JP2000345571A

JP2000345571A - 鉄塔用基礎の構築方法

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Publication number: JP2000345571A
Application number: JP11267765A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yoshii; 幸雄吉井; Shigeru Tanabe; 成田邉; Masayoshi Iijima; 政義飯島; Kazuo Yokozawa; 和夫横沢; Tetsuya Mishima; 徹也三島
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、大型鉄塔の脚材と地盤との定着耐力
を大幅に改善することができる鉄塔用基礎の構築方法を
提供する。【解決手段】地盤８中に埋入する鉄塔用脚材４の基礎部
分を補強するため、脚材４から突出した支圧板６を設
け、その周囲にコンクリートを打設して基礎を形成する
鉄塔基礎の補強方法において、この支圧板６近傍にこの
支圧板６を取り囲むように補強鉄筋５を配筋した解析モ
デルを作成し、これを数値解析して定着耐力を評価した
後、その解析結果にしたがって鉄塔基礎を構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄塔用基礎の構築方
法に関し、更に詳細には脚材と地盤との定着耐力を改善
した方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に送電用などの大型鉄塔において
は、外界の風の影響を受け、その脚材に様々な応力が加
わる。すなわち、風上では引き抜き荷重、風下では圧縮
荷重が加わり、これに架線の荷重が加わる場合がある。
そこで大型鉄塔の基礎では、円筒状の鋼管の脚材に円盤
状の板を溶接接合したものを配置し、周囲のコンクリー
トとの付着性を高めて定着する方法を採用している。す
なわち図１６に示すように、脚材を支持する基礎５０に
は高い強度をもたせるために、脚材の周囲にリング状の
プレートである支圧板を設けるとともに、この脚材の周
囲にコンクリートを打設することで基礎５０を形成して
いた。

【０００３】また脚材を断面がＬ字型のチャンネル材を
用いて形成した、いわゆる山形脚材の場合も、その周囲
に脚材の面から９０°の角度で突出する平板状の支圧板
６０を設け、前記の円筒状の脚材と同様にその周囲にコ
ンクリートを打設して基礎を構築していた。

【０００４】従来は、脚材の有効定着長を定めるには、
脚材の躯体に生じる割裂引張応力度が許容引張応力度以
下になるよう算定しなければならないとして、以下のよ
うな計算に基づいて脚材を設計していた。

【０００５】図１７及び図１８は脚材に夫々圧縮荷重及
び引揚荷重が加わった状態を示し、図内各部の寸法は下
式中に変数に対応している。すなわち σｔ＝（Ｐ×ｔａｎθ）／（２πη（Ｄ／２−ａ））ｌ
ｅ≦σｃｓａここで、 σｔ：割裂引張応力度（ｋｇｆ／ｃｍ²） σｃｓａ：脚材定着長設計用のコンクリートの許容引張
応力度（ｋｇｆ／ｃｍ²）ｌｅ：有効定着長（ｃｍ）圧縮荷重の場合、ｌ_e＝ｌ₁＋ｌ₂ 引揚荷重の場合、ｌ_e＝ｌ₁ η：補正係数圧縮荷重の場合ｌ_e／φ≦７．０ η＝１．０ｌ_e／φ＞７．０ η＝１．３５−０．０５ｌ_e／φ 引揚荷重の場合 η＝１．０Ｐ：設計鉛直荷重（ｋｇｆ）圧縮荷重の場合、Ｐ＝Ｃ＋Ｗ_ct 引揚荷重の場合、Ｐ＝Ｔ−Ｗ_ct Ｃ：圧縮荷重（ｋｇｆ）Ｔ：引揚荷重（ｋｇｆ）Ｗｃｔ：柱体部重量（ｋｇｆ） θ：支圧板からコンクリートに伝達される支圧力の方向圧縮荷重の場合、θ＝４０度引揚荷重の場合、θ＝４５度Ｄ：躯体径（ｃｍ）ａ＝０．２８９Ｄとなる。

