JP3764657B2 - 鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造に関し、更に詳細には例えば壁式コンクリート橋脚のような既設の鉄筋コンクリート支持柱の耐震性能を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄道橋又は道路橋などを支える鉄筋コンクリート橋脚は、その耐震性能を高めるために耐震補強工事が行われている。従来、この種の耐震補強工法としては、鉄筋コンクリート橋脚の周囲に鋼板や鉄筋コンクリート、或いはその両方を併用して耐震補強部を巻き付けるように配設する方法が一般的であった。
【０００３】
このような鉄筋コンクリート橋脚の耐震補強工法において、例えば壁式コンクリート橋脚、言い換えれば橋脚断面の短辺と長辺との長さの比が概ね１対３を越えるような鉄筋コンクリート橋脚等の場合には、既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体の一表面から当該躯体を貫通して対向する他表面に至る孔をあけ（削孔）、この孔に中間貫通ＰＣ鋼棒を通してその両端部を巻き立てた耐震補強部に定着する工法が一般的であった。
【０００４】
ここで、従来の鉄筋コンクリート巻立て補強による壁式コンクリート橋脚耐震補強工法の一例を具体的に説明すると、最初に、図８及び図９に示されるように鉄筋コンクリートを既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体１の周囲に所定の厚みで巻き立てて耐震補強部２を形成する。巻き立てた鉄筋コンクリートの耐震補強部２には既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体１の長手方向に沿って延びる多数の曲げ補強鉄筋（軸方向鉄筋）３とこれらの軸方向鉄筋を束ねるように多数の帯鉄筋４が配筋されている。
【０００５】
そして、これらの曲げ補強鉄筋３や帯鉄筋４を配筋する前に、予め既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体１の一表面から当該橋脚躯体１を貫通して反対側の他表面に至る複数の孔を軸方向に間隔をあけて削孔し、次いで、各孔にＰＣ鋼棒５を通し、その後に曲げ補強鉄筋３や帯鉄筋４を配筋し、最後にＰＣ鋼棒５の両端部にナットを螺合して曲げ補強鉄筋３や帯鉄筋４を拘束するように定着していた。
【０００６】
その際、曲げ補強鉄筋３や帯鉄筋４の拘束方法としては、縦方向に並んだ例えば３つのＰＣ鋼棒５に対して１つのみぞ型鋼６を拘束部材として、ＰＣ鋼棒の拘束効果が帯鉄筋４全体に及ぶようにその外側に隣接させて配置する。具体的には、みぞ型鋼６には３つのＰＣ鋼棒５の端部が挿通する穴が形成され、みぞ型鋼６の各穴に相対的にＰＣ鋼棒５の端部を挿通させて突出するように配置した後に各ＰＣ鋼棒５の端部に螺合したナットで締め付けて定着する。
【０００７】
これにより、みぞ型鋼６が帯鉄筋４のはらみだしを防止し、その結果軸方向鉄筋３の座屈も防止されて既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体１の耐震性能を向上させている。なお、みぞ型鋼６は、最終的には耐震補強部２を形成する鉄筋コンクリートに埋め込まれる。
【０００８】
また、従来の鋼板巻立て補強による壁式コンクリート橋脚耐震補強工法の場合には、既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体の周囲に間隔をあけて補強鋼板を巻き立て、その間隔部にモルタルを充填して橋脚躯体と一体化する。その際にも鉄筋コンクリート巻立て補強による壁式コンクリート橋脚耐震補強工法と同様に予め既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体１に複数の貫通孔を削孔して各孔にＰＣ鋼棒を通しておき、補強鋼板を巻き立てた後に当該補強鋼板に形成した挿通孔に各ＰＣ鋼棒の端部を通し、ナットを螺合して締め付けることで拘束効果を発揮させるというものであった。
【０００９】
更に、鉄筋コンクリートと鋼板の併用巻立て補強による壁式コンクリート橋脚耐震補強工法の場合には、最終的に耐震補強された橋脚の断面が図１０に示されているように、最初に前述した鉄筋コンクリート巻立て補強による壁式コンクリート橋脚耐震補強を行い、その後巻き立てた鉄筋コンクリートの周囲に補強鋼板７を配置し、巻き立てた鉄筋コンクリートと補強鋼板との間隔部にモルタルを充填して一体化させ、両者併用の耐震補強部８を形成する。
