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>> B. エネルギー散逸 (「ショックアブソーバー」効果)
● グローバル コンプライアンス: 国境を越えたエンジニアリング
● EVERCROSS BRIDGE: 卓越したエンジニアリングの遺産
● ベイリーブリッジの免震と安全性に関するよくある質問と質問
>> 1. ベイリー橋ではなぜ従来の耐震補強よりも免震が好まれるのですか?
>> 2. 既存のベイリー橋に免震システムを改修できますか?
>> 3. EVERCROSS モジュール式橋は、高マグニチュード地震の際にどのように安定性を維持しますか?
>> 4. 免震支承のメンテナンス周期はどれくらいが目安ですか?
>> 5. 免震を追加するとプロジェクト予算が大幅に増加しますか?
世界的なインフラストラクチャーの状況では、 ベイリー橋は、もともと第二次世界大戦中に緊急配備の軍事的解決策として考案されましたが、現代の土木工学の重要なコンポーネントに移行しました。現在、これらのプレハブ鋼製トラス橋は、緊急災害救援、地方の接続、および頑丈な高速道路プロジェクトに広く使用されています。しかし、世界的な都市化によりインフラストラクチャが地理的に不安定な地域に押し寄せられるため、地震活動の脅威が設計上の主要な考慮事項となっています。
ベイリーブリッジ免震の原理を理解することは、もはや学術的な課題ではありません。それは命を救う必需品です。年間 10,000 トンを超える構造用鋼を生産する EVERCROSS BRIDGE のような大手メーカーにとって、モジュール設計に耐震性を組み込むことは中核的な使命です。 CCCC (中国通信建設会社) や CREC (中国鉄道工程総公司) などの世界的大手企業と提携して、当社は高度な免震技術が壊滅的な地震の発生中およびその後に重要な供給ラインをどのように維持できるかを直接見てきました。このガイドでは、これらの巨大な構造物を地球の暴力的な力からどのように切り離すかについて徹底的に説明します。
免震の素晴らしさを理解するには、まず伝統的な「耐震性」の限界を理解する必要があります。標準的な耐震設計では、橋は「頑丈」になるように建設されます。エンジニアは高張力鋼と鉄筋コンクリートを使用して、構造物自体の強度と延性によって地震のエネルギーを「吸収」できるようにします。これはある程度効果的ではありますが、多くの場合、橋脚のひび割れ、トラスの変形、多額の費用がかかる地震後の修理など、永久的な構造的損傷を引き起こします。
対照的に、免震は積極的な哲学です。隔離は地震のエネルギーと戦うのではなく、それを回避しようとします。
●デカップリングの概念: 橋の上部構造 (トラス) と下部構造 (橋脚) の間に柔軟なコンポーネントを配置することで、橋を効果的に「浮かせます」。
●運動の物理学：地震の際、地面は激しく動きますが、この変位の大部分は免震層が吸収します。上のベイリー橋は比較的静止したままで、地面の加速度のほんの一部しか受けません。
●なぜベイリーブリッジなのか？モジュール式鋼橋は、コンクリートに比べて当然軽量です。この質量の軽さは耐震設計において有利ですが、その「硬い」トラスの性質により、高周波振動による金属疲労やピンの破損を防ぐために慎重な隔離が必要です。
ベイリー橋の免震原理は、構造力学の 2 つの柱に基づいています。それは、橋の固有振動数のシフトと、地震のエネルギーの「流出」です。
すべての構造には固有振動周期、つまり 1 回前後に揺れるのにかかる時間があります。ほとんどの地震は、高周波 (短期間) で最も破壊的なエネルギーをもたらします。
●共振の危険性：橋の固有周期が地震の周期と一致すると共振が発生し、構造物が破壊するまで揺れが増幅されます。
●解決策: 免震ベアリングは鋼製トラス自体よりもはるかに「柔らかい」です。この柔軟性を導入することで、橋の固有周期を長くします。これにより、橋の応答が地震スペクトルの「低エネルギー」ゾーンに移動します。簡単に言えば、下の地面が激しく揺れているにもかかわらず、橋はよりゆっくりと優雅に動きます。
周期を延長するだけでは、橋が大きく揺れすぎて、支柱から落ちてしまう可能性があります。これを防ぐためにダンピングを導入します。
●ヒステリシスと摩擦：地震の運動エネルギーを熱に変換することです。免震ベアリングが変形したり滑ったりすると、内部分子摩擦 (ゴムの場合) または機械的摩擦 (スライダーの場合) がエネルギーを「消費」します。
●結果: ダンピングにより橋床の最大変位が減少し、ベイリー橋が設計された動きの範囲内に確実に収まるようになります。
EVERCROSS BRIDGE では、それぞれ異なる地理的要件や環境要件に適した 3 つの主要カテゴリの絶縁技術を利用しています。
