管橋構造
【課題】下部工の大きな変位に対応できるようにし、シンプルで製造容易、維持管理が容易な構造形式とする。
【解決手段】対の橋台1,1から立ち上がる鉛直管2,2と、両鉛直管2,2間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管2,2の上部に剛に接続される横管3とを有する管桁10を対の橋台1,1間に一径間で掛け渡し、各鉛直管2,2は、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが伸縮可撓管5により屈曲自在に接続され、上記管桁10は、前記上部鉛直管2aが下部鉛直管2bに対し屈曲可能な状態で上記各橋台1,1に支持される管橋構造とした。この構造によれば、下部工が横管の管軸方向へ横変位した場合、伸縮可撓管5がヒンジ支承として機能して管桁10全体が変形し、その変位に対応できる。また、管桁10が送水管である場合、空気弁4を横管3の端部に設ければ、管理用通路等の施設が不要となり、シンプルで維持管理が容易な構造形式とし得る。
【解決手段】対の橋台1,1から立ち上がる鉛直管2,2と、両鉛直管2,2間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管2,2の上部に剛に接続される横管3とを有する管桁10を対の橋台1,1間に一径間で掛け渡し、各鉛直管2,2は、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが伸縮可撓管5により屈曲自在に接続され、上記管桁10は、前記上部鉛直管2aが下部鉛直管2bに対し屈曲可能な状態で上記各橋台1,1に支持される管橋構造とした。この構造によれば、下部工が横管の管軸方向へ横変位した場合、伸縮可撓管5がヒンジ支承として機能して管桁10全体が変形し、その変位に対応できる。また、管桁10が送水管である場合、空気弁4を横管3の端部に設ければ、管理用通路等の施設が不要となり、シンプルで維持管理が容易な構造形式とし得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、管体を橋梁形式で河川等を横断させる管橋の構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、ガス管や、水道管、電信、電力ケーブル等を配設した電らん管などは、河川等を横断する際に、道路橋などの桁に添架されることが多い。しかし、その添架する桁の強度が足りない場合、添架するスペースがない場合、あるいは、その桁の架設位置が管体の配設ルートとして最適でない場合等は、その管体のみを渡す専用の管橋が設けられる場合もある。これらの管橋としては、例えば、その用途に応じて、ガス管橋、電らん管橋、水管橋などに分類される。
【0003】
このような管橋は、その支間長が長い場合は、剛性を高めるために補剛桁を併設したり、あるいはトラス構造等にする手法(図8参照)が採用される。
また、支間長が比較的短い場合は、管体自体の断面強度で自身を保持する単純梁状の両端固定パイプビーム形式(図9参照)、あるいは、両端固定アーチ形式(図10参照)等を採用することができる。
【0004】
さらに、上記パイプビーム形式において、図11に示すように、管桁10を橋台1や橋脚1’に支持する水平支持部9 ,9のうち、一方を固定支持部、他方を可動支持部とした一端固定パイプビーム形式とし、その可動支持部においては、管体を軸方向に移動可能とするとともに、管体の曲げに対しては固定支持部と同様に機能するようにしたものもある(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2003−90011号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図10に示す上記両端固定アーチ形式によれば、管体の支間中央を頂部として湾曲させているので、まっすぐな管体を渡した上記単純梁状のパイプビーム形式よりも、比較的長い支間を渡すことが可能である。
しかし、その両端固定アーチ形式において、管体の橋台への支持部は水平反力に対抗するために両側とも固定支持となるので、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の大きな変位への対応が困難である。
【0006】
また、両端固定アーチ形式は、弧状に湾曲した管体同士を接続して構成するため、その構造が複雑であるとともに、個々の管体の長さ、湾曲度合いは管橋の支間長によって異なるものとなる。このため、部材の共通化が困難であり、その製造には手間と時間を要し、コスト的に劣るという欠点がある。
【0007】
また、アーチ形式を採用すると、特に水管橋においては、管内の気体を排出する空気弁を頂部、すなわち支間中央に設置しなければならない。この空気弁が、橋台への支持部から遠い支間中央に設けられるため、その空気弁の操作、維持管理が困難であるという問題がある。
さらに、その空気弁の操作、維持管理を行うために、例えば、上記橋台への支持部から空気弁設置箇所に至る管理用通路を設ければ便利であるが、その通路が、管橋の死荷重を増加させ、構造を複雑にするという欠点がある。
【0008】
そこで、この発明は、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の大きな変位に対応できるようにし、シンプルで製造容易、維持管理が容易な構造形式の管橋とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するために、この発明は、管橋の両端支点部を鉛直配管とし、その各鉛直配管の上部に横方向の配管を剛に接続したラーメン構造を採用したのである。
このラーメン構造によれば、例えば、両支点部がヒンジ構造であれば、その支点部が横管の管軸方向に横変位すると、その支点部が回転するようにラーメン構造全体が変形する。
