JP2008303598A - 多柱式橋脚における柱脚構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数本の鋼管柱鋼管柱を連結部材により連結して橋脚を構成する多柱式橋脚において、前記鋼管柱と同数の鋼管杭が地中に配置され、前記鋼管柱と前記鋼管杭とが各々上下方向に接続され、かつ前記鋼管杭には外面軸方向に渡って連結用継手が固着されており、隣り合う前記鋼管杭の間に、側面軸方向に渡って継手を有する鋼製地中壁が配置され、前記連結用継手と前記鋼製地中壁の継手とが嵌合されて、前記鋼管杭と前記鋼製地中壁とが連結されていることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
前記の多柱式橋脚の基礎構造はいずれもフーチングを設けた構造であるが、多柱式橋脚の鋼管柱と地中部に施工された鋼管杭とを連結した橋脚構造がある。本構造の例として特許文献3記載の発明がある。特許文献3記載の発明は、鋼管柱を鋼管矢板基礎に直接連結した構造であり、フーチングの施工を省略し、施工期間の短縮を目的とした発明である。
第1の発明は、複数本の鋼管柱を連結部材により連結して構成される多柱式橋脚における柱脚構造であって、前記鋼管柱と同数の鋼管杭が地中に配置され、前記鋼管柱と前記鋼管杭とが各々上下方向に接続され、かつ前記鋼管杭には外面軸方向に沿った連結用継手が固着されており、隣り合う前記鋼管杭の間に、側面軸方向に沿った継手を有する鋼製地中壁が配置され、前記連結用継手と前記鋼製地中壁の継手とが嵌合されて、前記鋼管杭と前記鋼製地中壁とが連結されていることを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明において、前記鋼製地中壁が鋼矢板で構成されることを特徴とする。
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記鋼製地中壁の上部にコンクリート梁が設けられ、当該コンクリート梁により隣り合う前記鋼管杭同士が連結されていることを特徴とする。
第4の発明は、第1〜第3の発明のいづれかの発明において、前記鋼管柱と前記鋼管杭の接続部において、前記鋼管杭内に前記鋼管柱が差し込まれていると共に、前記鋼管柱と前記鋼管杭との間隙にコンクリートが充填されていることを特徴とする。
また、鋼製地中壁に鋼矢板を用いる場合には、鋼製地中壁を地上から地中部に打設することが可能となるために、堅実な鋼製地中壁を構成することが可能であり、確実な施工を実現することができる。さらに、鋼製地中壁の上部をコンクリート梁により連結することにより、鋼製地中壁間での荷重伝達を可能とし、鋼製地中壁から均等に水平荷重を地盤に伝達することができるため、地震時の安全性を飛躍的に高めることができる。
図1および図2は、それぞれ本発明の第1の実施形態に係る柱脚構造の正面図および側面図である。また、図3は、本発明の第1の実施形態に係る柱脚構造の断面図であり、図3(A)および図3(B)は、各々図1、図2における鋼管柱部の断面図(IIIA−IIIA矢視図)、鋼管杭部の断面図(IIIB−IIIB矢視図)である。本実施形態では、4本の鋼管柱1が地上に配置され、各々の鋼管柱は連結部材9により水平方向に連結され多柱式橋脚を構成している。さらに鋼管柱1の上部は橋桁5と接続されたラーメン形式の柱脚構造である。地中部には4本の鋼管杭2が配置され、鋼管柱1と鋼管杭2が上下方向に接続されている。鋼管杭2の外面軸方向にはあらかじめ連結用継手3が固着されており、連結用継手3を介して隣り合う鋼管杭2の間に複数の鋼矢板からなる鋼製地中壁4が連結されている。
このような鋼管柱1と鋼管杭2を直接接続した構造とすることにより、フーチングの施工を省略できるために、工期を短縮し、かつ施工用地を削減することができる。また、フーチングを配置しない構造であるために、地上部の柱脚部の曲げ剛性と地中部の基礎部の曲げ剛性がほぼ等価であるために、地震時に作用する曲げモーメントに対して橋脚基部での過度の損傷を避けることができる。
橋梁構造に地震力などの水平力Pが作用すると、鋼管杭2の頭部には曲げモーメントに加えて、水平力が作用する。さらに、前面側の鋼管杭2aには鉛直方向の押込み力が作用し、背面側の鋼管杭2bには鉛直方向の引抜き力が作用する。
図5(B)に示す従来のパイルベント式柱脚構造では、地中部の鋼管杭2a、2bの水平力に対して、鋼管杭の水平地盤抵抗力10aで抵抗するために、水平方向の抵抗面積は鋼管杭径のみである。一方、本発明の柱脚構造では、図5(A)に示すように、鋼管杭2a、2bと鋼製地中壁4a、4bは連結用継手(図示せず)を介して連結されているために、鋼管杭2a、2bの水平力は連結用継手を介して鋼製地中壁4a、4bに伝達され、鋼管杭2a、2bの水平地盤抵抗力10aに加えて、前面側の鋼製地中壁4aおよび背面側の鋼製地中壁4bの水平地盤抵抗力10bで抵抗する。さらに、側面の鋼製地中壁4cにおいても、側面方向の地盤摩擦抵抗10cが抵抗することとなる。従って、本発明の構造では、従来構造より大幅に水平抵抗力が増加するために、同じ水平力が作用した場合には、地盤に発生する応力を小さくすることができ、また水平変位を小さくすることができる。
