JP2001342685A - 拘束性離散体アーチ（又はドーム）構造による循環型環境保全工法 - Google Patents
拘束性離散体アーチ（又はドーム）構造による循環型環境保全工法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B23/00—Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects
- B28B23/0081—Embedding aggregates to obtain particular properties
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B2/00—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】低純度、低強度材、リサイクル材を活用し、環
境問題解決の一助となる拘束性離散体アーチ構造による
構造物及びその工法を提供する。 【解決手段】連続体に起因する応力集中を防ぎ耐震性等
を高めるため、構造を拘束性離散体とアーチアクション
で形成する。アーチ材には、石材やコンクリートに限ら
ず、従来、強度的に問題があり使用されなかった低品位
材が使用できる。設計では構造特性と安定要件を、アー
チ構築法ではプレキャストブロック工法、プレパクトブ
ロック工法、プレストレスト工法などによる。
境問題解決の一助となる拘束性離散体アーチ構造による
構造物及びその工法を提供する。 【解決手段】連続体に起因する応力集中を防ぎ耐震性等
を高めるため、構造を拘束性離散体とアーチアクション
で形成する。アーチ材には、石材やコンクリートに限ら
ず、従来、強度的に問題があり使用されなかった低品位
材が使用できる。設計では構造特性と安定要件を、アー
チ構築法ではプレキャストブロック工法、プレパクトブ
ロック工法、プレストレスト工法などによる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】主に建設・建築分野の構造物
で、従来使われていない低品位材の主構造への利用を可
能とし、経済性・環境適応性・景観などに優れる工法
で、アーチ（ドームを含む、以下同じ）内部の空間を利
用する、アーチ空間の軽量を利用する、アーチが変形し
ないことを利用するなど、多方面に応用できる分野であ
る。
で、従来使われていない低品位材の主構造への利用を可
能とし、経済性・環境適応性・景観などに優れる工法
で、アーチ（ドームを含む、以下同じ）内部の空間を利
用する、アーチ空間の軽量を利用する、アーチが変形し
ないことを利用するなど、多方面に応用できる分野であ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンクリートは、関連示方書で材
料仕様・強度・設計施工方法などが決められ、セメント
・骨材・鉄材をふんだんに用いた「高品位コンクリー
ト」であり、低品位材料は埋立廃棄されるか、道路の路
盤材として埋められていた。また、構造形式では連続体
が基本で、離散構造を意図的に用いることはなかった。
本工法と従来の工法との違いを図１に示す。すなわち、
従来の技術とは、（１）主構造材として低品位材の利用
が可能か否か、（２）離散構造か否か、（３）アーチか
否かで区分でき、本工法は、従来、現代的工法として認
識されていないものである。なお、従来の離散構造では
石造アーチ橋がある。構造的には類似点はあるが、伝統
工法は良質の岩石を用いるのが前提で、通常過大設計に
なっており、施工は石工棟梁の個人的技量に依るなど、
設計の合理性、施工の確実性を重視する本工法とは異な
る。
料仕様・強度・設計施工方法などが決められ、セメント
・骨材・鉄材をふんだんに用いた「高品位コンクリー
ト」であり、低品位材料は埋立廃棄されるか、道路の路
盤材として埋められていた。また、構造形式では連続体
が基本で、離散構造を意図的に用いることはなかった。
本工法と従来の工法との違いを図１に示す。すなわち、
従来の技術とは、（１）主構造材として低品位材の利用
が可能か否か、（２）離散構造か否か、（３）アーチか
否かで区分でき、本工法は、従来、現代的工法として認
識されていないものである。なお、従来の離散構造では
石造アーチ橋がある。構造的には類似点はあるが、伝統
工法は良質の岩石を用いるのが前提で、通常過大設計に
なっており、施工は石工棟梁の個人的技量に依るなど、
設計の合理性、施工の確実性を重視する本工法とは異な
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】（１）環境汚染と資源
枯渇問題 「高品位コンクリート」の骨材の内、細骨材は治山工事
が進んで土砂生産が減じたため海砂が使用されている
が、賦存量に限りが見えてきたこと、海底の生態環境に
重大な影響を与えることなどから、各地で採取が禁止さ
れている。大量に使用されるセメントの原料の石灰岩採
掘は、山貌を大きく変えるほど大規模に行われ、生態的
・景観的・消費エネルギー的にみて環境への負荷が大き
い。これは産業廃棄物の蔓延による環境汚染と資源枯渇
へ帰結する。
枯渇問題 「高品位コンクリート」の骨材の内、細骨材は治山工事
が進んで土砂生産が減じたため海砂が使用されている
が、賦存量に限りが見えてきたこと、海底の生態環境に
重大な影響を与えることなどから、各地で採取が禁止さ
れている。大量に使用されるセメントの原料の石灰岩採
掘は、山貌を大きく変えるほど大規模に行われ、生態的
