JP2006045818A - 高変形性能コンクリート部材 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート部材の断面が大きくても、大地震時においてその変形性能を確保するとともに、補強材の配置を効率的に行い、施工性を向上させる。
【解決手段】軸方向鉄筋２０が配置された任意断面形状を有するコンクリート部材（コンクリート橋脚１）であって、このコンクリート部材に外力が作用して形成される塑性ヒンジ区間１ａに、前記軸方向鉄筋２０の内側において内部コンクリート１ｂの圧縮縁を部分的に拘束する補強材（第一の拘束鉄筋３）を圧縮縁に沿って複数配置する。それぞれの補強材が位置する部分の内部コンクリート１ｂの圧縮縁を拘束し、内部コンクリート１ｂ全体を効率的に拘束することができる。したがって、従来に比べ補強材の量を減らすことができ、その配置作業の施工性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高変形性能コンクリート部材に関し、特にコンクリート橋脚のように大断面を有する高変形性能コンクリート部材に関する。

従来、コンクリート部材は、その各面に沿って部材の長手方向に軸方向鉄筋が配置され、この軸方向鉄筋を外側から取り囲むように帯鉄筋が軸方向に所定間隔で配置される配筋構造となっている。この場合、大地震時の変形性能を保証するために、帯鉄筋の配置は密になっていた。

ところが、軸方向鉄筋を取り囲む帯鉄筋量が多くなると、鉄筋の組立て、コンクリート打設に多大な労力を要する。また、帯鉄筋の間隔が短いため、小数回の繰り返し荷重で、軸方向鉄筋の破断が生じやすい。さらに、地震時の交番繰り返し荷重の影響による軸方向鉄筋の降伏後、軸方向鉄筋の伸びた部分が圧縮力を受けると孕み出し、それを囲む帯鉄筋が引っ張られ、帯鉄筋が降伏し、内部コンクリートを拘束しなくなるため、かぶりコンクリート剥落以降の変形性能が急激に低下してしまう。

そこで、コンクリート部材の補強材の配置方法として、地震時に塑性ヒンジとなる区間（根元区間）について軸方向鉄筋の内側に、軸方向鉄筋によって囲まれる領域にほぼ内接するように、帯鉄筋や鋼管を配置する手法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。これにより、帯鉄筋を密に配筋することなく、軸方向鉄筋の内側のコンクリートを拘束することができ、変形性能の向上を図ることができるというものである。
特開２０００−１７９０９０号公報 特開２００３−４１６５７号公報

しかし、従来の方法では、コンクリート部材の断面が大きくなると、その断面に合わせて内接する補強材も大きく（長く）するか、または内接する補強材を多く並べる必要がある。補強材を大きく（長く）した場合には、内部コンクリートを拘束する力が低下し、また補強材を多く並べる場合には、拘束する必要のない部分（断面中心付近）にまで補強材を配置するため補強材の量が増え、施工性が悪くなるという問題があった。

本発明の課題は、コンクリート部材の断面が大きくても、大地震時においてその変形性能を確保するとともに、補強材の配置を効率的に行い、施工性を向上させることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の高変形性能コンクリート部材は、例えば図１から図３に示すように、軸方向鉄筋２０が配置された任意断面形状を有するコンクリート部材（コンクリート橋脚１）であって、このコンクリート部材に外力が作用して形成される塑性ヒンジ区間１ａには、前記軸方向鉄筋２０の内側において内部コンクリート１ｂの圧縮縁を部分的に拘束する補強材（第一、第二の拘束鉄筋２、３、４）が圧縮縁に沿って複数配置されていることを特徴とする。

このように、内部コンクリート１ｂの圧縮縁を部分的に拘束する補強材が、軸方向鉄筋２０の内側においてその圧縮縁に沿って複数配置されることにより、それぞれの補強材が位置する部分の内部コンクリート１ｂの圧縮縁を拘束し、内部コンクリート１ｂ全体を効率的に拘束することができる。したがって、従来に比べ補強材の量を減らすことができ、その配置作業の施工性を向上させることができる。

