JP4140028B2

JP4140028B2 - 耐震補強構造

Info

Publication number: JP4140028B2
Application number: JP2003058495A
Authority: JP
Inventors: 素之岡野
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2004270168A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として土木分野で使用される耐震補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道、自動車等の輸送車両が走行する橋梁としては、河川、海峡等を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは河川上の空間に連続して建設されるものであり、高架橋下の道路あるいは鉄道が立体交差することとなるため、交通渋滞の解消にも貢献する。
【０００３】
ところで、このような高架橋の下部構造は、通常、鉄筋コンクリートのラーメン架構として構築されることが多いが、その設計施工の際には、地震時における高架橋の耐震性が十分検討されなければならない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−０２０２２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる状況下、本出願人は図６に示すように、柱１，１及び梁２からなる鉄筋コンクリートのラーメン架構３内にダンパー４及びブレース５，５からなるダンパーブレース６を配設した高架橋の下部構造７を提案しており、かかる構成によれば、耐震性の向上を大幅に向上させることが可能となる。
【０００６】
しかしながら、上述した高架橋の下部構造７を既に建設された高架橋の下部構造に適用して耐震補強しようとする場合には以下のような問題が生じる。
【０００７】
すなわち、ラーメン架構３内にダンパー４及びブレース５，５からなるダンパーブレース６を配設することにより、ラーメン架構の耐力はたしかに向上するが、それに見合う分だけ、フーチングや杭といった基礎構造の耐力も大きくしなければ、高架橋の下部構造７を全体として耐震補強したことにならない。
【０００８】
したがって、新設の場合には、杭径を太くするなどの方法によって基礎構造の耐力を当初から向上させることができるものの、既設の場合には、あらたに杭を設けて増し杭とするとともに、地中梁を再施工する等の対策を施すことによって増し杭を既設の杭と一体化させなければならない。
【０００９】
しかしながら、地中梁の再施工等には多額の費用と時間を要するため、経済性の観点で改良の余地があった。
【００１０】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、地中梁等の再施工を行わずとも、基礎構造の耐力を高めることが可能な耐震補強構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る耐震補強構造は請求項１に記載したように、ラーメン架構を支持する既設の杭から離間した位置にあらたな杭を増し杭として設けるとともに、該増し杭の杭頭と前記ラーメン架構を構成する梁の両端近傍又は柱の頭部近傍とをブレースを介して相互に連結した耐震補強構造であって、前記既設の杭が一対の杭で構成され、該一対の杭の中間点に前記増し杭を設けるとともに、前記ブレースを前記ラーメン架構の構面内に配置したものである。
【００１２】
また、本発明に係る耐震補強構造は請求項２に記載したように、ラーメン架構を支持する既設の杭から離間した位置にあらたな杭を増し杭として設けるとともに、該増し杭の杭頭と前記ラーメン架構を構成する梁の両端近傍又は柱の頭部近傍とをブレースを介して相互に連結した耐震補強構造であって、矩形状地盤領域の隅部に立設された４本の柱と該柱の頭部をロノ字状に連結する４本の梁とで前記ラーメン架構を構成するとともに、前記増し杭を前記矩形状地盤領域内に設けたものである。
【００１３】
また、本発明に係る耐震補強構造は、前記ブレースを前記梁の下面に沿って固着された取付け用鋼材を介して前記梁の両端近傍に連結したものである。
