JP2019073887A - ラーメン高架橋の振動変位抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地震動などに起因するラーメン高架橋の振動変位を抑制することができるラーメン高架橋の振動変位抑制構造を実現する。【解決手段】ラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００は、例えば、地震動による揺れがラーメン高架橋Ｒの柱４に作用した場合、ラーメン高架橋Ｒの柱４に接合されている地中梁３に添う配置に設けられた剛性体２０による振動伝達によって、隣り合う柱４の振動の振幅差や位相差が縮められるなどして、各柱４の振動は増幅されることなく減衰されるので、ラーメン高架橋Ｒの柱４の振動変位を抑制することができる。こうして、ラーメン高架橋Ｒの柱４の振動変位を抑制することができれば、柱４が支持しているスラブ桁５が地震動の影響を受け難くなるので、スラブ桁５に不同変位が生じ難くなり、地震動に起因して生じるスラブ桁５のトラブルを低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、地震動などに起因するラーメン高架橋の振動変位を抑制するラーメン高架橋の振動変位抑制構造に関する。

従来、支持層まで達する複数の杭を備え、軟弱地盤に構築されている構造物の耐震性を向上させるために、その構造物のフーチングの周囲に地盤改良を施してなる固化改良体を造成した耐震補強構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この耐震補強構造における固化改良体は、鉛直方向範囲に所定深度まで造成されるとともに、水平方向範囲に構造物の上部外周よりも外側の領域まで造成されている。
このような固化改良体を造成することによって、構造物の耐震強度を高めることができ、構造物が支持している橋桁などの構造体が地震によってずれたり破損したりするトラブルを低減することができる。

特開２０１３−１７７７４１号公報

しかしながら、上記特許文献１の耐震補強構造は、個々の構造物に固化改良体を造成して地震動に対する抵抗力を単純に増加させるといった構造物単体の補強構造であり、例えば、図５に示すラーメン高架橋Ｒのように複数の構造物（ここでは柱４）が連なっている構造物群を対象にしたものではなかった。ラーメン高架橋Ｒは、例えば図５に示すように、地中に設けられたフーチング１と、各フーチング１から下方に延設された杭２と、隣り合うフーチング１間に設けられた地中梁３と、各フーチング１から上方へと立設された柱４と、複数の柱４の上に跨って架設されたスラブ桁５等を備えており、複数の柱４が橋軸方向に連なってスラブ桁５を支持する構造を有している。

そこで、本発明者らは、ラーメン高架橋Ｒにおける個々の柱４の耐震強度を高めるのではなく、複数の柱４を構造物群として捉え、地震動に起因する柱４の振動変位を抑制するとともに、隣り合う柱４の変位を揃えるようにすることで、複数の柱４が支持しているスラブ桁５に地震による振動が作用し難くなる技術の検討を行った。
複数の柱４が支持しているスラブ桁５へ地震による振動が作用し難くなれば、そのスラブ桁５が地震動の影響を受け難くなって、例えば、スラブ桁５上に敷設されている鉄道軌道に地震動に起因するトラブルが生じ難くなる。

本発明の目的は、地震動などに起因するラーメン高架橋の振動変位を抑制することができるラーメン高架橋の振動変位抑制構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明は、
橋軸方向に連なり少なくとも２列に配された複数の柱と、橋軸方向に隣り合う前記柱の間と橋軸直角方向に隣り合う前記柱の間でそれぞれ柱に接合されて地中に埋設された複数の地中梁と、を有するラーメン高架橋の振動変位抑制構造であって、
橋軸方向に対向する前記地中梁と橋軸直角方向に対向する前記地中梁とで囲われた略矩形の領域内で、前記地中梁に沿う位置に所定深さまで埋設された隔壁と、
前記隔壁の上部に結合され、前記地中梁に添うように配置された剛性体と、
を備えるようにした。

