JP2000017615A

JP2000017615A - プレストレストコンクリート橋脚

Info

Publication number: JP2000017615A
Application number: JP10198082A
Authority: JP
Inventors: Naoharu Ikeda; 尚治池田
Original assignee: PRESTRESSED CONCRETE ENGINEERING ASSOCIATION
Current assignee: PRESTRESSED CONCRETE ENGINEERING ASSOCIATION
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】地震後の許容残留変位が橋脚の回転角として
１／１００（ｒａｄ）を満足する、曲げモーメントに対
して有効な、耐震性に優れた構造形式の橋脚を提供す
る。【解決手段】コンクリート橋脚の脚軸方向にＰＣ鋼材
を、橋脚全体に亘って、又は橋脚の中間部に定着部を設
けて配設し、残留変位の少ない耐震性に優れた橋脚を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレストレストコ
ンクリート橋脚に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、橋脚は鉛直荷重を支えるものであ
り、プレストレスを導入することは軸圧縮応力度を増す
こととなるため、プレストレストコンクリート部材に適
さないとされていた。しかし、兵庫県南部地震以来、設
計地震力は大幅に改訂され、最大で２Ｇの応答加速度を
考慮することとなった。つまり、重力の２倍の水平力が
橋脚に作用することを想定して設計する必要が生じ、橋
脚は大きな曲げモーメントに耐えることができる構造で
あることが要求されるようになった。このような背景か
ら、曲げモーメントに対して有効なプレストレストコン
クリートを橋脚に適用する発想が生まれた。プレストレ
ストコンクリート部材は一般に、鉄筋コンクリート（Ｒ
Ｃ）構造に比べエネルギー吸収能力が小さく、耐震性は
悪いと言われていた。しかし一方では、高い復元力を有
するという利点がある。これは巨大地震の発生後に生じ
る橋脚の残留変位が小さいことを意味し、地震後の橋梁
の供用性が確保されることとなる。地震後の緊急車輌等
の通行を考えれば、残留変位が小さいことは、橋梁の耐
震性能として重要な要素のひとつである。平成８年１２
月制定の道路橋示方書Ｖ耐震設計編においても、重要度
の高い橋梁について残留変位を制御するように規定され
ている。

【０００３】先の兵庫県南部地震のような内陸直下型の
地震時には、想定を上回る水平荷重が橋脚に作用するた
め、橋脚も曲げ部材として認識する必要がある。また、
現行の道路橋示方書では、特に重要度が高い橋（Ｂ種）
の橋脚は、地震後の許容残留変位を橋脚の回転角として
１／１００（ｒａｄ）としている。これらを満足する構
造形式としては、プレストレストコンクリート構造が極
めて合理的であると考えられる。しかしながら、従来プ
レストレストコンクリート構造は鉄筋コンクリート構造
（ＲＣ構造）に比べて、エネルギー吸収能力が小さく耐
震的ではないと考えられてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、このよう
な新しい事態に対応し、曲げモーメントに対して有効な
プレストレストコンクリートを橋脚に適用する発想に立
脚し、従来の常識とは反する観点から、耐震性の高い橋
脚を開発した。本発明は、これを提供することを目的と
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑
み、基本的に、コンクリート橋脚の橋軸方向にＰＣ鋼材
を配設する技術手段を採用したことを特徴とするプレス
トレストコンクリート橋脚を提供するものである。前記
ＰＣ鋼材の配設は、橋脚全長に亘って橋脚横断面内の周
縁近傍又は中心部近傍に位置し、橋脚基礎ブロック内及
び橋脚頂部に定着部を備えたことを特徴とする。このこ
とによって、橋脚を橋脚基礎ブロックと一体化すること
ができ、橋脚の残留変位を小さくすることができ、これ
と相まって、橋脚の優れた耐震性を確保する。また、前
記ＰＣ鋼材の配設は、橋脚基礎ブロック内及び橋脚の中
間部に定着部を有するように配設することによって、必
要な部分にプレストレスを効果的に導入することがで
き、ＰＣ鋼材の定着部を作業性のよい位置に設けること
ができる。この場合、ＰＣ鋼材を橋脚中で湾曲させ、前
記橋脚の中間部の定着部は橋脚の側部に設けることによ
って、作業性をより高めることができ好ましい。