【０００６】さらに、断面がＬ字型で、薄板からなる支
圧板をボルトにより側面に接合して形成された脚材の場
合は、式 τ＝Ｐ_d／（ｌ_f×ｌ_f2）≦τ_a τ：支圧板周囲のコンクリートのせん断応力度Ｐ_d：設計荷重ｌ_f：支圧板の取り付け長さｌ_f2：支圧板の外周面を結んだ周長 τ_a：コンクリートの許容せん断応力度に基づいて設計していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
して求めた定着耐力のみに基づく補強では、安全性の見
地から十分でないと予測される場合があった。鉄塔の大
型化によって、より一層の定着耐力の向上が求められる
が、これらは経験則に基づくために必要以上の補強を施
した設計がされ、または実際には効果的でない補強を含
む場合もあり得る。このような補強は、大型鉄塔では施
工やコストの面できわめて効率が悪くなる。

【０００８】大型の送電用鉄塔等は、一般に多数設置し
なければならず設置場所の状況も様々であるので、でき
る限り施工がしやすく、かつ小さい基礎であることが望
ましい。そのためには効率的な基礎の設計及び補強が望
まれていた。

【０００９】ところで脚材に継続的な応力が作用する
と、コンクリートに水平のひび割れや垂直のひび割れ
（割裂ひび割れ）が発生する。本願発明者らは特に、支
圧板定着度は割裂引張破壊の発生による影響を大きく受
け、この割裂ひび割れが発生したときは、そのうち一つ
でも基礎表面にまで至ると破壊が生じることを見出し
た。したがって割裂ひび割れをできる限り抑制すれば、
定着耐力が向上すると理解される。

【００１０】そこで本願発明者は、割裂ひび割れ面に直
交する方向、すなわち脚材の周方向の補強により耐力向
上が達成できることに着目した。そして種々の条件を考
慮したモデルを作成し、これを解析することにより基礎
の設計及び築造をする、きわめて効率的な方法を得るに
至った。

【００１１】一方、前記の山形脚材の場合も同様に、割
裂ひび割れを防止することで耐力向上が望まれることが
わかった。したがって山形脚材の場合にも、割裂破壊を
防止することを目的とした設計が求められる。

【００１２】また本発明は、荷重の大型化等の理由によ
り従来の設計範囲を逸脱した構造物にも対応可能な鉄塔
基礎の構築方法を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために以下のような構成とした。地盤中に埋入す
る鉄塔用脚材に、その表面から突出した支圧板を設け、
その周囲にコンクリートを打設する鉄塔基礎の構築方法
において、この支圧板近傍に脚材を取り囲むように補強
鉄筋を配筋したモデルを作成し、これを数値解析して定
着耐力を評価した後、その解析結果にしたがって鉄塔基
礎を構築する。

【００１４】前記脚材は円筒状として、この脚材の外周
面から突出したリング状の支圧板を設けたものとするこ
とができる。また前記脚材を断面をＬ字型とし、この脚
材から突出した支圧板を設けたものとすることができ
る。

【００１５】補強鉄筋としては、スパイラル筋、ウルボ
ン筋等、一般の鉄筋等が使用できる。これらを脚材を取
り巻く円形とした場合、一定間隔をおいて複数を配置す
るのが望ましい。

【００１６】また前記補強鉄筋の配筋位置及び配筋量
は、脚材及び支圧板の断面積、支圧板と補強鉄筋との間
隔、及び基礎部分の幅から算出される耐力の増分量を考
慮して決定する。

【００１７】このとき鉄筋により補強された解析モデル
を作成し、これを数値解析して定着耐力を評価した後、
その解析結果にしたがって鉄塔基礎を構築することがで
きる。

【００１８】解析方法としては、破壊力学に基づいた引
張応力とひびわれ幅の構成則を用いたＦＥＭ解析をする
ことができる。また本発明の第２の構成は、地盤中に埋
入する鉄塔用脚材の基礎部分を補強するため、脚材から
突出した支圧板を設け、その周囲にコンクリートを打設
して基礎を形成する鉄塔基礎の補強方法において、基礎
を取り巻く地盤が堅固である解析モデルを作成し、これ
を数値解析して定着耐力を評価した後、その解析結果に
したがって鉄塔基礎をその地盤内に構築するものであ
る。