ここで、内部コンクリートの圧縮縁を拘束する補強材としては、例えば、鉄筋、形鋼等の鋼材、繊維シート、樹脂シート等のシート状部材などが挙げられる。シート状部材を用いる場合、鋼材に比べ軽量であるため、その取り扱いが容易であり、施工性がさらに向上する。

請求項２に記載の発明の高変形性能コンクリート部材は、例えば図４から図７に示すように、軸方向鉄筋２０が配置された任意断面形状を有するコンクリート部材（コンクリート橋脚１）であって、このコンクリート部材に外力が作用して形成される塑性ヒンジ区間１ａには、前記軸方向鉄筋２０の内側において内部コンクリート１ｂの圧縮縁に生じる圧縮応力を負担する補強材（例えば、高強度コンクリート板５）が配置されていることを特徴とする。

このように、内部コンクリート１ｂの圧縮縁に生じる圧縮応力を負担する補強材を軸方向鉄筋２０の内側において配置することにより、その圧縮縁における圧縮ひずみを低減し、コンクリート部材の塑性ヒンジ区間１ａの損傷を抑えることができる。したがって、従来に比べ補強材の量を減らすことができ、その配置作業の施工性を向上させることができる。

ここで、内部コンクリートの圧縮縁に生じる圧縮応力を負担する補強材としては、内部コンクリートよりも強度の大きい部材、例えば、形鋼等の鋼材、高強度コンクリート板などが挙げられる。

なお、塑性ヒンジ区間１ａは、地震時に塑性ヒンジが形成すると考えられるコンクリート部材端部から断面高さの０．５〜２．０倍程度までの範囲とすることが好ましい。

請求項１に記載の発明によれば、軸方向鉄筋が配置された任意断面形状を有するコンクリート部材において、このコンクリート部材に外力が作用して形成される塑性ヒンジ区間に、軸方向鉄筋の内側において内部コンクリートの圧縮縁を部分的に拘束する補強材を圧縮縁に沿って複数配置するため、大地震時における変形性能を確保しながら、従来に比べ補強材の量を減らすことができ、その配置作業の施工性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、軸方向鉄筋が配置された任意断面形状を有するコンクリート部材において、このコンクリート部材に外力が作用して形成される塑性ヒンジ区間に、軸方向鉄筋の内側において内部コンクリートの圧縮縁に生じる圧縮応力を負担する補強材を配置するため、大地震時における変形性能を確保しながら、従来に比べ補強材の量を減らすことができ、その配置作業の施工性を向上させることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
以下に説明する第１及び第２の実施の形態における高変形性能コンクリート部材は、コンクリート部材として矩形断面のコンクリート橋脚１に適用したものである。図１から図７に示すように、このコンクリート橋脚１は、その断面の外周面から所定距離だけ内側の位置に、軸方向鉄筋２０が並列された状態に配置されている。コンクリート橋脚１に外力が作用した際に、このコンクリート橋脚１の根元区間に大きな曲げモーメントがかかり塑性ヒンジが形成されることが想定されている。なお、この塑性ヒンジ区間１ａ以外の区間には、従来と同様に、軸方向鉄筋２０の外側において軸方向鉄筋２０およびコンクリートを拘束する帯鉄筋２１が軸方向に所定間隔で配置され、必要に応じ中間帯鉄筋（図示せず）が配置されている。

〔第１の実施の形態〕
図１に示す実施例では、コンクリート橋脚１の塑性ヒンジ区間１ａに、例えばその基端部から断面高さの０．５〜２．０倍程度までの範囲の区間に、軸方向鉄筋２０の内側において内部コンクリート１ｂの圧縮縁を部分的に拘束する第一の拘束鉄筋２（補強材）が圧縮縁に沿って複数配置されている。