・景観的・消費エネルギー的にみて環境への負荷が大き
い。これは産業廃棄物の蔓延による環境汚染と資源枯渇
へ帰結する。
【０００４】（２）循環技術の確立 建設廃棄物のリサイクル率は高いが、品質の低下と不安
定がリサイクル材の用途に制限をもたらし、従来、構造
部材としては使われてこなかった。シラスやマサなど地
域固有の特殊土、スラグ、コンクリート廃材、石材のは
つり屑など、強度的に問題があって使用されなかった低
純度・低強度材の活用を図ることは、現今の環境問題解
決の上で大きな課題である。総じて言えば低品位のもの
を利用するほど環境適応性が高くなり、低品位材を構造
材として活用する技術あってこそ循環技術が完結すると
いえる。
定がリサイクル材の用途に制限をもたらし、従来、構造
部材としては使われてこなかった。シラスやマサなど地
域固有の特殊土、スラグ、コンクリート廃材、石材のは
つり屑など、強度的に問題があって使用されなかった低
純度・低強度材の活用を図ることは、現今の環境問題解
決の上で大きな課題である。総じて言えば低品位のもの
を利用するほど環境適応性が高くなり、低品位材を構造
材として活用する技術あってこそ循環技術が完結すると
いえる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】さて、石造アーチ橋はア
ーチの優美さ、自然との調和が意識されながらも、従
来、現代的工法として構造型式の選択肢に上がっていな
かった。この原因にはいろいろな事情が考えられるが、
常識的には以下のとおりであろう。 （１）石橋は耐荷力が低い。歩道用の古い形式である。 （２）石橋はスパンの小さなものしか作れない。 （３）石材がバラバラで、地震に弱い。 （４）離散構造は、安全性や応力度が定量的に確認でき
ない。 （５）伝統的石工の技量に依り、現在では国内に作れる
人がいない。 （６）石橋は工事費が高い。 この常識、（１）〜（３）は全くの誤解であることが私
たちの調査で判明している。一例を挙げると、（１）の
耐荷力では石材の圧縮強度は非常に高く、第２次世界大
戦では戦車隊が通行しても大丈夫であった。（２）のス
パンでは戦前のものではスパン９０ｍ、施工技術の発展
した現代ではすぱん１２０ｍのものが存在する。（３）
の耐震性では関東大震災の記録では当時東京市が管理し
ていた道路橋６４０橋中、１６４橋が石橋であり、この
内７橋が被災したとあり、他の構造形式と比べて決して
弱いことはない。次に、（４）の石橋の応力状態は、従
来調べる機会もなく、よく分かっていなかったのが実状
である。今回、鹿児島県西田橋の解体移設復元では詳細
な試験、調査が行われた。応力状態についても、載荷試
験結果と個別要素法との照合等を通じ、前述（１）〜
（３）を誤解とする定量的な根拠の他、安全をコンピュ
ータシュミレーションで定量的に照査できることを確認
した。石橋の伝統的技法についても詳細な調査が行わ
れ、細部にわたる技の合理性には共感できるものの、石
工の技量によらず、現代的・機械化施工が可能なことが
推測された。これから、現代的アーチ組石法として、プ
レキャストブロック工法、プレパックトブロック工法、
プレストレス工法などを考察した。（６）の工事費はア
ーチ材として使用する石材の価格の比重が大きい。採石
・整形・合端の加工などを国内で行う場合は通常のＰＣ
コンクリート構造の数割増、中国から加工済み石材を輸
入した場合でＰＣコンクリートと同程度になる。しか
し、応力解析で要求されるアーチ材の強度は石材に限定
する必要がないことから、アーチ材に石材のはつり屑、
無筋コンクリートブロック、スラグの固化材、コンクリ
ート廃棄物の固化材などを利用することが可能で、これ
により工事費（イニシャルコスト）もかなり安くなるこ
とが判明した。もとより、維持管理費はほとんど必要と
しない工法であるため、ライフサイクルコストは飛躍的
に改善されることになる。本工法は、従来全く利用され
なかった分野であるが、経済性、安全性、安定性などの
優位性も含め、前述課題を解決する実用的手段として提
案したものである。
ーチの優美さ、自然との調和が意識されながらも、従
来、現代的工法として構造型式の選択肢に上がっていな
かった。この原因にはいろいろな事情が考えられるが、
常識的には以下のとおりであろう。 （１）石橋は耐荷力が低い。歩道用の古い形式である。 （２）石橋はスパンの小さなものしか作れない。 （３）石材がバラバラで、地震に弱い。 （４）離散構造は、安全性や応力度が定量的に確認でき
ない。 （５）伝統的石工の技量に依り、現在では国内に作れる
人がいない。 （６）石橋は工事費が高い。 この常識、（１）〜（３）は全くの誤解であることが私
たちの調査で判明している。一例を挙げると、（１）の
耐荷力では石材の圧縮強度は非常に高く、第２次世界大
戦では戦車隊が通行しても大丈夫であった。（２）のス
パンでは戦前のものではスパン９０ｍ、施工技術の発展
した現代ではすぱん１２０ｍのものが存在する。（３）
の耐震性では関東大震災の記録では当時東京市が管理し
ていた道路橋６４０橋中、１６４橋が石橋であり、この
内７橋が被災したとあり、他の構造形式と比べて決して
弱いことはない。次に、（４）の石橋の応力状態は、従
来調べる機会もなく、よく分かっていなかったのが実状
である。今回、鹿児島県西田橋の解体移設復元では詳細
な試験、調査が行われた。応力状態についても、載荷試
験結果と個別要素法との照合等を通じ、前述（１）〜
（３）を誤解とする定量的な根拠の他、安全をコンピュ
ータシュミレーションで定量的に照査できることを確認
した。石橋の伝統的技法についても詳細な調査が行わ