【０００６】さらに、前記橋脚中間部の定着は、エンド
レスワイヤを用い、Ｕ字形に形成することによって基礎
ブロック内にＰＣ鋼材端部の定着部を設けることなく、
基礎ブロックと橋脚を容易に一体化することができ、上
方からＰＣワイヤを挿通して橋脚上部で定着することが
でき、ＰＣ鋼材の配設、施工が容易となる。また、前記
ＰＣ鋼材の配設は、橋脚の横断面内で非対称に偏在して
配設することによって、偏心荷重を受ける橋脚を合理的
に強化することができる。さらに、多数のプレキャスト
部材より成る橋脚にＰＣ鋼材を配置し、プレストレスを
導入することによって橋脚の一体化することができると
同時に、優れた耐震性を得ることができる。なお、ここ
で示したプレストレストコンクリート橋脚は単柱形式の
橋脚のみならず、ラーメン橋脚にも適用することができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、実施例の橋脚の種
々の形式のＰＣ鋼材の配置を示す模式図である。図１
（ａ）は、橋脚１の橋脚全長に亘って橋脚横断面内の周
縁近傍にＰＣ鋼材３を配設し、橋脚基礎ブロック２内及
び橋脚１の頂部にＰＣ鋼材の定着部を設けたものであ
る。橋脚全長に亘ってプレストレスを導入することがで
きる。図１（ｂ）は、ＰＣ鋼材３を一端が橋脚の基礎ブ
ロック２内に位置し、他端が橋脚１の中間部に位置し、
それぞれ定着部を有するものである。橋脚１の基礎ブロ
ック２との結合部及び橋脚の必要部分にプレストレスを
導入することによって、合理的な橋脚性能の維持を図る
ことができる。図１（ｃ）は、基礎ブロック２内にＵ字
形のＰＣ鋼材挿通路を設け、基底部側の定着部は、エン
ドレスワイヤ４でＵ字形に成形した例である。エンドレ
スワイヤ４を上方から挿通することによって橋脚１と基
礎ブロック２とを一体化することができ、基礎ブロック
側にワイヤ端部の定着部を形成する必要がないので、特
に基礎ブロック２に近接することが困難な場合等に作業
性が向上するので好ましい。

【０００８】図１（ｄ）は、橋脚１の側部にＰＣ鋼材５
の定着部を設けたもので、ＰＣ鋼材５の上端に定着部を
設けることが困難な場合等に上部の定着部の作業性を高
める効果がある。図１（ｅ）は、ＰＣ鋼材６の配置を橋
脚の横断面の中心部に設けたもので、配筋の都合や定着
部の位置の制限に応ずるものである。中空のプレキャス
トコンクリートブロックを積重して橋脚を形成する場合
等に、中空部を利用して配置すると施工が容易となる。
図１（ｆ）は、ＰＣ鋼材８を橋脚１の横断面内に非対称
に配設した例で、図に示すように、偏心荷重９が作用す
るような橋脚１に適用される。図１（ｇ）は、多数のプ
レキャスト部材から成る橋脚にＰＣ鋼材を使用した例
で、長手方向のＰＣ鋼材３によって橋脚を一体化する構
造である。図１（ｈ）は、ラーメン橋脚にＰＣ鋼材を配
置し、プレストレストコンクリート橋脚とした例であ
る。

【０００９】（試験例−１）柱部材の軸方向にプレスト
レスを導入したコンクリート橋脚の耐震性能に着目し、
その基本的な曲げ特性や地震後の共用性能について検討
した。このため、図２に示すような供試体２０を用いて
静的正負交番載荷試験を行った。実際に用いた供試体２
０の諸元と載荷位置を図２に、その横断面を図３、図４
に示した。供試体２０は、４００ｍｍ×４００ｍｍ×高
さ１５００ｍｍの角柱からなる橋脚模型２１の基底部に
１４００ｍｍ×１４００ｍｍ×高さ７００ｍｍの基礎ブ
ロック２２を備えた形状とした。供試体は、Ｎｏ．１供
試体を鉄筋コンクリート構造（ＲＣ）、Ｎｏ．２供試体
をプレストレストコンクリート構造でＰＣ鋼より線の付
着あり（ポンド）構造（ＰＣ_B ）、Ｎｏ．３供試体をプ
レストレストコンクリート構造でＰＣ鋼より線の付着な
し（アンポンド）構造（ＰＣ_u ）の３種類とした。ＰＣ
_B ではセメントペーストによるＰＣグラウトにより付着
させ、圧縮強度は材齢２８日で４１．７ＭＰａとした。
全供試体で最大荷重が同程度となるような供試体を設計
し、その他の因子は全て一定とするように試験条件を設
定した。