LRB は、多くの高速道路ベイリー橋プロジェクトの「ゴールド スタンダード」です。それは、中心に固体の鉛コアを備えた、加硫ゴムとスチールシムの交互層の「サンドイッチ」で構成されています。
●ゴム層：生理の延長に必要な横方向の柔軟性を提供します。
●スチールシム：垂直方向の剛性を高め、大型トラックの重量でベアリングが膨らまないようにします。
●鉛コア：これが「ダンパー」です。鉛コアは地震力を受けると降伏して塑性変形し、膨大なエネルギーを吸収します。地震が止まると、ゴムの自然な弾性が橋を元の位置に引き戻します。
大規模なスパンのモジュラー橋や、地震の可能性が非常に高い地域のプロジェクトにとって、FPS はエンジニアリングの驚異です。単振り子の原理で動作します。
●メカニズム: ブリッジは、凹型のステンレス鋼の盆地にある「スライダー」の上にあります。地震が起きるとスライダーが曲面に沿って移動します。
●復元者としての重力：スライダーがカーブを上に移動すると、重力は自然にスライダーを中心に押し戻そうとします。これにより、橋の経年変化や材料の疲労に依存しない自動調心機構が形成されます。
●高耐荷重：FPSユニットはゴムベアリングよりも大幅に高い垂直荷重に耐えることができるため、鉄道ベイリー橋に最適です。
HDR ベアリングは LRB に似ていますが、鉛コアを使用しません。代わりに、ゴムコンパウンド自体が、内部摩擦を増加させる特別な添加剤 (カーボン ブラックなど) を使用して設計されています。
●長所：製造が容易で環境に優しい。
●短所：温度変化に敏感なので、温帯気候に適しています。
システムを選択するには、コスト、メンテナンス、地震リスクのバランスが必要です。
特徴 |
鉛ゴムベアリング（LRB） |
摩擦振り子 (FPS) |
高減衰ゴム(HDR) |
一次機能 |
鉛の降伏によるエネルギー吸収 |
摩擦によるエネルギー吸収 |
材料ベースのヒステリシス |
垂直荷重 |
中程度から高程度 |
非常に高い |
適度 |
耐久性 |
高 (UV 保護が必要) |
最高（ステンレス） |
適度 |
セルフセンタリング |
優れた（ゴム弾性） |
パーフェクト (重力ベース) |
良い |
メンテナンス |
低い（目視検査） |
最小限 |
低い |
ベストユースケース |
標準道路橋 |
大径間・重量鉄道 |
歩行者/軽交通 |
耐震安全性はベアリングだけの問題ではありません。それは橋自体のことです。 EVERCROSS BRIDGE の設計は、設計限界を超える予期せぬ地震力に耐えるための重要な要素である構造冗長性を優先します。
●「ピン接続」ダイナミック: 当社の 321 タイプおよびコンパクト 200 ベイリー ブリッジは、トラス パネルの接続に高強度のピンを使用しています。地震が発生した場合、これらの接合部は微視的な量の「遊び」または回転を許容し、実際には、剛性の溶接が切れるのではなく、フレーム全体に局所的な応力を分散するのに役立ちます。
●マルチパス荷重分散: 当社のブリッジは弦と対角線の格子で構成されているため、重要でない単一の部材の故障が「ジッパー効果」の崩壊につながることはありません。荷重は隣接するパネルに瞬時に再配分されます。
●災害後の復旧: 地震が激しすぎて橋が損傷した場合、当社製品のモジュール式の性質により「外科的」修理が可能です。エンジニアは、構造全体を破壊することなく、現場で特定のパネルや欄間を交換できます。これは、人道支援ルートにとって極めて重要な利点です。
EVERCROSS BRIDGE は、国際調達機関や PowerChina などの国営企業と協力する際、世界で最も厳格な耐震基準を遵守しています。
●AASHTO LRFD (米国): 当社の橋は、変位制限と橋脚保護に焦点を当てた「免震設計ガイド仕様」を満たしていることを保証します。
●ユーロコード 8: 当社は特定の「設計地盤加速度」(ag) 目標に合わせて設計し、「設計レベル」の地震の後でも橋が動作し続けることを保証します。
●製造における品質管理: 当社の橋に使用される鋼材のすべてのバッチは、厳格なシャルピー V ノッチ (CVN) 衝撃試験を受けます。これにより、鋼材は「強靭」な状態を維持し、寒冷下や高速地震荷重下でも脆くなりません。
世界トップクラスの免震システムも、設置が間違っていては役に立ちません。 China General Nuclear (CGN) および CNOOC との数十年にわたる現場での経験に基づいて、当社は 3 つの重要な設置段階を重視しています。
●基礎構造の平坦度：コンクリート橋脚は完全に水平である必要があります。 1 度の傾斜でも免震ベアリングに「クリーピング」が発生し、長期的な構造オフセットにつながる可能性があります。
●熱膨張ギャップ：ベイリーブリッジは天候により伸縮します。免震システムは、地震の「速い」動きに備えながら、この「遅い」動きを許容できるように調整する必要があります。
