JP5809487B2 - 柱体の構造及び柱体の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、大規模地震から柱体およびその基礎を守るための柱体の構造及びその補強方法に関する。

東北地方の太平洋沖地震により、多くの電化柱が折損の被害を受けている。今回のような大規模地震に対して電化柱を折損させないためには、従来以上の耐震補強、又は鋼管柱への交換が必要となる。

電化柱の耐震補強として、例えば、特許文献１及び特許文献２に示される技術が知られている。
特許文献１に示される電柱の耐震補強構造は、電柱の外径より大きな内径を有する筒状体にて電柱の外周を包囲し、上記筒状体と電柱との隙間に、補強用の充填材を注入し硬化させるものであり、筒状体をその周方向について少なくとも２つの筒構成部材に分割して形成し、ボルト等の締付部材にて筒構成部材同士を固定して１つの筒状体を形成する構成が示されている。

特許文献２に示されるコンクリート製電柱では、強度が劣化した鉄筋コンクリート柱の表面に、強化繊維シートの強化繊維の配列方向が柱の軸方向及び周方向となるようにして少なくとも１層ずつ巻き付け、その最外層上に絶縁性繊維の強化繊維シートを巻き付け、これらシートの巻き付け前又は巻き付け後に強化繊維に含浸したマトリックス樹脂を硬化して、繊維強化プラスチックに為した補強構造が示されている。

特開２００５−３３６７４６号公報 特開平５−３３２０３２号公報

ところが、上記特許文献１・２に示される技術では、電化柱の強度が増して耐震補強が可能となるが、仮に耐震強度を越えるような、大規模地震が発生した場合には、柱体とともに該柱体を支える基礎もが根こそぎ転倒してしまい、その後の修復作業がより困難なものとなる。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、大規模地震が発生した場合には、柱体を転倒させる地震のエネルギーが、該柱体を支える基礎に伝達されることを防止し、基礎を守ることができるとともに、柱体が完全に倒れる被害をも防止することができる柱体の構造及び柱体の補強方法を提供する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の構造であって、前記基礎の上方の位置に前記柱体の外周を囲む補強体を設け、この補強体に囲まれた部分の前記柱体に他の部分より強度の小さい部分を設け、前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を設け、前記柱体の内部空間の下部に第２の充填材が充填され、前記第２の充填材は、第１の充填材より上方の位置まで充填されたことを特徴とする。

また、本発明は、下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の補強方法であって、前記柱体の基礎近傍に他の部分より強度の小さい部分を形成する強度調整工程と、前記柱体の外周を囲むように補強体を設ける補強体設置工程と、前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を充填する充填材注入工程と、を有し、前記強度の小さい部分は、前記補強線材の一部又は全部を上下に分断することにより形成されることを特徴とする。

本発明によれば、基礎の上部において、柱体の外周を囲む補強体を設け、この補強体に囲まれた部分の該柱体に他の部分より強度の小さい部分を設けたことから、大規模地震が発生した場合に、まず、柱体の強度の小さい部分を損傷させて該柱体を傾き易くさせる。このときの前記柱体は、該柱体の外周を囲む補強体によって支え、さらには、これら柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を設けた場合には、該柱体と補強体との間の空間に注入された第１の充填材で支えるようにするが、その際、該柱体に作用する地震エネルギーを、前記補強体を塑性変形させることで吸収し、これにより、該柱体が基礎から倒れることを防止する。
すなわち、本発明は、根元近くの柱体の曲げ耐力を積極的に落として、該柱体に加わる地震の力を、補強体の塑性変形により吸収することで、該柱体の基礎を守ることが可能となる。

また、本発明では、例えば、前記柱体の強度の小さい部分を、該柱体内の補強線材を上下に分断することにより形成することで、上述したように、根元近くの柱体の曲げ耐力を積極的に落として、該柱体に加わる地震の力を、補強体の塑性変形により吸収することで、該柱体の基礎を守ることが可能となる。

また、本発明では、前記強度の小さい部分について、当該部分の柱体と補強体と充填材との合成曲げ耐力が、前記柱体の他の部分の曲げ耐力より小さくなるように設定されているので、大規模地震が発生した場合には、当該強度が小さい部分で、柱体を確実に傾かせることができるとともに、該柱体に作用する地震エネルギーを、前述した補強体及び第１の充填材で受けることができる。