【００１９】地盤による拘束によって耐力を増加させる
場合には、硬い岩盤の場所を選んで脚材を埋め込む。岩
盤による拘束力は、通常、土質、Ｎ値、地盤の変形係数
（ｋｇｆ／ｃｍ²）により決定される。

【００２０】さらに本発明では、地盤中に埋入する鉄塔
用脚材の基礎部分を補強するため、脚材から突出した支
圧板を設け、その周囲にコンクリートを打設して基礎を
形成する鉄塔基礎の補強方法において、前記コンクリー
トの周囲に鋼鈑を巻着し、解析モデルに基づく定着耐力
を解析し、その解析結果にしたがって鉄塔基礎を構築す
る。

【００２１】これらの解析方法としては、破壊力学に基
づいた引張応力とひびわれ幅の構成則を用いたＦＥＭ解
析をすることができる。本発明の方法によれば、解析に
よって効率的な割裂耐力の向上を確認し、これに基づい
て鉄塔を構築することができるので、特に大型鉄塔の建
造においてきわめて有効である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の鉄塔用基礎の構築
方法を図１ないし図１５に基づいて詳細に説明する。（実施の形態１）円筒形の鋼管からなる脚材の外周面
に、脚材から突出した複数の支圧板を設け、その周囲に
コンクリートを打設して基礎を形成した例について説明
する。

【００２３】鉄塔用の脚材に荷重が作用すると、支圧板
とコンクリート部に相対的ずれが発生する。このずれに
応じて、コンクリート脚材平行方向の力と半径方向の力
が作用する。半径方向の力は、脚材である厚肉円筒に作
用する内圧と同様の働きをするので、割裂ひび割れを誘
発する。［内圧モデル]はじめに、内圧モデルを作成して補強鉄
筋による補強方法を検討した。これは躯体Ｄに対する脚
材径φの比Ｄ／φ、躯体径Ｄの絶対値をパラメータとし
て、実規模構造物の周囲に補強鉄筋を配置し、割裂耐力
に及ぼす影響を調べた。補強鉄筋として、施工性がよ
く、高強度であるウルボン筋を使用することを想定し
た。

【００２４】このウルボン筋は径φ１３ｍｍ、断面積Ａ
ｓ＝１．２５ｃｍ²、降伏強度ｆｙ＝13.000ｋｇｆ／ｃ
ｍ²として、２０ｃｍ間隔で配置された。図１にこの内
圧モデルを示す。

【００２５】また鉄筋とコンクリートの境界はすべりが
生じ、鉄筋の応力は付着応力によってひびわれ部分を最
大応力とした凹型の分布形状となる（図２参照）。付着
応力の作用する長さはおよそ１０φ程度と考えられ、数
値解析のモデル化は下段に示すように完全に付着力が
作用していない部分と、完全にコンクリートに密着して
いる部分とに分離し、５φ程度の付着力の無い区間を考
えた。以下の試験体２では、ひびわれ部分から２．４ｃ
ｍ（すべり量と鉄筋径の比はＳ／φ＝２．４／１．３＝
１．８）コンクリート内に入った部分までコンクリート
と付着力が作用しないものとした。

【００２６】試験体１：Ｄ＝３００cm，φ＝６０cm，Ｄ
／φ＝５．０ウルボン筋なし試験体２：Ｄ＝３００cm，φ＝６０cm，Ｄ／φ＝５．０
ウルボン筋あり次の試験体３では、ひびわれ部分から８．４ｃｍ（すべ
り量と鉄筋径の比はＳ／φ＝６．５）の位置まで付着力
が作用しないものとした。

