JP6243264B2 - 耐震補強方法およびｐｃ電化柱 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道用高架橋上に建植されたＰＣ電化柱の耐震補強方法等に関する。

鉄道用高架橋の外縁部には、電線を架線するための構造物としてプレストレストコンクリート製電柱（以下、「ＰＣ電化柱」と呼称する）が建植（埋め込み）されている。

２０１１年に発生した東日本大震災における鉄道用高架橋の被害では、高架橋および橋脚の被害が限定的であったのに対してＰＣ電化柱の被害が多かったことが報告された。これにより、既設のＰＣ電化柱に対する補強の必要性が認識されるようになった。

ＰＣ電化柱の補強方法としては、例えばＰＣ電化柱の根元部分に鋼製等の補強材をボルト等で固定する方法が考案されている（例えば、非特許文献１参照）。

岩田道敏、渡辺一功、野澤伸一郎、鷹野秀明、「ＰＣ電化柱の耐震性向上に関する実験的研究」、コンクリート工学年次論文集、３４巻、２号、９７９〜９８４頁、２０１２

既設の鉄道用高架橋のＰＣ電化柱に対する補強工事を行う場合には、営業時間外となる夜間の限られた時間内に済ます必要がある。しかし、鉄道用高架橋の場合、地上に敷設された軌道や、道路用高架橋に比べてどうしても補強材料の運搬や移動に手間と時間がかかってしまう。例えば、鉄道用高架橋のＰＣ電化柱は一般的に円柱状であるため、非特許文献１のように鋼製の補強材などを用いる補強方法では、補強材自体が特殊な形状となる。また、鋼製の補強材は重量物となる。このため、補強材の運搬量や運搬方法に制約が生じてしまい、結果的に工期の長期化が予想される。

また、来たるべき次の震災に備えて、早期にＰＣ電化柱の耐震補強を完了させる要請があるが、鉄道用高架橋に建植されているＰＣ電化柱の数は膨大である。そのため、補強材料の運搬が容易になることは勿論のこと、１本１本のＰＣ電化柱に対する補強作業等が少しでも簡略化できれば、鉄道路線全体のＰＣ電化柱の耐震補強を早期に完了することができる。

本発明は、こうした事情を鑑みて考案されたものであり、作業工数を短縮できるＰＣ電化柱の耐震補強技術を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するための第１の発明は、鉄道用高架橋上に建植されたＰＣ電化柱の耐震補強方法であって、付け根に未定着部を設けて１．５ｍ以上４．０ｍ以下の所定の高さまで前記ＰＣ電化柱の外周に繊維構造体を巻き立てる巻き立て工程と、前記ＰＣ電化柱の中空部に中詰め材を注入する注入工程と、を含む耐震補強方法である。

第１の発明によれば、繊維構造体をＰＣ電化柱に巻き立てることで耐震補強が実現できる。繊維構造体は、巻物状にして運搬できる軽量物であるため運搬性に優れる。また、繊維構造体をＰＣ電化柱に巻回する範囲は、付け根に未定着部を設けて、すなわち繊維が付け根に達していない状態、又は、場合によっては繊維が付け根部に達しているが、繊維が基礎の充填材に定着されていない状態にして、１．５ｍ以上４．０ｍ以下の所定の高さまでの範囲で済む。また、ＰＣ電化柱の中空部に注入する中詰め材は、例えば軽量モルタルやウレタン発泡体等でよいため、こちらの運搬性も良い。従って、鉄道用高架橋上のＰＣ電化柱の耐震補強を簡易に実現し得る。また、付け根に未定着部を設けて繊維構造体を巻き立てるため、付け根付近を弱部とすることができる。これにより、ＰＣ電化柱が破壊され得るほどの力が加わった時に、ＰＣ電化柱の応力が高架橋スラブにまで及ぶことを防止し、高架橋スラブの損傷を防ぐことができる。

第２の発明は、注入工程は、前記巻き立て工程による巻き立てが施された範囲より上まで前記中詰め材を注入する、第１の発明の耐震補強方法である。

第２の発明によれば、繊維構造体が巻き立てられたその内側に中詰めをして、ＰＣ電化柱の圧縮破壊に伴う中空部への体積変化を拘束し、ＰＣ電化柱の耐力および変形性能を向上させることができる。