【００１０】ＲＣ構造（Ｎｏ．１供試体）では、図３に
横断面図を示すように、軸筋２３として１３ｍｍφの鉄
筋ＳＤ３４５を１６本（鋼材比ｐ＝２．５３％）を配置
した。フープ筋２４として橋脚の上部８４０ｍｍは、１
４ｍｍφのＳＤ３４５Ｄ６を６０ｍｍピッチで、橋脚の
下部８４０ｍｍは、１４ｍｍφのＳＤ３４５Ｄ６を３０
ｍｍピッチで、基礎ブロック中では３６０ｍｍの部分を
６０ｍｍピッチでそれぞれ配設した。フープ筋２４は、
フレア溶接（ラップ長１００ｍｍ、溶接長６０ｍｍ）に
より定着した。ＰＣ_B 構造（Ｎｏ．２供試体）及びＰＣ
_U 構造（Ｎｏ．３供試体）では、軸筋（鉄筋）２３とし
て１００ｍφの鉄筋ＳＤ３４５を１６本（鋼材比ｐ＝
０．７１３％）を用い、ＰＣ鋼材２５として１２．７ｍ
ｍφのＰＣ鋼より線ＳＷＰＲ７Ｂを８本（鋼材比ｐ＝
０．４９４％）を用いた。ＰＣ鋼材２５の配置は、図４
に示すように配筋間隔１３０ｍｍでコンクリート内部に
配置した。ＰＣ鋼より線の定着は橋脚頂部はデッドアン
カーとし、基礎ブロック底面にグリップ定着した。ＰＣ
鋼より線の緊張は基礎ブロックの底部で片側緊張とし
た。フープ筋２４は、上記ＲＣ構造と同様とした。鋼材
の機械的性質を表１に示した。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】荷重は、橋脚の頂上の軸線上に軸力３１を
加え、橋脚の上端から２３０ｍｍ下方の側面に水平荷重
３２を負荷した。試験条件を表２に示した。表２に示す
コンクリート強度は載荷試験時における圧縮強度を示
す。試験はプレストレスを導入した後に、油圧ジャッキ
により所定の定軸力を載荷しながら、押引用の油圧ジャ
ッキを用いて曲げせん断の静的漸増正負交番載荷を行っ
た。載荷は回転角（１／２００（ｒａｄ）の整数倍）で
制御し、同じ回転角での繰り返し載荷は行わなかった。
また、最大荷重の８０％を下回った場合を部材としての
終局と定義し、この試験を終了した。曲げ特性について
は、次のとおりであった。水平載荷荷重と載荷点水平変
位関係との関係を、ＲＣの場合を図５に、ＰＣ_Bの場合
を図６に、ＰＣ_u の場合を図７に示した。プレストレス
トコンクリート橋脚では、外力（上載荷重）と内力（有
効プレストレス）の双方が軸力として作用するため、一
般的に高軸力となることが想定される。この試験でもそ
の点を考慮し、プレストレストコンクリート橋脚は、外
力４ＭＰａ、内力４ＭＰａ、合計８ＭＰａの高軸力の設
定とした。この条件では、載荷サイクルの早期に荷重が
低下し脆性的な挙動を示すことが予想されたが、図５〜
図７に示すとおり、ＰＣ_B 、ＰＣ_u においても粘りのあ
る性状を示し、すべての供試体でほぼ同等の変形性能で
あった。またＰＣ鋼より線はＰＣ_B 、ＰＣ_u 双方とも破
断せず、特にＰＣ_u では終局状態においても弾性範囲内
であった。

【００１４】エネルギーの吸収能力については次のとお
りであった。耐震性能を評価する際に一つの指標となる
エネルギー吸収能力について検討するために、各サイク
ルにおける履歴吸収エネルギー（荷重−変位関係のルー
プで囲まれた面積）を載荷サイクルが増加するにつれて
累積した累積吸収エネルギーと載荷点変位（各サイクル
の制御位置）の関係を図８に示した。図８では、ＰＣ_u
とＲＣ・ＰＣ_B の優劣を比較するために、縦軸をＰＣ_u
で除して正規化したものを図８に併記した。これより、
各載荷点変位で比較すると、ＲＣはＰＣ_u の約１．５倍
程度のエネルギー吸収能力があり、この観点での耐震性
能はＲＣの方が優れている。また、ＰＣ_B とＰＣ_u でほ
とんど差がないことがわかった。残留変位については次
のとおりであった。地震後の供用性能について評価する
ために、除荷時の残留変位（正負の平均値）と載荷点変
位の関係を図９に示した。図８と同様に、縦軸をＰＣ_u
で正規化した図を併記した。