このため、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の変位に対応できるようになる。
また、支点部が固定構造であれば、横管が温度変化により伸縮すると、その鉛直配管の支点部に微小な部材角を生じさせるようにラーメン構造全体が変形する。このため、温度変化による変位に対応できるようになる。
また、鉛直配管に横方向の配管を接続したラーメン構造であれば、鉛直配管、横方向の配管及びその両配管を接続する曲管等の部材は、支間長の異なる他の管橋に用いられる管体や、一般的な管路に使用される管体との設計上の共通化が図りやすい。このため、シンプルで製造容易なものとすることができる。なお、前記支点部における横管の管軸方向への横変位とは、対の橋台に設けた各支点部間の距離が変化する方向への前記両支点部間の相対移動をいい、各支点同士の位置関係が径間方向へ相対移動する場合のほか、径間直角方向へ相対移動する場合も含まれる。
【0010】
また、上記構成を水管橋に採用した場合、空気弁を設けるべき管体の最上部は上記横方向の配管のいずれかの部分となるが、その横方向の配管を水平とするか、あるいは片勾配とすれば、空気弁の設置位置は鉛直配管との接続部近く、すなわち橋台上又は橋台に近い場所となる。
このため、水管橋にラーメン構造を採用すれば、必ずしも支間中央に空気弁を設ける必要はなく、管理用通路等の施設を不要とし得るとともに、シンプルで且つ維持管理が容易な構造形式とすることができる。
【0011】
さらに、ラーメン構造を採用したことにより、支間中央において管体に作用するモーメントは、同一の管を同一の支間に渡した単純梁状を成す上記パイプビーム形式と比較して小さくなる。このため、その管体に生じるたわみ量を低減し得る。たわみが小さい構造であれば、より長い支間を渡すことも可能となる。
【発明の効果】
【0012】
この発明は、管橋の両支点部を鉛直配管とし、その各鉛直配管と水平配管とを剛に接続したラーメン構造を採用したので、支点部が横管の管軸方向に横変位すると、両支点部がヒンジ構造であれば、その支点部が回転するように、ラーメン構造全体が変形するので、管橋は、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の変位に対応できるようになる。
また、両支点部が固定構造であれば、鉛直配管が支点部に微小な部材角を生じさせるようにラーメン構造全体が変形するので、管橋は、温度変化に対応できるようになる。
また、ラーメン構造とすれば、部材の共通化が図りやすいので、管橋をシンプルで製造容易なものとすることができる。
【0013】
また、上記構成を水管橋に採用した場合、空気弁の設置位置を必ずしも支間中央としなくてもよいので、シンプルで維持管理が容易な構造形式とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
具体的な実施形態として、対の橋台間に連続する管体で構成される管桁を一径間で掛け渡し、その管桁を、前記管体自身の強度により前記対の橋台間に支持させた管橋構造において、上記管桁は、上記対の橋台からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管と、前記両鉛直管間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管の上部に剛に接続される横管とを有し、その横管を通じて前記両鉛直管同士が連通し、上記各鉛直管は、上部鉛直管と下部鉛直管とが伸縮可撓管により屈曲自在に接続され、上記管桁は、前記上部鉛直管が下部鉛直管に対し屈曲可能な状態で上記各橋台に支持される構成を採用し得る。
【0015】
このようにすれば、鉛直管を支持する橋台などの下部工が、横管の管軸方向に横変位すると、その横変位に伴って鉛直管の上部鉛直管と下部鉛直管とが屈曲するように管桁全体が変形する。このため、鉛直管と橋台とはいわゆるヒンジ構造となって、管桁各部に作用する応力を低減し得る。
【0016】
また、他の実施形態として、対の橋台間に連続する管体で構成される管桁を一径間で掛け渡し、その管桁を、前記管体自身の強度により前記対の橋台間に支持させた管橋構造において、上記管桁は、上記対の橋台からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管と、前記両鉛直管間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管の上部に剛に接続される横管とを有し、その横管を通じて前記両鉛直管同士が連通して、前記管桁は、前記両鉛直管の下部で前記各橋台に支持される構成を採用し得る。
【0017】
このようにすれば、温度変化等により横管が伸縮すると、その伸縮に伴って鉛直管の橋台から立ち上がる部分に微小な部材角を生じさせるように管桁全体が変形する。このため、下部工の変位に対し、管桁全体が変形することにより対応できるようになる。
【0018】
なお、鉛直管、横管及びその両管を節点において接続する部材は、支間長の異なる他の管橋に用いられる管体や、一般的な管路に使用される管体との設計上の共通化が図りやすい。このため、シンプルで製造容易なものとすることができる。
【0019】
上記の構成において、上記管桁を送水管とし、上記横管の端部に空気弁を設ければ、空気弁は橋台近くに位置して、その維持管理が容易である。
【実施例】
【0020】
一実施例を図1乃至図4に基づいて説明する。この実施例の管橋は、河川11を挟んで設けた対の橋台1,1間に、管桁10を橋脚を介することなく一径間で掛け渡した2ヒンジラーメン構造の水管橋である。
【0021】