【００１４】
また、本発明に係る耐震補強構造は、前記増し杭の杭頭と前記ブレースとの間にダンパーを介在させたものである。
【００１６】
本発明に係る耐震補強構造及び方法においては、ラーメン架構を支持する既設の杭から離間した位置にあらたな杭を増し杭として設けるとともに、該増し杭の杭頭と前記ラーメン架構を構成する梁の両端近傍又は柱の頭部近傍とをブレースを介して相互に連結してある。
【００１７】
このようにすると、鉛直荷重しか作用しない通常時においては、ラーメン架構の自重や該ラーメン架構の上の載荷荷重は、主として既設の杭で支持され、耐震補強前と力の流れ方は概ね変わらない。
【００１８】
一方、地震時水平力がラーメン架構に作用する場合、該地震時水平力は、従来のようにすべて既設の杭に流れるのではなく、一部がブレースを介して増し杭に伝達される。
【００１９】
すなわち、ブレースを設置することによってラーメン架構の水平耐力が増加するが、基礎構造である杭の水平耐力も、増し杭による水平抵抗力の増大という形で増加し、かくしてラーメン架構の耐力増加に見合った分だけ、基礎構造の耐力も高めることが可能となる。
【００２０】
地震時水平力が既設の杭と増し杭にそれぞれ伝達される割合は、ラーメン架構及び既設の杭の剛性を合わせたラーメン架構水平剛性と、ブレース及び増し杭の剛性を合わせたブレース水平剛性との比率に依存し、ブレース及び増し杭の水平剛性を大きくすれば、地震時水平力の大部分を増し杭に伝達させることが可能となる。
【００２１】
増し杭は、必ずしも鉛直杭である必要はなく、斜杭でもかまわない。
【００２２】
ラーメン架構は、主として高架橋の下部構造を構成するラーメン架構を対象とするが、耐震補強が必要であれば、どのような用途の構造物でも本発明を適用することが可能であり、建築分野であるか土木分野であるかは問わない。
【００２３】
また、ラーメン架構は、高架橋の下部構造を例に説明すれば、例えば構面が橋軸方向に直交するものでもよいし、橋軸方向に平行なものでもよい。さらには、ラーメン架構が一対の柱及び該柱の頭部を連結する梁から構成されるものに限定されるものではなく、立体ラーメン架構にも適用することができる。
【００２４】
すなわち、矩形状地盤領域の隅部に立設された４本の柱と該柱の頭部をロノ字状に連結する４本の梁とで前記ラーメン架構を構成するとともに、前記増し杭を前記矩形状地盤領域内に設けた構成が考えられる。
【００２５】
かかる立体ラーメン架構においては、地震時水平力がＸ，Ｙいずれの方向から作用しても増し杭に確実に伝達されるため、きわめて安定した耐震補強構造を実現することが可能となる。
【００２６】
増し杭の杭頭とラーメン架構を構成する梁の両端近傍とをブレースを介して相互に連結する場合において、ブレースの先端を梁の両端近傍に直接連結するようにしてもかまわないが、これに代えて、梁の下面に沿って固着された取付け用鋼材を介して梁の両端近傍に連結するようにしてもかまわない。
【００２７】
かかる間接的な連結においては、ブレースに作用する引張力は、取付け用鋼材に分散して梁の下面全体に伝達することとなる。すなわち、直接連結では集中的な引張力となるため、大きな引張力に耐える定着構造がラーメン架構側で必要となるのに対し、間接的な連結では分散的な引張力となるため、ラーメン架構側では簡易な定着構造で足りる。
【００２８】
ブレースと増し杭の杭頭との間においても、直接連結してもかまわないし、フーチングを介して間接的に連結するようにしてもかまわない。
【００２９】
また、ブレースと増し杭の杭頭との間にダンパーを介在させるようにしてもよい。
【００３０】
かかる構成によれば、ダンパーの減衰作用によってラーメン架構の振動エネルギーを吸収し、該ラーメン架構の振動を速やかに収斂させることができる。
【００３１】