【００１５】図９より、ＲＣはＰＣ_u と比べて載荷点変
位で１５ｍｍを過ぎたあたりから急激に大きくなり始
め、その後は約５倍程度の残留変位が残っている。ま
た、ＰＣ_B はＰＣ_u と比べて各載荷点変位において、約
１．５倍程度の残留変位であることがわかる。すなわ
ち、残留変位の観点からはＰＣ_u の方がかなり優れてい
るといえる。許容残留変位条件下での耐震性能について
は次のとおりであった。累積吸収エネルギーと残留変位
の関係を図１０に示した。道路橋示方書によれば、重要
度の高い橋梁は地震後の残留変形を１／１００（ｒａ
ｄ）に留めることが規定されている。この条件は本供試
体の形状寸法では、許容残留変位は１５ｍｍとなる。こ
れを図１０の中に縦線で示した。許容残留変位が１５ｍ
ｍ以内を満足する範囲内では、ＰＣ_B がもっとも累積吸
収エネルギーが大きいことがわかる。すなわち、許容残
留変位という規定を設けると、耐震性能（エネルギー吸
収能力）は、ＰＣ_B がもっとも優れているといえる。

【００１６】以上のように、軸力を８ＭＰａ（上載荷量
＋有効プレストレス）に設定したプレストレストコンク
リート橋脚の耐震性能に着目した模型試験を行った結
果、プレストレストコンクリート橋脚はＲＣ構造の橋脚
に比べてエネルギー吸収能力は低下するものの、特に脆
性的な破壊性状を示すことはなく同等の変形性能を有
し、残留変位の小さい復元特性の優れた挙動を示すこと
が確認された。（試験例−２）次に中空の供試体について行った試験に
ついて説明する。供試体４０の形状寸法を図１１、１
２、１３、１４に、供試体の諸元を表３〜６にそれぞれ
示す。供試体４０は基礎ブロック４２を備えた独立一本
柱形状のもので、柱４１の断面は４００ｍｍ×４００ｍ
ｍの正方形の中空断面で全高さは１７３０ｍｍとした。
基礎ブロック４２は１３００ｍｍ×１３００ｍｍ×高さ
６００ｍｍとした。基礎ブロック４２の天端から水平荷
重載荷点までの高さを１５００ｍｍとした。ただし、柱
４１の基礎ブロック４２の天端から２００ｍｍの区間お
よび柱頂部より４３０ｍｍの区間は中実断面とし、その
中間部１１００ｍｍの区間を中空とした。

【００１７】図１２は、中空部４６を備えた供試体Ｎ
ｏ．１〜３のＲＣ構造の断面配筋を示し、軸筋４３は１
３ｍｍφの鉄筋（ＳＤ３４５）３２本、フープ筋４４は
６ｍｍφの鉄筋（ＳＤ３４５）を配置した。図１３は、
中空部４６を備えた供試体Ｎｏ．４のプレストレストコ
ンクリート構造の断面配筋を示し、軸筋（鉄筋）４３は
１０ｍｍφの鉄筋（ＳＤ３４５）１６本、ＰＣ鋼材４５
は、１２．７ｍｍφのＰＣ鋼より線（ＳＷＰＲ７８）４
本、導入プレストレス力は４ＭＰａである。フープ筋４
４は６ｍｍφの鉄筋（ＳＤ３４５）を配置した。図１４
は、中空部４６を備えた供試体Ｎｏ．５〜６のプレスト
レストコンクリート構造の断面配筋を示し、軸筋（鉄
筋）４３は１０ｍｍφの鉄筋（ＳＤ３４５）８本、ＰＣ
鋼材４５は、１７．８ｍｍφのＰＣ鋼より線（ＳＷＰＲ
７８）４本で導入プレストレス力は８ＭＰａとなってい
る。フープ筋４４は６ｍｍφの鉄筋（ＳＤ３４５）を配
置した。フープ鉄筋量は全ての供試体で共通であり、６
ｍｍφ鉄筋を基礎ブロック４２の天端から８４０ｍｍの
区間には３０ｍｍ間隔、その他は６０ｍｍ間隔で配置し
た。なお、中空部の断面積は中実部の断面積のほぼ半分
である。