管桁10は、上記対の橋台1,1からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管2,2の上端に、水平に配設された横管3の両端がそれぞれ曲管6,6を介して剛に接続されたラーメン構造となっている。横管3を通じて前記両鉛直管2,2同士が連通し、その鉛直管2の下方は、橋台1内に埋設されて送水管に接続されているので、その送水管の水が管桁10内を流通できるようになっている。
【0022】
また、横管3の一方の端部には、管内に溜まった空気を排出する空気弁4が設けられている。橋台1上には、鉛直管2に沿ってはしご等の昇降手段(図示せず)が設けられているので、その昇降手段によって空気弁4を設けた場所に昇ることができる。このため、空気弁4を操作、メンテナンスすることが容易である。
さらに、その鉛直管2は、橋台1上を鉛直に立ち上がるので、その橋台1上の占有面積が小さくなり、施工時の工事費低減にも寄与し得る。
【0023】
鉛直管2は、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが伸縮可撓管5により屈曲自在に接続されて構成されている。
可撓管5としては、摺動型、波型、ゴム型、その他、周知の可撓管構造、又は伸縮可撓管構造を採用することができる。例えば、波型に分類されるものとして、スチールベローズ型の伸縮可撓管5を採用し得る。
この伸縮可撓管5をヒンジ部20として、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとは、両者の軸方向が一致した状態を基準に、自由な方向へ折れ曲がるようになっている。
【0024】
上部鉛直管2aの周囲には、ウェブ15とフランジ15aからなる箱状等の補剛部材が溶接により取付けられており、その補剛部材が、図4(a)(b)に示すように、内側2枚の支承プレート14b,14cを介して、橋台1の立上がり部7の側面にアンカーボルト16で固定されて、ピン支承14を構成している。
【0025】
そのアンカーボルト16は、外側の支承プレート14cに設けた孔14dに挿通されているので、アンカーボルト16により鉛直荷重を負担する構造である。
また、この実施例では、前記支承プレート14cの前記円弧状の接触面は、円筒面状に形成されているが、球面状に形成してもよい。また、適宜部材間にゴム等の弾性部材を介在させ、前記上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが屈曲することにより、その弾性部材が変形する構成及び道路橋等に使用する鋼製支承を採用してもよい。
【0026】
このラーメン構造によれば、例えば、支点部である橋台1に、地震等により、両支点部間の距離が変化する方向、すなわち、横管の管軸方向への横変位が生じた場合、その横変位に伴って鉛直管2が伸縮可撓管5の部分をヒンジとして回転するように管桁全体が変形する。このとき、鉛直管2と横管3とを剛に接続した節点も、その変形に追随して適宜移動する。
また、図2(a)に示すように、外力Pが管桁10の上部に作用した場合に、節点B,C(鉛直管2と横管3とを曲管6を介して剛に接続した部分)は横方向へわずかに移動し、その鉛直管2には、図2(b)に示すように、橋台1への支点部A,Dにおいて、微小な回転角RA,RDを、また、節点B、Cには、それぞれ微小なたわみ角θB,θCを生じさせるように管桁10全体が変形する。
このため、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の比較的大きな変位、あるいは管桁10に作用する外力に対しても、管桁10全体が変形してその動きに追随し、管体の破損、損傷が回避される。
【0027】
さらに、この構造において、管桁10に作用するモーメント、せん断力は、それぞれ図3(c)(d)に示すものとなる。図中の符号Lは支間長を示し、符号Hは鉛直管2の立上がり高さ、符号Pは管内の水を想定した等分布荷重を示す。
支間中央において、横管3に作用するモーメントは、図中に示す「c(c=a−b)」であり、この値は、同一の管を同一の支間に渡した一端固定パイプビーム形式を想定した図3(a)に示す値「a」と比較して、小さくなっていることがわかる。これは、図3(c)のモーメント図に示すように、横管3に作用するモーメントが、全体的に節点B,Cに生じる材端モーメントb分減殺されているからである。このため、同一の管を同一の支間に渡した単純梁状の管桁を採用した場合と比較して、管体に生じるたわみ量を低減し得ることとなる。たわみが小さい構造であれば、より長い支間を渡すことも可能となるので有利である。
【0028】
他の実施例を図5乃至図7に基づいて説明する。この実施例の管橋は、前述の実施例のヒンジ支承を固定支承に変更したものである。
【0029】
管桁10は、上記両鉛直管2,2の下部にそれぞれ設けた支持部12,12のみで前記各橋台1,1に支持される。支持部12は、鉛直管2の外周に、水平なプレート等からなる台座13がリブ13a等を介して固定されており、その台座13が、図5に示すように、橋台1の上面にアンカーボルト等で動かないように固定されている。管桁10は、この支持部12,12のみで橋台1,1に支持されて、他の補剛桁等に支えられることなく自身の断面強度により河川11を横断した状態に支えられる。
【0030】
このラーメン構造によれば、例えば、温度変化等により、横管が伸縮した場合、その伸縮に伴って鉛直管2の橋台1から立ち上がる部分に微小な部材角を生じさせるように管桁全体が変形する。このとき、鉛直管2と横管3とを剛に接続した節点も、その変形に追随して適宜移動する。
また、図6(a)に示すように、外力Pが管桁10の上部に作用した場合に、節点B,C(鉛直管2と横管3とを曲管6を介して剛に接続した部分)は横方向へわずかに移動し、その鉛直管2には、図6(b)に示すように、橋台1への支点部A,Dにおいて、微小な部材角RA,RDを、また、節点B、Cには、それぞれ微小なたわみ角θB,θCを生じさせるように管桁10全体が変形する。