かかる構成のラーメン高架橋の振動変位抑制構造であれば、例えば、地震動による揺れがラーメン高架橋の柱に作用した場合、ラーメン高架橋の柱に接合されている地中梁に添う配置に設けられた剛性体による振動伝達によって、その柱の振動は増幅されることなく減衰されるので、ラーメン高架橋の柱の振動変位を抑制することができる。
具体的には、地震動などによる揺れがラーメン高架橋の柱に作用して柱が振動した際に、隣り合うブロックの柱の振動に振幅差がある場合には、それら柱に接合されている地中梁と接している剛性体による振動伝達によってその振幅差が縮められ、隣り合う柱の振動は増幅されることなく減衰されるようになり、柱の振動変位を抑制することができる。また、隣り合うブロックの柱の振動に位相差がある場合にも、それら柱に接合されている地中梁と接している剛性体による振動伝達によってその位相差が縮められ、隣り合う柱の振動変位を抑制することができる。
特に、４つの地中梁に添う配置に設けられた剛性体には、四辺が地中梁で囲われている略矩形の領域内で所定深さまで埋設されている隔壁が結合されており、その剛性体の支持力は強固であるので、ラーメン高架橋の振動変位を好適に抑制することができる。
つまり、このラーメン高架橋の振動変位抑制構造は、地震動などに起因するラーメン高架橋の柱の振動変位を抑制することができ、その柱が支持している構造体（例えばスラブ桁）に不具合が生じるのを低減することができる。

また、望ましくは、
前記剛性体と前記地中梁の間に介装された減衰体を備えるようにする。

減衰体が剛性体と地中梁の間に介装されていれば、例えば、地震動による揺れがラーメン高架橋に作用した場合、減衰体による振動エネルギーを消散によって、ラーメン高架橋の柱の振動は増幅されることなく減衰されるので、ラーメン高架橋の柱の振動変位を好適に抑制することができる。

また、望ましくは、
前記隔壁は前記略矩形の領域内で略筒形状を呈するように形成されており、その隔壁の内側に充填された流動材料を備えるようにする。

流動材料が略筒形状の隔壁の内側に充填されていれば、例えば、地震動による揺れがラーメン高架橋に作用した場合、流動材料が揺動するスロッシング効果によって振動エネルギーを消散させて、ラーメン高架橋の柱の振動変位を好適に抑制することができる。

本発明によれば、地震動などに起因するラーメン高架橋の振動変位を抑制することができるラーメン高架橋の振動変位抑制構造が得られる。

実施形態１のラーメン高架橋の振動変位抑制構造を示す概略図であり、側面図（ａ）と、上面図（ｂ）と、正面図（ｃ）である。 フーチングと剛性体の接続構造に関する説明図であり、摺接可能な接続構造（ａ）と、あと施工アンカーを用いた接続構造（ｂ）である。 実施形態２のラーメン高架橋の振動変位抑制構造を示す概略図であり、側面図（ａ）と、上面図（ｂ）と、正面図（ｃ）である。 実施形態３のラーメン高架橋の振動変位抑制構造を示す概略図であり、側面図（ａ）と、上面図（ｂ）と、正面図（ｃ）である。 ラーメン高架橋を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るラーメン高架橋の振動変位抑制構造の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

本実施形態のラーメン高架橋の振動変位抑制構造は、ラーメン高架橋Ｒの振動変位を抑制するために、既設のラーメン高架橋Ｒを対象にして構築したものである。
ラーメン高架橋Ｒは、例えば、図５に示すように、地中に設けられた複数のフーチング１と、各フーチング１に立設されている柱４と、橋軸方向に連なった配置の複数の柱４の上部に接合され、それら柱４によって支持されているスラブ桁５等を備えている。また、各フーチング１には支持層Ｓまで達する杭２が結合されている。なお、フーチング１は柱４の基部を成すように、柱４と一体に形成されている。
このラーメン高架橋Ｒの複数の柱４は、２列を成して橋軸方向に連なっており、橋軸方向に隣り合う柱４の間と橋軸直角方向に隣り合う柱４の間にはそれぞれ両端が柱４に接合されて、複数の地中梁３が設けられている。
具体的には、橋軸方向に隣り合う柱４のフーチング１間と、橋軸直角方向に隣り合う柱４のフーチング１間には、その両端がフーチング１を介して柱４に接合されている地中梁３が地中に埋設された状態で設けられている。
なお、ラーメン高架橋Ｒのスラブ桁５には橋軸方向に沿って、例えば鉄道の軌道が敷設されている。

（実施形態１）
実施形態１のラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００は、例えば、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ラーメン高架橋Ｒにおいて橋軸方向に対向して対を成す地中梁３と橋軸直角方向に対向して対を成す地中梁３とで囲われた略矩形の領域内で所定深さまで埋設された隔壁１０と、隔壁１０の上部に結合され、地中梁３に添う配置に設けられた剛性体２０等を備えている。