【００１８】試験要因は、コンクリート強度、軸圧縮応
力度（以下、軸応力度）およびプレストレスとし、それ
ぞれの組み合わせにより表３に示すように計６体の供試
体を製作した。コンクリート強度は３５ＭＰａのものと
実用的な高強度コンクリートを対象とする場合を考えて
６０ＭＰａのものを用いた。また、高軸力の状態を検討
する意図で荷重による軸応力度を４ＭＰａおよびプレス
トレスを８ＭＰａまで含めた。供試体の諸元を表３に示
した。供試体名の記号は、次のとおりである。ＲＮ−ＰＤ：ＲＣ構造、普通コンクリート−準動的載荷ＲＨ−Ｓ：ＲＣ構造、高強度コンクリート−静的載荷ＲＨ−ＰＤ：ＲＣ構造、高強度コンクリート−準動的載
荷ＰＮ−ＰＤ：ＰＣ構造、普通コンクリート−準動的載荷ＲＨ−Ｓ：ＰＣ構造、高強度コンクリート−静的載荷ＲＨ−ＰＤ：ＰＣ構造、高強度コンクリート−準動的載
荷また、全軸圧縮応力度は、各供試体の（（軸応力度＋プ
レストレス）／（コンクリート強度））×１００であ
る。コンクリート強度と全軸圧縮応力度の比は表３中に
示すように軸方向プレストレスされた供試体の場合１４
〜２０％となっている。

【００１９】プレストレス導入は緊張材の柱頂部をデッ
ドアンカーとし、供試体底面を緊張端として片引きで行
い、緊張力導入後にグラウトを施した。ＰＣ功罪の導入
緊張応力度は規格降伏点の５０％程度とした。柱部分に
使用したコンクリートと鋼材の力学的特性をそれぞれ表
３〜表６に示す。コンクリートの粗骨材の最大寸法は
８．５ｍｍである。

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】

【表６】

【００２４】載荷には２本のアクチュエータを使用し、
鉛直方向に一定の軸力を与えながら水平変位または水平
荷重を与えた。載荷の繰り返しは各管理変位ごとに１回
とした管理変位は、事実上のひび割れ発生時の変位およ
び１／２００に整数を乗じた部材回転角とした。載荷
は、部材耐力が最大時の８０％および計算上の主鉄筋降
伏荷重以下となるまで行った。（ａ）耐荷挙動６０ＭＰａの高強度コンクリートを用いたＲＣ柱供試体
ＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供試体）とプレストレストコンクリ
ート柱供試体ＰＨ−Ｓ（Ｎｏ．５供試体）の静的正負載
荷試験より得られた荷重−回転角の関係を図１５に示
す。なお、試験より得られた計算降伏荷重時の変位δ_y
（δ_y 正負の平均値）は供試体ＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供試
体）では１２ｍｍ、供試体ＰＨ−Ｓ（Ｎｏ．５供試体）
は６ｍｍであった。

【００２５】供試体ＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供試体）の場
合、主鉄筋は中空部よりも先に柱根元部（中実断面）で
降伏した。主鉄筋降伏後は±８／２００（載荷点変位：
６０ｍｍ）時に、柱根元部で主鉄筋の座屈およびコンク
リートの剥離が見られたが、耐荷挙動に大きな影響を与
えるものではなく±１０／２００（載荷点変位：７５ｍ
ｍ）で約６δ_y 程度まで耐力を保持して粘りのある挙動
を示した。主鉄筋の座屈域は２０ｃｍで、載荷終了まで
鉄筋の断面は見られなかった。供試体ＰＨ−Ｓ（Ｎｏ．
５供試体）では、ＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供試体）と同様に
主鉄筋は柱根元で先に降伏した。鉄筋降伏度は−４／２
００での荷重保持中に基礎ブロック４２天端より３００
ｍｍの範囲で大きく圧壊し、耐力の低下が見られた。こ
れ以後、次ステップの＋５／２００（載荷点変位：＋３
７．５ｍｍ）で約６δ_y への加力中にも柱根元部の圧壊
が見られ、さらに−５／２００（載荷点変位：−３７．
５ｍｍ）では柱根元の中実部と中空部の境目（以下、境
目部）でずれが生じ、耐力の低下となった。既往の研究
では、プレストレストコンクリート柱の全軸圧縮応力度
比が概ね２５％以下ならＲＣ柱と同等の変位性能を有す
るとされるが、このプレストレストコンクリート柱供試
体の全軸圧縮応力度比は２０％にもかかわらず、塑性変
形能力はＲＣ柱より小さい結果となった。これは８ＭＰ
ａの過大なプレストレス、過小な軸方向鉄筋量および鉄
筋のダウエル作用の不足等によるものと思われる。ただ
し、終局時までの靭性率としてはＲＣ柱と同様であっ
た。なお、主鉄筋の座屈域は境目部において約１０ｃｍ
であり、載荷終了まで鋼材の破断は見られなかった。緊
張材はグラウトによりコンクリートとの付着があるので
±４／２００の載荷時において基礎ブロック４２天端位
置でのひずみ値が降伏ひずみに達していた。