このため、温度変化等による横管の伸縮、あるいは管桁10に作用する外力に対しても、管桁10全体が変形してその動きに追随し、管体の破損、損傷が回避される。なお、一方の鉛直管2に、前述の実施形態におけるヒンジ部20を採用した構成とすることもできる。
【0031】
さらに、この構造において、管桁10に作用するモーメント、せん断力は、それぞれ図7(c)(d)に示すものとなる。図中の符号Lは支間長を示し、符号Hは鉛直管2の立上がり高さ、符号Pは管内の水を想定した等分布荷重を示す。
支間中央において、横管3に作用するモーメントは、図中に示す「c(c=a−b)」であり、この値は、同一の管を同一の支間に渡した単純梁状の管桁(一端固定パイプビーム形式)を想定した図7(a)に示す値「a」と比較して小さくなっている点は、前述の実施例の場合と同様である。
【0032】
(たわみ量比較)
上記各実施例において、横管3に生じるたわみ量は、同一の管を同一の支間に渡した一端固定パイプビーム形式(図5参照)の場合と比較すると、図1に示す2ヒンジラーメン構造の場合は、たわみ量が、
[数1]10k+3 / 2.1(2k+3)倍
となり、
[数2]k=I2H/I1L
I1:柱部(鉛直管2に相当)の断面二次モーメント
I2:梁部(横管3に相当)の断面二次モーメント
L:支間長
H:柱高さ(鉛直管2の立上がり高さに相当)
であるので、例えば、I2=I1、H=2.0m、L=30.0mとすれば、k=0.067となり、上記[数1]の値は、1/1.8倍となり、たわみ量が少なくなっていることがわかる。
【0033】
また、図5に示す固定ラーメン構造の場合は、たわみ量が、
[数3]5k+2 / 2.1(k+2)倍
となるので、上記と同様に、I2=I1、H=2.0m、L=30.0mとすれば、上記[数3]の値は、1/1.9倍となる。
【0034】
(温度応力比較)
また、両端固定パイピビーム形式との比較では、図1に示す2ヒンジラーメン構造の場合は、温度応力が、
[数4]3r / (2k+2)h倍
ただし、r:管外周半径
となり、上記と同様に、I2=I1、H=2.0m、L=30.0m、r=254mmとすれば、上記[数4]の値は、1/5.6倍となり、温度応力が小さくなっていることがわかる。
【0035】
また、図5に示す固定ラーメン構造の場合は、温度応力が、
[数5]3r / (k+2)h倍
となり、上記と同様に、I2=I1、H=2.0m、L=30.0m、r=254mmとすれば、上記[数5]の値は、1/5.4倍となる。
なお、上記たわみ量の倍率算定式は、構造力学公式集(昭和61年版土木学会)による。温度応力の倍率算定式は、同じく構造力学公式集(昭和61年版土木学会)による。
【0036】
(最大支間比較)
以下に、許容される最大支間長の比較例を示す。同一の管を用いた場合、2ヒンジラーメン構造の方が、一端固定パイプビーム形式よりも長い支間長とすることができることがわかる。
【0037】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】一実施例の正面図
【図2】(a)(b)は、同実施例の変形状態を示す模式図
【図3】(a)は、一端固定形式の管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図、(b)(c)(d)は、それぞれ図2のラーメン構造を有する管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図
【図4】図1の支持部を示す要部拡大図で、(a)は平面図、(b)は正面図
【図5】他の実施例の正面図
【図6】(a)(b)は、図5の変形状態を示す模式図
【図7】(a)は、単純梁状の管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図、(b)(c)(d)は、それぞれ図6のラーメン構造を有する管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図
【図8】従来例の正面図
【図9】従来例の正面図
【図10】従来例の正面図
【図11】従来例の正面図
【符号の説明】
【0039】
1 橋台
1’ 橋脚
2 鉛直管
2a 上部鉛直管
2b 下部鉛直管
3 横管
4 空気弁
5 伸縮可撓管
6 曲管
7 立上がり部
8 トラス桁
9 水平支持部
10 管桁
11 河川
12 支持部
13 台座
14 ピン支承
15a フランジ
16 アンカーボルト
20 ヒンジ部
L 支間
H 立上がり高さ
【技術分野】
【0001】
この発明は、管体を橋梁形式で河川等を横断させる管橋の構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、ガス管や、水道管、電信、電力ケーブル等を配設した電らん管などは、河川等を横断する際に、道路橋などの桁に添架されることが多い。しかし、その添架する桁の強度が足りない場合、添架するスペースがない場合、あるいは、その桁の架設位置が管体の配設ルートとして最適でない場合等は、その管体のみを渡す専用の管橋が設けられる場合もある。これらの管橋としては、例えば、その用途に応じて、ガス管橋、電らん管橋、水管橋などに分類される。
【0003】
このような管橋は、その支間長が長い場合は、剛性を高めるために補剛桁を併設したり、あるいはトラス構造等にする手法(図8参照)が採用される。
また、支間長が比較的短い場合は、管体自体の断面強度で自身を保持する単純梁状の両端固定パイプビーム形式(図9参照)、あるいは、両端固定アーチ形式(図10参照)等を採用することができる。
【0004】