れ、細部にわたる技の合理性には共感できるものの、石
工の技量によらず、現代的・機械化施工が可能なことが
推測された。これから、現代的アーチ組石法として、プ
レキャストブロック工法、プレパックトブロック工法、
プレストレス工法などを考察した。（６）の工事費はア
ーチ材として使用する石材の価格の比重が大きい。採石
・整形・合端の加工などを国内で行う場合は通常のＰＣ
コンクリート構造の数割増、中国から加工済み石材を輸
入した場合でＰＣコンクリートと同程度になる。しか
し、応力解析で要求されるアーチ材の強度は石材に限定
する必要がないことから、アーチ材に石材のはつり屑、
無筋コンクリートブロック、スラグの固化材、コンクリ
ート廃棄物の固化材などを利用することが可能で、これ
により工事費（イニシャルコスト）もかなり安くなるこ
とが判明した。もとより、維持管理費はほとんど必要と
しない工法であるため、ライフサイクルコストは飛躍的
に改善されることになる。本工法は、従来全く利用され
なかった分野であるが、経済性、安全性、安定性などの
優位性も含め、前述課題を解決する実用的手段として提
案したものである。
【０００６】 拘束性離散体アーチ（ドーム）構造によ
る循環型環境保全工法の原理と特徴 （１）アーチ効果を活用した拘束性離散体または拘束性
連続体構造 低品位材を実用構造物として使用できるようにするた
め、強度不足を一方向以上のアーチアクションで補って
構造物を形成し、耐震性を高め連続体に起因する応力集
中による崩壊を防ぐため、拘束性離散体とする。意図的
に断続体とし、また離散ブロックとするのは、合端と挿
入材で振動エネルギーを吸収し耐震性を向上させようと
するもので、構造物の一体性による安定を期待せず、工
法（拘束離散構造）による安定を意図するところにあ
る。なお、用途・使用材によっては力学的に合端の位置
・数を少なくした、準拘束性連続体においても安定を保
つことが出来る。
る循環型環境保全工法の原理と特徴 （１）アーチ効果を活用した拘束性離散体または拘束性
連続体構造 低品位材を実用構造物として使用できるようにするた
め、強度不足を一方向以上のアーチアクションで補って
構造物を形成し、耐震性を高め連続体に起因する応力集
中による崩壊を防ぐため、拘束性離散体とする。意図的
に断続体とし、また離散ブロックとするのは、合端と挿
入材で振動エネルギーを吸収し耐震性を向上させようと
するもので、構造物の一体性による安定を期待せず、工
法（拘束離散構造）による安定を意図するところにあ
る。なお、用途・使用材によっては力学的に合端の位置
・数を少なくした、準拘束性連続体においても安定を保
つことが出来る。
【０００７】（２）剛体離散構造の安定要件 剛体の安定は立体的に４点を拘束することで可能である
が、アーチをなす離散構造の場合、アーチ軸に交わる合
端面で最低３点が必要となる。この３点は互いに離れた
方がより安定する。すなわち、拘束離散体の安定は、合
端の存在（切れていること・離散構造）、３点拘束を確
実にする相互の大きさ（アーチの列方向の大きさをほぼ
揃える）、合端面の加工（より具体的には、腹面に当た
りを取り、中央に逃げを取ること）に集約される。
が、アーチをなす離散構造の場合、アーチ軸に交わる合
端面で最低３点が必要となる。この３点は互いに離れた
方がより安定する。すなわち、拘束離散体の安定は、合
端の存在（切れていること・離散構造）、３点拘束を確
実にする相互の大きさ（アーチの列方向の大きさをほぼ
揃える）、合端面の加工（より具体的には、腹面に当た
りを取り、中央に逃げを取ること）に集約される。
【０００８】（３）弾塑性体の安定要件（変位に対する
制限） 弾塑性体の安定は剛体のときの条件に加え弾塑性係数が
問題になる。例えば、土でアーチを造った場合、強度的
問題以前に、材料の変形によりアーチ形状が崩れ、アー
チ効果を期待できなくなる。ここで要求される弾性はア
ーチの大きさ・荷重条件などによって決まる。これは用
途と使用材料に応じてアーチの大きさを選べることを意
味する。
制限） 弾塑性体の安定は剛体のときの条件に加え弾塑性係数が
問題になる。例えば、土でアーチを造った場合、強度的
問題以前に、材料の変形によりアーチ形状が崩れ、アー
チ効果を期待できなくなる。ここで要求される弾性はア
ーチの大きさ・荷重条件などによって決まる。これは用
途と使用材料に応じてアーチの大きさを選べることを意
味する。
【０００９】（４）材料強度 アーチ部材の応力度は軸力の大きさと部材の厚さで決ま
る。従来（石造アーチ橋）の経験に基づく部材寸法の取
り方では、極薄リングや超扁平リング以外は過大設計に
なっている。鹿児島県西田橋の例では、石材の許容応力
度１００ｋｇｆ／ｃｍ２に対し、自重による最大応力度
は８．０ｋｇｆ／ｃｍ２、活荷重による最大応力度は
３．０ｋｇｆ／ｃｍ２と推定された。（筆者らはこれら
の詳細を「石造アーチ橋の載荷試験と構造特性について
（参考文献１）」「個別要素法による石造アーチ橋の構
造特性の検討（参考文献２）」などで土木学会に報告し
ている。） これより、材料強度に応じたアーチを計画することで低
強度材の利用が可能となることが分かる。
る。従来（石造アーチ橋）の経験に基づく部材寸法の取
り方では、極薄リングや超扁平リング以外は過大設計に
なっている。鹿児島県西田橋の例では、石材の許容応力
度１００ｋｇｆ／ｃｍ２に対し、自重による最大応力度
は８．０ｋｇｆ／ｃｍ２、活荷重による最大応力度は
３．０ｋｇｆ／ｃｍ２と推定された。（筆者らはこれら
の詳細を「石造アーチ橋の載荷試験と構造特性について
