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Title:
BRIDGE GROUP WITH IMPACT-ABSORBING DEVICE AND IMPACT-ABSORBING METHOD FOR THE SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/128447
Kind Code:
A1
Abstract:
A bridge group (10) in which a first bridge girder (18) is supported on a bridge pier (14) via a fixed support (24) and a second bridge girder (20) is supported on the bridge pier (14) via a movable support (26). An impact force which the first bridge girder (18) receives from the second bridge girder (20) when the first bridge girder (18) and the second bridge girder (20) collide with each other is absorbed by an impact-absorbing device (32) connected between the second bridge pier (14) and the first bridge girder (18).

Inventors:
TANIGUCHI TOMOYO (JP)
Application Number:
PCT/JP2009/057505
Publication Date:
October 22, 2009
Filing Date:
April 14, 2009
Export Citation:
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Assignee:
NAT UNIV CORP TOTTORI UNIV (JP)
TANIGUCHI TOMOYO (JP)
International Classes:
E01D19/04
Foreign References:
JPH093822A1997-01-07
JPH11257425A1999-09-21
JP2003193423A2003-07-09
JP2003184031A2003-07-03
Attorney, Agent or Firm:
TANAKA, Mitsuo et al. (JP)
Mitsuo Tanaka (JP)
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Claims:
 間隔をあけて配置された複数の橋脚(12,14,16)で複数の橋桁(18,20)を連続的に支持して構成される橋梁群(10)であって、
 間隔をあけて配置された少なくとも第1、第2、第3の橋脚(12,14,16)と、
 第1の橋脚(12)と第2の橋脚(14)に支持された第1の橋桁(18)及び第2の橋脚(14)と第3の橋脚(16)に支持された第2の橋桁(20)と、
 第2の橋脚(14)と第1の橋桁(18)との間に配置された固定支沓(24)と、
 第2の橋脚(14)と第2の橋桁(20)との間に配置された可動支沓(26)と、
 第2の橋脚(14)と第1の橋桁(18)にそれぞれ連結され、第1の橋桁(18)に作用する主桁方向の衝撃を緩衝する緩衝装置(32)を備えたことを特徴とする緩衝装置付橋梁群。
 緩衝装置(32)は、ダンパ(34)を備えていることを特徴とする請求項1の緩衝装置付橋梁群。
 橋脚(14)の上に固定支沓(24)を介して第1の橋桁(18)を支持するとともに可動支沓(26)を介して第2の橋桁(20)を支持した橋梁群(10)の衝撃緩衝方法であって、第1の橋桁(18)と第2の橋桁(20)が衝突したときに第1の橋桁(18)が第2の橋桁(20)から受ける衝撃力によって固定支沓(24)が破壊することを防止するために、その衝撃力を第2の橋脚(14)と第1の橋桁(18)との間に連結した緩衝装置(32)で緩衝することを特徴とする、橋梁群の衝撃緩衝方法。
 緩衝装置(32)は、ダンパ(34)を備えていることを特徴とする請求項3の方法。
Description:
緩衝装置付橋梁群及びその衝撃 衝方法

 本発明は、複数の橋桁を連続的に配置し 構成される橋梁群であって、橋桁同士の衝 による衝撃によって支沓が破壊するのを防 する緩衝装置付連梁群及びその衝撃緩衝方 に関する。

 地震時における橋桁の振動を抑制する制 構造が、特許文献1に開示されている。この 制振構造は、可動支沓を介してのみ橋脚又は 橋台に支持された橋桁と各橋脚又は橋台とを ブレーキダンパで連結したものである。

 別の特許文献2には、橋桁と複数の橋脚又は 橋台との間のすべての支点に可動支沓(滑り 沓装置)を採用し、少なくとも一つの支点に 桁と橋脚又は橋台との相対移動を可能とす ダンパを設けた制振構造が開示されている

特開2004-197502号公報

特開2007-32046号公報

 これら制振構造は、地震動に伴う橋桁と 脚又は橋台との相対移動を抑制するという では確かに有効な手段であると考えられる しかし、地震時における橋梁の挙動として 従来見落とされていた重大なことがある。 れは、複数の橋桁を連続的に配置して構成 れる橋梁群において、隣接する橋桁の間で 生し得る衝突及びそれに伴う支沓の破壊や 桁の移動の問題である。

 この問題について、図5を参照して説明す る。図5(a)は、連続橋梁の一例を模式的に示 た図である。この図において、橋梁群100は 間隔をあけて連続的に配置された3つの第1~ 3の橋脚(又は橋台)102,104,106と、第1と第2の橋 102,104に支持された第1の橋桁108と、第2と第3 の橋脚104,106に支持された第2の橋桁110を有す 。この橋梁群100では、第1の橋桁108は、第1 固定支沓112を介して第1の橋脚102に支持され 第1の可動支沓114を介して第2の橋脚104に支 されている。第2の橋桁110は、第2の固定支沓 116を介して第2の橋脚104に支持され、第2の可 支沓118を介して第3の橋脚106に支持されてい る。