さらに、上記パイプビーム形式において、図11に示すように、管桁10を橋台1や橋脚1’に支持する水平支持部9 ,9のうち、一方を固定支持部、他方を可動支持部とした一端固定パイプビーム形式とし、その可動支持部においては、管体を軸方向に移動可能とするとともに、管体の曲げに対しては固定支持部と同様に機能するようにしたものもある(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2003−90011号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図10に示す上記両端固定アーチ形式によれば、管体の支間中央を頂部として湾曲させているので、まっすぐな管体を渡した上記単純梁状のパイプビーム形式よりも、比較的長い支間を渡すことが可能である。
しかし、その両端固定アーチ形式において、管体の橋台への支持部は水平反力に対抗するために両側とも固定支持となるので、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の大きな変位への対応が困難である。
【0006】
また、両端固定アーチ形式は、弧状に湾曲した管体同士を接続して構成するため、その構造が複雑であるとともに、個々の管体の長さ、湾曲度合いは管橋の支間長によって異なるものとなる。このため、部材の共通化が困難であり、その製造には手間と時間を要し、コスト的に劣るという欠点がある。
【0007】
また、アーチ形式を採用すると、特に水管橋においては、管内の気体を排出する空気弁を頂部、すなわち支間中央に設置しなければならない。この空気弁が、橋台への支持部から遠い支間中央に設けられるため、その空気弁の操作、維持管理が困難であるという問題がある。
さらに、その空気弁の操作、維持管理を行うために、例えば、上記橋台への支持部から空気弁設置箇所に至る管理用通路を設ければ便利であるが、その通路が、管橋の死荷重を増加させ、構造を複雑にするという欠点がある。
【0008】
そこで、この発明は、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の大きな変位に対応できるようにし、シンプルで製造容易、維持管理が容易な構造形式の管橋とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するために、この発明は、管橋の両端支点部を鉛直配管とし、その各鉛直配管の上部に横方向の配管を剛に接続したラーメン構造を採用したのである。
このラーメン構造によれば、例えば、両支点部がヒンジ構造であれば、その支点部が横管の管軸方向に横変位すると、その支点部が回転するようにラーメン構造全体が変形する。
このため、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の変位に対応できるようになる。
また、支点部が固定構造であれば、横管が温度変化により伸縮すると、その鉛直配管の支点部に微小な部材角を生じさせるようにラーメン構造全体が変形する。このため、温度変化による変位に対応できるようになる。
また、鉛直配管に横方向の配管を接続したラーメン構造であれば、鉛直配管、横方向の配管及びその両配管を接続する曲管等の部材は、支間長の異なる他の管橋に用いられる管体や、一般的な管路に使用される管体との設計上の共通化が図りやすい。このため、シンプルで製造容易なものとすることができる。なお、前記支点部における横管の管軸方向への横変位とは、対の橋台に設けた各支点部間の距離が変化する方向への前記両支点部間の相対移動をいい、各支点同士の位置関係が径間方向へ相対移動する場合のほか、径間直角方向へ相対移動する場合も含まれる。
【0010】
また、上記構成を水管橋に採用した場合、空気弁を設けるべき管体の最上部は上記横方向の配管のいずれかの部分となるが、その横方向の配管を水平とするか、あるいは片勾配とすれば、空気弁の設置位置は鉛直配管との接続部近く、すなわち橋台上又は橋台に近い場所となる。
このため、水管橋にラーメン構造を採用すれば、必ずしも支間中央に空気弁を設ける必要はなく、管理用通路等の施設を不要とし得るとともに、シンプルで且つ維持管理が容易な構造形式とすることができる。
【0011】
さらに、ラーメン構造を採用したことにより、支間中央において管体に作用するモーメントは、同一の管を同一の支間に渡した単純梁状を成す上記パイプビーム形式と比較して小さくなる。このため、その管体に生じるたわみ量を低減し得る。たわみが小さい構造であれば、より長い支間を渡すことも可能となる。
【発明の効果】
【0012】
この発明は、管橋の両支点部を鉛直配管とし、その各鉛直配管と水平配管とを剛に接続したラーメン構造を採用したので、支点部が横管の管軸方向に横変位すると、両支点部がヒンジ構造であれば、その支点部が回転するように、ラーメン構造全体が変形するので、管橋は、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の変位に対応できるようになる。
また、両支点部が固定構造であれば、鉛直配管が支点部に微小な部材角を生じさせるようにラーメン構造全体が変形するので、管橋は、温度変化に対応できるようになる。
また、ラーメン構造とすれば、部材の共通化が図りやすいので、管橋をシンプルで製造容易なものとすることができる。
【0013】
また、上記構成を水管橋に採用した場合、空気弁の設置位置を必ずしも支間中央としなくてもよいので、シンプルで維持管理が容易な構造形式とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
具体的な実施形態として、対の橋台間に連続する管体で構成される管桁を一径間で掛け渡し、その管桁を、前記管体自身の強度により前記対の橋台間に支持させた管橋構造において、上記管桁は、上記対の橋台からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管と、前記両鉛直管間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管の上部に剛に接続される横管とを有し、その横管を通じて前記両鉛直管同士が連通し、上記各鉛直管は、上部鉛直管と下部鉛直管とが伸縮可撓管により屈曲自在に接続され、上記管桁は、前記上部鉛直管が下部鉛直管に対し屈曲可能な状態で上記各橋台に支持される構成を採用し得る。
