JP4711850B2 - 脚柱の構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート製の脚柱の構造に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の橋脚が知られている。このような脚柱においては、地震時の水平力によって脚柱本体に作用する曲げモーメントは上に行くほど小さくなるので、脚柱本体の上部の鉄筋を、下部の鉄筋よりも少なくすることができる。従って、このような脚柱には、経済性を考慮し不要な軸方向の鉄筋を削減すべく、軸方向の鉄筋の一部を、途中の高さで定着させた段落し部が設けられるのが一般的である。
特開平９−２０９５８０号公報

しかしながら、このような脚柱においては、段落し部における強度が弱くなり易いので、この段落し部に起因して脚柱の耐震強度が弱まる傾向にある。従って、段落し部を有するこの種の脚柱においては、耐震強度の向上が課題となっている。

そこで、本発明は、段落し部を備える脚柱において、耐震強度を向上することができる脚柱の構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、地震時に脚柱の段落し部で発生する以下のような現象に着目して本発明を完成した。すなわち、地震時には、脚柱に作用する荷重により脚柱本体が撓み、その影響で、段落し部で途中定着された鉄筋が、脚柱本体内部において軸方向に引っ張られる。段落し部では、引っ張られたこの鉄筋が、脚柱本体のかぶりコンクリートを外側に押す力を発生させる。また、途中定着された鉄筋が、脚柱本体の撓みに追従出来ずに、この鉄筋の先端が脚柱本体からはらみ出すような力も生じる。そして、このような力が働くことによって、鉄筋の周囲のコンクリートにひび割れが発生し、段落し部における鉄筋とコンクリートとの付着が失われ、その結果、脚柱本体の損壊が更に進行し易くなるという現象が発生する。

これに対し、本発明に係る脚柱の構造は、脚柱本体の軸方向に延在する鉄筋が段落しされた段落し部を有する鉄筋コンクリート製の脚柱の構造において、脚柱本体の外側面には、段落し部における鉄筋の途中定着部の位置に沿って前記鉄筋の配列方向に延在する補強部材が固定されており、鉄筋の延在方向に測った補強部材の幅は、上記鉄筋の直径の５〜２５倍であることを特徴とする。

この脚柱の構造では、脚柱本体の外側面に固定された補強部材が、その外側面を押さえることで、鉄筋がかぶりコンクリートを外側に押すような力や上記のはらみ出す力に対抗することができる。従って、鉄筋の周囲のコンクリートのひび割れが抑制され、鉄筋とコンクリートとの付着の喪失を抑制することができ、その結果、脚柱の耐震強度を向上することができる。

また、本発明の脚柱の構造においては、脚柱本体が、長辺と短辺とで形成される断面形状を有し、補強部材は、断面形状における長辺に対応する外側面に固定されていてもよい。上記のような断面形状の脚柱本体においては、長辺に直交する方向の撓みが最も大きいので、そのような撓みに起因して、長辺に対応する外側面において上記の現象が最も発生し易い。そこで、この脚柱本体においては、長辺に対応する外側面を補強部材により押さえることで、当該外側面における鉄筋とコンクリートとの付着の喪失が抑制されるので、その結果、脚柱の耐震強度を向上することができる。

また、補強部材は、脚柱本体の鉄筋の位置よりも深い位置まで挿入されたアンカー部材によって固定されていてもよい。このような構成によれば、アンカー部材に引っ張り応力を作用させることで補強部材を外側面に押し当てることができる。よって、補強部材によって鉄筋の周囲のコンクリートを鉄筋に押し当てることができ、その結果、鉄筋とコンクリートとの付着の喪失を効果的に抑制することができる。

また、この場合、補強部材は、互いに対向する外側面に対として設けられており、補強
部材同士は、脚柱本体を貫通する貫通部材によって連結されていてもよい。このような構
成によれば、互いに対向する外側面の補強部材それぞれに対して連結部材の引っ張り応力
を作用させることができるので、両外側面に対して効果的に補強部材を押し当てることが
できる。
また、補強部材は水平に延在しており、補強部材の上端は、段落し部で途中定着された鉄筋の上端と同じ高さに位置していることとしてもよい。
また、脚柱は既存の脚柱であり、補強部材は既存の脚柱の外側面に取り付けられて当該既存の脚柱を補強する部材であり、補強部材は、外側面を押圧する押圧面を有する鋼材を備え、押圧面は、外側面に沿って外側面の全体に亘って連続して延在する平面をなすこととしてもよい。
また、脚柱は既存の脚柱であり、補強部材は既存の脚柱の外側面に取り付けられて当該既存の脚柱を補強する部材であり、補強部材は水平に延在しており、既存の脚柱の外側面のうち、補強部材よりも上方の部分と補強部材よりも下方の部分とが露出していることとしてもよい。

