特許ウォッチ

公開番号2025020366
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-12
出願番号2024196675,2021155785
出願日2024-11-11,2021-09-24
発明の名称耐力階層化補強RC橋脚及びその設計方法
出願人国立研究開発法人土木研究所
代理人個人
主分類E01D 22/00 20060101AFI20250204BHJP(道路,鉄道または橋りょうの建設)
要約【課題】既設RC橋脚に対して、設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、極大地震動に対しても橋の機能が損なわれにくい、耐力階層化補強RC橋脚及びその設計方法を提供する。
【解決手段】耐力階層化補強RC橋脚20は、既設RC橋脚と、RC巻き立て補強部23と、上端側に支圧板24aが固着される耐力階層化鉄筋24と、中空シース25とを有し、中空シース25は、上方側の耐力階層化鉄筋24を遊嵌させた状態で収容する中空部として形成され、上部側が大中空部25aとされ、大中空部25aの下面部分が支圧板24a下面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされるとともに大中空部25が柱部2bの塑性ヒンジ区間を超える高さ位置に形成される。平常時において支圧板24aと前記引張抵抗面との間に遊間が形成され、かつ、遊間長dxが所定の条件式を満足するように形成される。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
フーチング部と、前記フーチング部上に立設されるとともに前記フーチング部より直径が小径とされる柱部と、を有する既設ＲＣ橋脚と、
前記柱部とともに柱状体を成すように形成され、前記フーチング部より前記柱状体の直径が小径とされる厚みで前記柱部の外周に巻き立てられるＲＣ巻き立て補強部と、上端側に前記柱部の高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着されるとともに前記支圧板から前記柱部の前記高さ方向に沿って垂下されて下端側が前記フーチング部に埋設される耐力階層化鉄筋と、前記ＲＣ巻き立て補強部内部に前記フーチング部に埋設される部分より上方側の前記耐力階層化鉄筋を遊嵌させた状態で収容する中空部として形成され、前記中空部の上部側が前記支圧板を収容する、下方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の下面部分が前記支圧板下面と対向して前記ＲＣ巻き立て補強部の側面部分が前記柱部の側面部分の変位に追従する形で上方に引っ張られたときに前記支圧板下面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされるとともに前記大中空部が前記柱部の塑性ヒンジ区間を超える高さ位置に形成される中空シースと、を有する橋脚補強部と、
前記既設ＲＣ橋脚上に配される橋の支承部と、を備え、
平常時において前記支圧板と前記引張抵抗面との間に遊間が形成され、かつ、前記支圧板と前記引張抵抗面との間の距離である遊間長ｄｘが下記式（１）及び（２）を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化補強ＲＣ橋脚。
JPEG
2025020366000019.jpg
27
106
ただし、前記式（１）、（２）中、φ
ｌｓ
’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記柱部の前記塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙ
ｌｓ
’は、前記曲率φ
ｌｓ
’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における前記柱部の中立軸の位置から前記柱部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φ
y
は、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φ
ｌｓ３
は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記柱部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される請求項１に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法であって、
少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル２地震動によって生ずる変位がもたらす柱部の塑性ヒンジ区間における曲率φ
ｌｓ
’を算出する曲率算出工程と、
前記曲率φ
ｌｓ
’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における前記柱部の中立軸の位置から前記柱部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離ｙ
ｌｓ
’を算出する距離算出工程と、
前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Ｌｐを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、
前記曲率φ
ｌｓ
’、前記最短距離ｙ
ｌｓ
’及び前記塑性ヒンジ長Ｌｐの算出結果に基づき、下記式（１）及び（２）を満足するように遊間長ｄｘを設定する遊間設定工程と、
を含むことを特徴とする耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。
JPEG
2025020366000020.jpg
27
106
ただし、前記式（１）、（２）中、φ
ｌｓ
’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記柱部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙ
ｌｓ
’は、前記曲率φ
ｌｓ
’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における前記柱部の前記中立軸の位置から前記柱部の前記中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φ
y
は、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φ
ｌｓ３
は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