【００１０】
既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体１を貫通して取り付けられた各ＰＣ鋼棒５の端部は鉄筋コンクリート巻立て部とその外側に巻立てられた補強鋼板７を貫通して突出し、その突出端部にナット等を螺合して締め付けることで拘束効果を発揮させるというものであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の壁式コンクリート橋脚耐震補強工法で行われる壁式橋脚断面に対する貫通孔の削孔は、一般に大がかりな工事となり工期及び施工コストとも増加するという問題があった。しかも、橋脚の断面が大きくなればなるほど削孔長も増加し、この問題点が顕著になる。
【００１２】
また、このような壁式コンクリート橋脚断面に対する貫通孔の削孔は、鉄筋コンクリート橋脚躯体内部にある既存の鉄筋を損傷する可能性が高いという問題もあった。すなわち、この種の貫通孔の削孔は、通常、片面から一方向に貫通するまで削孔する。その場合、削孔開始側では予め鉄筋コンクリート橋脚躯体内の配筋状況を探査し、既存の鉄筋の位置を避けて削孔することも可能ではあるが、それでも削孔終了側における鉄筋の損傷を避けることは難しい。
【００１３】
更に、壁式コンクリート橋脚躯体の両面側からそれぞれ当該橋脚躯体内の配筋状況を探査し、その両面側に位置する鉄筋を避けるように両側から削孔してほぼ中央部でそれらの孔を合体させて連通させることも考えられるが、両面側から削孔する２つの孔を中央部で一致させることは容易ではなく、削孔に関して極めて高い精度が要求され実用的ではなかった。
【００１４】
更にまた、壁式コンクリート橋脚が水中に設置されている場合には、このような削孔及び引き続く補強工事は地上で行う以上に困難であり、工期及び施工コストとも高くなるという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたものであり、工期及び施工コストの増加を招くことなく、簡単に橋脚の耐震補強工事を行うことのできる鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造であり、前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。すなわち、本発明の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造は、既設の鉄筋コンクリート支持柱躯体の周囲に巻立てた耐震補強部と、既設の前記鉄筋コンクリート支持柱躯体の表層部内に定着された複数のアンカーとを含み、このアンカーが備えるアンカー棒の頭部を耐震補強部に固定して少なくとも耐震補強部の構造要素を拘束するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
＜本発明における具体的構成＞
本発明の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立する。その具体的構成要素とは、アンカーが拡底式アンカーであることを特徴とする。拡底式アンカーはコンクリート内での定着力が非常に高いことから、この種の耐震補強に特に有効である。
【００１８】
また、本発明の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造では、耐震補強部が、既設の鉄筋コンクリート支持柱躯体の周囲に設置された補強鋼板及び鉄筋コンクリートのいずれか一方で構成されているか、若しくは両方を併用して構成されていることを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造では、耐震補強部を鉄筋コンクリートで形成する場合には、耐震補強部とされる鉄筋コンクリートをプレキャストコンクリート型枠で形成することができる。
【００２０】
耐震補強部としてプレキャストコンクリート型枠を使用する際に、このプレキャストコンクリート型枠と既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体との間にモルタル又はコンクリートを介在させて一体化する。更にまた、前述したような特徴を備える本発明に係る鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造を、特に壁式コンクリート橋脚に適用することが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造を図に示される実施形態について更に詳細に説明する。図１には本発明に係る鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造における一実施形態として壁式コンクリート橋脚を鉄筋コンクリートで巻立てることで耐震補強した場合の耐震補強構造１０が概略的に示されている。