また、本発明の脚柱の構造は、脚柱本体の軸方向に延在する鉄筋が段落しされた段落し部を有する鉄筋コンクリート製の脚柱の構造において、脚柱本体の外側面には、段落し部における鉄筋の途中定着部の位置に沿って鉄筋の配列方向に延在する補強部材が固定されており、補強部材を外側面に押し当てるように付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とする。このような付勢手段の付勢力により、補強部材を外側面に効果的に押し当てることができる。

また、本発明の脚柱の構造においては、脚柱本体の軸方向に延在する鉄筋が段落しされた段落し部を有する鉄筋コンクリート製の脚柱の構造において、脚柱本体の外側面には、段落し部における鉄筋の途中定着部の位置に沿って鉄筋の配列方向に延在する補強部材が固定されており、補強部材は、延在方向における中央が脚柱本体側に向かうように湾曲した状態から外側面に押し当てられて当該外側面に密着していることを特徴とする。このような構成によれば、補強部材自体の弾性力によって、補強部材の中央においても効果的に押し当て力が付与され、外側面に対して均等な押し当て力を付与することが出来る。

本発明の脚柱の構造によれば、段落し部を備える脚柱において、耐震強度を向上することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る脚柱の構造の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、橋梁１００は、複数の鉄筋コンクリート製の橋脚（脚柱）１と、それらの橋脚１に支持され水平方向に延在する橋桁３とを備えている。この橋脚１は、地盤５に固定されたフーチング７とフーチング７から鉛直上方向に延びる橋脚本体（脚柱本体）９とを備えている。更に、橋脚１は、橋脚本体９の上方に設けられ橋桁３を支持する支持部１１を備えている。

このような橋脚本体９は、橋桁３からの荷重を考慮し、橋桁３の延在方向に直交する方向の幅が、橋桁３の延在方向の幅よりも広く形成されている。すなわち、橋脚本体９は、長方形の水平断面をもつ形状をなしており、鉛直平面をなす２対の外側面９ａ，９ｂを有している。そして、一対の外側面９ａは、上記水平断面の長方形の長辺に対応しており、長方形の短辺に対応する一対の外側面９ｂに比較して広い水平幅を有している。

図３〜図５に示すように、橋脚本体９においては、鉛直方向に延びる鉄筋１５が、水平方向に多数配列されてコンクリート部１３に埋め込まれて存在している。そして、この橋脚本体９の途中の高さの位置には、段落し部１７が設けられており、上記鉄筋１５のうち約半数の鉄筋１５ａは、段落し部１７において上端部が途中定着され、残りの約半数の鉄筋１５ｂは、更に上方に向かって支持部１１まで延びている。この鉄筋１５には、コンクリート部１３との確実な付着を図るため、等間隔に節部１５ｃが設けられている。

このような段落し部１７において、地震時の橋桁３から荷重によって橋脚本体９が撓む際には、段落し部１７で途中定着された鉄筋１５ａが、下向きの力Ｆ１で引っ張られる。そして、段落し部１７では、下向きに張られた鉄筋１５ａの節部１５ｃが、周囲のコンクリートを押し広げようとする力を生じさせ、これよって橋脚本体９のかぶりコンクリート１３ａを外側に押す力Ｆ２が生じる。また、図６に示すように、鉄筋１５ａが橋脚本体９の撓みに追従出来ずに、途中定着部１５ｄ付近において、この鉄筋１５ａが橋脚本体９から外側にはらみ出そうとする力Ｆ３も生じる。そして、上記のような力Ｆ２，Ｆ３が働くことによって、鉄筋１５ａの周囲のコンクリートにひび割れが発生し、段落し部１７における鉄筋１５ａとコンクリート部１３との付着が失われる。また、このとき、かぶりコンクリート１３ａが橋脚本体９から剥離する場合もある。そして、その結果、橋脚本体９の損壊が更に進行し易くなるという現象が発生する。

また、橋脚１における橋脚本体９の断面形状によれば、橋脚本体９は、橋桁３の延在方向への撓みが大きいので、特に、外側面９ａにおいて上記のような鉄筋１５ａとコンクリート部１３との付着の喪失の現象が発生し易い。従って、橋脚１全体の耐震強度を向上する上では、上記の現象を、外側面９ａにおいて抑制すべく、この外側面９ａを補強することが特に効果的である。