第３の発明は、前記巻き立て工程が、織物である前記繊維構造体を巻き立てる工程である、第１又は第２の発明の耐震補強方法である。

第３の発明によれば、補強材としての繊維構造体の運搬性が向上し、また巻き立ての施工性も向上する。

第４の発明は、前記巻き立て工程が、ポリビニルアルコール（以下「ＰＶＡ」という）系繊維で構成される前記繊維構造体を巻き立てる工程である、第１〜第３の何れかの発明の耐震補強方法である。

詳細は、後述の実施形態で説明するが、ＰＶＡ系繊維は耐アルカリ性および耐候性に優れる。よって、第４の発明は、高い耐候性が要求される高架橋上のＰＣ電化柱の補強に好適である。

より望ましくは、第５の発明として、前記ＰＶＡ系繊維が、（１）平均繊度が１１００ｄｔｅｘ以上、２０００ｄｔｅｘ以下のマルチフィラメントであり、（２）引張強度が６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であり、且つ（３）ヤング率が１３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、２６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である、第４の発明の耐震補強方法を構成することができる。

第６の発明は、第１〜第５の何れかの発明の耐震補強方法によって補強されたＰＣ電化柱である。

第６の発明によれば、耐震補強を施したＰＣ電化柱をより少ない工数で提供することができる。既設のＰＣ電化柱を交換する場合や、新たに敷設する場合に好適である。

本発明によれば、繊維構造体をＰＣ電化柱に巻き立てることで耐震補強が実現できる。繊維構造体は、巻物状にして運搬できる軽量物であるため運搬性に優れる。また、繊維構造体をＰＣ電化柱に巻回する範囲は、付け根に未定着部を設けて、すなわち繊維が付け根に達していない状態、又は、場合によっては繊維が付け根部に達しているが、繊維が基礎の充填材に定着されていない状態にして、１．５ｍ以上４．０ｍ以下の所定の高さまでの範囲で済む。また、ＰＣ電化柱の中空部に注入する中詰め材は、例えば軽量モルタルやウレタン発泡体等でよいため、こちらの運搬性も良い。従って、鉄道用高架橋上のＰＣ電化柱の耐震補強を簡易に実現し得る。また、付け根に未定着部を設けて繊維構造体を巻き立てるため、付け根付近を弱部とすることができる。これにより、ＰＣ電化柱が破壊され得るほどの力が加わった時に、ＰＣ電化柱の応力が高架橋スラブにまで及ぶことを防止し、高架橋スラブの損傷を防ぐことができる。

ＰＣ電化柱の外観例を示す図。 ＰＣ電化柱の構造例を示す断面図。 ＰＶＡ系繊維であるクラレ社製「ビニロン（登録商標）」の強力保持率に関する性能例を示す図。 ＰＶＡ系繊維であるクラレ社製「ビニロン（登録商標）」の耐候性に関する性能例を示す図。 ＰＶＡ系繊維であるクラレ社製「ビニロン（登録商標）」の耐アルカリ性に関する性能例を示す図。 ＰＣ電化柱（１）及びラーメン高架橋柱（２）の骨格曲線の計算例を示す図。

図１は、本実施形態のＰＣ電化柱の外観図である。
図２は、本実施形態のＰＣ電化柱の縦断面図である。
ＰＣ電化柱１０は、プレストレストコンクリート（ＰＣ）製の電柱であって、張出スラブ４に設けられた建植用の凹部に充填材Ｆが充填された上で、当該電柱の根元側先端が嵌入されて建植される。ＰＣ電化柱１０は、中空状に形成されている。

ＰＣ電化柱１０は、外周部にＰＶＡ系の連続繊維（ポリビニルアルコール系繊維：ＰＶＡ系繊維）を巻き立てて形成した補強層１２が設けられている。具体的には、補強層１２は、ＰＣ電化柱１０の付け根、すなわち張出スラブ４の上面との境界部から数ｃｍ程度（長くても５ｃｍ未満）の未定着部１４を設けるようにして、１．５ｍ以上４．０ｍ以下の所定の高さまでＰＶＡ系繊維を巻き立てる（巻き立て工程。なお、巻き立てたＰＶＡ系繊維は接着材（含浸材）等で固定すると好適である。なお、場合によっては、ＰＶＡ系繊維の補強層１２がＰＣ電化柱１０の付け根部に達しているが、基礎の充填材Ｆに定着されていない状態としてもよい。

