せん断パネル型制震ストッパーの標準品設計部設計課長代理

佐合

大設計部設計課

谷一成

技術本部長代理

小林雄紀

せん断変形

１．はじめに
低降伏点鋼

兵庫県南部地震以降、反力分散支承や免震支承を用いて、上部構造の慣性力を複数の下部構造に分散させることや、固有周期を長周期化し減衰性能を向上させること

常時、レベル１地震時により上部構造の慣性力の低減を図る構造が一般的となレベル２地震時

図-1

制震ストッパーの概要図

図-2

制震ストッパーの構造った。しかしながら、地震時移動量の増大にともない、桁遊間や伸縮装置が大きくなってしまう等の問題点も残されていた。
そこで、我社が所属する橋梁用デバイス研究会（㈱横河ブリッジ、高田機工㈱、川口金属工業㈱））は新設・既設橋梁を問わず適用可能で経済性にも優れた構造として、低降伏点鋼を用いたせん断パネル型制震ストッパー(以下、制震ストッパー)の開発を行ってきており、制震ストッパーの適用効果や経済性について検討結果を報告してきた1）～5）。
今回、制震ストッパーの標準品を設定し、設計・施工要領の整備を図ったため、その内容について紹介する。

３．制震ストッパーの特徴
２．制震ストッパーの概要
制震ストッパーの特徴を下記に示す。
制震ストッパーは、図-1に示すように低降伏点鋼を用①制震ストッパーは常時・レベル1地震時までは固定といたせん断パネルがせん断変形することによってエネルし、レベル2地震時には制震部材としてエネルギーをギーを吸収し、地震時に生じる構造物への慣性力を低減させるものである。
このような特徴を利用して制震ストッパーは、図-2に示すように橋梁の固定支承部に設置し、鉛直荷重を支持する可動支承と組み合わせて機能分離型支承の一部として使用される。
この制震ストッパーは、常時およびレベル1地震時には固定、レベル2地震時には制震部材としてエネルギーを吸収し、慣性力および移動量を低減する機能を有している。橋梁への設置はベースプレートを下部構造に固定し、上部構造に設置した横梁等で挟み込む方式としている。

吸収する。
②せん断パネルの高い減衰性能により、地震時下部工反力だけでなく上部工変位も大幅に低減する。
③鋼橋、PC橋、新設、既設など橋種を問わず適用が可能である。
④ゴム支承に不向きな常時負反力が発生する場合も適用が可能である。
⑤安価な鋼製支承と組み合わせることで大幅なコスト縮減が可能となる。
⑥変位がわずかなため既設の鋼製支承を利用することも可能である。
⑦注文から4ヶ月程度で納品が可能であり、工期短縮や単年度工事への対応も可能である。

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高田機工技報 No.23 2008

４．制震ストッパーの設計(1)

下部工の照査制震ストッパーを配置した橋脚の塑性化を考慮する場
制震ストッパーの設計は、次の手順により行う。
図-3に設計フローを示す。

合は、橋脚基部は副次的な塑性化にとどまる状態とし、制震ストッパーを配置する鉄筋コンクリート橋脚の許容塑性率を算出する際の安全係数を、免震橋に準じることSTARTとした。これは、鉄筋コンクリート橋脚に生じる応答をレベル 1 地震時の設計水平反力 Qd の算出（せん断パネルのせん断降伏耐力 Swy の決定）

副次的な塑性変形に抑え、損傷を小さくすると同時に、エネルギー吸収が制震ストッパーにより確実に行われるレベル1地震時耐力SL1が、レベル1設計水平反力Qd以上となる制震ストッパーを標準品より選定ようにするためである。
しかしながら、H2道示以前に設計された橋脚は、耐力が小さいため、橋脚基部を副次的な塑性化にとどめるよ動的解析

う補強を行うことは困難な場合もあり、発注機関と協議の上、耐震補強を行う場合は制震ストッパーと橋脚基部耐震性能の照査・下部工の照査 ・限界変位の照査・桁遊間の照査・累積塑性変形倍率の照査

NOによりエネルギーを吸収してもよいものとした。
(2)

非線形履歴モデル

制震ストッパーのレベル2地震時に対する設計は、履YES

歴型ダンパーのため、エネルギー吸収効果を正確に評価

ENDできるように、非線形性を考慮した時刻歴応答解析によ図-3

制震ストッパーの設計フロー

り耐震性能の照査を行う。制震ストッパー標準品の構造を図-4に示す。

4.1

制震ストッパーの選定

制震ストッパーのモデル化にあたっては、図-5に示す

制震ストッパーは、レベル1地震動に対して固定としトリリニア型の非線形履歴モデルとする。トリリニア型て機能するために、割増係数1.5を考慮した制震ストッモデルは、表-1の標準品一覧表より耐力・変位関係を設パーのレベル1地震時耐力 SL1 が、レベル1地震動の設計定する。

水平力Qd 以上になるよう標準品より選定する。

(3)

レベル１地震動での照査は次式による。

Qd / 制震ストッパーの個数≦SL1
SL1＝Swy・1.5/1.7

トッパーの限界変位δpu以下であることを照査する。
δpmax≦δpu(4)

4.2

累積塑性変形倍率の照査

動的解析から得られる設計累積塑性変形倍率∑ ηd が、耐震性能の照査

発注機関に定める基準等が別途ある場合を除き、耐震性能の照査は、道路橋示方書・同解説

Ⅴ耐震設計編に制震ストッパーの累積塑性変形倍率∑ ηU に対して十分安全な値を保有することを照査する。
制震ストッパーの累積塑性変形倍率∑ ηUは、実験結準拠する。