そこで、図２〜図４及び図７に示すように、橋脚本体９の両側の外側面９ａ，９ａには、段落し部１７における鉄筋１５ａの途中定着部１５ｄに対応する位置に、水平に延在する補強板（補強部材）２１がそれぞれ取り付けられている。この補強板２１は、外側面９ａの水平幅と同じ長さをもつ断面コ字型の鋼材であり、平面をなす押圧面２１ａを有している。また、補強板２１の鉛直方向の幅は、鉄筋１５ａの直径の５〜２５倍の寸法に設定されており、補強板２１の上端は、鉄筋１５ａ上端の途中定着部ｄと同じ高さに位置している。この補強板２１は、押圧面２１ａがゴム板２３を介して外側面９ａに密着するように、３箇所のアンカー部材２５及びナット２９によって外側面９ａに取り付けられている。

このアンカー部材２５は、かぶりコンクリート１３ａを貫通して鉄筋１５ａよりも深い位置まで挿入されており、モルタル２６によってコンクリート部１３に固定されている。そして、ナット２９の締め付けにより、アンカー部材２５には引っ張り応力が生じており、その結果、補強板２１の押圧面２１ａが外側面９ａに対して押し当てられ圧縮力Ｆ４を付与している。このアンカー部材２５としては、ネジ溝が形成されたＰＣ綱棒やネジ鉄筋等の棒綱を採用することができる。

なお、この補強板２１は断面コ字型に形成されているので、ナット２９の締め付けによる補強板２１自体の撓みは極めて少なく、補強板２１は外側面９ａに対して均等な圧縮力Ｆ４を付与することができる。また、ナット２９と補強板２１の間には、支圧板２７が挟まれているので、ナット２９の締め付け力が補強板２１に効率よく伝達され、更に、押圧面２１ａと外側面９ａとの間にはゴム板２３が挟まれているので、外側面９ａには均等な圧縮力Ｆ４が付与される。

このように、補強板２１が外側面９ａに圧縮力Ｆ４を付与するので、鉄筋１５ａ周囲のコンクリートが、鉄筋１５ａに対して押し当てられる。そして、橋脚本体９が撓んだ場合にも、この押し当て力が上述の力Ｆ２，Ｆ３に対抗するので、鉄筋１５ａ周囲のコンクリートのひび割れ発生を抑制することができ、その結果、鉄筋１５ａとコンクリート部１３との付着の喪失を効果的に抑制することができる。また、補強板２１による圧縮力Ｆ４によって、かぶりコンクリート１３ａが、橋脚本体９から剥離することも抑制することができる。従って、上記の橋脚１の構造によれば、段落し部１７を補強することで橋脚本体９の耐震強度を向上することができ、その結果、橋脚１の全体としての耐震強度を向上することができる。また、橋脚１のこのような補強構造では、橋脚本体９の断面寸法を増加させるような一般的な補強構造に比較して、鉄筋量やコンクリート量を節約することができる。

なお、上記橋脚１においては、ナット２９の締め付け力によって補強板２１が外側面９ａに予め圧縮力を付与していたが、ナット２９は補強板２１を固定出来る程度に締めるだけでもよい。このようにしても、橋脚本体９の撓みが発生した際には、補強板２１によって上記の力Ｆ２，Ｆ３を押さえることができるので、鉄筋１５ａとコンクリート部１３との付着の喪失を抑制することが可能である。

（第２実施形態）
図８を参照し、本発明の第２実施形態に係る橋脚５１について説明する。この橋脚５１の段落し部５３においては、上記橋脚１におけるアンカー部材２５に代えて、外側面９ａから他方の外側面９ａまで橋脚本体を貫通する３本の貫通鋼材（貫通部材）５５を備えている。この貫通鋼材５５としては、ネジ溝が形成されたＰＣ綱棒やネジ鉄筋等の棒綱を採用することができる。３本の貫通鋼材５５は、橋脚本体９を貫通する３つの貫通孔にそれぞれ挿通されており、各貫通鋼材５５の両端には、ナット２９が装着されている。

橋脚本体９の両側に取り付けられた一対の補強板２１は、この各貫通鋼材５５とナット２９とによって、それぞれ対向する外側面９ａ，９ａに３箇所で固定されている。そして、両端のナット２９の締め付けにより、貫通鋼材５５には引っ張り応力が生じており、その結果、両側の補強板２１はそれぞれ外側面９ａに対して圧縮力を付与している。以上のように、このような構成の橋脚５１によっても、外側面９ａに対して圧縮力を付与することができ、上述した橋脚１と同様の作用効果を奏することができる。なお、この橋脚５１において、橋脚１と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付し、その説明は省略する。

