JP2015203231A

JP2015203231A - コンクリートポール

Info

Publication number: JP2015203231A
Application number: JP2014083039A
Authority: JP
Inventors: 幸司酒井; Koji Sakai; 広樹菊; Hiroki Kiku; 勇漆畑; Isamu Urushibata; 大輔築嶋; Daisuke Tsukishima; 道敏岩田; Michitoshi Iwata
Original assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-11-16

Abstract

【課題】従来よりも高い変形性能すなわち、高じん性能を有するコンクリートポールを提供する。
【解決手段】コンクリートポール11は、外径３００〜４５０ｍｍの円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体12と、このコンクリート本体12の内部に円周状に配列された複数の緊張鋼材13と、これらの緊張鋼材13の間に配列された複数の耐圧縮鉄筋14と、上記各緊張鋼材13および上記各耐圧縮鉄筋14の周囲を拘束するらせん筋15とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い変形性能（じん性能）を有するコンクリートポールに関するものである。

従来のコンクリートポールは、ＰＣ構造が主で、主鉄筋として緊張鋼材（ＰＣ鋼材）および非緊張鋼材と、これらの主鉄筋の周囲をらせん筋で拘束した配筋となっている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、図２に示されたコンクリートポール１は、コンクリート本体２と、緊張鋼材（ＰＣ鋼材）３と、この緊張鋼材３に対し同程度の径を有するとともに３本対１本の割合で配置された非緊張鋼材４と、らせん筋５とで構成されている。

ＪＩＳ規格や大口使用者（電力、通信）からのコンクリートポールに対しての要求性能は、風荷重作用時のひび割れ幅が０．２５ｍｍ以下であること、および破壊荷重が設計荷重の２倍で破壊しないことが規定されている。

そして、鉄道向けコンクリートポールについては、上記要求性能以外に風荷重作用時のポールの変位量についてもＪＩＳにより規定されている。しかし、破壊形態や繰り返し荷重がコンクリートポールに作用した場合の変形性能についての規定は無い。

特開２００５−１５５１４４号公報

東日本大震災では、鉄道電化柱としてのコンクリートポールが大地震により発生した力によって折損したため、災害復旧に手間を要した。

これは、現状のコンクリートポールの主構造であるＰＣ構造では、ポール破壊時に圧縮側コンクリートがぜい性的な破壊形態となることが影響している。

そこで、東日本大震災クラスの大地震時（以下、単に大地震時という）にも高い変形性能を有する、高じん性能のコンクリートポールが求められている。

しかし、現状では、このようなコンクリートポールが存在しないため、鋼管ポールが使用されている。

この鋼管ポールは、コンクリートポールと比較して、高価であることおよび鋼管の防錆対策を施す必要があるなどの問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、従来よりも高い変形性能すなわち、高じん性能を有するコンクリートポールを提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体と、このコンクリート本体の内部に円周状に配列された複数の緊張鋼材と、これらの緊張鋼材の間に配列された複数の耐圧縮鉄筋と、上記各緊張鋼材および上記各耐圧縮鉄筋の周囲を拘束するらせん筋とを具備したコンクリートポールである。

請求項２に記載された発明は、外径３００〜４５０ｍｍの円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体と、このコンクリート本体の内部に円周状に配列された複数の緊張鋼材と、これらの緊張鋼材の間に配列された複数の耐圧縮鉄筋と、上記各緊張鋼材および上記各耐圧縮鉄筋の周囲を拘束するらせん筋とを具備したコンクリートポールである。

請求項３に記載された発明は、請求項２記載のコンクリートポールにおいて、現行の鉄道電化柱として用いられるコンクリートポールが耐え得る破壊強度と同程度の破壊強度に設定したコンクリートポールである。

請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか記載のコンクリートポールにおける耐圧縮鉄筋を、直径２５ｍｍ、２２ｍｍまたは１９ｍｍの異形鉄筋としたコンクリートポールである。

請求項１記載の発明によれば、コンクリート本体と、緊張鋼材と、らせん筋とからなるコンクリートポールに耐圧縮鉄筋を適用してＰＲＣ構造とすることにより、現行コンクリートポールと比較して、じん性能の大幅な増加を図ることができる。また、この耐圧縮鉄筋を用いたコンクリートポールは、耐圧縮鉄筋によりコンクリート本体の耐圧縮力を補完するのみならず、耐圧縮鉄筋による座屈耐力の向上により、ぜい性的な破壊を起こさないので、大地震時に部分的に損壊箇所が生じた場合でも、災害復旧が容易である。よって、鋼管ポールより安価かつメンテナンスフリーで高じん性能を有するコンクリートポールを提供できる。

