橋梁用ベアリング：種類、機能、設置、メンテナンス

橋の接合部と支承の仕様は、橋の寿命と機能性を保証する橋梁工学の重要な側面です。この包括的なガイドでは、これらの要素の重要性、さまざまなタイプ、選択基準、およびメンテナンスと設置のベスト プラクティスについて詳しく説明します。

橋のアーティキュレーションと橋のベアリングを理解する

橋梁工学におけるアーティキュレーションとは、必要な動きや回転を可能にするサポートとベアリングの戦略的な設計と配置を指します。これにより、上部構造と下部構造の両方に過度のストレスがかからないようになり、橋が損傷することなくさまざまな力や動きに適応できるようになります。

ブリッジベアリングはどのように機能しますか?

橋梁のベアリングは、橋梁の上部構造から下部構造に荷重を伝達しながら、相対的な動きを吸収または制限する働きをします。これらの動きには、熱による膨張と収縮、および交通荷重や風力による動きが含まれます。ベアリングにより、橋梁は構造的な損傷を引き起こすことなく曲げたり移動したりすることができ、橋梁の完全性と寿命が維持されます。

フリーベアリングブリッジとは何ですか?

フリー ベアリング橋は、ベアリングによって大きな制約なしに複数の方向への移動が可能な橋の一種です。これらのベアリングは、多くの場合エラストマー ベアリングまたはスライド ベアリングであり、温度変化、荷重変動、その他の力に応じて橋の上部構造が自由に拡張、収縮、回転できます。この設計は、構造が大きな制約を課すことなく大きな動きや回転に対応する必要がある場合によく使用されます。

橋梁のベアリングにはどのような材料が使用されていますか?

橋梁のベアリングは、ベアリングの種類と橋梁の特定の要件に基づいて選択されたさまざまな材料から作られています。一般的な材料は次のとおりです。

• ゴムと鋼鉄: 柔軟性と強度を兼ね備えたエラストマーベアリングに使用されます。
• ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）： ポットベアリングや球面ベアリングの摺動面に使用される低摩擦材料です。
• ステンレス鋼： 強度と耐腐食性があるため、球面ベアリングによく使用されます。
• 青銅および複合材料: 独特の特性を持つため、特殊なベアリングに使用されることもあります。

橋梁支承の種類と機能

ベアリングは、橋梁の上部構造から下部構造に荷重を伝達し、相対的な動きを調整または制限するために不可欠です。ベアリングにはいくつかの種類があり、それぞれ異なる橋梁の構成と要件に適しています。

• エラストマーベアリング: これらは、鋼板で区切られたゴムの層で構成されており、一般的には小型構造物に使用されます。せん断変形によって動きを処理し、縦方向、横方向、回転方向の動きが小さい用途で経済的に効率的です。
• ポットベアリング: これらは、スチールシリンダー内に閉じ込められたエラストマーディスクで構成されており、大きな回転運動が可能です。また、スライド面が含まれている場合は、並進運動にも対応できます。
• 球面ベアリング: 大きな回転に使用されるこれらのベアリングは、球面を採用しており、多くの場合 PTFE で裏打ちされ、ステンレス鋼の表面とマッチしています。機械加工が必要なため高価であり、通常は大規模な構造物で使用されます。
• ロッカーベアリング: ロッカー ベアリングは、単一の軸を中心に回転することができ、接触線に直交する軸を中心にねじりを抑制します。衝撃荷重が大きい鉄道橋でよく使用されます。
• ガイドベアリング: これにより、構造は垂直荷重を受けることなく正しい膨張/収縮経路を維持できるようになり、大きく傾斜した構造や複数スパンの構造に役立ちます。

橋梁支承とアーティキュレーション設計における重要な考慮事項

環境と負荷要因

1. 温度変化: 均一な温度変化と温度差による温度変化の両方が、橋梁構造物に大きな動きと応力を引き起こす可能性があります。
2. コンクリートの収縮: 過度のストレスを避けるために、デッキスラブなどのコンクリート部品の収縮に対応する必要があります。
3. 永続的なアクション: 死荷重と重ね合わせた死荷重は、管理する必要がある継続的な力を加えます。
4. 変数アクション: 交通負荷は、ベアリングが対応しなければならない主要な可変動作です。
5. 垂直および水平荷重: どちらのタイプの負荷も、ベアリングの選択と設計に影響を与えます。
6. サポート決済: サポートの動きや沈下により、ベアリングが処理する必要のある追加の力や動きが発生する可能性があります。
7. 偶発的なアクション: ベアリングの設計では、車両の衝突やその他の事故による衝撃を考慮する必要があります。

橋梁ベアリングの動きの調整

ベアリングは、永久的な（不可逆な）動きと一時的な（可逆な）動きの両方に対応する必要があります。これにより、橋は損傷につながる可能性のあるストレスを蓄積することなく、さまざまな状況に適応できるようになります。