第一の拘束鉄筋２は、ほぼ半円弧状に形成された鉄筋であり、両端部には内部コンクリ
ートに定着させるための折曲げ部２ａ（フック）が形成されている。

このような第一の拘束鉄筋２を、軸方向鉄筋２０の内側に内部コンクリート１ｂの圧縮縁に配置しているので、その圧縮縁が部分的に拘束される。そして、その圧縮縁に沿って第一の拘束鉄筋２を複数配置しているので、内部コンクリート１ｂ全体を効率的に拘束することができる。よって、かぶりコンクリートが剥落し、軸方向鋼材が外側に孕み出しても、第一の拘束鉄筋２がその内部コンクリート１ｂの圧縮縁を逃がさないように拘束するため、変形性能が低下することはない。

また、図２に示す他の実施例のように、内部コンクリート１ｂに対する拘束力を高めるために、第二の拘束鉄筋３（補強材）を配置してもよい。第二の拘束鉄筋３（補強材）は、ほぼ直線状に形成された鉄筋であり、両端部にはコンクリートに定着させるための折曲げ部３ａが形成されている。第一の拘束鉄筋２および第二の拘束鉄筋３をそれぞれの折曲げ部２ａ，３ａが重なるように配置し、内部コンクリート１ｂの拘束力を高めている。

また、図３に示す他の実施例のように、内部コンクリート１ｂに生ずるせん断応力を負担するために、せん断補強鉄筋４（補強材）を配置してもよい。せん断補強鉄筋４は、ほぼ直線状に形成された鉄筋であり、両端部にはコンクリートに定着させるための折曲げ部４ａが形成されている。コンクリート橋脚１の短手方向に対向して配置された第一の拘束鉄筋２の折曲げ部２ａとせん断補強鉄筋４の折曲げ部４ａを重ねるように配置し、せん断応力を負担して内部コンクリート１ｂの拘束力が向上する。また、対向する第一の拘束鉄筋２の間隔を固定するように配置することで、第１の拘束鉄筋の外側への変形を拘束し、内部コンクリート１ｂに対する拘束効果を高める。この場合、せん断補強筋の鉄筋量は、コンクリートの断面積から決定される必要量でよく、従来に比べ鉄筋量を減らすことができる。

第１の実施の形態によれば、圧縮縁を部分的に拘束して、内部コンクリート１ｂ全体を拘束するので、従来に比べ補強材の量を減らすことができ、その配置作業の施工性を向上させることができる。

なお、第一の実施の形態において、補強材として鉄筋を用いているが、第一、第二の拘束鉄筋２、３、せん断補強筋４に対応する位置に、繊維シート、樹脂シート等のシート状部材を所定の幅、長さに形成したものを換わりに用いてもよい。また、第二の拘束鉄筋３およびせん断補強鉄筋４、又は対応する位置のシート状部材を併用してもよい。

〔第２の実施の形態〕
図４に示す実施例では、コンクリート橋脚１の塑性ヒンジ区間１ａに、例えばその基端部から断面高さの０．５〜２．０倍程度までの範囲の区間に、軸方向鉄筋２０の内側において内部コンクリート１ｂの圧縮縁に生じる圧縮応力を負担する高強度コンクリート板５（補強材）が配置されている。

高強度コンクリート板５は、コンクリート橋脚１に用いられるコンクリートよりも高い強度を有するものであり、例えば、設計基準強度が７０〜１００Ｎ／ｍｍ²のものである。この高強度コンクリート板５に、鉛直方向に孔５ａを複数設けて、内部コンクリート１ｂとの一体性を保つようにしてもよい。

また、図５に示す他の実施例では、圧縮応力を負担する補強材として、Ｈ形鋼６を用いている。Ｈ形鋼６は、その軸方向がコンクリート橋脚１の軸方向に平行になるように配置され、そして、主にフランジ６ａ断面が圧縮応力を負担するように内部コンクリート１ｂの圧縮縁に沿って配置されている。また、Ｈ形鋼６の軸方向にほぼ直角に補剛材６ｃを接合して補強し、圧縮応力を負担する際にＨ形鋼６が座屈するのを防止するようにしてもよい。