ここで、鋼管杭2の外径が1m、中心間隔が4mで配置されており、鋼管杭の間が鋼矢板からなる鋼製地中壁4で連結されている場合を考えると、抵抗する地盤の幅は従来の鋼管杭のみの場合の約2.5倍となる。ただし、深度方向の抵抗面積は、鋼管杭2と鋼矢板の曲げ剛性が影響するために、地盤抵抗の抵抗面積で比較した場合には、従来の鋼管杭のみと比較して約1.5倍となる。すなわち、地震力が作用した場合の鋼管杭の杭頭部に発生する水平変位は、従来の構造と比較して約1.5分の1に低減することができる。
ここで特に、橋桁の幅員が広い場合には、複数の多柱式橋脚を橋軸直角方向に複数配置した橋脚構造となる場合がある。図1、2および図6の実施形態では、連結部材9が水平に配置された例を示しているが、図8では、連結部材9aを斜め方向に延びるブレース材とした例を示す。地中部においては、各々の鋼管柱1と鋼管杭2が上下方向に接続されている。本発明のように橋軸直角方向に複数の多柱式柱脚が配置された構造の場合には、橋軸方向と橋軸直角方向の抵抗力が異なるために、特に、橋軸方向の水平抵抗が不足する場合があることから、本発明の構造とすることにより、水平抵抗を飛躍的に改善し、耐震性能を向上させることができる。
ここで、橋脚部の鋼管柱2本の断面二次モーメントは、1410000cm4である。図9に示す従来技術の鋼管矢板基礎の場合には、鋼管矢板4本の断面二次モーメントが、3520000 cm4となるのに対して、本発明の図10(B)に示す構造のの断面二次モーメントは、1410000cm4となる。
すなわち、従来の鋼管矢板基礎の曲げ剛性は橋脚部の2.5倍になるのに対して、本発明の基礎部の曲げ剛性は橋脚部とほぼ等価である。したがって、本発明の構造では、橋脚部と基礎部が等価な曲げ剛性を持つために、地震時に作用する外力に対して、橋脚基部での過度の損傷を生じることが無く、橋脚と基礎が一体として外力に抵抗するために優れた変形性能を発揮することができる。
図12は鋼管柱1よりも大きな外径を有する鋼管杭2の接続構造の詳細図である。鋼管杭2の上部空間に鋼管柱1の下端部を所定の長さ挿入し、接続空間にコンクリート14を充填して連結した構造である。
この場合に、接続区間における鋼管柱1の外周面および鋼管杭2の内周面にスタッドジベル溶接や縞鋼管処理のようなずれ止め(図示せず)が配置されていれば、鋼管柱1から鋼管杭2への荷重伝達が確実となるので、なお望ましい。
また、鋼管杭2の外径が鋼管柱1の外径より大きい場合には、地震力が作用した時の鋼管杭2の地盤抵抗面積が大きくなるので、柱脚構造の水平変位を抑制する効果を奏する。さらには、高架橋構造に地震力が作用した場合に発生する曲げモーメントは、柱部材よりも杭部材の方が大きくなる。従って、杭部材の外径を大きくすることにより、柱部材の曲げ耐力よりも杭部材の曲げ耐力を大きくした構造であり、耐震性からも望ましい構造である。
2 鋼管杭
2a 前面側の鋼管杭
2b 背面側の鋼管杭
3 連結用継手
4 鋼製地中壁
4a 前面側の鋼製地中壁
4b 背面側の鋼製地中壁
4c 側面の鋼製地中壁
5 橋桁
6 コンクリート梁
7 枕梁
8 支承
9 連結部材
9a 連結部材
10a 水平地盤抵抗力
10b 水平地盤抵抗力
10c 地盤摩擦抵抗力
11 押込み抵抗
11a 先端抵抗
12 引抜き抵抗
13 中立軸
14 コンクリート
15 支持層
16 継手
Claims (4)
- 複数本の鋼管柱を連結部材により連結して構成される多柱式橋脚における柱脚構造であって、
前記鋼管柱と同数の鋼管杭が地中に配置され、前記鋼管柱と前記鋼管杭とが各々上下方向に接続され、かつ前記鋼管杭には外面軸方向に沿った連結用継手が固着されており、隣り合う前記鋼管杭の間に、側面軸方向に沿った継手を有する鋼製地中壁が配置され、前記連結用継手と前記鋼製地中壁の継手とが嵌合されて、前記鋼管杭と前記鋼製地中壁とが連結されていることを特徴とする多柱式橋脚における柱脚構造。 - 前記鋼製地中壁が鋼矢板で構成されることを特徴とする請求項1記載の多柱式橋脚における柱脚構造。
- 前記鋼製地中壁の上部にコンクリート梁が設けられ、当該コンクリート梁により隣り合う前記鋼管杭同士が連結されていることを特徴とする請求項1又は2記載の多柱式橋脚における柱脚構造。
- 前記鋼管柱と前記鋼管杭の接続部において、前記鋼管杭内に前記鋼管柱が差し込まれていると共に、前記鋼管柱と前記鋼管杭との間隙にコンクリートが充填されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の多柱式橋脚における柱脚構造。
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