（第３実施形態）
図９〜図１１を参照し、本発明の第３実施形態に係る橋脚６１について説明する。この橋脚６１の段落し部６３においては、両側の外側面９ａの補強板２１に沿って更に外側に、補強板２１と同等の構成を有する第２補強板６５がそれぞれ設けられている。２つの第２補強板６５は、外側面９ａの水平幅よりもわずかに長く形成されており、第２補強板６５の互いの両端同士が、外側面９ｂに沿って延びる連結鋼材６７及びナット６８によって連結されている。この連結鋼材６７としては、ネジ溝が形成されたＰＣ綱棒やネジ鉄筋等の棒綱を採用することができる。

この補強板２１と第２補強板６５との間には、等間隔に配列された３本のコイルバネ（付勢手段）６９が伸縮自在に挟まれて取り付けられ、ナット６８の締め付けによって、各コイルバネ６９が圧縮されている。その結果、両側の補強板２１はコイルバネ６９からの圧縮力により段落し部６３を挟み込み、それぞれ外側面９ａに対して圧縮力を付与している。以上のように、このような構成の橋脚６１によっても、外側面９ａに対して圧縮力を付与することができ、上述した橋脚１と同様の作用効果を奏することができる。また、このような構成によれば、橋脚本体９にアンカー部材用の孔を形成する工程が不要になるので、作業性が向上する。

また、ナット６８の締め付け力は第２補強板の両端に加えられることから、第２補強板６５は、中央が外側面９ａから離れるようにわずかに湾曲する。ところが、第２補強板６５からの圧縮力は、複数のコイルバネ６９を介することで補強板２１の各部に等間隔に伝達されるので、補強板２１は、外側面９ａに対して均等な圧縮力を付与することができ、橋脚本体９の均等な補強を図ることができる。なお、第２補強板６５は、補強板２１と同様に断面コ字型に形成されているので、ナット６８の締め付けによる第２補強板６５自体の撓みは極めて少なく、補強板２１に対して均等な圧縮力を付与することができる。なお、この橋脚６１において、橋脚１と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付し、その説明は省略する。

（第４実施形態）
図１２を参照し、本発明の第４実施形態に係る橋脚７１について説明する。この橋脚７１の段落し部７３においては、橋脚１における補強板２１に代えて、両側の外側面９ａに補強板７５がそれぞれ取り付けられている。各補強板７５は、断面コ字型をなし、延在方向における中央が外側面９ａに向かうように湾曲した鋼材である。これらの各補強板７５は、湾曲した状態から外側面９ａに押し当てられることで、外側面９ａに沿うように直線状に弾性変形し、各補強板７５の押圧面７５ａがゴム板２３を介して外側面９ａに密着する。そして、このように弾性変形した状態で、両側の補強板７５の互いの両端部同士が、外側面９ｂに沿って延びる連結鋼材７７及びナット７８によって連結される。この連結鋼材７７としては、ネジ溝が形成されたＰＣ綱棒やネジ鉄筋等の棒綱を採用することができる。

このように、予め外側面９ａ側に凸になるように湾曲された両側の補強板７５が、直線状に弾性変形するように外側面９ａに押し当てられており、互いに連結されている。このことで、２つの補強板７５が橋脚本体９の段落し部７３を挟み込み、それぞれ外側面９ａに対して圧縮力を付与している。以上のように、このような構成の橋脚７１によっても、外側面９ａに対して圧縮力を付与することができ、上述した橋脚１と同様の作用効果を奏することができる。

また、ナット７８の締め付け力は補強板７５の両端に加えられることから、補強板７５は、中央が外側面９ａから離れるように湾曲する力を受ける。この湾曲により、補強板７５中央において、外側面９ａへの圧縮力が十分でなくなることも考えられるが、この橋脚７１の構成によれば、弾性変形による補強板７５の残留応力によって、補強板７５の中央部においても外側面９ａへの圧縮力が十分に発生している。従って、補強板７５の長さ方向における外側面９ａへの圧縮力が均一化され、橋脚本体９の均等な補強を図ることができる。なお、このような圧縮力の均一化をより適切に図るためには、補強板７５の剛性や湾曲形状を適宜設計すればよい。また、この橋脚７１において、橋脚１と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付し、その説明は省略する。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の橋脚１，５１，６１，７１の構造は、特に、既存の橋脚の耐震補強構造に好適に適用できるが、新設の橋脚の構造に適用してもよい。