（参考文献１）」「個別要素法による石造アーチ橋の構
造特性の検討（参考文献２）」などで土木学会に報告し
ている。） これより、材料強度に応じたアーチを計画することで低
強度材の利用が可能となることが分かる。
【００１０】（５）耐震性能、変形追随性能 従来、離散構造は地震に弱いとされてきた。これは、関
東大震災で煉瓦造建物の被災からといわれるが、以来、
アーチ構造も同一視されてきた感がある。東京市の管理
する道路橋（６７５橋）で、実際の関東大震災のアーチ
の被災は石造アーチ１４４橋中、７橋に留まり（全体で
は３５８橋）、地震に強いことが報告されている（参考
文献３）。また、先の阪神淡路大震災では多くの土木施
設が被災した中、明治初期に建造された阪神間・京阪間
鉄道の煉瓦アーチ約１００橋が健全であったとの報告が
ある（参考文献４）。この他、大正３年桜島大噴火（地
震）での石橋被災報告や諸外国の事例でも石造アーチ橋
は地震に強いことをみてとれる。筆者らは先に紹介した
「個別要素法による石造アーチ橋の構造特性の検討」土
木史研究１６（土木学会１９９６）で、地震時の挙動、
基礎変位時の挙動などコンピューターシュミレーション
の結果を報告し、前述の事例と同様、耐震性能、変形追
随性能に優れることを確認している。
東大震災で煉瓦造建物の被災からといわれるが、以来、
アーチ構造も同一視されてきた感がある。東京市の管理
する道路橋（６７５橋）で、実際の関東大震災のアーチ
の被災は石造アーチ１４４橋中、７橋に留まり（全体で
は３５８橋）、地震に強いことが報告されている（参考
文献３）。また、先の阪神淡路大震災では多くの土木施
設が被災した中、明治初期に建造された阪神間・京阪間
鉄道の煉瓦アーチ約１００橋が健全であったとの報告が
ある（参考文献４）。この他、大正３年桜島大噴火（地
震）での石橋被災報告や諸外国の事例でも石造アーチ橋
は地震に強いことをみてとれる。筆者らは先に紹介した
「個別要素法による石造アーチ橋の構造特性の検討」土
木史研究１６（土木学会１９９６）で、地震時の挙動、
基礎変位時の挙動などコンピューターシュミレーション
の結果を報告し、前述の事例と同様、耐震性能、変形追
随性能に優れることを確認している。
【００１１】（６）アーチ石の材質、耐久性、補修につ
いて アーチ石は軸方向の圧縮力を受け、これと直角方向にわ
ずかながら膨らみを生ずる。これらの応力度は小さく、
アーチ石にリサイクル品など低品位材の固化物を用いて
も基本的には半永久的（数千年）に耐えると考えられ
る。しかし、材料・荷重は均質ではなく、必ず局部的に
は損傷するものである。一般的な連続体と異なり、本工
法では部材はバラバラな状態であるため、その破損した
ものを補修すればよい（数十年から数百年スパン）。補
修はアーチ形状が極端に変形していない内は破損したア
ーチ石を外側からコンクリートなどを充填、成型すれば
よい（この種の事例はヨーロッパ、中国に多い）。アー
チ形状が応力度の伝達に支障を来すほど変形したとき
は、支保工を設置、全アーチ石を一且外した後、損傷し
た石材を取り替え、所定の位置で再度組石することにな
る。ほとんどの石材は半永久的に再利用できる。拘束性
離散体アーチ工法の利点を十分に享受するためには、つ
き合い方、補修を理解する必要もある。
いて アーチ石は軸方向の圧縮力を受け、これと直角方向にわ
ずかながら膨らみを生ずる。これらの応力度は小さく、
アーチ石にリサイクル品など低品位材の固化物を用いて
も基本的には半永久的（数千年）に耐えると考えられ
る。しかし、材料・荷重は均質ではなく、必ず局部的に
は損傷するものである。一般的な連続体と異なり、本工
法では部材はバラバラな状態であるため、その破損した
ものを補修すればよい（数十年から数百年スパン）。補
修はアーチ形状が極端に変形していない内は破損したア
ーチ石を外側からコンクリートなどを充填、成型すれば
よい（この種の事例はヨーロッパ、中国に多い）。アー
チ形状が応力度の伝達に支障を来すほど変形したとき
は、支保工を設置、全アーチ石を一且外した後、損傷し
た石材を取り替え、所定の位置で再度組石することにな
る。ほとんどの石材は半永久的に再利用できる。拘束性
離散体アーチ工法の利点を十分に享受するためには、つ
き合い方、補修を理解する必要もある。
【００１２】
【発明の実施の形態】適用できる構造物は、アーチ内部
の空間を活用するもの（屋根、天井）、アーチ内部が空
間であることから軽量であることを利用するもの（軟弱
地盤での盛土）、アーチが変形しないことを利用するも
の（橋梁、人工地盤、既設構造物の補強）など、以下の
例に示すように多方面に及ぶ。 （１）橋梁 （２）擁壁 （３）トンネルライニング、仮設縦坑・斜坑ライニング （４）家屋・倉庫・ドーム、道路側溝の蓋など中小構造
物 （５）盛土・連続高架、堤防、斜面保護、ダムなど （６）既往構造物の補強、補修（例えば、新幹線高架橋
の補強など） 例えば橋梁では、比較的簡単に施工できる短スパン（５
０ｍ程度まではオープンスパンドレルを設けず石材の加
工を簡単にできる）の橋梁に用いることで、従来の鋼橋
・コンクリート橋に比べ、経済性（イニシャルコスト・
ランニングコスト・ライフサイクルコスト）・環境・景
観に優れる。本工法を軟弱地盤の橋梁に適用した例を図
２（構造一般図）に示す。また、標準的施工フローを図
３に示す。
の空間を活用するもの（屋根、天井）、アーチ内部が空
間であることから軽量であることを利用するもの（軟弱
地盤での盛土）、アーチが変形しないことを利用するも
の（橋梁、人工地盤、既設構造物の補強）など、以下の