【００２７】試験体３：Ｄ＝３００cm，φ＝６０cm，Ｄ
／φ＝５．０ウルボン筋ありまた内圧を受ける内圧円筒に対してコンクリート部と鉄
筋部について図３に示すようなモデル化をした。すなわ
ち、コンクリート部１は、ひびわれを考慮した仮想ひび
割れ部２を非線形要素（接合要素）とし、ひび割れ部２
以外は弾性要素とした。加力部は、加力点とコンクリー
トとの間に加力用の弾性要素（鉄部）３を設けた。

【００２８】コンクリート部の要素分割図を図４に示
す。また各試験体の解析に用いた物性値を表１に示す。

【００２９】

【表１】 [解析結果］各試験体（ｃａｓｅ１〜３）の解析結果を
以下に示す。この解析によれば、ウルボン筋を配置することによって
内圧ｑｕが最大で１７％上昇した。

【００３０】ここで試験体２は１７％、試験体３は７％
の内圧上昇になっている。しかし、ひびわれ部分のコン
クリートの応力分布も変化しておらず、内圧作用点変位
もひびわれ幅もほぼ同時であるため、この結果はひびわ
れ部分に最も近い位置に取り付けた鉄筋が、同じひび割
れ幅の場合は、最も鉄筋ひずみが大きくなることを示し
ている。よってひびわれ部分のコンクリートのひびわれ
幅はあまり大きくならないので、鉄筋の降伏強度の大小
によって相違はない。

【００３１】また本解析では、すべり量は通常考えられ
ている値の前後について解析しているので、実際の値は
試験体２と試験体３の間にあるものと推定され、平均的
に１０％程度は内圧が上昇するものと思われる。

【００３２】以上の解析に基づき、図５に示すような鉄
塔用基礎が得られた。これは脚材４を断面円形の鋼管に
より形成し、鋼管の直径が４０ｃｍで、脚材４の周囲に
断面積が５．０６７ｃｍ²の補強鉄筋５を配置したもの
で、この脚材４の周囲には、直径が３ｍの円筒形の躯体
コンクリート７が形成されている。

【００３３】また前記補強鉄筋５の配筋位置及び配筋量
は、脚材４及び支圧板６の断面積、支圧板６と補強鉄筋
５との間隔、及び基礎部分の幅から算出される耐力の増
分量を考慮して決定する。（実施の形態２）地盤による拘束を考慮した例について
検討する。［軸対称モデル]図６にここで使用する軸対称モデルを
示す。

【００３４】また本実施の対象の試験体を以下に示す。試験体０：Ｄ＝３００cm，φ＝６０cm，Ｄ／φ＝５．０地盤なし試験体１：Ｄ＝３００cm，φ＝６０cm，Ｄ／φ＝５．０地盤＝硬岩１試験体２：Ｄ＝３００cm，φ＝６０cm，Ｄ／φ＝５．０地盤＝硬岩２試験体３：Ｄ＝３００cm，φ＝６０cm，Ｄ／φ＝５．０地盤＝軟岩これらの試験体０から３（ｃａｓｅ０〜３）の物性値は
次の通りである。

【００３５】

【表２】次に解析で用いた要素分割図を図７に示す。これは擬似
三次元解析による引き抜き試験に用いる解析モデルのも
のである。 [解析結果]地盤は完全弾性体とし、躯体コンクリートの
周りの地盤を考慮した解析を行った。

【００３６】実際の鉄塔基礎では地盤を考慮すると躯体
側面が地盤で支持されるために支圧板から伝達される力
が拘束されている方向に向かう。荷重と変位の比較を図
８，９に示す。地盤が固いほど割裂耐力（最大荷重）が
大きくなることが認められる。地盤が固い場合は最大荷
重に達するまでの脚材の抜けだし量も大きくなってい
る。図１０に試験体１のひびわれ進展図を示す。割裂ひ
び割れ部分は線状にあらわれる。

【００３７】地盤の弾性係数と解析の最大荷重および解
析値Ｐｕａと耐力算定方式から求めた値Ｐｃｌとの比
を、図１１、図１２に示す。図１１では縦軸に絶対値を
示しており、地盤の変形係数によって割裂耐力が異なっ
ているのがわかる。図１２では縦軸を計算値で解析値を
割って無次元化した。