 この橋梁群100が地震動を受けたとき、橋 群100は図5に破線で示す振動単位130、132で応 答する。振動単位130は、橋梁、橋脚からなる 系を一自由度バネ-質点系でモデル化したも である。大雑把な構成として、橋梁108の質 が一自由度バネ-質点系の質量に、橋脚102の 性を一自由度バネ-質点系のバネと見なすこ とができ、バネと質量は、固定支沓112で連結 されている。振動単位132も同様に、橋梁、橋 脚からなる系を一自由度バネ-質点系でモデ 化したもので、橋梁110の質量が一自由度バ -質点系の質量に、橋脚104の剛性を一自由度 ネ-質点系のバネと見なすことができ、バネ と質量は、固定支沓116で連結されている。

 地震時の橋梁群100の挙動を詳細に説明す 。例えば主桁方向の地震動が作用した場合 図5(b)に示すように、地震発生直後の橋梁が 振動を開始した直後の段階(振動開始時)では 橋脚102と橋桁108で構成される振動単位130と, 橋脚104と橋桁110で構成される振動単位132は同 一方向(図の右側方向)に変形しようとする。 かし、振動単位130、132の固有振動数の違い 減衰定数の違いなどから、その後も同一の 動を示すわけではなく、例えば、図5(c)に示 すように第1の橋脚102と第2の橋脚104の上部が いに接近する方向に変形しようとする状況 発生することがある。この場合、図示する うに、第1の橋脚102に固定支沓112を介して支 持されている第1の橋桁108は図の右側に向か て移動し、逆に、第2の橋脚104に固定支沓116 介して支持されている第2の橋桁110は図の左 側に向かって移動する。そして、第1の橋桁10 8と第2の橋脚104の移動量の合計が第1の橋脚102 と第2の橋脚104に設けられている隙間120を越 ると第1の橋脚102と第2の橋脚104が衝突(以下 この衝突を「桁端衝突」という。)し、その 突時の衝撃によって第1の橋桁108と第2の橋 120は互いに逆の方向の衝撃力を受け(図5(d)参 照)、これにより、振動単位1130と振動単位132 反発が始まる。

 振動単位が完全に反発状態になるために 、この衝撃力が橋桁と橋脚を連結している 沓を介して橋脚に伝達され、橋脚の運動の きが反対になることが必要であるが、第1の 橋桁108と第2の橋脚104との間にある支沓は可 支沓114であることから、この可動支沓114に 撃力はまったく又は殆ど作用しない。しか 、第2の橋桁110と第2の橋脚104との間にある支 沓は固定支沓116であるため、この固定支沓116 に衝撃力がそのまま作用する。その結果、第 2の橋脚104に対して第2の橋桁110を支持する固 支沓116が破壊する、また、最悪の場合は、 2の橋桁110が第2の橋脚から脱落するという 態が生じる。また、第1の橋桁108と第1の橋脚 102との間にある固定支沓112も破壊する。

 そこで、本発明は、上述のように、地震 発生直後に生じ得る桁端衝突に起因して橋 を支持する固定支沓が損傷したり、橋桁が 脚から脱落する危険を回避する緩衝装置付 橋梁群及びその衝撃緩衝方法を提供するこ を目的とする。

 この目的を達成するため、本発明は、間隔 あけて配置された複数の橋脚(12,14,16)で複数 の橋桁(18,20)を連続的に支持して構成される 梁群(10)であって、
 間隔をあけて配置された少なくとも第1、第 2、第3の橋脚(12,14,16)と、
 第1の橋脚(12)と第2の橋脚(14)に支持された第 1の橋桁(18)及び第2の橋脚(14)と第3の橋脚(16)に 支持された第2の橋桁(20)と、
 第2の橋脚(14)と第1の橋桁(18)との間に配置さ れた固定支沓(24)と、
 第2の橋脚(14)と第2の橋桁(20)との間に配置さ れた可動支沓(26)と、
 第2の橋脚(14)と第1の橋桁(18)にそれぞれ連結 され、橋桁(18)に作用する主桁方向の衝撃を 衝する緩衝装置(32)を備えたことを特徴とす 緩衝装置付き橋梁群を提供するものである