【請求項４】
更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記柱部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように支承部の破壊強度を設定する支承部設定工程を含む請求項３に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震動の強度に応じて耐力が階層化された耐力階層化補強ＲＣ橋脚及びその設計方法に関する。
続きを表示（約 5,200 文字）【背景技術】
【０００２】
道路橋示方書Ｖ（日本道路協会：道路橋示方書・同解説Ｖ耐震設計編，２０１７．）に規定される設計地震動は、過去の地震動特性等に基づき、橋の供用期間中に発生する確率が高い地震動（レベル１地震動）、前記橋の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度を持つ地震動（レベル２地震動）の二段階の地震動を考慮することとし、レベル２地震動としてもプレート境界型の大規模な地震動を想定したタイプＩの地震動や内陸直下型の地震を想定したタイプＩＩの地震動の２種類について考慮することとしている。
しかしながら、前記設計地震動を上回る極大地震動が発生する可能性は否定できない。
そのため、道路橋には、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても、できるだけ機能が損なわれないことが求められる。
【０００３】
従来、二段階の地震動強度に応じた耐震設計手法として、コンクリート躯体内に外側主鉄筋と内側主鉄筋とを配したうえ、前記内側主鉄筋の端部を前記コンクリート躯体に軸方向間隙をあけて定着させることや、前記内側主鉄筋の下端に圧縮代又は引張代解消後に前記内側主鉄筋を作動させる可縮性部材を配することにより、強い地震動を受けて作動する鉄筋構造を橋脚に付与する手法が提案されている（特許文献１，２参照）。
しかしながら、これらの提案では、前記軸方向間隙及び前記可縮性部材の前記圧縮代及び前記引張代をどのように設定するかが不明であり、また、前記設計地震動を上回る前記極大地震動を想定していないため、前記極大地震動に対する耐震性能を満足させることができない問題がある。
即ち、前記軸方向間隙及び前記可縮性部材の前記圧縮代の設定が短い場合、前記極大地震動を受けたときに前記内側鉄筋が前記外側鉄筋とともに前記設計地震動未満の外力で作動し始めることで橋脚の変形能が十分に発揮されず、設計で想定した以外の部材が損傷し、橋として期待した性能が発揮されないおそれがある。また、前記軸方向間隙及び前記可縮性部材の前記引張代の設定が長い場合、前記内側鉄筋が作動する前に前記橋脚が倒壊するおそれがある。
また、前記極大地震動に対しては終局変位を超えるおそれがあり、橋脚が倒壊することが否定できない。
前記設計地震動までは、前記道路橋示方書Ｖの耐震設計で耐震性能が確保されるため、前記極大地震動に対する耐震設計こそが今まさに求められる。
【０００４】
ところで、このような極大地震動に対する耐震設計を要する対象には、新設橋脚に加えて、当然ながら既設橋脚がある。
膨大な数で存在する前記既設橋脚を取り壊して前記新設橋脚に挿げ替えることは、現実的でなく、前記既設橋脚に対しては補強を行うことで、前記極大地震動に対する耐震設計を満足させる必要がある。
既設ＲＣ橋脚に対する耐震補強方法としては、鋼板巻き立て工法及びＲＣ巻き立て工法が一般的に知られているが、これらの工法自体は、前記既設ＲＣ橋脚に対して前記極大地震動向けの耐震性能を付与するものではない。
一方で、前記鋼板巻き立て工法及び前記ＲＣ巻き立て工法で採用される施工技術や施工手順を利用して前記極大地震動に対する耐震設計を満足させる工法を確立することができれば、既存の施工設備を有効活用することができ、また、施工技術者へ特別な負担を与えることがないことから、前記既設ＲＣ橋脚に対して補強を通じた前記極大地震動向けの耐震性能付与が一気に現実的なものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００１－２９５２２０号公報
特開２００２－３４９０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、前記既設ＲＣ橋脚に対して、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても橋の機能が損なわれにくい、耐力が階層化された耐力階層化補強ＲＣ橋脚及びその設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞フーチング部と、前記フーチング部上に立設されるとともに前記フーチング部より直径が小径とされる柱部と、を有する既設ＲＣ橋脚と、前記柱部とともに柱状体を成すように形成され、前記フーチング部より前記柱状体の直径が小径とされる厚みで前記柱部の外周に巻き立てられるＲＣ巻き立て補強部と、上端側に前記柱部の高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着されるとともに前記支圧板から前記柱部の前記高さ方向に沿って垂下されて下端側が前記フーチング部に埋設される耐力階層化鉄筋と、前記ＲＣ巻き立て補強部内部に前記フーチング部に埋設される部分より上方側の前記耐力階層化鉄筋を遊嵌させた状態で収容する中空部として形成され、前記中空部の上部側が前記支圧板を収容する、下方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の下面部分が前記支圧板下面と対向して前記ＲＣ巻き立て補強部の側面部分が前記柱部の側面部分の変位に追従する形で上方に引っ張られたときに前記支圧板下面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされるとともに前記大中空部が前記柱部の塑性ヒンジ区間を超える高さ位置に形成される中空シースと、を有する橋脚補強部と、前記既設ＲＣ橋脚上に配される橋の支承部と、を備え、平常時において前記支圧板と前記引張抵抗面との間に遊間が形成され、かつ、前記支圧板と前記引張抵抗面との間の距離である遊間長ｄｘが下記式（１）及び（２）を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化補強ＲＣ橋脚。
JPEG
2025020366000002.jpg
27
106
ただし、前記式（１）、（２）中、φ
ｌｓ
’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記柱部の前記塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙ
ｌｓ
’は、前記曲率φ
ｌｓ
’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における前記柱部の中立軸の位置から前記柱部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φ
y
は、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φ
ｌｓ３
は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
＜２＞支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記柱部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される前記＜１＞に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚。
＜３＞前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法であって、少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル２地震動によって生ずる変位がもたらす柱部の塑性ヒンジ区間における曲率φ
ｌｓ
’を算出する曲率算出工程と、前記曲率φ
ｌｓ
’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における前記柱部の前記中立軸の位置から前記柱部の前記中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離ｙ
ｌｓ
’を算出する距離算出工程と、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Ｌｐを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、前記曲率φ
ｌｓ
’、前記最短距離ｙ
ｌｓ
’及び前記塑性ヒンジ長Ｌｐの算出結果に基づき、下記式（１）及び（２）を満足するように遊間長ｄｘを設定する遊間設定工程と、を含むことを特徴とする耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。
JPEG
2025020366000003.jpg
27
106
ただし、前記式（１）、（２）中、φ
ｌｓ
’は、レベル２地震動によって生ずる変位がもたらす前記柱部の塑性ヒンジ区間における曲率を示し、ｙ
ｌｓ
’は、前記曲率φ
ｌｓ
’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における前記柱部の前記中立軸の位置から前記柱部の前記中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離を示し、Ｌｐは、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長を示し、φ
y
は、道路橋示方書Ｖに示される橋脚の限界状態１とみなす変位における曲率を示し、φ
ｌｓ３
は、前記道路橋示方書Ｖに示される前記橋脚の限界状態３とみなす変位における曲率を示す。
＜４＞更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの柱部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記柱部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように支承部の破壊強度を設定する支承部設定工程を含む前記＜３＞に記載の耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、前記既設ＲＣ橋脚に対して、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても橋の機能が損なわれにくい、耐力が階層化された耐力階層化補強ＲＣ橋脚及びその設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図である。
橋脚基部の部分拡大断面図である。
道路橋示方書Ｖに準じたコンクリートの応力－ひずみ関係を示す図である。
道路橋示方書Ｖに準じた軸方向鉄筋の応力－ひずみ関係を示す図である。
地震動による引張力作用時の状態を示す、橋脚基部の部分拡大断面図である。
設計地震動を超える極大地震動を受けたときの水平荷重－水平変位関係における耐力階層化補強ＲＣ橋脚１の想定挙動を説明するための説明図である。
状態１の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
状態２の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
状態３の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
耐力階層化鉄筋を有さない場合等の橋脚の状態を説明するための説明図である。
状態４の段階における耐力階層化補強ＲＣ橋脚の状態を説明するための説明図である。
第２実施形態に係る耐力階層化補強ＲＣ橋脚の部分断面図である。
橋脚基部の部分拡大断面図である。
地震動による引張力作用時の状態を示す、橋脚基部の部分拡大断面図である。
耐力階層化補強ＲＣ橋脚の設計方法の好適な実施形態の例を説明するフローチャート図である。
シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（単脚）の側面図である。
シミュレーション解析で想定するＲＣ橋脚（４脚）の上部構造断面図である。
既設ＲＣ橋脚側の具体的な配筋構造を示す図である。
橋脚補強部の構造を加えた状態の具体的な配筋構造を示す図である。
シミュレーション解析に用いる多質点骨組みモデルの説明図である。
設計対象橋脚のモデル化を説明する断面図である。
耐力階層化鉄筋に与える荷重－変位関係を示す図である。
シミュレーション解析において設定されるコンクリートの応力－ひずみ関係を示す図である。
遊間長を１５ｍｍ，２０ｍｍ，２５ｍｍとする条件で行った荷重漸増解析の解析結果を示す図である。
ケース１～３に対して行った荷重漸増解析の解析結果を示す図である。
ケース１について、水平耐力と支承部破断耐力との確率分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（耐力階層化補強ＲＣ橋脚）
本発明の耐力階層化補強ＲＣ橋脚を図面を参照しつつ、詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許