請求項２記載の発明によれば、外径３００〜４５０ｍｍの円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体と、緊張鋼材と、らせん筋とからなるコンクリートポールに耐圧縮鉄筋を適用してＰＲＣ構造とすることにより、鉄道電化柱として好適なコンクリートポールを提供でき、現行の鉄道電化柱と比較して、じん性能の大幅な増加を図ることができ、大地震時に鉄道電化柱が部分的に損壊した場合でも、耐圧縮鉄筋による座屈耐力の向上により、ぜい性的な破壊を起こさないので、部分的に補修することにより鉄道の迅速な災害復旧に役立ち、かつ、鋼管ポールより安価でメンテナンスフリーの鉄道用コンクリートポールを提供できる。

請求項３記載の発明によれば、現行の鉄道電化柱として用いられるコンクリートポールと比較して、じん性能が大幅に増加するとともに、現行の鉄道電化柱が耐え得る破壊強度と同程度の破壊強度に設定したコンクリートポールは、大地震時に頑強過ぎる鉄道電化柱が鉄道高架橋などの鉄道施設を破損してしまうおそれを防止できる。

請求項４記載の発明によれば、直径２５ｍｍ、２２ｍｍまたは１９ｍｍの異形鉄筋は、耐圧縮鉄筋として十分な耐圧縮性能を有するのみならず、座屈抵抗材として十分な太さを有しており、大地震時などの発生時でもコンクリートポール破壊時の座屈に耐え得るので、高じん性能を発揮できるとともに、コンクリート最小かぶりも確保できる径である。

本発明に係るコンクリートポールの一実施の形態を示す断面図である。従来のコンクリートポールの断面図である。コンクリートポールの単曲げ試験方法を示す説明図である。コンクリートポールの正負交番載荷試験方法を示す説明図である。単曲げ試験方法によって得られた本発明に係るコンクリートポール（ＰＲＣ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。単曲げ試験方法によって得られた従来のコンクリートポール（Ｎ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。正負交番載荷試験方法によって得られた本発明に係るコンクリートポール（ＰＲＣ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。正負交番載荷試験方法によって得られた従来のコンクリートポール（Ｎ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。

以下、本発明を、図１に示された一実施の形態と、図３乃至図８に示された比較試験とに基いて詳細に説明する。

高じん性コンクリートポールとするために、構造はＰＲＣ構造とする。

すなわち、図１に示されたコンクリートポール11は、外径３００〜４５０ｍｍの円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体12と、このコンクリート本体12の内部に円周状に配列された複数の緊張鋼材13と、これらの緊張鋼材13の間に配列された複数の耐圧縮鉄筋14と、上記各緊張鋼材13および上記各耐圧縮鉄筋14の周囲を拘束するらせん筋15とを具備している。

例えば、コンクリート本体12の外径が４００ｍｍで、壁厚が７０ｍｍの場合、緊張鋼材13は、直径１０ｍｍのＰＣ鋼材であり、耐圧縮鉄筋14は、直径２５ｍｍ、２２ｍｍまたは１９ｍｍの異形鉄筋（例えば材質ＳＤ３４５）であり、これらの緊張鋼材13と耐圧縮鉄筋14とを交互に８本ずつ配置する。また、らせん筋15は、径６．５ｍｍの高強度鉄筋（例えば、降伏点６８５Ｎ／ｍｍ^２以上、引張強度８００Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度らせん用線材）を１００ｍｍ間隔で巻き付ける。

このように、主鉄筋は緊張鋼材（ＰＣ鋼材）13と太径の耐圧縮鉄筋（異形鉄筋）14の組み合わせとし、らせん筋15は高強度鉄筋を用いて、荷重作用時の圧縮側鉄筋の座屈を防止する。

また、このコンクリートポール11の破壊強度を上げ過ぎると、東日本大震災時の最大震度７クラスの大地震時（以下、単に大地震時という）において、コンクリートポール11がこのポールを支える鉄道高架橋などを破損する要因となるおそれがあるので、コンクリートポール11の破壊強度は、後述するように現行のコンクリートポール１と同程度となるように設定する。

次に、図１に示された本コンクリートポール11と、図２に示された現行のコンクリートポール１との比較試験を、表１と表２に示されたコンクリートポール仕様と、図３と図４に示された試験方法と、表３と表４および図５乃至図８に表示された試験結果に基づき説明する。