【００２６】（ｂ）残留変位とひび割れ状況図１６に各供試体の除荷時での残留変位を示す。縦軸の
値は載荷点変位と同様に残留変位を１５００ｍｍで除し
た回転角を示す。図１６中、実線はＰＨ−Ｓ（Ｎｏ．５
供試体）の値、破線はＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供試体）の値
を示す。現在の道路橋示方書では重要度の高い橋の橋脚
は、地震による損傷を限定された範囲にとどめ、地震後
の残留変位を１／１００（ｒａｄ）以下に制限すること
が規定されている。図１６よりＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供試
体）においてこの規定を満たす回転角は±０．０２、つ
まり±４／２００ｒａｄまでであることがわかる。一
方、ＰＨ−Ｓ（Ｎｏ．５供試体）は緊張材の降伏以降、
コンクリートの圧縮に伴い残留変位も急激に増大してい
るが、ＲＣ柱供試体と同じ載荷ステップである±４／２
００ｒａｄ（±０．０２）において比較すると、残留変
位が小さく復元力特性が極めて優れているのがわかる。

【００２７】図１７にＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供試体）とＲ
Ｈ−Ｓ（Ｎｏ．２供試体）の±４／２００ｒａｄ載荷終
了時のひび割れの状況を示した。ＲＨ−Ｓ（Ｎｏ．２供
試体）は、載荷点付近にまでひび割れが発生しているの
に対し、プレストレストコンクリート柱であるＰＨ−Ｓ
（Ｎｏ．５供試体）はプレストレスの効果により、せん
断力による斜めひび割れの発生も少なく、ひび割れが柱
基部に限定されている。このようにプレストレストコン
クリート柱はコンクリートの圧壊による耐力の低下が生
じるまではＲＣ柱に比べて損傷が軽微であり、コンクリ
ート強度、荷重による軸応力度および軸方向鉄筋比等に
応じた適切なプレストレス量を導入することにより耐震
性の高いコンクリート柱を設定することができる。次
に、準動的載荷試験について説明する。以下（イ）〜
（ヘ）に試験の概要を示す。

【００２８】（イ）入力地震波：兵庫県南部地震の際
に、神戸海洋気象台で観測された加速度波形のＮＳ成分
を使用した。入力地震波は観測された加速度波形の初期
微動および後半部分を省略し、時間間隔を０．０１秒と
し１５秒間入力した。この場合、最大加速度の生起時刻
は２．５５秒時である。（ロ）初期剛性：初期剛性Ｋは、静的正負繰返し載荷試
験により得られた荷重−変位履歴曲線の原点と正側のひ
び割れ前の点とを結ぶ割線剛性とした。（ハ）固有周期：固有周期Ｔは、供試体のひび割れ前の
初期弾性周期とし、作用地震波の加速度応答スペクトル
を参照して、全供試体でＴ＝０．３秒と統一した。（ニ）仮想質量：仮想質量Ｍは、部材を１質点１自由度
にモデル化していることから、固有周期と初期剛性を用
いて求めた。（ホ）減衰定数ｈ：従来の研究成果を参考にし、静的正
負繰返し載荷試験より得られた降伏変位を基準にして、
降伏前は減衰係数ｈ＝０．０３とし、降伏後はｈ＝０と
した。（ヘ）入力地震波の最大加速度：この試験では道路橋示
方書に準拠し、対象とする橋をＢ種の橋とし地震同をタ
イプＩＩと設定した。さらに、対象構造物δ_u＝５・δ_y
（δ_u ：終局変位）で設計されたものとし等価水平震
度を求めたところｋ_ne＝０．８０（ｋ_ne：等価水平震
度）となった。そこで供試体の設計地震力を仮想質量で
除した加速度の値がこのｋ_ne＝０．８０に相当すると
し、比例計算により加速度レベル（８１８ｇａｌ）に相
当する入力最大加速度を求めた。なお、供試体の設計地
震力はファイバーモデルによる終局耐力あるいは載荷試
験による結果を考慮して求めるが、この試験では両者を
比較し、より大きい方を採用し供試体に対して危険側の
載荷条件を与えることにした。