ＰＶＡ系繊維の巻き立ては、下から上へでも良いし上から下へでもよい。また、巻回する回数は、所望する補強効果が得られる厚さまで行われる。その際、下から上へ巻き回した後、再び下から上へ巻き回しを重ねるといった具合に複数回に分割して行うとしてもよいし、上方へ向けて所定の高さまで巻き回した後、そのまま連続して下方へ向けて巻き回すように往復して巻き立てることとしてもよい。巻き立てる高さを、付け根から１．５ｍ以上４．０ｍ以下の所定の高さまでとしたのは、２０１１年の東日本大震災において、鉄道用高架橋上に建植されたＰＣ電化柱の多くが１．２ｍ程度の高さで破壊されたことによる。

巻回する素材としてのＰＶＡ系繊維は、平均繊度が１１００〜２０００ｄｔｅｘのマルチフィラメントであって、引張強度が６〜１２ｃＮ／ｄｔｅｘ、ヤング率が１３０〜２６０ｃＮ／ｄｔｅｘとすると望ましい。

そして、巻回する素材としてのＰＶＡ系繊維は、例えば幅が比較的狭い帯状あるいは幅が比較的広い布状の平素材、例えば、織物や、編物、一軸シート、多軸シート、簾状、不織物などの繊維構造体を成しており、巻物状にして運搬することができる。従来の補強技術のように予め成形された鋼製の補強部材を搬入する場合に比べて、遙かに軽く、積載が容易であるため、運搬等に係る工数を低減できる。

そして、ＰＶＡ系繊維は、高強力・低伸度・耐候性・耐アルカリ性に優れた特徴を有する。例えば、図３に示すように、ＰＶＡ系繊維は、ポリエステルやポリアミド、レーヨンなどを素材とする繊維に比べて強力保持率に優れている。また、図４に示すように、ポリエステルやポリアミド、アラミドなどを素材とする繊維に比べて耐候性に優れている。また、図５に示すように、ポリエステル系繊維や、耐アルカリ性ガラス繊維などに比べて耐アルカリ性に優れている。

巻き立てたＰＶＡ系繊維を固定するための接着材（含浸材）は、例えば、エポキシ樹脂や、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂などを適宜利用可能であるが、汎用性と経済性の観点から選ぶとエポキシ樹脂又はアクリル樹脂が比較的好適である。

なお、繊維巻きを行った場合、通常は接着材（含浸材）により固定された繊維の上から上塗り材が塗布される。本実施形態においても上塗り材を塗布してもよいが、補強材として高耐久性の繊維を用いたこと、また、ＰＣ電化柱それ自体が高架橋上にあるために切創等のいたずらを受け難い事を鑑みれば、通常想定される使用環境下においては上塗り材の塗布を省略することもできる。その場合、上塗り材の運搬等に係る工数や上塗り施工の手間を低減させる効果がある。

未定着部１４は、ＰＶＡ系繊維をＰＣ電化柱１０の付け根に達しないように巻き回す、あるいは、ＰＶＡ系繊維を付け根部まで巻き回しているが、基礎の充填材Ｆに定着されていない部分を残すようにして接着材等で固定することによって設けられる。この未定着部１４は、非補強部となり意図的に設けられた弱部として機能し、仮に未補強のＰＣ電化柱１０が破壊され得るほどの強い力が加わったとしても、張出スラブ４に破損が及ばないようになる。

具体的に説明すると、ＰＣ電化柱１０は、図６の骨格曲線の計算例に示す通り、ラーメン高架橋柱等（図６（２））とは破壊性状が異なり、ＰＣ鋼材が降伏せずにコンクリートが圧縮破壊する可能性が高い（図６（１））。仮に、東日本大震災の時のように未補強のＰＣ電化柱１０を破壊し得るほどの仮想力が作用したとする。補強層１２を設けたことで補強層１２の拘束によりコンクリートの強度が上昇し、ＰＣ電化柱１０の耐力が大きく上昇するため、ＰＣ電化柱１０は、東日本大震災の時のように付け根から１．２ｍ程の位置で破壊することなく、この仮想力にも耐え得るであろう。しかし、もしも未定着部１４を設けていないとすれば、ＰＣ電化柱１０が破壊されることで逃されたであろう仮想力は、ＰＣ電化柱１０が植設されている張出スラブ４の埋設部Ｐ（図１参照）に及ぶこととなる。結果、ＰＣ電化柱１０が破壊されるよりも先に張出スラブ４の埋設部Ｐが損傷する可能性が高くなる。