例に示すように多方面に及ぶ。 （１）橋梁 （２）擁壁 （３）トンネルライニング、仮設縦坑・斜坑ライニング （４）家屋・倉庫・ドーム、道路側溝の蓋など中小構造
物 （５）盛土・連続高架、堤防、斜面保護、ダムなど （６）既往構造物の補強、補修（例えば、新幹線高架橋
の補強など） 例えば橋梁では、比較的簡単に施工できる短スパン（５
０ｍ程度まではオープンスパンドレルを設けず石材の加
工を簡単にできる）の橋梁に用いることで、従来の鋼橋
・コンクリート橋に比べ、経済性（イニシャルコスト・
ランニングコスト・ライフサイクルコスト）・環境・景
観に優れる。本工法を軟弱地盤の橋梁に適用した例を図
２（構造一般図）に示す。また、標準的施工フローを図
３に示す。
【００１３】アーチ組石法 前述施工フローにおける組石法の具体を次に示す。な
お、伝統的工法の詳細については鹿児島県西田橋移設復
元関係の報告書（鹿児島県業務資料）で一般に開示され
ている。 （１）プレキャストブロック工法 １）アーチブロック アーチブロックは、低品位材の使用が可能なことに加え
大量生産し易いよう、図４に示すように、直方体の形状
で標準化できる。（従来はアーチリングの内側と外側の
円弧と中心からの放射線により区切られる台形が適当と
されていたが、その必要はない。台形躯体が内側に開く
こと、形状の不揃いはかまわない。） 現場での作業がやりやすいように、アーチブロックをア
ーチリングに合わせた台形に加工・製作することも考え
られるが、この場合、合端が内側（腹側）に開かないよ
うに特に配慮する必要がある。 ２）支保工 従来のコンクリートアーチを架設するのと同様に支保工
を設ける。支保工はアーチ完成後緩やかに切り下げ撤去
できるよう、構造に配慮する。 ３）組石法 支保工上にアーチブロックを並べる。このとき、アーチ
ブロックの組石はアーチ軸方向、アーチ軸直角方向に、
前述剛体離散構造の安定条件を守らなければならない
が、本工法では自ずとこれらを満足する。 ４）合端の処理 アーチ石は互いにアーチ腹面で接触（当たりを取り）、
アーチ背面では隙間が空いている。ここにはアーチ石相
互の間隔が変形しないよう、貧配合のコンクリートなど
を詰める。 ５）その他 壁面工、中詰め工、橋面工などはアーチを拘束する上で
重要な役割を持つ。なお、これらは全て圧縮部材であ
り、従来の工法で十分であるが、低品位材の利用も可能
である。
お、伝統的工法の詳細については鹿児島県西田橋移設復
元関係の報告書（鹿児島県業務資料）で一般に開示され
ている。 （１）プレキャストブロック工法 １）アーチブロック アーチブロックは、低品位材の使用が可能なことに加え
大量生産し易いよう、図４に示すように、直方体の形状
で標準化できる。（従来はアーチリングの内側と外側の
円弧と中心からの放射線により区切られる台形が適当と
されていたが、その必要はない。台形躯体が内側に開く
こと、形状の不揃いはかまわない。） 現場での作業がやりやすいように、アーチブロックをア
ーチリングに合わせた台形に加工・製作することも考え
られるが、この場合、合端が内側（腹側）に開かないよ
うに特に配慮する必要がある。 ２）支保工 従来のコンクリートアーチを架設するのと同様に支保工
を設ける。支保工はアーチ完成後緩やかに切り下げ撤去
できるよう、構造に配慮する。 ３）組石法 支保工上にアーチブロックを並べる。このとき、アーチ
ブロックの組石はアーチ軸方向、アーチ軸直角方向に、
前述剛体離散構造の安定条件を守らなければならない
が、本工法では自ずとこれらを満足する。 ４）合端の処理 アーチ石は互いにアーチ腹面で接触（当たりを取り）、
アーチ背面では隙間が空いている。ここにはアーチ石相
互の間隔が変形しないよう、貧配合のコンクリートなど
を詰める。 ５）その他 壁面工、中詰め工、橋面工などはアーチを拘束する上で
重要な役割を持つ。なお、これらは全て圧縮部材であ
り、従来の工法で十分であるが、低品位材の利用も可能
である。
【００１４】（２）プレパックトブロック工法 １）プレパックトブロック 砂利や砕石もしくはコンクリート用粗骨材（いずれも粒
度はあまり大きくなくてよい）をアーチ基部にあたる型
枠に一段分プレパックした後、モルタルを注入してブロ
ックとする。（図５参照） 本工法では、プレパックする材料は様々の低品位材（リ
サイクル材、石材のはつり屑など）の利用を可能とし、
粗骨材とモルタルの練り合わせがないため、コンクリー
トプラントの洗浄、段取り換え、新設などのコスト増を
伴わない。 ２）合端面の管理 打ち継ぎ目に相当する上面は意図的に平滑面にならない
ように管理しておく。 ３）アーチの併合 次の段に相当する高さまで粗骨材を入れ（必要なら型枠
をずらせて）モルタルを注入し打ち継ぎ面を管理する、
を繰り返し、アーチの両サイドを所定の曲線に沿って立
ち上げ、要石に相当する部分を同様に形成して、アーチ
を併合させる。 ４）本工法の特徴 本工法による離散構造は、打ち継ぎ目の摩擦力はきわめ
て大きく、力は砂利や砕石ないし骨材の直接接触を通し
て伝達されるので、これはいわばエネルギー吸収性能の
大きな免震支承に支えられた状況となり、モルタルは形
成の補助と石の移動止めの役割を担うだけで、これに特
に強度を求める必要はない。また、アーチ石の組石法も
横列式リング、リブ式リングあるいは混合リングなど、
多様に応用できる。
度はあまり大きくなくてよい）をアーチ基部にあたる型
枠に一段分プレパックした後、モルタルを注入してブロ
ックとする。（図５参照） 本工法では、プレパックする材料は様々の低品位材（リ