また、上記実施形態における橋脚本体９の断面形状は、一対ずつの長辺と短辺とで形成される長方形であったが、断面形状の長辺及び短辺の数は限定されない。また、長辺と短辺とは直線に限られず、双方又は何れか一方が曲線であってもよい。このような断面形状の例としては、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような形状が挙げられる。これらの形状は、いずれも、長辺Ａ１，Ａ２，Ａ３と短辺Ａ９とで形成されており、このような断面形状の橋脚本体９においては、それぞれ、長辺Ａ１，Ａ２，Ａ３に対応する外側面に補強部材が固定されることが好ましい。

また、上述の第１〜第４実施形態における各橋脚１，５１，６１，７１の各構成は、適宜組み合わせて採用してもよい。

本発明に係る脚柱の構造が用いられる橋梁を示す図である。 本発明に係る脚柱の構造の第１実施形態を示す斜視図である。 図２の橋脚におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２及び図３の橋脚におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 鉄筋の途中定着部付近を拡大した鉛直断面図である。 図２の橋脚が撓んだ状態を示す図である。 図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 本発明に係る脚柱の構造の第２実施形態を示す断面図である。 本発明に係る脚柱の構造の第３実施形態を示す断面図である。 図９におけるＸ−Ｘ線に沿った端面図である。 図９におけるＸＩ−ＸＩ線に沿った端面図である。 本発明に係る脚柱の構造の第４実施形態を示す断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、橋脚本体の断面形状の例を示す図である。

符号の説明

１，５１，６１，７１…橋脚（脚柱）、９ａ，９ａ…外側面、９…橋脚本体（脚柱本体）、１５ａ…鉄筋、１５ｄ…途中定着部、１７，５３，６３，７３…段落し部、２１，７５…補強板（補強部材）、２５…アンカー部材、５５…貫通鋼材（貫通部材）、６９…コイルバネ（付勢手段）。

Claims (9)

1. 脚柱本体の軸方向に延在する鉄筋が段落しされた段落し部を有する鉄筋コンクリート製の脚柱の構造において、
   前記脚柱本体の外側面には、前記段落し部における前記鉄筋の途中定着部の位置に沿って前記鉄筋の配列方向に延在する補強部材が固定されており、
   前記鉄筋の延在方向に測った前記補強部材の幅は、前記鉄筋の直径の５〜２５倍であることを特徴とする脚柱の構造。
2. 前記脚柱本体は、長辺と短辺とで形成される断面形状を有し、
   前記補強部材は、前記断面形状における前記長辺に対応する外側面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の脚柱の構造。
3. 前記補強部材は、前記脚柱本体の前記鉄筋の位置よりも深い位置まで挿入されたアンカー部材によって固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の脚柱の構造。
4. 前記補強部材は、互いに対向する前記外側面に対として設けられており、前記補強部材同士は、前記脚柱本体を貫通する貫通部材によって連結されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の脚柱の構造。
5. 前記補強部材は水平に延在しており、
   前記補強部材の上端は、前記段落し部で途中定着された前記鉄筋の上端と同じ高さに位置していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の脚柱の構造。
6. 前記脚柱は既存の脚柱であり、前記補強部材は前記既存の脚柱の外側面に取り付けられて当該既存の脚柱を補強する部材であり、
   前記補強部材は、前記外側面を押圧する押圧面を有する鋼材を備え、
   前記押圧面は、前記外側面に沿って前記外側面の全体に亘って連続して延在する平面をなすことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の脚柱の構造。
7. 前記脚柱は既存の脚柱であり、前記補強部材は前記既存の脚柱の外側面に取り付けられて当該既存の脚柱を補強する部材であり、
   前記補強部材は水平に延在しており、
   前記既存の脚柱の前記外側面のうち、前記補強部材よりも上方の部分と前記補強部材よりも下方の部分とが露出していることを特徴とする請求項１〜６に記載の脚柱の構造。
8. 脚柱本体の軸方向に延在する鉄筋が段落しされた段落し部を有する鉄筋コンクリート製の脚柱の構造において、
   前記脚柱本体の外側面には、前記段落し部における前記鉄筋の途中定着部の位置に沿って前記鉄筋の配列方向に延在する補強部材が固定されており、
   前記補強部材を前記外側面に押し当てるように付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とする脚柱の構造。
9. 脚柱本体の軸方向に延在する鉄筋が段落しされた段落し部を有する鉄筋コンクリート製の脚柱の構造において、
   前記脚柱本体の外側面には、前記段落し部における前記鉄筋の途中定着部の位置に沿って前記鉄筋の配列方向に延在する補強部材が固定されており、
   前記補強部材は、延在方向における中央が前記脚柱本体側に向かうように湾曲した状態から前記外側面に押し当てられて当該外側面に密着していることを特徴とする脚柱の構造。
   

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