【００２２】
すなわち、この実施形態に係る壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造１０は、図１に示されるように既設の壁式コンクリート橋脚躯体１１の周囲に鉄筋コンクリートからなる耐震補強部１２が巻き立てられている。この鉄筋コンクリートからなる耐震補強部１２には、従来の鉄筋コンクリーの耐震補強部と同様に多数の曲げ補強鉄筋４や帯鉄筋３が配筋されている。
【００２３】
このように鉄筋コンクリートの耐震補強部１２を外周囲に巻立てた壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造１０では、壁式コンクリート橋脚躯体１１の表層部に多数のアンカー１４が配置され、このアンカー１４の構成要素であるアンカーボルト１３が鉄筋コンクリートの耐震補強部１２を貫通して配置されている。ここで、用いられるアンカー１４は拡底式アンカーが特によいが、他のアンカーでも良い場合もある。
【００２４】
拡底式アンカー１４とは、コンクリートにアンダーカットし、定着部を形成（拡底）することにより機械的な定着機構を発揮する後施工アンカーであり、一般的な接着系アンカーや機械式拡張アンカーに比較して高い定着力を持ち、拡底部が機械的に噛み合うことによりアンカーの施工位置にひび割れが生じても高い定着力を発揮することを特徴するものであり、このような拡底式アンカーそれ自体は既によく知られている。
【００２５】
すなわち、このような拡底式アンカー１４は、予め壁式コンクリート橋脚躯体１１の表層部に孔を開けてその奥部を拡大削孔したところで圧入装着され、アンカーの金属拡張部を押し拡げて機械的に定着させられる。その後に壁式コンクリート橋脚躯体１１の周囲に、従来と同様に曲げ補強鉄筋４や帯鉄筋３が配筋され、それを囲むように型枠が配置される。
【００２６】
この拡底式アンカー１４のアンカーボルト１３は、その頭部が型枠に形成した挿通孔から突出させるように配置され、次いでこの型枠内にコンクリートが打設される。このようにして形成された鉄筋コンクリートの耐震補強部１２の表面から突出するアンカーボルト１３の突出ネジ部にナット１５が螺合されて当該耐震補強部１２の表面に定着される。
【００２７】
その際、縦方向に並んだ幾つかのアンカーボルト１３の頭部がそれぞれ挿通する穴をあけた短冊状の鋼板をあてがってベース板（図示せず）とし、このベース板の各穴からアンカーボルト１３の頭部を出し、突出した各アンカーボルト１３の頭部にナット１５を螺合してベース板を加締めるようにすると、拘束効果を広く及ぼさせることができる。
【００２８】
このような拡底式アンカー１４を用いる理由としては、壁式コンクリート橋脚躯体１１の特に基部は地震力の作用で容易に曲げひび割れや剪断ひび割れが生じやすい。一般的な接着系アンカーや金属拡張系アンカーでは、ひび割れが定着部を通過した時点でアンカーの定着力はほとんど無くなり、アンカーとしては機能しなくなる。従って、ひび割れの発生が予想される箇所では、拡底式アンカーや貫通鋼棒でなければ、帯鉄筋や鋼板で構成される横拘束筋の拘束効果を向上させることが出来ないからである。
【００２９】
また、拡底式アンカー１４の定着は、既設の壁式コンクリート橋脚の表層部に孔を開けるだけなので、表層部の配筋探査に基づいて既設鉄筋を避けるように削孔すればよく、アンカー施工に伴う既設鉄筋への損傷を確実に防ぐことができる。
【００３０】
ところで、このような鉄筋コンクリートの耐震補強部１２は、図２に示されるように、予め工場などで形成されたプレキャスト型枠１６を用いることができる。但し、鉄筋コンクリートの耐震補強部１２としてプレキャスト型枠１６を用いる場合には、既設の壁式コンクリート橋脚躯体１１の周囲に曲げ補強鉄筋３を配筋し、次いでその外側にプレキャスト型枠１６を設置し、壁式コンクリート橋脚躯体１１とプレキャスト型枠１６との間隔部にモルタル又はコンクリート１７が充填される。
【００３１】