隔壁１０は、例えば、複数の鋼矢板１１（シートパイル）を連設してなる壁体である。
この隔壁１０は、地中梁３に沿う位置に設けられており、４枚の壁体で略筒状の隔壁１０が形成されている。
本実施形態では、略角筒形状の壁体を形成するように、複数の鋼矢板１１が４つの地中梁３で囲われた略矩形の領域の外周に沿って連設されて、隔壁１０が形成されている。
なお、鋼矢板１１の下端が、例えば、ラーメン高架橋Ｒの杭２の長さの半分程度の深さに達するように、隔壁１０が形成されていることが好ましい。

剛性体２０は、例えば、隔壁１０（鋼矢板１１）の上部を巻き込んでコンクリート材料を打設してなるコンクリートコーピングであり、上面視略ロ字形状を呈している。
この剛性体２０は、隔壁１０の上部に固設されており、四方に配されている４つの地中梁３に内接している。

例えば、地震動などによる揺れがラーメン高架橋Ｒの柱４に作用して柱４が振動した際に、隣り合う柱４の振動に振幅差がある場合には、それら柱４のフーチング１に接合されている地中梁３と接している剛性体２０による振動伝達によってその振幅差が縮められ、隣り合う柱４の振動は増幅されることなく減衰されるようになり、柱４の振動変位を抑制することができる。
また、隣り合う柱４の振動に位相差がある場合にも、それら柱４のフーチング１に接合されている地中梁３と接している剛性体２０による振動伝達によってその位相差が縮められ、隣り合う柱４の振動変位を抑制することができる。

特に、４つの地中梁３に添う配置に設けられた剛性体２０には、四辺が地中梁３で囲われている領域内で所定深さまで埋設されている隔壁１０が結合されており、その剛性体２０の支持力は強固であるので、ラーメン高架橋Ｒの振動変位を好適に抑制することができる。

以上のように構成されたラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００であれば、例えば、地震動によって橋軸方向と交差する方向の揺れがラーメン高架橋Ｒにおける隣り合うブロックの柱４に作用した場合、それら柱４のフーチング１間に接合された４つの地中梁３に内接している剛性体２０による振動伝達によって、各柱４の振動は増幅されることなく減衰されるので、その柱４の振動変位を抑制することができる。

このように、ラーメン高架橋Ｒにおける隣り合うブロックの柱４の振動変位を抑制することができれば、柱４が支持しているスラブ桁５が地震動の影響を受け難くなるので、スラブ桁５に不同変位が生じ難くなり、地震動に起因するスラブ桁５のトラブルを低減することができる。
つまり、実施形態１のラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００は、地震動などに起因する複数の柱４の振動変位を抑制することができ、それら柱４が支持しているスラブ桁５や、スラブ桁５上に敷設されている鉄道軌道に生じる不具合を低減することができる。

なお、上記実施形態１では、図２（ａ）、図１（ｂ）に示すように、ラーメン高架橋Ｒの柱４のフーチング１間に接合された４つの地中梁３に内接している剛性体２０を設け、その剛性体２０と地中梁３及びフーチング１の間で水平力の伝達ができる接続構造にしていたが、これに限るものではない。
例えば、図２（ｂ）に示すように、ラーメン高架橋Ｒの地中梁３にあと施工アンカー２１を打ち込み、そのあと施工アンカー２１の端部を剛性体２０に埋め込むようにして、剛性体２０と地中梁３とを剛結するようにしてもよい。なお、あと施工アンカー２１の端部は、スタッドを介して隔壁１０を成す鋼矢板１１に結合されていることが好ましい。
こうして剛性体２０と地中梁３を剛結することで、剛性体２０と地中梁３及びフーチング１の間で水平力の伝達に加え、曲げモーメントの伝達も可能な接続構造になるので、ラーメン高架橋Ｒの柱４の振動変位をより好適に抑制することができる。

（実施形態２）
次に、本発明に係るラーメン高架橋の振動変位抑制構造の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

実施形態２のラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００は、例えば、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、四辺が地中梁３で囲われている略矩形の領域内で所定深さまで埋設されている略筒状の隔壁１０と、隔壁１０の上部に結合され、地中梁３に添う配置に設けられた剛性体２０と、剛性体２０と地中梁３の間に介装された減衰体３０等を備えている。

