の金属部材の斜面
３６  ベース部材
３８  弾性部材
４０  スタッド
【図１】
0004368517.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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