サイクル材、石材のはつり屑など）の利用を可能とし、
粗骨材とモルタルの練り合わせがないため、コンクリー
トプラントの洗浄、段取り換え、新設などのコスト増を
伴わない。 ２）合端面の管理 打ち継ぎ目に相当する上面は意図的に平滑面にならない
ように管理しておく。 ３）アーチの併合 次の段に相当する高さまで粗骨材を入れ（必要なら型枠
をずらせて）モルタルを注入し打ち継ぎ面を管理する、
を繰り返し、アーチの両サイドを所定の曲線に沿って立
ち上げ、要石に相当する部分を同様に形成して、アーチ
を併合させる。 ４）本工法の特徴 本工法による離散構造は、打ち継ぎ目の摩擦力はきわめ
て大きく、力は砂利や砕石ないし骨材の直接接触を通し
て伝達されるので、これはいわばエネルギー吸収性能の
大きな免震支承に支えられた状況となり、モルタルは形
成の補助と石の移動止めの役割を担うだけで、これに特
に強度を求める必要はない。また、アーチ石の組石法も
横列式リング、リブ式リングあるいは混合リングなど、
多様に応用できる。
【００１５】（３）安全性・信頼性を向上させる工法 １）プレストレス（図２〜５参照） 前述ブロック工法で安全は確保されているのであるが、
施工性を向上させ、日常的に利用する上で離散構造への
不慣れに基づく不安を解消、設計施工条件に柔軟に対応
するため、アーチにプレストレスを与えることが効果的
な方法である。アーチブロックを製作するとき、適当な
間隔で塩ビ管等を埋め、プレストレスの緊張材を通す穴
の箱抜きをしておく。プレストレスは地震時にアーチブ
ロック相互の変位は許容しながらも、変位に対して強力
な復元力として作用する。なお、プレストレスト工法は
従来のポストテンション方式が可能である。なお、本工
法はアーチ構造に限らず、離散体を拘束し、耐震性等を
高める工法として、一般的に応用できる。
施工性を向上させ、日常的に利用する上で離散構造への
不慣れに基づく不安を解消、設計施工条件に柔軟に対応
するため、アーチにプレストレスを与えることが効果的
な方法である。アーチブロックを製作するとき、適当な
間隔で塩ビ管等を埋め、プレストレスの緊張材を通す穴
の箱抜きをしておく。プレストレスは地震時にアーチブ
ロック相互の変位は許容しながらも、変位に対して強力
な復元力として作用する。なお、プレストレスト工法は
従来のポストテンション方式が可能である。なお、本工
法はアーチ構造に限らず、離散体を拘束し、耐震性等を
高める工法として、一般的に応用できる。
【００１６】２）アーチブロックの補強 アーチブロックに作用する軸力は許容値に対し十分小さ
く、側方への膨張も小さく、材料の持つ抵抗値で十分安
全であるが、更に、低強度固化物に対応し、設計の自由
度を上げるため、側方への膨張に抵抗させるよう、ナト
ムトンネルのアンカーボルトのように、アーチの放射線
方向に鉄筋などの引っ張り材を挿入することが効果的で
ある。また、いわゆる鉄筋コンクリートのスターラップ
のように側方の膨張を止める配筋も効果を有する。
く、側方への膨張も小さく、材料の持つ抵抗値で十分安
全であるが、更に、低強度固化物に対応し、設計の自由
度を上げるため、側方への膨張に抵抗させるよう、ナト
ムトンネルのアンカーボルトのように、アーチの放射線
方向に鉄筋などの引っ張り材を挿入することが効果的で
ある。また、いわゆる鉄筋コンクリートのスターラップ
のように側方の膨張を止める配筋も効果を有する。
【００１７】
【発明の効果】本工法は、従来廃棄処理されていた低品
位材料の利用を図り、構造物として耐荷性、耐久性、耐
震性、経済性を実現、循環技術を完結、資源枯渇を解消
し、環境保全に寄与するもので、石橋を例にすれば、主
な効果・特徴として以下のものが上げられる。 （１）資源問題、環境問題に寄与 建設資材として一般的なコンクリートはじめ、スラグや
コンクリート廃材の利用も可能とし、現在・将来の資源
問題、環境問題に寄与する。 （２）景観に優れる アーチ石橋のプロポーション、テクスチャーは、自然の
景観と合い、古くから親しまれてきた。ディテールでは
アーチ外側の素材を変えたり、特別にデザインすること
もできる。 （３）耐荷性、耐久性、耐震性に優れる 躯体の安全性、石材の応力度は個別要素法などにより照
査できる。また、設計条件（外力、アーチ厚など）に応
じてプレストレスを加え、形状・応力を調整できる。 （４）工事費、維持管理費、ライフサイクルコストが圧
倒的に安い 維持管理費が安いのは自明であるが、アーチの素材を選
定することで工事費を安くすることができる。 （５）石橋にあった基礎工法 基礎に伝わる水平方向の分力を斜杭でとらせるなど、基
礎工法の進歩を享受できる。 （６）石工の技に頼る伝統的な工法と異なり、現代的・
合理的設計施工が可能 解析手法の進歩（個別要素法など）、施工技術の進歩を
十分に反映できる。 （７）河積を確保 スパン・ライズ比は１６：１の実績（フランス；ヌムー
ル橋）もあり、石橋でも扁平な形状と河積の確保が可
能。また、設計・施工技術の進歩、オープンスパンドレ
ルなどにより、スパン長は１２０ｍの実績（中国；烏巣
河橋）がある。
位材料の利用を図り、構造物として耐荷性、耐久性、耐
震性、経済性を実現、循環技術を完結、資源枯渇を解消
し、環境保全に寄与するもので、石橋を例にすれば、主
な効果・特徴として以下のものが上げられる。 （１）資源問題、環境問題に寄与 建設資材として一般的なコンクリートはじめ、スラグや
コンクリート廃材の利用も可能とし、現在・将来の資源
問題、環境問題に寄与する。 （２）景観に優れる アーチ石橋のプロポーション、テクスチャーは、自然の