橋梁支承の回転管理

支持部の縦軸と横軸を中心とした回転を考慮する必要があります。これらの回転は、ベアリングで調整することも、ベアリングによって阻止することもできます。場合によっては、平面曲げに関連する垂直軸を中心とした回転も考慮する必要がありますが、これは通常最小限です。

橋梁支承の水平変位

水平方向の変位は、構造の長さと曲げの全体的な変化によって生じます。これらの変位を管理し、過度のストレスを防ぎ、構造の完全性を確保するには、ベアリングを適切に配置することが重要です。

ブリッジベアリングによるアーティキュレーション配置の最適化

制限ベアリングと伸縮継手

ベアリングの数を減らし、伸縮継手の動きを最小限に抑えることで、メンテナンスの負担が軽減されます。このアプローチにより、構造が簡素化され、耐用年数が向上します。

橋梁支承部の浮き上がり防止

特に斜め構造の場合、ベアリング位置での浮き上がりを防ぐことが重要です。浮き上がりは設計を複雑にし、コストを増加させる可能性があるため、可能な限り回避する必要があります。

橋梁支承における機械的拘束

水平方向の力を管理し、熱膨張と収縮が正しく行われるようにするには、機械的な拘束が必要です。これらの拘束は、動きを効果的に制御するために戦略的に配置する必要があります。

橋梁支承による多スパン橋の柔軟性

荷重分散と柔軟性を可能にする細い橋脚を使用することで、多スパン構造における動きの制約を回避できます。この設計上の配慮により、さまざまな力や動きに適応する構造の能力が向上します。

橋梁支承の詳細な連結方式

単径間橋

1. フローティングアーティキュレーション: 水平方向の力が小さい小さな橋では、デッキをエラストマー ベアリング上に「浮かべる」ことができます。これらのベアリングは、せん断変形によってあらゆる動きに対応します。
2. 固定点アーティキュレーション: ほとんどの橋では、水平方向の力を管理するために機械的な拘束が必要です。ポットベアリングとガイド付き（一方向）ベアリングは動きを制御するために使用され、固定ベアリングは縦方向の力を処理します。

連続マルチスパンデッキ

スパンが長くなると、動きの大きさも大きくなります。固定ベアリングを橋の中央に配置すると、熱膨張が均等に分散され、構造物にかかるストレスが軽減されます。橋脚の設計では、ブレーキや加速動作によって生じる水平方向の力を考慮する必要があります。

橋梁支承付き湾曲橋床版

湾曲したデッキは、固定点から放射状に、または曲率半径に対して接線方向にガイドできます。放射状のガイドにはベアリングの正確な形状が必要ですが、接線方向の調整では、特定のガイド ベアリングを使用して水平方向の力に対応しながら、デッキを曲線に沿って効果的にガイドします。

橋梁支承部および接合部の伸縮継手

現代の橋では、伸縮継ぎ手を使用して動きを管理し、局所的な亀裂を防ぎ、構造の完全性を維持しています。これらの継ぎ手の適切な仕様は、ベアリングと同様に、効果的な動きの調整とメンテナンスの最小化を確実にするために重要です。

橋梁支承の仕様と設置

橋梁支承の支承スケジュール作成

橋梁設計者は、力、動き、性能特性をリストした詳細なベアリング スケジュールを作成する必要があります。この情報は、ベアリング設計者が設計値と完全な仕様を決定するのに役立ちます。

橋梁支承の設置に関する考慮事項

ベアリングは、完全な膨張と収縮の動きに対応するために、正確な方向と温度設定で取り付ける必要があります。ベアリング表面を橋の最終的な形状に合わせるために、テーパー プレートが必要になる場合があります。

橋梁支承の保守点検

橋梁支承部のアクセシビリティを考慮した設計

ベアリングは、検査、保守、交換が容易になるように設計する必要があります。これには、アクセス、負荷を軽減する手段、新しいベアリングの取り出しと挿入のための物理的なスペースの提供が含まれます。

橋梁支承用橋台

橋台では、ギャラリーによりベアリングの検査とメンテナンスが容易になります。これらのギャラリーは、大幅な構造変更を行わずにベアリングの作業に必要なアクセスとスペースを提供します。

結論

橋の関節構造とベアリングの仕様は、橋の機能と寿命にとって重要です。最適化された設計とメンテナンス方法を理解して実装することで、エンジニアは橋が今後何年にもわたって安全で耐久性があり、効率的であることを保証できます。適切な関節構造により、橋はさまざまな力や動きに適応でき、適切に選択されたベアリングは荷重を効果的に伝達し、必要な変位と回転に対応します。綿密な設計、設置、メンテナンスにより、橋梁構造の完全性と性能を大幅に向上できます。