なお、既設の壁式コンクリート橋脚の耐震補強箇所が水中にある場合には、鉄筋コンクリートの耐震補強部１２としてプレキャスト型枠１６の使用が必須であると共に既設橋脚躯体１１とプレキャスト型枠１６との間隔部には通常のモルタル又はコンクリート１７に代えて水中不分離性のモルタルが充填される。
【００３２】
拡底式アンカーの施工に必要なツールは、作業者が手に持って容易に操作することが出来る点で施工性に優れ、削孔に要する時間も短い。壁式コンクリート橋脚躯体に貫通孔を開ける場合には重量のある油圧式ボーリングマシンを使用しなければならないことを考えれば、本実施形態に係る壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造が如何に容易に施工可能かが分かる。特に、水中で拡底式アンカーを施工する場合も作業者が手に持てるエアツールでよく、施工性に優れる。
【００３３】
このように本実施形態に係る壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造１０では、壁式コンクリート橋脚の表層部に拡底式アンカーを配設すると共に壁式コンクリート橋脚躯体の周囲に鉄筋コンクリートの耐震補強部を巻き立て、拡底式アンカーを耐震補強部の構造要素に固定して横拘束筋の拘束効果を向上させるようにしたことから、内部の鉄筋に損傷を与えることなく容易に耐震補強工事を行うことができ、その結果工期の短縮化や施工コストの低減化を図ることができる。
【００３４】
ところで、従来の壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造と本発明の一実施形態に係る壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造とについてそれぞれ模型（図３には従来の耐震補強構造による模型の試験体１及び図４には本発明に基づく耐震補強構造による模型の試験体２をそれぞれ示す）を製作し、模型橋脚の正負交番載荷実験により各模型についての強度の差について確認した。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
この表１において、計算値（鉄道・道路）とは、鉄道構造物、道路構造物に関する既往の設計指針に則して計算したものである。一般に、部材の耐震性能は、荷重−変位関係の履歴曲線の囲む面積で評価される。図５は試験体１における荷重−変位関係を示す特性図で、図６は試験体２における荷重−変位関係を示す特性図である。図７の包絡線比較図から明らかなように両者の包絡線はほぼ一致していることが分かる。
【００３７】
この実験結果から明らかなように、本発明の一実施形態に係る壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造と従来の壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造とではほとんど耐震性能に差がないことが分かる。
【００３８】
なお、前述した本発明の一実施形態は、既設の壁式コンクリート橋脚躯体の周囲に巻き立てた耐震補強部が鉄筋コンクリート（プレキャストコンクリートを含む）で形成される場合についてのものであったが、この耐震補強部として補強鋼板を使用した場合又は鉄筋コンクリートと補強鋼板を併用した場合にも同様に適用することができる。
【００３９】
例えば、鋼板巻立て補強による壁式コンクリート橋脚耐震補強の場合には、前述したように既設の壁式コンクリート橋脚躯体の表層部の所定位置に予め拡底式アンカーを設置しておき、その周囲に間隔をあけて補強鋼板を配置し、既設の鉄筋コンクリート橋脚躯体と補強鋼板との間の間隔部にモルタル又はコンクリートを充填して一体化させる。その際、各拡底式アンカーのアンカーボルト頭部は、補強鋼板に形成したそれぞれの挿通孔を通して外側に突出させておき、最終的にナットなどを螺合して締め付けることで拘束効果を発揮させるようにする。
【００４０】