図-4

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限界変位の照査

動的解析により算出される応答変位δpmaxが、制震ス標準品の構造

図-5 非線形履歴モデル

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表-１標準品の一覧表（抜粋）

果より3000以上有している。一般に制震ストッパーの累ここに、積塑性変形倍率∑ηUが、設計累積塑性変形倍率∑ηdのSwy ：せん断パネルのせん断降伏耐力
σwy：せん断パネルの降伏応力度3倍以上あれば十分安全で有ると言えることから

6)7)、次式により照査する。
∑ηU／∑ηd≧3

荷重

動的解析により算出される応答変位 δ pmax が、桁遊間 SB

P3P2(5)桁遊間の照査以下であることを照査する。

δpmax≦SB4.3P1

荷重－変位関係における塑性ひずみエネルギー（履歴曲線の面積）の累積値を弾性ひずみエネルギー（降伏耐A3A2

累積塑性変形倍率の算出

A1力と降伏変位）で除したものが累積塑性変形倍率である。

δ1δ2

従って、塑性ひずみエネルギーの累積値∑Wi は、図-6図-6荷重-変位関係

δ3

変位のように荷重-変位関係より微少時間ごとから得られる各面積 An（エネルギー吸収量）を積分したもので算出

５．制震ストッパーの標準品ができる。
∑Wi=Σ（A1+A2+A3+…+An）= ΣAn

橋梁用デバイス研究会では図-4、表-1に示す標準品をよって、累積塑性変形倍率は次式により求まる。

設計反力（制震ストッパー1ヶあたりのレベル1地震時耐弾性ひずみエネルギーWy

力 SL1 の呼び強度）によって200kN刻みで200～1600kNまWy =Swy・δwy
累積塑性変形倍率∑ηd∑ηd=∑Wi/Wy

14で計8種類22タイプ、各設計反力に対し、2～3タイプ（呼称のタイプH、M、L）を整備している。タイプH、M、Lは制震ストッパーの高さごとに分類されており、桁下

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空間の制限が無ければ、限界変位δpuが大きく、エネル

７．おわりにギー吸収性能が大きいタイプHを使用することが望ましい。

橋梁用デバイス研究会では、制震ストッパーの標準品

また、標準品は鋼板の在庫を確保しており、注文からを設定し、設計・施工要領の整備を図った。それにより4ヶ月程度で納品とすることが可能であり、工期短縮に設計・施工の利便性が高まり、制震ストッパーを用いたも繋がると考えられる。

耐震設計の普及に役立てば幸いである。

制震ストッパーの設置は、現場での誤差吸収、下部工

なお、制震ストッパーの設計・施工要領および標準品

鉄筋とアンカーボルトの干渉に対する対応、狭隘な桁下一覧表は、橋梁用デバイス研究会各社のホームページか空間への対応などを考慮し、ベースプレートを下部構造らダウンロードすることができる8)。のベースプレートに現場溶接することを標準とした。
制震ストッパーの防錆には、塗装、溶融亜鉛めっき、亜鉛アルミニウムなどの金属溶射などが適用できる。
６．施工要領一般的な施工手順を図-7のフローに示す。
既設構造物の調査計測↓
アンカー削孔工↓
アンカー設置工↓
制震ストッパー設置工↓フレーム設置工
↓現場塗装

図-7

施工フロー

制震ストッパーの据付け精度は、支承の一部として機[参考文献]
1)八木、谷中、尾下：橋梁における低降伏点鋼板を用いたせん
断パネル型ダンパーの開発、横河ブリッジグループ技報、
No.35、pp.40-47、2006.1.
2)佐合、谷：新設橋梁への低降伏点鋼板を用いたせん断パネル型 ダ ン パ ー の 適 用 、 高 田 機 工 技 報 、 No.21 、 pp.14-19 、2005.12.
3)谷、佐合、谷中、小池、鵜野、姫野：低降伏点鋼板を用いたせん断パネル型制震ストッパーの研究、第9回地震時保有水平耐力法に関するシンポジウム講演論文集、pp.247-252、2006.2.
4)小池、谷中、春日井、尾下：低降伏点鋼板を用いたせん断パ
ネル型制震ストッパーの性能確認試験、横河ブリッジグルー
プ技報、No.36、pp.20-29、2007.4.
5)谷、池田、佐合：せん断パネル型制震ストッパーを反力分散構造に用いた耐震補強、第62回土木学会年次学術講演会、2007.9.
6)宇佐美：鋼橋の耐震・制震設計ガイドライン、日本鋼構造協会、2006.9.
7)宇佐美：高機能制震ダンパーの開発研究、第10回地震時保有
耐力法に基づく橋梁等構造の耐震設計に関するシンポジウム
講演論文集、pp.11-22、2007.2.
8)例えば、高田機工(株)ホームページ 新技術紹介
http://www.takadakiko.com/newtec/sendan.html

能するため、表-2に示すように支承便覧にある鋼製支承の据え付け精度に準じることとした。また、発注機関の定める基準等がある場合にはそれに準ずる必要がある。
表-2

据付け精度

項目
据付け高さ
ベースプレートの 橋軸方向
水平度
橋軸直角方向フレームと制震ス 橋軸方向
トッパーの隙間
橋軸直角方向

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規格値
±5mm
1/100
1/100
2mm以下
5mm以下

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