ダンパーは、前記増し杭の杭頭と前記ブレースとの間に生じる相対水平振動のエネルギーを吸収することができるのであれば、どのようなものでもよく、例えば、せん断履歴型ダンパーなどの弾塑性ダンパー、粘性体ダンパー、オイルダンパー、摩擦ダンパーなどを採用することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る耐震補強構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図１は、本実施形態に係る耐震補強構造としての高架橋の下部構造を示したものである。同図に示すように、本実施形態に係る高架橋の下部構造１１は、柱１，１及びそれらの柱頭に架け渡された梁２からなる鉄筋コンクリートのラーメン架構３を既設の杭１２，１２で支持してあり、柱１，１は、該既設の杭の杭頭に設置されたフーチング１３，１３の上に立設してある。
【００３４】
ここで、高架橋の下部構造１１は、既設の杭１２，１２から離間した位置にあらたな杭を増し杭１４として設けるとともに、該増し杭の杭頭に設けられたフーチング１５と梁２の両端近傍とをブレース１６，１６を介して相互に連結してある。なお、ここで言う梁２は、あくまでラーメン架構３を構成する梁２を意味するものであって、梁２から柱１，１の側方に水平方向に延設された張出部分１７，１７は、梁２には含まれない。
【００３５】
増し杭１４は、既設の杭１２，１２の中間点に配置するとともに、ブレース１６，１６は、ラーメン架構３の構面内に配置するのが望ましい。
【００３６】
ブレース１６は例えばＨ鋼で構成することができる。
【００３７】
本実施形態に係る耐震補強構造を構築するには、まず、既設の杭１２，１２の中間点に増し杭１４を設ける。増し杭１４は、鋼管杭、コンクリート杭等の打込み杭でもよいし、現場打ちコンクリート杭でもよい。
【００３８】
次に、増し杭１４の杭頭にフーチング１５を設け、次いで、ブレース１６，１６の下端をフーチング１５に、上端を梁２の両端近傍の下面にそれぞれ連結する。
【００３９】
ブレース１６，１６を連結するにあたっては、予め埋設されたアンカーボルトやコンクリートアンカー等を利用することにより、想定地震動に対して十分な引張強度が確保されるよう、フーチング１５及び梁２の両端下面に連結する。
【００４０】
このようにすると、鉛直荷重Ｐしか作用しない通常時においては、図２(a)に示すようにラーメン架構３の自重や該ラーメン架構の上の載荷荷重は、主として既設の杭１２，１２でＰ／２ずつ支持され、耐震補強前と力の流れ方は概ね変わらない。
【００４１】
一方、地震時水平力Ｈがラーメン架構３に作用する場合、該地震時水平力は同図(b)に示すように、ブレース１６，１６を介して増し杭１４に伝達され、水平反力Ｈ_bが増し杭１４の杭頭に発生するとともに、残りの水平力が柱１，１を介して既設の杭１２，１２に伝達され、水平反力Ｈ_fが既設の杭１２，１２にそれぞれ発生する。
【００４２】
地震時水平力が既設の杭１２，１２と増し杭１４にそれぞれ伝達される割合は、ラーメン架構３及び既設の杭１２，１２の剛性を合わせたラーメン架構水平剛性と、ブレース１６，１６及び増し杭１４の剛性を合わせたブレース水平剛性との比率に依存し、ブレース水平剛性がラーメン架構水平剛性よりも十分大きくなるようにブレース断面や増し杭１４の杭径を設定すれば、地震時水平力Ｈの大部分を増し杭１４に伝達させることができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る耐震補強構造１１及び方法によれば、ブレース１６，１６を設置することによって、ラーメン架構３の水平耐力を増加させるとともに、該ブレースをあらたに設けられた増し杭１４に連結することで基礎構造である杭全体の水平耐力を増加させるようにしたので、従来のように地中梁の再構築あるいはあらたな構築を行い、該地中梁を介して既設の杭と増し杭との一体化を行わずとも、ラーメン架構３の耐力増加に見合った分だけ、基礎構造の耐力も高めることが可能となる。
【００４４】
したがって、地中梁の再構築あるいは新規構築及び該地中梁を介した杭の一体化を図る必要がない分だけ、従来よりも短工期でラーメン架構３を耐震補強することが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態に係る耐震補強構造及び方法によれば、ブレース水平剛性がラーメン架構水平剛性よりも十分大きくなるようにブレース１６，１６の断面や増し杭１４の杭径を設定することにより、地震時水平力Ｈの大部分を増し杭１４に伝達させることができる。
【００４６】