景観と合い、古くから親しまれてきた。ディテールでは
アーチ外側の素材を変えたり、特別にデザインすること
もできる。 （３）耐荷性、耐久性、耐震性に優れる 躯体の安全性、石材の応力度は個別要素法などにより照
査できる。また、設計条件（外力、アーチ厚など）に応
じてプレストレスを加え、形状・応力を調整できる。 （４）工事費、維持管理費、ライフサイクルコストが圧
倒的に安い 維持管理費が安いのは自明であるが、アーチの素材を選
定することで工事費を安くすることができる。 （５）石橋にあった基礎工法 基礎に伝わる水平方向の分力を斜杭でとらせるなど、基
礎工法の進歩を享受できる。 （６）石工の技に頼る伝統的な工法と異なり、現代的・
合理的設計施工が可能 解析手法の進歩（個別要素法など）、施工技術の進歩を
十分に反映できる。 （７）河積を確保 スパン・ライズ比は１６：１の実績（フランス；ヌムー
ル橋）もあり、石橋でも扁平な形状と河積の確保が可
能。また、設計・施工技術の進歩、オープンスパンドレ
ルなどにより、スパン長は１２０ｍの実績（中国；烏巣
河橋）がある。
【００１８】用語説明 （１）環境適応性 地元に豊富にあって品質が劣等で資材にならないもの、
産業廃棄物として排出され強度不足や品質不安定なスラ
グなど建設廃棄物のリサイクル品などを構造の主材とす
ること、リサイクル材の使用（用途）を保証すること
が、原料採取、調整においてエネルギーを節約し、景観
や生態に与える影響を小さくするなど環境適応性を高め
ることになる。 （２）低品位コンクリート 通常構造部材として使われるコンクリートはセメントの
他に粒度を調整した細骨材および粗骨材その他からな
る。これに対して、低品位コンクリートはセメント量を
極端に少なくし、骨材をシラスやスラグなどで代用する
などで、発現強度の小さいものをいう。 （３）合端 アーチ石が相互に接する面、その隙間を指す。 （４）オープンスパンドレル アーチ石と橋面との間の壁石と中詰で、躯体重量軽減の
ため、側面から見て開腹状態にしたものをいう。
産業廃棄物として排出され強度不足や品質不安定なスラ
グなど建設廃棄物のリサイクル品などを構造の主材とす
ること、リサイクル材の使用（用途）を保証すること
が、原料採取、調整においてエネルギーを節約し、景観
や生態に与える影響を小さくするなど環境適応性を高め
ることになる。 （２）低品位コンクリート 通常構造部材として使われるコンクリートはセメントの
他に粒度を調整した細骨材および粗骨材その他からな
る。これに対して、低品位コンクリートはセメント量を
極端に少なくし、骨材をシラスやスラグなどで代用する
などで、発現強度の小さいものをいう。 （３）合端 アーチ石が相互に接する面、その隙間を指す。 （４）オープンスパンドレル アーチ石と橋面との間の壁石と中詰で、躯体重量軽減の
ため、側面から見て開腹状態にしたものをいう。
【００１９】参考文献 １．吉原、迯目他「石造アーチ橋の載荷試験と構造特性
について」土木史研究ＮＯ．１６、ｐ２６３、土木学会
１９９６ ２．吉原、迯目他「個別要素法による石造アーチ橋の構
造特性の検討」土木史研究ＮＯ．１６、ｐ２８１、土木
学会１９９６ ３．日本道路史 技術編第５章橋梁ｐ９７２、日本道路
協会Ｓ５２．１０ ４．小野田滋「阪神間・京阪間鉄道における煉瓦・石積
み構造物とその特徴」土木史研究ＮＯ．２０、ｐ２６
９、土木学会２０００
について」土木史研究ＮＯ．１６、ｐ２６３、土木学会
１９９６ ２．吉原、迯目他「個別要素法による石造アーチ橋の構
造特性の検討」土木史研究ＮＯ．１６、ｐ２８１、土木
学会１９９６ ３．日本道路史 技術編第５章橋梁ｐ９７２、日本道路
協会Ｓ５２．１０ ４．小野田滋「阪神間・京阪間鉄道における煉瓦・石積
み構造物とその特徴」土木史研究ＮＯ．２０、ｐ２６
９、土木学会２０００
【００２０】
【図１】 従来の技術と本工法の違い （１）主構造材が低品位材か否か、（２）離散構造か否
か、（３）アーチか否かにより、従来の技術と本工法の
違い、特許請求項の関係を示す。
か、（３）アーチか否かにより、従来の技術と本工法の
違い、特許請求項の関係を示す。
【図２】構造一般図 軟弱地盤の橋梁に適用した例として構造一般図（側面
図、平面図、断面図、アーチ詳細図、設計条件など）を
示す。
図、平面図、断面図、アーチ詳細図、設計条件など）を
示す。
【図３】施工フロー図 橋梁工事における標準的施工フローを示す。図中、プレ
キャストブロック工法、プレパックトブロック工法、プ
レストレス工法は選択される。
キャストブロック工法、プレパックトブロック工法、プ
レストレス工法は選択される。
【図４】プレキャストブロック工法 １ プレキャストブロック（直方形に標準化できる） ２ 腹面で当たりを取る ３ 背面に逃げを取る ４ 合端には低品位コンクリートなどを間詰めする ５ 必要に応じ、プレキャストブロックに穴を設け、プ
レストレストを加える
レストレストを加える
【図５】プレパックトブロック工法 １ 粗骨材（低品位材で可）を充填する ２ モルタルを充填する ３ 合端面は平滑面にならないように管理する ４ 必要に応じ、プレパックトブロックに穴を設け、プ
レストレストを加える
レストレストを加える
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０４Ｂ 7/08 Ｅ０１Ｄ 7/02
Claims (7)
- 【請求項１】これまで強度不足で構造主要材として使用
されなかったリサイクル材（石材のはつり屑、コンクリ
ート廃棄物、スラグなど）、或いは自然の粗素材（シラ