【0015】
このようにすれば、鉛直管を支持する橋台などの下部工が、横管の管軸方向に横変位すると、その横変位に伴って鉛直管の上部鉛直管と下部鉛直管とが屈曲するように管桁全体が変形する。このため、鉛直管と橋台とはいわゆるヒンジ構造となって、管桁各部に作用する応力を低減し得る。
【0016】
また、他の実施形態として、対の橋台間に連続する管体で構成される管桁を一径間で掛け渡し、その管桁を、前記管体自身の強度により前記対の橋台間に支持させた管橋構造において、上記管桁は、上記対の橋台からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管と、前記両鉛直管間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管の上部に剛に接続される横管とを有し、その横管を通じて前記両鉛直管同士が連通して、前記管桁は、前記両鉛直管の下部で前記各橋台に支持される構成を採用し得る。
【0017】
このようにすれば、温度変化等により横管が伸縮すると、その伸縮に伴って鉛直管の橋台から立ち上がる部分に微小な部材角を生じさせるように管桁全体が変形する。このため、下部工の変位に対し、管桁全体が変形することにより対応できるようになる。
【0018】
なお、鉛直管、横管及びその両管を節点において接続する部材は、支間長の異なる他の管橋に用いられる管体や、一般的な管路に使用される管体との設計上の共通化が図りやすい。このため、シンプルで製造容易なものとすることができる。
【0019】
上記の構成において、上記管桁を送水管とし、上記横管の端部に空気弁を設ければ、空気弁は橋台近くに位置して、その維持管理が容易である。
【実施例】
【0020】
一実施例を図1乃至図4に基づいて説明する。この実施例の管橋は、河川11を挟んで設けた対の橋台1,1間に、管桁10を橋脚を介することなく一径間で掛け渡した2ヒンジラーメン構造の水管橋である。
【0021】
管桁10は、上記対の橋台1,1からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管2,2の上端に、水平に配設された横管3の両端がそれぞれ曲管6,6を介して剛に接続されたラーメン構造となっている。横管3を通じて前記両鉛直管2,2同士が連通し、その鉛直管2の下方は、橋台1内に埋設されて送水管に接続されているので、その送水管の水が管桁10内を流通できるようになっている。
【0022】
また、横管3の一方の端部には、管内に溜まった空気を排出する空気弁4が設けられている。橋台1上には、鉛直管2に沿ってはしご等の昇降手段(図示せず)が設けられているので、その昇降手段によって空気弁4を設けた場所に昇ることができる。このため、空気弁4を操作、メンテナンスすることが容易である。
さらに、その鉛直管2は、橋台1上を鉛直に立ち上がるので、その橋台1上の占有面積が小さくなり、施工時の工事費低減にも寄与し得る。
【0023】
鉛直管2は、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが伸縮可撓管5により屈曲自在に接続されて構成されている。
可撓管5としては、摺動型、波型、ゴム型、その他、周知の可撓管構造、又は伸縮可撓管構造を採用することができる。例えば、波型に分類されるものとして、スチールベローズ型の伸縮可撓管5を採用し得る。
この伸縮可撓管5をヒンジ部20として、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとは、両者の軸方向が一致した状態を基準に、自由な方向へ折れ曲がるようになっている。
【0024】
上部鉛直管2aの周囲には、ウェブ15とフランジ15aからなる箱状等の補剛部材が溶接により取付けられており、その補剛部材が、図4(a)(b)に示すように、内側2枚の支承プレート14b,14cを介して、橋台1の立上がり部7の側面にアンカーボルト16で固定されて、ピン支承14を構成している。
【0025】
そのアンカーボルト16は、外側の支承プレート14cに設けた孔14dに挿通されているので、アンカーボルト16により鉛直荷重を負担する構造である。
また、この実施例では、前記支承プレート14cの前記円弧状の接触面は、円筒面状に形成されているが、球面状に形成してもよい。また、適宜部材間にゴム等の弾性部材を介在させ、前記上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが屈曲することにより、その弾性部材が変形する構成及び道路橋等に使用する鋼製支承を採用してもよい。
【0026】
このラーメン構造によれば、例えば、支点部である橋台1に、地震等により、両支点部間の距離が変化する方向、すなわち、横管の管軸方向への横変位が生じた場合、その横変位に伴って鉛直管2が伸縮可撓管5の部分をヒンジとして回転するように管桁全体が変形する。このとき、鉛直管2と横管3とを剛に接続した節点も、その変形に追随して適宜移動する。
また、図2(a)に示すように、外力Pが管桁10の上部に作用した場合に、節点B,C(鉛直管2と横管3とを曲管6を介して剛に接続した部分)は横方向へわずかに移動し、その鉛直管2には、図2(b)に示すように、橋台1への支点部A,Dにおいて、微小な回転角RA,RDを、また、節点B、Cには、それぞれ微小なたわみ角θB,θCを生じさせるように管桁10全体が変形する。