本明細書では、壁式コンクリート橋脚についての耐震補強構造に係る実施形態を例にして本発明を説明したが、本発明はこのような特定の実施形態に限定されるものではなく、荷重を受ける鉄筋コンクリート製の柱状体即ち鉄筋コンクリート支持柱について広く適用することが出来ることは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造によれば、鉄筋コンクリート支持柱の周囲に耐震補強部を巻き立て、その際当該支持柱の表層部にのみアンカーを配設してそのアンカー棒を耐震補強部に固定することで耐震補強部の構造要素を拘束するようにしたことから、内部の鉄筋に損傷を与えることなく容易に耐震補強工事を行うことができ、その結果工期の短縮化や施工コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造を一実施形態とする鉄筋コンクリート巻立て補強による壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明における他の実施形態としてプレキャストコンクリート型枠を用いて耐震補強部を構成した壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造を概略的に示す断面図である。
【図３】従来の耐震補強構造による模型の試験体１を示す断面図である。
【図４】本発明に基づく耐震補強構造による模型の試験体２を示す断面図である。
【図５】試験体１における荷重−変位関係を示す特性図である。
【図６】試験体２における荷重−変位関係を示す特性図である。
【図７】図５及び図６に示す特性曲線の包絡線比較図である。
【図８】従来の鉄筋コンクリート巻立て補強による壁式コンクリート橋脚における耐震補強構造を部分的に示す斜視図である。
【図９】図８に示される従来の壁式コンクリート橋脚耐震補強構造の断面図である。
【図１０】従来の鋼板巻立て補強による壁式コンクリート橋脚における耐震補強構造の断面図である。
【符号の説明】
３ 曲げ補強鉄筋
４ 帯鉄筋
１０ 壁式コンクリート橋脚の耐震補強構造
１１ 既設の壁式コンクリート橋脚躯体
１２ 耐震補強部
１３ アンカーボルト
１４ 拡底式アンカー
１５ ナット
１６ プレキャストコンクリート型枠
１７ モルタル又はコンクリート

Claims (6)

1. 既設の鉄筋コンクリート支持柱躯体の周囲に巻き立てた耐震補強部と、既設の前記鉄
   筋コンクリート支持柱躯体の表層部内に定着された複数のアンカーとを含み、このアンカーが備えるアンカー棒の頭部を前記耐震補強部に固定して少なくとも前記耐震補強部の構造要素を拘束するようにした鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造であって、
   前記アンカーは、前記鉄筋コンクリート支持柱躯体の表層部に孔を開けてその奥部を拡大削孔したところに圧入装着され、アンカーの金属拡張部を押し広げて機械的に定着させられる拡底式アンカーであり、
   前記耐震補強部は、その軸方向鉄筋としての複数の曲げ補強鉄筋と、それらの曲げ補強鉄筋を束ねる複数の帯鉄筋とがそれぞれ配筋された鉄筋コンクリートであり、
   前記各アンカー棒の頭部は、前記帯鉄筋に固定されていることを特徴とする鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造。
2. 縦方向に並んだ幾つかのアンカーボルトの頭部がそれぞれ挿通する穴をあけた短冊状の鋼板をあてがってベース板とし、このベース板の各穴からアンカーボルトの頭部を出し、突出した各アンカーボルトの頭部にナットを螺合してベース板を加締めることで、前記各アンカー棒の頭部を前記帯鉄筋に固定してあることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造。
3. 前記耐震補強部が、既設の前記鉄筋コンクリート支持柱躯体の周囲に設置された補強鋼板及び鉄筋コンクリートの両方を併用して構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造。
4. 前記鉄筋コンクリートから形成された前記耐震補強部が、プレキャストコンクリート型枠で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造。
5. 前記耐震補強部として前記プレキャストコンクリート型枠を使用する際に、このプレキャストコンクリート型枠と既設の前記鉄筋コンクリート橋脚躯体との間にモルタル又はコンクリートを介在して一体化されていることを特徴とする請求項４に記載の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造。
6. 既設の前記鉄筋コンクリート支持柱が壁式コンクリート橋脚であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鉄筋コンクリート支持柱の耐震補強構造。

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