 本発明はまた、橋脚(14)の上に固定支沓(24 )を介して第1の橋桁(18)を支持するとともに可 動支沓(26)を介して第2の橋桁(20)を支持した橋 梁群(10)の衝撃緩衝方法であって、第1の橋桁( 18)と第2の橋脚(20)が衝突したときに第1の橋桁 (18)が第2の橋桁(20)から受ける衝撃力を、第2 橋脚(14)と第1の橋桁(18)との間に連結した緩 装置(32)で緩衝することを特徴とする、連続 梁の衝撃緩衝方法を提供するものである。 1に示すように、第1の橋桁(18)の質量と第2の 橋桁(20)の質量に明らかに差がある場合には 運動量保存則から質量の小さい橋桁の方が 突後に受ける衝撃は大きいことから、緩衝 置(32)は質量の小さい橋桁に取り付けること 好ましい。

 以上の構成を備えた本発明によれば、地 の発生直後に桁端衝突が発生しても、その 突エネルギは緩衝装置に吸収されるため、 桁を支持する固定支沓が損傷したり、橋桁 橋脚から脱落したりする危険がない。

図1は、本発明に係る橋梁群を模式的に 示した正面図。 図2は、緩衝装置の正面図。 図3は、図2に示す緩衝装置の一部を示 図。 図4は、図1の連続橋梁を2つの橋桁-橋脚 系力学モデルに置換した図。 図5(a)は、桁間衝突を説明する図。 図5(b)は、桁間衝突を説明する図。 図5(c)は、桁間衝突を説明する図。 図5(d)は、桁間衝突を説明する図。 図6は、上部構造と下部構造の組み合わ せ例を示す。

 以下、本発明の実施形態を具体的に説明 る。なお、以下の説明では、図面を参照し 発明の説明及び理解を容易にするために、 定の方向を示す用語、例えば、「右」、「 」を使用するが、その主旨からこれらの用 は発明の技術的範囲を画定するうえで参考 されるべきものでないことは当然である。

 図1は、本発明の実施形態に係る橋梁群10 概略構成を示す。本実施形態において、橋 群10は、間隔をあけて配置された3つの下部 造-第1の橋脚12、第2の橋脚14、第3の橋脚16- 有する。橋梁群10はまた、2つの上部構造-第1 の橋桁18と第2の橋桁20-を有する。第1の橋桁18 は、可動支沓22を介して第1の橋脚12に連結さ 、固定支沓24を介して第2の橋脚14に連結さ ている。第2の橋桁20は、可動支沓26を介して 第2の橋脚14に連結され、固定支沓28を介して 3の橋脚16に連結されている。そして、第2の 橋脚14に支持されている第1の橋桁18と第2の橋 桁20との間には、主桁方向(図の左右方向)に 当な大きさの桁間隙30が設けてある。

 発明の理解を容易にするため、図示する 梁群10は極めて単純な形で表されているが そこに表されている橋梁、橋脚、橋台等は 公知の任意の構造を採り得る。例えば、複 の橋脚は一列に整列して配置されている必 はなく、曲線経路に沿って配置されていて よい。明細書では、橋脚は、橋桁を支持す あらゆる形式の下部構造(例えば、「橋台」) を含む概念で使用されており、橋脚を構成す る材料、橋脚の構造又は形式等によって特定 の種類の下部構造に限定されるべきものでな い。橋桁は、下部構造に支持されるあらゆる 形成の上部構造を含む概念で使用されており 、公知の任意の構造又は形式によって特定の 種類の上部構造に限定されるべきものでない 。固定支沓及び可動支沓は、橋梁の上部構造 と下部構造の間に設置され、上部構造の荷重 を下部構造に伝達する役割を果たすものであ る。また、固定支沓は、下部構造に対する上 部構造の回転変位のみを吸収する支沓であり 、可動支沓は、下部構造に対する上部構造の 回転と伸縮(水平方向の移動)を吸収する支沓 ある。そして、これら固定支沓と可動支沓 は、公知の構造を採用することができる。

 以上の一般的構造に加えて、本発明に係 橋梁群10は、地震直後の揺れに起因する桁 衝突によって固定支沓が損傷又は破壊する を防止するため、第2の橋脚14と第1の橋桁18 互いに連結する一つ又は複数の緩衝装置32が 設けてある。図2,3を参照すると、緩衝装置32 、衝撃吸収ダンパ34を有する。ダンパ34は、 長手方向-衝撃吸収方向-の一端部36と他端部38 を有し、長手方向を主桁方向に向けて、端部 36,38が連結機構60、62を介して第2の橋脚14の壁 面44と第1の橋桁18の底部46に連結されている ダンパ34は、シリンダ型ショックアブソーバ であるオイルダンパ(粘性型ダンパ)、鉛の塑 変形を利用する鉛ダンパ(履歴型ダンパ)の ずれであってもよい。また、オイルダンパ 、単筒式、複筒式のいずれであってもよい