このため、温度変化、地盤ひずみ等による下部工の比較的大きな変位、あるいは管桁10に作用する外力に対しても、管桁10全体が変形してその動きに追随し、管体の破損、損傷が回避される。
【0027】
さらに、この構造において、管桁10に作用するモーメント、せん断力は、それぞれ図3(c)(d)に示すものとなる。図中の符号Lは支間長を示し、符号Hは鉛直管2の立上がり高さ、符号Pは管内の水を想定した等分布荷重を示す。
支間中央において、横管3に作用するモーメントは、図中に示す「c(c=a−b)」であり、この値は、同一の管を同一の支間に渡した一端固定パイプビーム形式を想定した図3(a)に示す値「a」と比較して、小さくなっていることがわかる。これは、図3(c)のモーメント図に示すように、横管3に作用するモーメントが、全体的に節点B,Cに生じる材端モーメントb分減殺されているからである。このため、同一の管を同一の支間に渡した単純梁状の管桁を採用した場合と比較して、管体に生じるたわみ量を低減し得ることとなる。たわみが小さい構造であれば、より長い支間を渡すことも可能となるので有利である。
【0028】
他の実施例を図5乃至図7に基づいて説明する。この実施例の管橋は、前述の実施例のヒンジ支承を固定支承に変更したものである。
【0029】
管桁10は、上記両鉛直管2,2の下部にそれぞれ設けた支持部12,12のみで前記各橋台1,1に支持される。支持部12は、鉛直管2の外周に、水平なプレート等からなる台座13がリブ13a等を介して固定されており、その台座13が、図5に示すように、橋台1の上面にアンカーボルト等で動かないように固定されている。管桁10は、この支持部12,12のみで橋台1,1に支持されて、他の補剛桁等に支えられることなく自身の断面強度により河川11を横断した状態に支えられる。
【0030】
このラーメン構造によれば、例えば、温度変化等により、横管が伸縮した場合、その伸縮に伴って鉛直管2の橋台1から立ち上がる部分に微小な部材角を生じさせるように管桁全体が変形する。このとき、鉛直管2と横管3とを剛に接続した節点も、その変形に追随して適宜移動する。
また、図6(a)に示すように、外力Pが管桁10の上部に作用した場合に、節点B,C(鉛直管2と横管3とを曲管6を介して剛に接続した部分)は横方向へわずかに移動し、その鉛直管2には、図6(b)に示すように、橋台1への支点部A,Dにおいて、微小な部材角RA,RDを、また、節点B、Cには、それぞれ微小なたわみ角θB,θCを生じさせるように管桁10全体が変形する。
このため、温度変化等による横管の伸縮、あるいは管桁10に作用する外力に対しても、管桁10全体が変形してその動きに追随し、管体の破損、損傷が回避される。なお、一方の鉛直管2に、前述の実施形態におけるヒンジ部20を採用した構成とすることもできる。
【0031】
さらに、この構造において、管桁10に作用するモーメント、せん断力は、それぞれ図7(c)(d)に示すものとなる。図中の符号Lは支間長を示し、符号Hは鉛直管2の立上がり高さ、符号Pは管内の水を想定した等分布荷重を示す。
支間中央において、横管3に作用するモーメントは、図中に示す「c(c=a−b)」であり、この値は、同一の管を同一の支間に渡した単純梁状の管桁(一端固定パイプビーム形式)を想定した図7(a)に示す値「a」と比較して小さくなっている点は、前述の実施例の場合と同様である。
【0032】
(たわみ量比較)
上記各実施例において、横管3に生じるたわみ量は、同一の管を同一の支間に渡した一端固定パイプビーム形式(図5参照)の場合と比較すると、図1に示す2ヒンジラーメン構造の場合は、たわみ量が、
[数1]10k+3 / 2.1(2k+3)倍
となり、
[数2]k=I2H/I1L
I1:柱部(鉛直管2に相当)の断面二次モーメント
I2:梁部(横管3に相当)の断面二次モーメント
L:支間長
H:柱高さ(鉛直管2の立上がり高さに相当)
であるので、例えば、I2=I1、H=2.0m、L=30.0mとすれば、k=0.067となり、上記[数1]の値は、1/1.8倍となり、たわみ量が少なくなっていることがわかる。
【0033】
また、図5に示す固定ラーメン構造の場合は、たわみ量が、
[数3]5k+2 / 2.1(k+2)倍
となるので、上記と同様に、I2=I1、H=2.0m、L=30.0mとすれば、上記[数3]の値は、1/1.9倍となる。
【0034】
(温度応力比較)
また、両端固定パイピビーム形式との比較では、図1に示す2ヒンジラーメン構造の場合は、温度応力が、
[数4]3r / (2k+2)h倍
ただし、r:管外周半径
となり、上記と同様に、I2=I1、H=2.0m、L=30.0m、r=254mmとすれば、上記[数4]の値は、1/5.6倍となり、温度応力が小さくなっていることがわかる。
【0035】
また、図5に示す固定ラーメン構造の場合は、温度応力が、
[数5]3r / (k+2)h倍
となり、上記と同様に、I2=I1、H=2.0m、L=30.0m、r=254mmとすれば、上記[数5]の値は、1/5.4倍となる。
なお、上記たわみ量の倍率算定式は、構造力学公式集(昭和61年版土木学会)による。温度応力の倍率算定式は、同じく構造力学公式集(昭和61年版土木学会)による。
【0036】
(最大支間比較)
以下に、許容される最大支間長の比較例を示す。同一の管を用いた場合、2ヒンジラーメン構造の方が、一端固定パイプビーム形式よりも長い支間長とすることができることがわかる。
【0037】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】一実施例の正面図
【図2】(a)(b)は、同実施例の変形状態を示す模式図
【図3】(a)は、一端固定形式の管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図、(b)(c)(d)は、それぞれ図2のラーメン構造を有する管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図