また、図６に示す他の実施例では、圧縮応力を負担する補強材として、溝形鋼７を用いている。溝形鋼７は、その軸方向がコンクリート橋脚１の軸方向に直角になるように配置され、そして、主に腹部７ａが圧縮応力を負担するように内部コンクリート１ｂの圧縮縁に沿って配置されている。

また、図７に示す他の実施例では、圧縮応力を負担する補強材として、角形鋼管と鋼板９とを組み合わせて用いている。角型鋼管８は、その軸方向がコンクリート橋脚１の軸方向に平行になるように配置され、内部コンクリート１ｂの圧縮縁に沿って配置されている。また、鋼板９は、その面がコンクリート橋脚１の短手方向に平行になるように配置されている。鋼管が圧縮応力を負担し、鋼板９がせん断応力を負担する構成となっている。

従来、内部コンクリート１ｂの圧壊は、圧縮縁の圧縮ひずみが増大することにより起こっていた。第２の実施の形態によれば、内部コンクリート１ｂの圧縮縁に生じる圧縮応力を負担する高強度コンクリート板５等の補強材を配置しているので、その圧縮縁における圧縮ひずみを低減し、内部コンクリート１ｂの損傷を抑えることができる。よって、かぶりコンクリートが剥落し、軸方向鋼材が外側に孕み出しても、高強度コンクリート板５等の補強材が圧縮ひずみの増大を抑えているため、変形性能が低下することはない。また、これらの補強材は、内部コンクリート１ｂを拘束する効果も併せ持ち、同時にせん断補強としても有効に働き、変形性能を向上させる。したがって、従来に比べ補強材の量を減らすことができ、その配置作業の施工性を向上させることができる。

なお、以上の実施の形態においては、コンクリート部材を矩形断面のコンクリート橋脚１としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、円形断面、多角形断面、或いは設置現場の状況に応じた任意の断面形状でもよい。補強材も、それぞれのコンクリート部材の形状に応じて配置されるものである。また、補強材の大きさや数、形状等も発明の効果を奏する限り任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

第１の実施の形態である高変形性能コンクリート部材を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は横断面図である。 第１の実施の形態の他の例を示す図である。 第１の実施の形態の他の例を示す図である。 第２の実施の形態である高変形性能コンクリート部材を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は横断面図である。 第２の実施の形態の他の例を示す図である。 第２の実施の形態の他の例を示す図である。 第２の実施の形態の他の例を示す図である。

符号の説明

１ コンクリート橋脚（コンクリート部材）
１ａ 内部コンクリート
１ｂ 塑性ヒンジ区間
２ 第一の拘束鉄筋（補強材）
２ａ 折曲げ部
３ 第二の拘束鉄筋（補強材）
３ａ 折曲げ部
４ せん断補強鉄筋（補強材）
４ａ 折曲げ部
５ 高強度コンクリート板（補強材）
５ａ 孔
６ Ｈ形鋼（補強材）
６ａ フランジ
６ｂ ウェブ
６ｃ 補剛材
７ 溝形鋼（補強材）
７ａ 腹部
８ 角型鋼管（補強材）
９ 鋼板（補強材）
２０ 軸方向鉄筋
２１ 帯鉄筋

Claims (2)

1. 軸方向鉄筋が配置された任意断面形状を有するコンクリート部材であって、
   このコンクリート部材に外力が作用して形成される塑性ヒンジ区間には、
   前記軸方向鉄筋の内側において内部コンクリートの圧縮縁を部分的に拘束する補強材が圧縮縁に沿って複数配置されていることを特徴とする高変形性能コンクリート部材。
2. 軸方向鉄筋が配置された任意断面形状を有するコンクリート部材であって、
   このコンクリート部材に外力が作用して形成される塑性ヒンジ区間には、
   前記軸方向鉄筋の内側において内部コンクリートの圧縮縁に生じる圧縮応力を負担する補強材が配置されていることを特徴とする高変形性能コンクリート部材。

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