【００３８】割裂ひび割れが進展し脚材が抜け出したに
もかかわらず、地盤の拘束により荷重が増加して最大荷
重が大きくなっている。地盤がない場合（ｃａｓｅ
０）、実験値と計算値（設計値）と解析値がほぼ一致し
ているので無次元化した耐力は１．０に近い。図示のよ
うに、弱い地盤（ｃａｓｅ３）や軸力筋で境界条件を設
定しているもの（ｃａｓｅ０）は割裂耐力の違いは見ら
れないが、地盤が強くなると急激に割裂耐力が上昇して
いることがわかる。地盤の弾性係数Ｅ＝10.000ｋｇｆ／
ｃｍ²の場合（ｃａｓｅ１）、割裂耐力は４倍も上昇し
た。

【００３９】次に、躯体コンクリートの周辺地盤の最大
荷重時における半径方向応力（σｒ）の分布図を図１３
に示す。地盤の弾性係数が大きいほどσｒが大きくなっ
ていることがわかる。また地盤の弾性係数が大きい場
合、基礎上部ほど大きなσｒとなっている。

【００４０】このときの半径方向は基礎体を拘束する応
力に相当することから、この応力を定量的に評価するた
めに半径方向応力の平均値（以下、平均拘束圧σｒとい
う）と地盤の弾性係数の関係を図１４に示す。平均拘束
圧σｒは、地盤の変形係数が大きくなると共に大きくな
っている。この上昇割合は図１１から図１２に示す割裂
耐力のものと一致する傾向がある。したがって地盤のあ
る場合は、それが存在しない場合よりもコンクリートの
割裂耐力が大きくなり、地盤による拘束圧が割裂耐力を
上昇させる原因であることがわかる。

【００４１】以上のような解析に基づき、図１４に示す
ような鉄塔基礎が得られた。これは脚材４を断面円形
で、周囲に支圧板６を設けた鋼管により形成した。この
鋼管の直径は４０ｃｍで、脚材４の周囲に断面積が５．
０６７ｃｍ²の補強鉄筋５を配置している。この脚材４
の周囲には、直径が３ｍの円筒形の躯体コンクリート７
が形成され、脚材４及び補強鉄筋５は躯体コンクリート
７内に設置され、この躯体コンクリート７は地盤８内に
埋設されている。この脚材４は、補強鉄筋５により拘束
され、さらに地盤８による拘束を受けることになる。（実施の形態３）鋼板による拘束を考慮した例について
検討する。実施の形態２と同様のモデルにおいて、基礎
のコンクリートの外側を鋼鈑によって被覆する。これに
より前記の実施の形態２に示すように、硬い岩盤で拘束
されている場合と同様の状況となり、割裂耐力の向上が
実現される。

【００４２】具体的な解析方法は実施の形態２と同様で
ある。（実施の形態４）図１５（ａ）（ｂ）に示すように、Ｌ
形鋼の脚材３０に板状の支圧板６０を四枚設けた例につ
いて検討する。鉄塔の脚材３０は断面Ｌ字形のいわゆる
チャンネル材であり、その側面には垂直に立ち上がった
支圧板６０が複数設けられている。支圧板６０は山形材
をボルト接合により脚材３０に取り付けている。これら
の支圧板６０の外側は、躯体コンクリートが打設されて
基礎が構築される。

【００４３】このような構造の鉄塔用基礎であっても、
実施の形態１と同様な解析方法によってその設計及び構
築が可能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、支圧板周囲の円周に沿
って補強鉄筋を配置し、この補強鉄筋の配置位置及び配
置量を、基礎が設置される諸状況を勘案して算定するよ
うにしたので、基礎コンクリートの割裂ひび割れを減少
させて脚材と地盤との定着耐力を大幅に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄塔用基礎のモデルを示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の鉄塔用基礎のコンクリートと鉄筋の付
着モデルを示す図である。