そのため、上述した作用効果に加えて、ラーメン架構３の柱１，１や既設の杭１２，１２の耐震補強も不要となり、かくして、耐震補強工事のさらなる工期短縮が可能となる。
【００４７】
本実施形態では、ブレースの上端を梁２の両端下面に連結するようにしたが、これに代えて柱１の柱頭側面に連結するようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、ブレース１６をラーメン架構３の構面内に設けるようにしたが、必ずしも構面内に設ける必要はなく、ラーメン架構３の側面にあてがうように設置してもかまわない。
【００４９】
この場合における具体的構成としては例えば、梁２の両端近傍の側面にブレース取付部材を固着するとともに、既設の杭１２，１２を結ぶ仮想線から該仮想線に直交する方向に例えば柱径だけずらした位置に増し杭１４を設けるようにすればよい。
【００５０】
また、本実施形態では、増し杭１４の杭頭にフーチング１５を設け、該フーチングにブレース１６，１６の下端を連結するようにしたが、これに代えてフーチング１５を省略し、該ブレースを増し杭１４の杭頭に直接連結するようにしてもかまわない。
【００５１】
また、本実施形態では、ブレース１６，１６と増し杭１４の杭頭に設けられたフーチング１５とを直接連結するようにしたが、これに代えて、ブレース１６，１６とフーチング１５との間にダンパーとしてのせん断履歴型ダンパーを介在させるようにしてもよい。
【００５２】
図３は、かかる変形例を示した耐震補強構造３１であり、該耐震補強構造は、上述の実施形態と同様、ラーメン架構３を既設の杭１２，１２で支持してあり、柱１，１は、該既設の杭の杭頭に設置されたフーチング１３，１３の上に立設してあるとともに、既設の杭１２，１２から離間した位置にあらたな杭を増し杭１４として設け、該増し杭の杭頭に設けられたフーチング１５と梁２の両端近傍とをブレース１６，１６を介して相互に連結してあるが、本変形例では、ブレース１６，１６とフーチング１５との間にせん断履歴型ダンパー３２を介在させてある。
【００５３】
かかる構成によれば、ラーメン架構３が地震時水平力を受けて水平振動したとき、かかるラーメン架構３の水平振動は、ブレース１６，１６を介してせん断履歴型ダンパー３２に繰り返し強制変形として加わり、ラーメン架構３の振動エネルギーは、せん断履歴型ダンパー３２の履歴減衰によって吸収され該ラーメン架構の水平振動は速やかに収斂する。もちろん、この場合においても、既設の杭１２，１２及び増し杭１４への地震時水平力の伝達に関しては上述した実施形態で述べた通りである。
【００５４】
また、本実施形態では、ブレース１６，１６の先端を梁２の両端近傍に直接連結するようにしたが、これに代えて、梁２の下面に沿って固着された取付け用鋼材を介して梁２の両端近傍に連結するようにしてもかまわない。
【００５５】
図４は、かかる変形例を示した耐震補強構造４１であり、該耐震補強構造は、上述の実施形態と同様、ラーメン架構３を既設の杭１２，１２で支持してあり、柱１，１は、該既設の杭の杭頭に設置されたフーチング１３，１３の上に立設してあるとともに、既設の杭１２，１２から離間した位置にあらたな杭を増し杭１４として設け、該増し杭の杭頭に設けられたフーチング１５と梁２の両端近傍とをブレース１６，１６を介して相互に連結してあるが、本変形例では、ブレース１６，１６と梁２との間に取付け用鋼材４２を介在させてある。
【００５６】
かかる構成においては、梁２の長さ（柱１，１間の内法）とほぼ同じ長さ寸法を有する取付け用鋼材４２をコンクリートアンカー等を用いて梁２の下面に固着し、次いで、ブレース１６，１６の上端を取付け用鋼材４２の両端にボルト又は溶接でそれぞれ接合する。
【００５７】
かかる間接的な連結においては、地震時にブレース１６，１６に作用する引張力は、取付け用鋼材４２に分散して梁２の下面全体に伝達することとなる。すなわち、直接連結では集中的な引張力となるため、大きな引張力に耐える定着構造がラーメン架構３側で必要となるのに対し、本変形例に係る間接的な連結では分散的な引張力となるため、ラーメン架構３側では簡易な定着構造で足りることとなる。
【００５８】
なお、かかる変形例においても、上述したせん断履歴型ダンパー３２を併用することはもちろん可能である。
【００５９】