 連結機構40は、特にその構造が限定され ものでないが、例えば、橋脚18と橋桁18に固 される固定板48と、固定板48に対して垂直に 且つ平行に固定された一対の垂直板50を有す 。2つの垂直板50は、一列に配置されたボル 貫通孔52をそれぞれ有する。一方、ダンパ34 の一端部36と他端部38には環状リング54が固定 されており、リング54が2つの垂直板50の間に 置される。そして、垂直板50の貫通孔52とリ ング54にボルト56が挿通される。

 このように構成された橋梁群10によれば 橋桁18,20の主桁方向(図1の左右方向)に地震動 が作用すると、第1と振動単位60と第2の振動 位62(図1参照)の固有振動数や減衰定数などの 違いから、第1と第2の橋脚12,14が向かい合う 向に変形し、第1と第2の橋桁18,20が衝突する とがある。この場合、衝突によって第1の橋 桁18に加わる衝撃力は、第1の橋桁18と第2の橋 脚14を連結している緩衝装置32のダンパ34に完 全に又は殆ど吸収される。その結果、第1の 桁18を第2の橋脚14に連結する固定支沓24は損 することがないし、たとえ損傷することが ってもその度合いは僅かである。

 なお、本発明は、種々の形態の橋梁群に して適用可能である。具体的に、図6(a)~(d) 上部構造と下部構造の他の組み合わせ例を す。図中、110は橋脚又は橋台を示し、112は 桁、114は固定支沓、116は可動支沓、118は緩 装置、120は振動単位を示す。

 実際に観測された地震波を用いて、桁端 突による橋桁(第2の橋桁20)の速度・加速度 算出し、桁端衝突に起因する支沓破壊を防 するダンパの仕様を検討した。

 検討対象とした橋桁(第1の橋桁)は、RC床版 有する鋼製単純桁橋(幅員:9.7m、橋長:33.9m、 重:400トン)である。図1の橋梁群を左右2組の 脚-橋桁系から成る振動単位60,62に分け、図4 に示すように、それぞれの橋脚-橋梁系をバ -質点系に置換した力学モデル1,2を作成した ここで、左右の橋脚-橋桁系は、橋桁の質量 と橋脚の減衰定数およびバネ定数から成る1 由度系モデルとして表し、桁遊間の隙間(X)( 1に符号30で示す隙間)をあけて並べて配置す ることで隣接する橋脚-橋桁系を表した。な 、図4において、m 1 は力学モデル1の質量、m 2 は力学モデル2の質量、T 1 は力学モデル1の固有周期、T 2 は力学モデル2の固有周期、V 1 は力学モデル1の速度、V 2 は力学モデル2の速度、k 1 は力学モデル1のバネ定数、k 2 は力学モデル2のバネ定数である。

 以上の条件で、衝突速度とその時の加速度 調べるために、力学モデル1、2の固有周期(T 1 ,T 2 )として2組の固有周期(0.5s,0.6s)、(0.6s,1.0s)〔s: 〕について、桁遊間の隙間Xを5cm、10cmとし 、実地震波を用いて時刻歴応答解析を行っ 。力学モデル1,2の減衰定数はそれぞれ5%とし た。時刻歴応答解析に用いた地震波は、阪神 ・淡路大震災の際に記録された6種類(神戸海 気象N-S、神戸海洋気象E-W、JR鷹取駅N-S、JR鷹 取駅E-W、ポートアイランドN-S、ポートアイラ ンドE-W)である。

 時刻歴解析の結果を以下の表1~表4に示す。 中、V 1 、A 1 は力学モデル1の質量の衝突直前の速度と加 度、V 2 、A 2 は力学モデル2の質量の衝突直前の速度と加 度である。

 この解析結果をもとに、ダンパに必要な 能を評価した。ところで、以上の解析は橋 同士の反撥係数、各橋桁の質量については 細な設定を行っていない。そこで、大まか 計算として、時刻歴解析で得られた衝突速 の最大値の2倍と加速度の最大値を組み合わ せて要求性能を算定した。その結果、桁端衝 突によって第1の橋桁に生じる衝撃を緩衝す ためにダンパに要求される最大速度は300cm/s( =147.0×2)、減衰力は6400kN(=1551.0×400トン)である 。

 したがって、例えば、オイレス工業株式 社製の橋梁用ビンガムダンパ-「オイレスBM- S」(最大速度150cm/s、定格減衰力2000kN)を使用 る場合、ダンパの最大速度が安全率を見込 で設定されていることを勘案すれば、この ンパを3~4本橋脚と橋桁の間に設置すること より、実際の連続橋梁では桁端衝突に起因 る固定支沓の損傷を完全に防止できるもの 考えられる。

10:橋梁群
12:第1の橋脚
14:第2の橋脚
16:第3の橋脚
18:第1の橋桁
20:第2の橋桁
22:可動支沓
24:固定支沓
26:可動支沓
28:固定支沓
30:桁間隙
32:緩衝装置
34:ダンパ