また、本発明では、中空状の柱体の内部空間の下部に第２の充填材を設ける。例えば、該第２の充填材を、第１の充填材より上方の位置まで充填することにより、柱体１及びその周囲の前記補強材、第１の充填材を含む断面の変化を段階的とし、柱体１の一部への応力集中を防止することができる。

また、本発明では、柱体の基礎近傍に他の部分より強度の小さい部分を形成する強度調整工程と、前記基礎上の前記強度の小さい部分の柱体の外周を囲むように補強体を設ける補強体設置工程と、前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を充填する充填材注入工程と、を順次経ることで、既存の柱体に対して、上述した基礎を守りかつ柱体が完全に倒れる被害をも防止することができる柱体構造を得ることができ、大規模地震に対する対策とすることができる。

本発明に係る柱体構造の一実施形態を示す斜視図である。 柱体が設置される高架橋を示す正断面図である。 図２の平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断した断面図である。 図１をＶ−Ｖ線に沿って切断した断面図である。 柱体内の補強線材を示す正面図である。 （Ａ）大規模地震発生前の柱体を示す図、（Ｂ）大規模地震により柱体が傾いた状態を示す図である。

本発明の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る柱体構造であって、符号１は補強対象となる柱体である。この柱体１は、図２〜図４に示すように鉄道の高架橋２に設けられた基礎Ｂに支持されている。

前記柱体１及びその基礎Ｂは、高架橋２の側壁３に沿うように設けられるものであって、いずれも鉄筋コンクリートにより形成されている。また、前記基礎Ｂの近傍には、側壁３の一部となる高らん４が設けられている。

前記柱体１は、下端から所定の長さにわたって基礎Ｂに埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材１０が内部に配設された中空構造である。
この補強線材１０は、図５及び図６に示されるように、柱体１の長さ方向に沿う鋼材１１と、スパイラル状の鋼材１２とが交差かつ連結するように配置される例が示されているが、これに限定されず、様々な形態の構造が使用可能である。

前記柱体１の周囲には補強体１３が設けられている。この補強体１３は、例えば、鋼板、鋼線を編んだ網状体又は炭素繊維シート、繊維強化プラスチックシートといった繊維状材料などからなり、図１に示されるように、前記柱体１の下部でかつ基礎Ｂの近傍にて該柱体１を周囲から覆うように設けられている。その他、鋼鉄製の棒状体を柱体の周囲かつ長さ方向に沿うように一定の間隔をおいて配置かつ連結することで、前記補強体１３を形成しても良い。また、鋼鉄製の棒状体を格子状に配置した上で、柱体１の周囲を巻き付けることで前記補強体１３を構成しても良い。

これら柱体１と補強体１３との間の空間には、該補強体１３を柱体１の外周面に密着させるための充填材１４（第１の充填材）が注入されている。なお、この充填材１４としては、補強体１３が鋼板で形成される場合は、鋼板との密着性が良い無収縮モルタルが使用される他、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などのプラスチック材料も使用される。

前記柱体１の内部空間である中空部１Ａにも充填材１５（第２の充填材）が注入される。この充填材１５は、柱体１と補強体１３との間の充填材１４と同様の材料により形成され、該充填材１４より上方の位置まで注入される。
この充填剤１５は、曲げによる柱体１のつぶれを防止して耐力を高める機能を有するが、注体１に求められる地震耐力により、これを省略しても良い。また、本実施形態にあっては、柱体１の外側の充填材１４より上方の位置（外側の充填材１４とは異なる高さ）まで充填材１５を注入して、柱体１及びその周囲の補強材１３，充填材１４を含む断面積の変化を段階的として、特定範囲への応力集中を防止する機能をも有する。

また、前記補強体１３に囲まれた部分の柱体１には、図１に示されるように、該柱体１の他の部分２０より強度の小さい部分（以下、低強度帯２１という）が設けられている。
この低強度帯２１は、前記柱体１内の鋼材１０の一部又は全部を上下に分断することにより形成されるものであって、当該低強度帯２１における、柱体１と補強体１３と充填材１４・１５との合成曲げ耐力は、該柱体１の他の部分２０の曲げ耐力より小さくなるように設定されている。
そして、低強度帯２１にて柱体１の曲げ耐力を低下させることにより、大規模地震が発生した場合には、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、該低強度帯２１の箇所で、柱体１を確実に傾かせることができる。