減衰体３０は、例えば、摩擦ダンパーや粘性ダンパーなどであり、剛性体２０と地中梁３及びフーチング１の間で振動エネルギーを消散させて、各柱４の振動の振幅を軽減する機能を有している。
この減衰体３０を備えた接続構造であれば、ラーメン高架橋Ｒの柱４の振動変位をより好適に抑制することができる。

このような構成のラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００であっても、例えば、地震動による揺れがラーメン高架橋Ｒの柱４に作用した場合、それら柱４のフーチング１間に接合された４つの地中梁３に内接している剛性体２０による振動伝達や、減衰体３０による振動エネルギーを消散によって、各柱４の振動は増幅されることなく減衰されるので、その柱４の振動変位を抑制することができる。
つまり、実施形態２のラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００は、地震動などに起因するラーメン高架橋Ｒの柱４の振動変位を抑制することができ、それら柱４が支持しているスラブ桁５に生じる不具合を低減することができる。

（実施形態３）
次に、本発明に係るラーメン高架橋の振動変位抑制構造の実施形態３について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

実施形態３のラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００は、例えば、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、四辺が地中梁３で囲われている略矩形の領域内で所定深さまで埋設されている略筒状の隔壁１０と、隔壁１０の上部に結合され、地中梁３に添う配置に設けられた剛性体２０と、隔壁１０の内側に充填された流動材料４０等を備えている。

流動材料４０は、例えば、粘性の高い液体であり、隔壁１０の内側の土砂を掘り出すようにして形成した空間に充填されている。
なお、隔壁１０の内側に形成された空間の底には遮水シートなどの底材４１が配設されており、隔壁１０と底材４１とで囲われた空間内に充填された流動材料４０を長期に亘って保持し続けることが可能になっている。また、空間内に流動材料４０を充填した後、その空間の天面側を塞ぐ天面材を配設してもよい。

この流動材料４０が隔壁１０の内側に充填されていれば、例えば、地震動による揺れがラーメン高架橋Ｒに作用した場合、流動材料４０が揺動するスロッシング効果によって振動エネルギーを消散させて、各柱４が振動するのを低減することができる。
つまり、この流動材料４０を備えた振動変位抑制構造であれば、ラーメン高架橋Ｒの柱４の振動変位をより好適に抑制することができる。

このような実施形態３のラーメン高架橋の振動変位抑制構造１００であっても、地震動などに起因するラーメン高架橋Ｒの柱４の振動変位を抑制することができ、それら柱４が支持しているスラブ桁５に生じる不具合を低減することができる。

なお、以上の実施の形態においては、ラーメン高架橋Ｒの複数の柱４は、２列を成して橋軸方向に連なって配設されているとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラーメン高架橋Ｒの複数の柱４は橋軸方向に連なり３列以上に配設されていてもよい。

また、以上の実施の形態においては、フーチング１に杭２が結合されている杭基礎構造のラーメン高架橋Ｒの振動変位の抑制を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ケーソン基礎構造のラーメン高架橋Ｒの振動変位の抑制や、直接基礎構造のラーメン高架橋Ｒの振動変位の抑制にも、本発明を適用することができる。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ フーチング
２ 杭
３ 地中梁
４ 柱
５ スラブ桁
１０ 隔壁
１１ 鋼矢板
２０ 剛性体
２１ あと施工アンカー
３０ 減衰体
４０ 流動材料
４１ 底材
１００ ラーメン高架橋の振動変位抑制構造
Ｒ ラーメン高架橋
Ｓ 支持層

Claims (3)

1. 橋軸方向に連なり少なくとも２列に配された複数の柱と、橋軸方向に隣り合う前記柱の間と橋軸直角方向に隣り合う前記柱の間でそれぞれ柱に接合されて地中に埋設された複数の地中梁と、を有するラーメン高架橋の振動変位抑制構造であって、
   橋軸方向に対向する前記地中梁と橋軸直角方向に対向する前記地中梁とで囲われた略矩形の領域内で、前記地中梁に沿う位置に所定深さまで埋設された隔壁と、
   前記隔壁の上部に結合され、前記地中梁に添うように配置された剛性体と、
   を備えたことを特徴とするラーメン高架橋の振動変位抑制構造。
2. 前記剛性体と前記地中梁の間に介装された減衰体を備えたことを特徴とする請求項１に記載のラーメン高架橋の振動変位抑制構造。
3. 前記隔壁は前記略矩形の領域内で略筒形状を呈するように形成されており、その隔壁の内側に充填された流動材料を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のラーメン高架橋の振動変位抑制構造。

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