張出スラブ４が損傷した場合、鉄道運行の復旧には、ＰＣ電化柱１０の交換作業とは比べられない多くの時間を要するのでこれは望ましくない。しかし、本実施形態のように未定着部１４を設けると、未定着部１４は補強されたＰＣ電化柱１０の弱部として機能する。つまり、張出スラブ４が損傷するよりも先にＰＣ電化柱１０が未定着部１４を起点に破壊されるため、張出スラブ４が損傷する可能性は極めて低くなる。

また、本実施形態の耐震補強方法では、ＰＣ電化柱１０の中空部１６内に中詰め材１８が充填される（注入工程）。具体的には、中詰め材１８は、補強層１２よりも上部分にドリル等で開けられた注入孔２０に差し込んだ注入管２２から、補強層１２よりも上に到るまで注入される。中詰め材１８としては、注入後に硬化形成される軽量材料（例えば、軽量モルタルやウレタン発泡体）を用いることができる。なお、注入孔２０は中詰め材１８の注入完了後に補修する。

上述した通り、ＰＣ電化柱１０の破壊はコンクリートの圧縮破壊である。中詰め材１８を注入することで、ＰＣ電化柱１０の圧縮破壊に伴う中空部への体積変化を拘束する。ＰＣ電化柱１０の外側はＰＶＡ系繊維、中空部は中詰め材１８で体積変化を拘束する。これにより、耐力および変形性能を向上させ、耐震性能を発揮させることができる。また、中詰め材１８として、軽量モルタルやウレタン発泡体といった比較的軽量な材料を使用することで、高架橋上への補強材の運搬の手間を更に低減する効果も得られる。

上記の巻き立て工程と注入工程は、どちらを先にしても構わない。前述のように、ＰＶＡ系繊維上への上塗り材の塗布は省略できる。もし上塗り材の塗布を省略するならば、巻き立て工程と注入工程とが終了すれば、巻き立てられたＰＶＡ系繊維を露出させた状態で施工完了となる。

以上、本実施形態によれば、鉄道用高架橋に建植されているＰＣ電化柱の耐震性を向上させる耐震補強ができる。しかも、補強に必要な材料の高架橋上の運搬性に優れ、補強作業に係る手間も少ない。そのため、鉄道路線全体のＰＣ電化柱の耐震補強工事の工期短縮化を図ることができる。

２…鉄道用高架橋
４…張出スラブ
１０…ＰＣ電化柱
１２…補強層
１４…未定着部
１６…中空部
１８…中詰め材
２０…注入孔
２２…注入管
Ｆ…充填材

Claims (5)

1. 鉄道用高架橋上に建植されたＰＣ電化柱の耐震補強方法であって、
   建植面から高さ５ｃｍ未満の付け根部分を建植されている基礎に定着されていない状態とする未定着部として設けて、この未定着部から１．５ｍ以上４．０ｍ以下の所定の高さまで前記ＰＣ電化柱の外周にポリビニルアルコール（以下「ＰＶＡ」という）系繊維の連続繊維を巻き立てる巻き立て工程と、
   前記ＰＣ電化柱の中空部に中詰め材を注入する注入工程と、
   を含む耐震補強方法。
2. 前記注入工程は、前記巻き立て工程による巻き立てが施された範囲より上まで前記中詰め材を注入する、
   請求項１に記載の耐震補強方法。
3. 前記ＰＶＡ系繊維上への上塗り材の塗布を行わず、前記巻き立て工程により巻き立てられた前記ＰＶＡ系繊維を露出させた状態で耐震補強施工を完了とする、
   請求項１又は２に記載の耐震補強方法。
4. 前記ＰＶＡ系繊維は、（１）平均繊度が１１００ｄｔｅｘ以上、２０００ｄｔｅｘ以下のマルチフィラメントであり、且つ、（２）引張強度が６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であり、且つ、（３）ヤング率が１３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、２６０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の耐震補強方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の耐震補強方法によって補強されたＰＣ電化柱。