そして、以上のような柱体構造では、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、大規模地震が発生した場合に、まず、柱体１の低強度帯２１を損傷させて該柱体１を傾き易くさせる。このときの柱体１は、該柱体１の外周を囲む補強体１３、及び該柱体１と補強体１３との間の空間の充填材１４、及び柱体１内の充填材１５で支えるようにするが、その際、該柱体１に作用する地震エネルギーを、補強体１３（及び一部の充填材１４・１５）を塑性変形させることで吸収し、これにより、該柱体１が基礎Ｂから完全に倒れることを防止する。
すなわち、上記柱体構造では、根元近くの柱体１の曲げ耐力を積極的に落として、該柱体１に加わる地震の力を、補強体１３（及び一部の充填材１４・１５）の塑性変形により吸収することで、該柱体１の基礎Ｂを守ることができる。

また、上記のような柱体構造は、既存の柱体１に対して後で施工することにより設置することもできる。
すなわち、下端から所定の長さにわたって基礎Ｂに埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材１０が内部に配設された中空状の柱体１において、強度調整工程、補強体設置工程、充填材注入工程を順次経るようにする。
具体的には、最初の強度調整工程では、基礎Ｂ近傍の柱体１に部分的に孔を開けて、補強線材１０の一部又は全部をカッタ等の工具で上下に分断することにより、該柱体１に対して、他の部分２０より強度が低い低強度帯２１を形成する。

次いで補強体設置工程では、基礎Ｂ上の低強度帯２１の柱体１の外周を囲むように補強体１３を設け、その後、充填材注入工程では、柱体１と補強体１３との間の空間にモルタルなどの充填材１４を注入する。さらに、柱体１の補強を図るために、状況に応じて該柱体１に中空部１Ａに至る貫通孔を開け、該貫通孔を通じて柱体１内に充填材１５を注入する。
そして、以上のような強度調整工程、補強体設置工程、充填材注入工程を順次経ることで、既存の柱体１に対して後で本発明に係る補強構造を施工することが可能となる。

以上詳細に説明したように本実施形態に係る柱体構造によれば、基礎Ｂの上部において、柱体１の外周を囲む補強体１３を設け、この補強体１３に囲まれた部分の該柱体１に他の部分２０より強度が低い低強度帯２１を設け、さらにこれら柱体１と補強体１３との間の空間に充填材１４を設けたことから、大規模地震が発生した場合に、まず、柱体１の低強度帯２１を損傷させて該柱体１を傾き易くさせる。このときの前記柱体１は、該柱体１の外周を囲む補強体１３、及び該柱体１と補強体１３との間の空間に注入された充填材１４で支えるようにするが、その際、該柱体１に作用する地震エネルギーを、前記補強体１３を塑性変形させることで吸収し、これにより、該柱体１が基礎Ｂから倒れることを防止する。
すなわち、本発明は、根元近くの柱体１の曲げ耐力を積極的に落として、該柱体１に加わる地震の力を、補強体１３の塑性変形により吸収することで、該柱体１の基礎Ｂを守ることが可能となる。

また、本実施形態に係る柱体構造では、例えば、前記柱体１の低強度帯２１を、該柱体１内の補強線材１０を上下に分断することにより形成することで、上述したように、根元近くの柱体１の曲げ耐力を積極的に落として、該柱体１に加わる地震の力を、補強体１３の塑性変形により吸収することで、該柱体１の基礎Ｂを守ることが可能となる。
また、本実施形態に係る柱体構造では、柱体１の低強度帯２１において、当該低強度帯２１の部分の柱体１と補強体１３と充填材１４との合成曲げ耐力が、該柱体１の他の部分２０（低強度帯２１以外の部分）の曲げ耐力より小さくなるように設定されているので、大規模地震が発生した場合には、当該低強度帯２１の箇所を塑性ヒンジとして変形させて柱体１を傾かせて、該柱体１に作用する地震エネルギーを補強体１３及び充填材１４で受けることができる。

また、本実施形態に係る柱体構造では、中空状の柱体１の内部空間の下部に充填材１５を設ける。例えば、該充填材１５を、充填材１４より上方の位置まで注入することにより、柱体１及びその周囲の補強材１３、充填材１４を含む断面積の変化を段階的とし、柱体１の一部への応力集中を防止することができる。