ス、マサなど）などの低強度固化物を用い、打ち継ぎ又
は離散部材（ブロックなど）などにより意図的にアーチ
効果を活用した拘束性離散体で安全を確保（計画、設
計、施工を含む）する構造物又はその工法 - 【請求項２】打ち継ぎ又は離散部材などにより意図的に
アーチ効果を活用した拘束性離散体で補強し、経済性・
耐久性などを意図する構造物又はその工法 - 【請求項３】リサイクル材、自然の粗素材などの低強度
固化物を、アーチ効果を活用した拘束性連続体で補強す
る構造物又はその工法 - 【請求項４】低強度ブロックを、アーチ腹面に「当た
り」を取るように支保工上に配置し、背面から見てくさ
び状に開いた合端に貧配合コンクリートなどを間詰め
し、アーチを完成するプレキャストブロックアーチ構築
工法。 - 【請求項５】アーチ又はドーム型の支保工上に粗骨材を
詰めた後、モルタルを流し込み、アーチ又はドームを形
成するプレパックトブロックアーチ構築工法。 - 【請求項６】緊張材挿入用の穴を開けたブロックと、拘
束性離散体にプレストレスを与え、構造物の安定性・信
頼性などを高め、設計の自由度と施工性の改善を計る工
法。 - 【請求項７】低強度固化物アーチブロック内に、いわゆ
るスターラップ的に鉄筋などで補強する工法或いはアー
チの中心からの放射線方向に鉄筋などを挿入し補強する
工法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000376688A JP2001342685A (ja) | 2000-03-28 | 2000-11-06 | 拘束性離散体アーチ（又はドーム）構造による循環型環境保全工法 |
| US09/818,851 US6877283B2 (en) | 2000-03-28 | 2001-03-28 | Manufacture and use of earthquake resistant construction blocks |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000132973 | 2000-03-28 | ||
| JP2000-132973 | 2000-03-28 | ||
| JP2000376688A JP2001342685A (ja) | 2000-03-28 | 2000-11-06 | 拘束性離散体アーチ（又はドーム）構造による循環型環境保全工法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001342685A true JP2001342685A (ja) | 2001-12-14 |
Family
ID=26591384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000376688A Pending JP2001342685A (ja) | 2000-03-28 | 2000-11-06 | 拘束性離散体アーチ（又はドーム）構造による循環型環境保全工法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6877283B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001342685A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008115572A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Ihi Corp | アーチ橋模型 |
| CN102518204A (zh) * | 2011-12-19 | 2012-06-27 | 江苏沪宁钢机股份有限公司 | 一种大佛宝盖及其制作方法 |
| CN108501201A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-09-07 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种采用标准架安装预制箱梁钢筋的方法 |
| CN109972491A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-05 | 泉州理工职业学院 | 一种拱桥结构及拱桥的建造方法 |
| CN114438870A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-05-06 | 重庆交通大学 | 主拱圈带减震装置的上承式钢管混凝土拱桥 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0226439D0 (en) * | 2002-11-13 | 2002-12-18 | Univ Belfast | Concrete arch and method of manufacture |
| EP2146019A1 (en) * | 2008-07-14 | 2010-01-20 | Technical University of Denmark | Light-weight load-bearing structures reinforced by core elements made of segments and a method of casting such structures |
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