（1）試験体Ａ
試験体Ａは、図１に示された本コンクリートポール11と、図２に示された現行コンクリートポール１である。

本コンクリートポール11の仕様は、下記の表１に示すとおりであり、さらに、らせん筋15は、径６．５ｍｍの高強度鉄筋を１００ｍｍ間隔で巻き付ける。また、コンクリート設計基準強度は、８０Ｎ／ｍｍ^２であり、降伏曲げモーメントＭyは、２２５．３ｋＮ・ｍであり、降伏曲げモーメントＭyと設計曲げモーメントＭdの関係は、Ｍy／２Ｍd＝０．７５である。

現行コンクリートポール１の仕様は、下記の表２に示すとおりであり、さらに、らせん筋５は、径３ｍｍの鉄筋を５０ｍｍ間隔で巻き付ける。また、コンクリート設計基準強度は、６３．７Ｎ／ｍｍ^２であり、降伏曲げモーメントＭyは、２６３．５ｋＮ・ｍであり、降伏曲げモーメントＭyと設計曲げモーメントＭdの関係は、Ｍy／２Ｍd＝０．８８である。

（2）試験方法
(2-1) 単曲げ試験
図３は、コンクリートポールの単曲げ試験方法を示し、ＪＩＳ・Ａ５３７３付属書（規定）ポール類に準拠して、水平に据えた試験体（コンクリートポール）Ａの基端部を固定台Ｂ，Ｂにより挟んで固定し、試験体Ａの中間部をローラＣにより床面で移動自在に支えて、反力壁Ｄと試験体Ａの頂部との間に設置した載荷試験器（図示せず）により、ポール軸と直角方向に緩やかな速さで水平に荷重Ｐ1を加えては戻す載荷サイクルを、試験体Ａが破壊するか、試験体Ａの曲げモーメントが降伏曲げモーメントを下回るまで繰り返し、ひび割れ幅を測定するとともに、頂部などの変位を変位計Ｅにより測定する。

(2-2) 正負交番載荷試験
図４は、コンクリートポールの正負交番載荷試験方法を示し、試験体（コンクリートポール）Ａの２箇所を正負両方向の力に対抗できる支持部Ｂによりそれぞれ支持し、試験体Ａの中央部に、せん断破壊防止用の鋼管による補強部Ｃを介して、載荷試験器Ｄにより正方向および負方向の荷重を加える載荷サイクルを、試験体Ａの曲げモーメントが降伏曲げモーメントを下回るまで繰り返し、載荷点などのたわみ（変位）を変位計Ｅにより測定する。

（3）試験結果
要求性能は、最大変位（δu）が降伏変位（δy）の現行コンクリートポールを超える５倍以上であること、すなわち、「じん性率＝（δu／δy）＞５」の条件を満たすことと、東日本大震災クラスの大地震が発生したときの傾斜量（変位量）の制限値は、地際から５．２１ｍにおける傾斜量が、７５０ｍｍ以下であることから、規格７５０ｍｍ以下の条件を満たすことであり、以下に説明するとおり、本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）は、これらの条件を満たしていることが確認された。

(3-1) 単曲げ試験の試験結果
図５は、単曲げ試験方法によって得られた本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。

図６は、単曲げ試験方法によって得られた現行コンクリートポール１（Ｎ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。

下記の表３は、上記単曲げ試験方法によって得られた試験結果をまとめた表である。

図５、図６および表３に示された試験結果から明らかなように、設計曲げモーメント作用時（Ｍd作用時）は、本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）において１８本に最大幅０．１００ｍｍのひび割れが発生し、現行コンクリートポール１（Ｎ柱）においてひび割れは確認されなかったが、降伏曲げモーメント作用時（Ｍy作用時）は、本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）において37本に最大幅０．２００ｍｍのひび割れが発生したのに対して、現行コンクリートポール１（Ｎ柱）においては５３本に最大幅０．２００ｍｍのひび割れが発生したことが確認された。

さらに、最大頂部変位は、本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）においては５．７δy（１４１０．９ｍｍ）であり、要求性能である最大変位5δy以上を満足していることが確認された。一方、現行コンクリートポール１（Ｎ柱）の最大頂部変位は２．３δy（７１７．６ｍｍ）であった。

また、コンクリートポール11（ＰＲＣ柱）は、大地震時を想定した５δy発生時の地際から５．２１ｍにおける変位量も、規格の７５０ｍｍ以下の条件を満たしている６２１．５ｍｍであった。