【００２９】以上の初期設定値を表７に示した。これら
の値を用いて準動的載荷試験を行った。

【００３０】

【表７】

【００３１】試験で得られた復元力−応力変位曲線を図
１８〜図２１に示した。図１８はＲＮ−ＰＤ、図１９は
ＲＨ−ＰＤ、図２０はＲＮ−ＰＤ、図２１はＰＨ−ＰＤ
のグラフである。図２２、図２３に試験ＩＩＩ、ＩＶで
得られた時刻歴応答変位曲線をそれぞれ示した。図示を
省略したがコンクリートの設計強度が３５ＭＰａである
ＲＣ柱供試体のＲＮ−ＰＤ（試験Ｉ）は２．７６秒時に
最大応答変位＋９０．５ｍｍ（＋６δ_y）となり、柱根
元でコンクリートが圧壊していたのに対し、コンクリー
トの設計強度が６０ＭＰａであるＲＣ柱供試体のＲＨ−
ＰＤ（試験ＩＩ）では、２．７３秒時に最大応答変位＋
４５．２ｍｍ（約４δ_y ）となり、コンクリートの圧壊
は載荷終了まで見られなかった。また、１５秒時での残
留変位はＲＮ−ＰＤとＲＨ−ＰＤでそれぞれ＋１７．７
ｍｍおよび＋１．２１ｍｍとなった。導入プレストレス
力が４．０ＭＰａであるプレストレストコンクリート柱
供試体のＲＮ−ＰＤ（試験ＩＩＩ）は、２．７３秒時に
最大応答変位＋３３．９ｍｍ（約３．４δ_y ）となり、
柱根元部に曲げひび割れが数本確認できる程度でコンク
リート圧壊も生じなかった。また、負側での応答変位が
最大となる７．３２秒時においても、大きな変化は見ら
れなかった。載荷終了時となる１５秒時の残留変位は＋
１．１３ｍｍと非常に小さく復元力特性の優れた挙動を
示し、応答変位が設計終局変位（５・δ_y ）を超えるこ
とはなかった。

【００３２】導入プレストレス力が８．０ＭＰａである
プレストレストコンクリート柱供試体のＲＨ−ＰＤ（試
験ＩＶ）は、２．７６秒時に最大応答変位＋７５．７ｍ
ｍ（約＋１０δ_y ）となり、設計終局変位を超えた。境
目部で大きな曲げひび割れが発生し、根元部のコンクリ
ートが圧壊していた。また、７．３５秒時には他の境目
部にも大きな曲げひび割れが発生し、圧壊部のコンクリ
ートは剥離していた。これ以後、新たに大きなひび割れ
は生じず、柱の変形は境目部に集中した。１５秒時の残
留変位は＋２０．６ｍｍとなり、主鉄筋は根元部で座屈
していた。この２体の緊張材は、共に、基礎ブロック４
２天端位置でのひずみ値が降伏歪みに達していた。載荷
終了まで設計終局変位を超えなかったＲＣ柱のＲＨ−Ｐ
Ｄおよびプレストレストコンクリート柱のＰＮ−ＰＤの
載荷終了時のひび割れ状況を図２４に示す。プレストレ
ストコンクリート柱ＰＮ−ＰＤはＲＣ柱に比べて損傷が
柱根元部に限定されており、地震後の補修の容易さにお
いても優れていることが示された。準動的載荷による地
震応答試験を行うに際しては静的正負繰返し載荷試験の
データを参考にして予め計算によって各供試体の時刻歴
応答変位を求めた。図２２、２３に示すように、ＲＣ柱
と大幅に異なる荷重−変位の履歴特性を持つプレストレ
ストコンクリート柱に関してもＲＣ柱の場合と同様に計
算によって地震応答を比較的精度よく求めることができ
た。このことはプレストレストコンクリート柱を実際の
構造物に適用する際に大いに有用である。以上の中空断
面柱の試験の範囲では６０ＭＰａの高強度コンクリート
を用いても８ＭＰａのプレストレスが過大である結果と
なった。これに対して３５ＭＰａのコンクリートの場合
に４ＭＰａのプレストレスは極めて適切な値であった。
なお、ＲＣ柱供試体で６０ＭＰａのコンクリートを用い
たものは、軸力による４ＭＰａの軸応力度がプレストレ
スと同様に有効に作用したため良好な耐震性能を示した
ものと思われた。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、軸方向プレストレスを
有する橋脚は、残留変位量の小さい復元力特性の優れた
地震応答挙動を示し、極めて優れた耐震性能を有するの
で寄与するところが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の模式的配筋図である。