【図３】本発明の内圧モデルの円筒部、コンクリート
部、鉄筋部を示す図である。

【図４】本発明の解析に用いられるコンクリート部の要
素分割図である。

【図５】本発明の方法により得られた脚材を示す斜視図
である。

【図６】本発明の解析に用いられる地盤を考慮した軸対
称モデルを示す図である。

【図７】本発明の解析に用いられる地盤を考慮した軸対
称要素分割図である

【図８】荷重と変位の関係を示す図である。

【図９】図８の一部拡大図である。

【図１０】軸対称モデルの試験体１の割裂ひび割れの進
展状況を示す図である。

【図１１】地盤の変形係数と最大荷重および解析値Ｐｕ
ａとの関係を示す図である。

【図１２】地盤の変形係数と最大荷重および解析値Ｐｕ
ａと耐力算定式から求めた値Ｐｃｌとの比較を示す図で
ある。

【図１３】躯体コンクリートの周辺地盤の最大荷重時に
おける半径方向応力σrの分布図である。

【図１４】躯体コンクリートの周辺地盤の弾性係数と平
均拘束圧の関係を示す図である。

【図１５】本発明の方法により得られた基礎の全体図で
ある。

【図１６】（ａ）本発明のＬ形脚材の断面図である。
（ｂ）本発明のＬ形脚材の側面図である。

【図１７】鉄塔の基礎構造を示す図である。

【図１８】鉄塔基礎に作用する圧縮荷重を示す図であ
る。

【図１９】鉄塔基礎に作用する引揚圧縮荷重を示す図で
ある。

【符号の説明】

１コンクリート部２ひび割れ部３弾性要素４脚材５補強筋６支圧板７躯体コンクリート８地盤３０脚材５０基礎６０支圧板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田邉成東京都千代田区内幸町１丁目１番地３号東京電力株式会社内 (72)発明者飯島政義東京都千代田区内幸町１丁目１番地３号東京電力株式会社内 (72)発明者横沢和夫東京都千代田区富士見二丁目10番26号前田建設工業株式会社内 (72)発明者三島徹也東京都千代田区富士見二丁目10番26号前田建設工業株式会社内Ｆターム(参考） 2D046 DA36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地盤中に埋入する鉄塔用脚材の基礎部分を
補強するため、脚材から突出した支圧板を設け、その周
囲にコンクリートを打設して基礎を形成する鉄塔基礎の
補強方法において、この支圧板近傍に支圧板を取り囲むように補強鉄筋を配
筋した解析モデルを作成し、これを数値解析して定着耐
力を評価した後、その解析結果にしたがって鉄塔基礎を
構築することを特徴とする鉄塔用基礎の構築方法。
【請求項２】前記補強筋の配筋位置及び配筋量は、ａ．脚材及び支圧板の断面積、ｂ．支圧板と補強筋との間隔、ｃ．基礎部分の幅から算出される耐力の増分量、を考慮して決定する請求項１に記載の鉄塔用基礎の構築
方法。
【請求項３】地盤中に埋入する鉄塔用脚材の基礎部分を
補強するため、脚材から突出した支圧板を設け、その周
囲にコンクリートを打設して基礎を形成する鉄塔基礎の
補強方法において、前記コンクリートの周囲に鋼鈑を巻着し、解析モデルに
基づく定着耐力を解析し、その解析結果にしたがって鉄
塔基礎を構築することを特徴とする鉄塔用基礎の構築方
法。
【請求項４】前記解析方法は、破壊力学に基づいた引張
応力とひびわれ幅の構成則を用いたＦＥＭ解析である請
求項１から３のいずれかに記載の鉄塔用基礎の構築方
法。
【請求項５】前記脚材は円筒状であり、この脚材の外周
面から突出した支圧板を設けた請求項１から４のいずれ
かに記載の鉄塔用基礎の構築方法。
【請求項６】前記脚材は断面がＬ字形であり、この脚材
から突出した支圧板を設けた請求項１から４のいずれか
に記載の鉄塔用基礎の構築方法。