【図4】図1の支持部を示す要部拡大図で、(a)は平面図、(b)は正面図
【図5】他の実施例の正面図
【図6】(a)(b)は、図5の変形状態を示す模式図
【図7】(a)は、単純梁状の管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図、(b)(c)(d)は、それぞれ図6のラーメン構造を有する管橋の載荷状態、応力状態を示す模式図
【図8】従来例の正面図
【図9】従来例の正面図
【図10】従来例の正面図
【図11】従来例の正面図
【符号の説明】
【0039】
1 橋台
1’ 橋脚
2 鉛直管
2a 上部鉛直管
2b 下部鉛直管
3 横管
4 空気弁
5 伸縮可撓管
6 曲管
7 立上がり部
8 トラス桁
9 水平支持部
10 管桁
11 河川
12 支持部
13 台座
14 ピン支承
15a フランジ
16 アンカーボルト
20 ヒンジ部
L 支間
H 立上がり高さ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対の橋台1,1間に連続する管体で構成される管桁10を一径間で掛け渡し、その管桁10を、前記管体自身の強度により前記対の橋台1,1間に支持させた管橋構造において、
上記管桁10は、上記対の橋台1,1からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管2,2と、前記両鉛直管2,2間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管2,2の上部に剛に接続される横管3とを有し、その横管3を通じて前記両鉛直管2,2同士が連通し、
上記各鉛直管2,2は、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが伸縮可撓管5により屈曲自在に接続され、上記管桁10は、前記上部鉛直管2aが下部鉛直管2bに対し屈曲可能な状態で上記各橋台1,1に支持されることを特徴とする管橋構造。
【請求項2】
対の橋台1,1間に連続する管体で構成される管桁10を一径間で掛け渡し、その管桁10を、前記管体自身の強度により前記対の橋台1,1間に支持させた管橋構造において、
上記管桁10は、上記対の橋台1,1からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管2,2と、前記両鉛直管2,2間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管2,2の上部に剛に接続される横管3とを有し、その横管3を通じて前記両鉛直管2,2同士が連通して、前記管桁10は、前記両鉛直管2,2の下部で前記各橋台1,1に支持されることを特徴とする管橋構造。
【請求項3】
上記管桁10は送水管であり、上記横管3の端部に空気弁4を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の管橋構造。
【請求項1】
対の橋台1,1間に連続する管体で構成される管桁10を一径間で掛け渡し、その管桁10を、前記管体自身の強度により前記対の橋台1,1間に支持させた管橋構造において、
上記管桁10は、上記対の橋台1,1からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管2,2と、前記両鉛直管2,2間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管2,2の上部に剛に接続される横管3とを有し、その横管3を通じて前記両鉛直管2,2同士が連通し、
上記各鉛直管2,2は、上部鉛直管2aと下部鉛直管2bとが伸縮可撓管5により屈曲自在に接続され、上記管桁10は、前記上部鉛直管2aが下部鉛直管2bに対し屈曲可能な状態で上記各橋台1,1に支持されることを特徴とする管橋構造。
【請求項2】
対の橋台1,1間に連続する管体で構成される管桁10を一径間で掛け渡し、その管桁10を、前記管体自身の強度により前記対の橋台1,1間に支持させた管橋構造において、
上記管桁10は、上記対の橋台1,1からそれぞれ上方に立ち上がる鉛直管2,2と、前記両鉛直管2,2間を横方向に結びその両端がそれぞれ前記各鉛直管2,2の上部に剛に接続される横管3とを有し、その横管3を通じて前記両鉛直管2,2同士が連通して、前記管桁10は、前記両鉛直管2,2の下部で前記各橋台1,1に支持されることを特徴とする管橋構造。
【請求項3】
上記管桁10は送水管であり、上記横管3の端部に空気弁4を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の管橋構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2007−262786(P2007−262786A)
【公開日】平成19年10月11日(2007.10.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−90855(P2006−90855)
【出願日】平成18年3月29日(2006.3.29)
【出願人】(000142595)株式会社栗本鐵工所 (566)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年10月11日(2007.10.11)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年3月29日(2006.3.29)
【出願人】(000142595)株式会社栗本鐵工所 (566)
【Fターム(参考)】
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