【図２】耐震性能試験の供試体の説明図である。

【図３】供試体の横断配筋図である。

【図４】供試体の横断配筋図である。

【図５】水平載荷荷重と載荷点水平変位との関係を示す
グラフである。

【図６】水平載荷荷重と載荷点水平変位との関係を示す
グラフである。

【図７】水平載荷荷重と載荷点水平変位との関係を示す
グラフである。

【図８】累積吸収エネルギーと載荷点変位との関係を示
すグラフである。

【図９】残留変位と載荷点変位との関係を示すグラフで
ある。

【図１０】累積吸収エネルギーと残留変位との関係を示
すグラフである。

【図１１】耐震性能試験の中空供試体の説明図である。

【図１２】供試体の横断配筋図である。

【図１３】供試体の横断配筋図である。

【図１４】供試体の横断配筋図である。

【図１５】荷重と回転角との関係を示すグラフである。

【図１６】残留変位曲線を示すグラフである。

【図１７】ひび割れを示すスケッチである。

【図１８】復元力−応答変位曲線を示すグラフである。

【図１９】復元力−応答変位曲線を示すグラフである。

【図２０】復元力−応答変位曲線を示すグラフである。

【図２１】復元力−応答変位曲線を示すグラフである。

【図２２】時刻歴応答変位曲線を示すチャートである。

【図２３】時刻歴応答変位曲線を示すチャートである。

【図２４】ひび割れを示すスケッチである。

【符号の説明】

１橋脚２基礎ブロック３ＰＣ鋼材４エンドレスワイヤ５ＰＣ鋼材６ＰＣ鋼材７ＰＣ鋼材８ＰＣ鋼材９偏心荷重２０供試体２１橋脚模型２２基礎ブロック２３軸筋２４フープ筋２５ＰＣ鋼材３１軸力３２水平荷重４０供試体４１橋脚模型４２基礎ブロック４３軸筋４４フープ筋４５ＰＣ鋼材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンクリート橋脚の脚軸方向にＰＣ鋼材
を配設したことを特徴とするプレストレストコンクリー
ト橋脚。
【請求項２】前記ＰＣ鋼材の配設は、橋脚全長に亘っ
て橋脚横断面内の周縁近傍又は中心部近傍に位置し、橋
脚基礎ブロック内及び橋脚頂部に定着部を備えたことを
特徴とする請求項１記載のプレストレストコンクリート
橋脚。
【請求項３】前記ＰＣ鋼材の配設は、橋脚基礎ブロッ
ク内及び橋脚の中間部に定着部を有することを特徴とす
る請求項１記載のプレストレストコンクリート橋脚。
【請求項４】前記基礎ブロック内の定着は、エンドレ
スワイヤを用いてＵ字形に形成したことを特徴とする請
求項３記載のプレストレストコンクリート橋脚。
【請求項５】前記橋脚の中間部の定着部は橋脚の側部
に設けた定着部であることを特徴とする請求項３記載の
プレストレストコンクリート橋脚。
【請求項６】前記ＰＣ鋼材の配設は、橋脚の横断面内
で非対称に偏在して配設していることを特徴とする請求
項１記載のプレストレストコンクリート橋脚。
【請求項７】多数のプレストキャスト部材から成る橋
脚にＰＣ鋼材を配置し、前記橋脚をプレストレスにより
一体化したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記
載のプレストレストコンクリート橋脚。
【請求項８】ラーメン橋脚にＰＣ鋼材を配置したこと
を特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のプレストレ
ストコンクリート橋脚。