また、本実施形態に係る柱体構造では、柱体１の基礎Ｂ近傍に他の部分２０より低強度帯２１を形成する強度調整工程と、基礎Ｂ上の前記低強度帯２１の柱体１の外周を囲むように補強体１３を設ける補強体設置工程と、これら柱体１と補強体１３との間の空間に充填材１４を注入する充填材注入工程と、を順次経ることで、既存の柱体１に対して、上述した基礎Ｂを守りかつ柱体１が完全に倒れる被害をも防止することができる柱体構造を得ることができ、大規模地震に対する対策とすることができる。

上記実施形態では、本発明を鉄道の高架橋に適用した場合について説明したが、本発明は、他の構造物に設けられた柱体の補強にも適用することができる。
上記実施形態では、鋼材をカッタによって切断したが、他の手段、例えばワイヤソーを用いて切断しても良い。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、大規模地震から柱体の基礎を守るための柱体構造及び柱体の補強方法に関する。

１ 柱体
１Ａ 中空部
１０ 鋼材
１３ 補強体
１４ 充填材（第１の充填材）
１５ 充填材（第２の充填材）
２０ 他の部分
２１ 低強度帯
Ｂ 基礎

Claims (11)

1. 下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の構造であって、
   前記基礎の上方の位置に前記柱体の外周を囲む補強体を設け、この補強体に囲まれた部分の前記柱体に他の部分より強度の小さい部分を設け、
   前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を設け、
   前記柱体の内部空間の下部に第２の充填材が充填され、
   前記第２の充填材は、第１の充填材より上方の位置まで充填されたことを特徴とする柱体の構造。
2. 下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の構造であって、
   前記基礎の上方の位置に前記柱体の外周を囲む補強体を設け、この補強体に囲まれた部分の前記柱体に他の部分より強度の小さい部分を設け、
   前記強度の小さい部分における、当該部分の柱体と補強体と充填材との合成曲げ耐力は、前記柱体の他の部分の曲げ耐力より小さく設定されていることを特徴とする柱体の構造。
3. 下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の構造であって、
   前記基礎の上方の位置に前記柱体の外周を囲む補強体を設け、この補強体に囲まれた部分の前記柱体に他の部分より強度の小さい部分を設け、
   前記強度の小さい部分は、前記補強線材の一部又は全部を上下に分断することにより形成されることを特徴とする柱体の構造。
4. 前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の柱体の構造。
5. 前記補強体は鋼板であり、前記第１の充填材はモルタルであることを特徴とする請求項１または４に記載の柱体の構造。
6. 前記補強体は、多数集積された繊維状材料であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の柱体の構造。
7. 下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の補強方法であって、
   前記柱体の基礎近傍に他の部分より強度の小さい部分を形成する強度調整工程と、
   前記柱体の外周を囲むように補強体を設ける補強体設置工程と、
   前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を充填する充填材注入工程と、を有し、
   前記強度の小さい部分は、前記補強線材の一部又は全部を上下に分断することにより形成されることを特徴とする柱体の補強方法。
8. 下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の補強方法であって、
   前記柱体の基礎近傍に他の部分より強度の小さい部分を形成する強度調整工程と、
   前記柱体の外周を囲むように補強体を設ける補強体設置工程と、
   前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を充填する充填材注入工程と、を有し、
   前記強度の小さい部分における、当該部分の柱体と補強体と充填材との合成曲げ耐力は、前記柱体の他の部分の曲げ耐力より小さく設定されていることを特徴とする柱体の補強方法。
9. 下端から所定の長さにわたって基礎に埋設され、長さ方向へ連続する複数本の補強線材が内部に配設された中空状の柱体の補強方法であって、
   前記柱体の基礎近傍に他の部分より強度の小さい部分を形成する強度調整工程と、
   前記柱体の外周を囲むように補強体を設ける補強体設置工程と、
   前記柱体と補強体との間の空間に第１の充填材を充填する充填材注入工程と、
   を有し、
   前記柱体の内部空間の下部に第２の充填材を充填し、
   前記第２の充填材は、第１の充填材より上方の位置まで充填されることを特徴とする柱体の補強方法。
10. 前記補強体は鋼板であり、前記第１の充填材はモルタルであることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の柱体の補強方法。
11. 前記補強体は、多数集積された繊維状材料であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の柱体の補強方法。

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