また、本実施形態では、ラーメン架構３を平面ラーメン架構としたが、これに代えて立体ラーメン架構を採用することも可能である。
【００６０】
図５は、かかる変形例を示した耐震補強構造としての高架橋の下部構造５１であり、同図でわかるように、該高架橋の下部構造５１は、矩形状地盤領域５２の隅部に立設された４本の柱５３と該柱の頭部をロノ字状に連結された４本の梁５４とで構成してなるラーメン架構５５を４本の既設の杭１２で支持してあり、柱５３は、該既設の杭の杭頭に設置されたフーチング１３の上にそれぞれ立設してある。
【００６１】
ここで、高架橋の下部構造５１は、既設の杭１２，１２から離間した位置であってかつ矩形状地盤領域５２内にあらたな杭を増し杭５６として設けるとともに、該増し杭の杭頭に設けられたフーチング５７と４本の梁５４の両端近傍とを４本のブレース５８を介して相互に連結してある。
【００６２】
ここで、４本のブレース５８の上端については、４本の柱５３の柱頭にそれぞれ接合された梁５４，５４の各端の内方側面に４つのブレース取付部材５９をそれぞれ固定し、該４つのブレース取付け部材５９にそれぞれ連結してある。
【００６３】
かかる立体ラーメン架構によれば、地震時水平力がＸ，Ｙいずれの方向から作用しても、該地震力は、増し杭５６に確実に伝達されるため、きわめて安定した耐震補強構造を実現することが可能となる。
【００６４】
なお、かかる変形例において、ブレース取付部材５９を省略し、これに代えて、４本のブレース５８を梁５４の両端近傍あるいは柱５３の柱頭近傍に直接連結するようにしてもかまわない。また、かかる変形例においても、上述したせん断履歴型ダンパー３２を併用することはもちろん可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る耐震補強構造によれば、従来のように地中梁の再構築あるいはあらたな構築を行い、該地中梁を介して既設の杭と増し杭との一体化を行わずとも、ラーメン架構の耐力増加に見合った分だけ、基礎構造の耐力も高めることが可能となる。
【００６６】
したがって、地中梁の再構築あるいは新規構築及び該地中梁を介した杭の一体化を図る必要がない分だけ、従来よりも短工期でラーメン架構を耐震補強することが可能となる。
【００６７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る耐震補強構造の正面図。
【図２】本実施形態に係る耐震補強構造及び方法の作用を示した図。
【図３】変形例に係る耐震補強構造の正面図。
【図４】同じく変形例に係る耐震補強構造の正面図。
【図５】同じく変形例に係る耐震補強構造の図で(a)は斜視図、(b)は水平断面図。
【図６】従来技術に係る高架橋の下部構造。
【符号の説明】
１，５３柱
２，５４梁
３，５５ラーメン架構
１１，３１，４１，５１高架橋の下部構造（耐震補強構造）
１２既設の杭
１４，５６増し杭
１６，５８ブレース
３２せん断履歴型ダンパー（ダンパー）
４２取付け用鋼材

Claims

ラーメン架構を支持する既設の杭から離間した位置にあらたな杭を増し杭として設けるとともに、該増し杭の杭頭と前記ラーメン架構を構成する梁の両端近傍又は柱の頭部近傍とをブレースを介して相互に連結した耐震補強構造であって、前記既設の杭が一対の杭で構成され、該一対の杭の中間点に前記増し杭を設けるとともに、前記ブレースを前記ラーメン架構の構面内に配置したことを特徴とする耐震補強構造。
ラーメン架構を支持する既設の杭から離間した位置にあらたな杭を増し杭として設けるとともに、該増し杭の杭頭と前記ラーメン架構を構成する梁の両端近傍又は柱の頭部近傍とをブレースを介して相互に連結した耐震補強構造であって、矩形状地盤領域の隅部に立設された４本の柱と該柱の頭部をロノ字状に連結する４本の梁とで前記ラーメン架構を構成するとともに、前記増し杭を前記矩形状地盤領域内に設けたことを特徴とする耐震補強構造。
前記ブレースを前記梁の下面に沿って固着された取付け用鋼材を介して前記梁の両端近傍に連結した請求項１又は請求項２記載の耐震補強構造。
前記増し杭の杭頭と前記ブレースとの間にダンパーを介在させた請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の耐震補強構造。