●破片のシールド: 特に田舎や「オフロード」のベイリー橋の場所では、ほこりや石がベアリングの滑り面に干渉する可能性があります。当社では、絶縁層を要素から保護するためにカスタマイズされた「ベローズ」またはシールドを提供しています。
免震システムの初期費用に躊躇するプロジェクトマネージャーも少なくありません。しかし、ライフサイクルコスト分析 (LCCA) では通常、その逆が証明されます。
●橋脚コストの削減：免震によって地面に伝わる力が低減されるため、コンクリート橋脚や基礎を小さくして補強を少なくすることができ、多くの場合、ベアリング自体の費用を賄うのに十分な量のコンクリートと鉄筋を節約できます。
●保険と賠償責任：認定された免震システムを備えた橋は、インドネシア、ネパール、アンデスなどの高リスク地帯では、保険料が安くなることがよくあります。
●事業継続：橋の崩壊によるコストは鋼材のコストだけではありません。それは失われた貿易と分断されたコミュニティの代償です。免震は「ダウンタイムゼロ」のインフラストラクチャへの投資です。
中国のトップ 3 鋼橋メーカーの 1 つである EVERCROSS BRIDGE は単なるサプライヤーではありません。私たちは戦略的パートナーです。当社の年間 10,000 トン以上の生産量は、ベイリー ブリッジ免震の原理に専念する研究者チームによって支えられています。
●巨人とのコラボレーション: 葛州坡グループおよび中国鉄道との協力により、ヒマラヤ山脈からアフリカ地溝帯に至るまで、地球上で最も困難な地形のいくつかに当社の橋が設置されてきました。
●高度な研究開発: 最初の鋼片が切断される前に、有限要素解析 (FEA) を利用して地震シナリオをシミュレーションします。これにより、仮想環境で橋の「ストレステスト」を行うことができ、絶縁システムが地域の地理に合わせて完全に調整されていることを確認できます。
ベイリー橋の設計への免震の統合は、20 世紀のモジュール性と 21 世紀の安全技術の完璧な融合を表しています。周期延長、エネルギー散逸、構造的冗長性の原理を理解して適用することで、ギャップを埋めるだけでなく、考えられない事態にも耐える橋を構築できます。
EVERCROSS BRIDGE では、迅速に建設でき、維持費が経済的で、自然災害に対しても揺るぎない鋼橋を世界市場に提供することに引き続き取り組んでいます。私たちの使命は、地球が動いても、重要なインフラがその位置に正確に留まるようにすることです。
従来の耐震補強（耐震）は、地震の力に耐えられるように橋を「より強く」することに重点を置いています。これにより、多くの場合、巨大で剛性が高く、高価な下部構造が必要になります。これとは対照的に、免震は、地面の振動が橋に到達する前に取り除く「緩衝器」として機能します。この積極的なアプローチは、構造疲労を防ぎ接続ピンを保護し、地震発生直後に橋が確実に機能し続けるようにするため、モジュール式鋼橋の場合により効果的です。
はい。モジュラー鋼橋の最大の利点の 1 つは、その適応性です。既存のベイリー橋は、橋床をジャッキアップし、従来の鋼板ベアリングを鉛ゴム ベアリング (LRB) または摩擦振り子システム (FPS) に置き換えることによって改修できます。EVERCROSS BRIDGE は、標準の 321 タイプおよびコンパクト 200 トラス構成に適合するように設計された特殊な改修キットを提供し、古いインフラストラクチャの寿命と安全性を大幅に延長します。
当社の橋は、高強度 Q355B 鋼と構造的冗長性の組み合わせによって安定性を維持します。単桁橋とは異なり、当社のトラス設計は複数の荷重経路を特徴としています。地震によって一部のセクションに局所的な応力が生じた場合、免震システムがエネルギーを消散し、連動ブレース システムが残りの荷重を再分散します。これにより、危険度の高い区域の緊急救援橋にとって重要な「進行性崩壊」が防止されます。
通常の条件下では、高品質の免震ベアリング (エバークロスブリッジで使用されているものなど) の耐用年数は 50 ～ 60 年です。ただし、リヒタースケールで 5.0 を超える地震が発生した場合は、1 ～ 2 年ごとに目視検査を行い、包括的な技術監査を行うことをお勧めします。メンテナンスには通常、ゴムの酸化をチェックし、伸縮継手に破片がないことを確認し、摩擦システムの滑り面が潤滑され錆びていないことを確認することが含まれます。
免震ベアリングへの初期投資は標準ベアリングよりも高くなりますが、巨額の投資収益率 (ROI) が得られます。橋脚や橋台に伝わる地震力を軽減することで、多くの場合、エンジニアは橋の基礎のサイズとコストを削減できます。さらに、輸送ルートが閉鎖されることによる経済的損失は言うまでもなく、地震後の非免震橋の修理費用は、高度な耐震対策の初期費用をはるかに上回ります。