加えて、図５および図６に示された単曲げ試験方法によって得られた試験結果から明らかなように、試験体Ａが破壊するか試験体Ａの曲げモーメントが降伏曲げモーメントを下回るまで繰り返した載荷サイクルの回数は、図５の本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）の方が、図６の現行コンクリートポール１（Ｎ柱）より多く、この点でもコンクリートポール11は高じん性能を有することが確認された。

(3-2) 正負交番載荷試験の試験結果
図７は、正負交番載荷試験方法によって得られた本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。

図８は、正負交番載荷試験方法によって得られた現行コンクリートポール１（Ｎ柱）の変位と作用曲げモーメントの関係を示すグラフである。

下記の表４は、上記正負交番載荷試験方法によって得られた試験結果をまとめた表である。

図７、図８および表４に示された試験結果から明らかなように、本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）の最大変位は、６．０δy（１２２．５ｍｍ）であり、要求性能である最大変位５δy以上を満足していることが確認された。一方、現行コンクリートポール１（Ｎ柱）の最大変位は、３．５δy（７５．９ｍｍ）であった。

また、コンクリートポール11（ＰＲＣ柱）は、最大変位である６．０δy時でも、設計曲げモーメントＭd（＝１５０ｋＮ・ｍ）の２倍以上の耐力（作用曲げモーメント＝３３３．８ｋＮ・ｍ）を確保できることが確認された。

さらに、図７および図８に示された正負交番載荷試験方法によって得られた試験結果から明らかなように、試験体Ａの曲げモーメントが降伏曲げモーメントを下回るまで繰り返した載荷サイクルの回数は、図７の本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）の方が、図８の現行コンクリートポール１（Ｎ柱）より多く、この点でもコンクリートポール11は高じん性能を有することが確認された。

（4）まとめ
本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）と、現行コンクリートポール１（Ｎ柱）とを比較すると、単曲げ試験および正負交番載荷試験の両試験において、最大作用曲げモーメントに大きな差はないが、本発明に係るコンクリートポール11（ＰＲＣ柱）の最大変位は、現行コンクリートポール１（Ｎ柱）の最大変位より顕著に大きくなり、高い変形性能を有し、高じん性コンクリートポールであることが確認された。

以上のように、コンクリート本体12と、緊張鋼材13と、らせん筋15とからなるコンクリートポールに耐圧縮鉄筋14を適用してＰＲＣ構造としたコンクリートポール11は、現行コンクリートポールと比較して、じん性能を約７０％も大幅に増加させることができる。また、この耐圧縮鉄筋14を用いたコンクリートポール11は、耐圧縮鉄筋14によりコンクリート本体12の耐圧縮力を補完するのみならず、耐圧縮鉄筋14による座屈耐力の向上により、ぜい性的な破壊を起こさないので、大地震で部分的に損壊箇所が生じた場合でも、災害復旧が容易である。よって、鋼管ポールより安価かつメンテナンスフリーで高じん性能を有するコンクリートポールを提供できる。

特に、外径３００〜４５０ｍｍの円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体12と、緊張鋼材13と、らせん筋15とからなるコンクリートポール11に耐圧縮鉄筋14を適用してＰＲＣ構造とすることにより、鉄道電化柱として好適なコンクリートポールを提供でき、現行鉄道電化柱と比較して、じん性能の大幅な増加を図ることができ、大地震時に鉄道電化柱が部分的に損壊した場合でも、耐圧縮鉄筋14による座屈耐力の向上により、ぜい性的な破壊を起こさないので、部分的に補修することにより鉄道の迅速な災害復旧に役立ち、かつ、鋼管ポールより安価でメンテナンスフリーの鉄道電化柱を提供できる。

また、このコンクリートポール11は、現行の鉄道電化柱として用いられるコンクリートポールと比較して、じん性能が大幅に増加するとともに、現行の鉄道電化柱が耐え得る破壊強度（破壊曲げモーメント：３１４．４ｋＮ・ｍ）と同程度の破壊強度（破壊曲げモーメント：３１０．７ｋＮ・ｍ）に設定したので、このコンクリートポール11を鉄道電化柱として用いることにより、大地震時に頑強過ぎる鉄道電化柱がポール取付基礎となっている鉄道高架橋などの鉄道施設を破損するおそれを防止できる。

なお、表１に示された各部材の数値は、一例を示すもので、その数値に限定されるものてはない。例えば、耐圧縮鉄筋14は、直径２５ｍｍよりも小径の直径２２ｍｍまたは１９ｍｍの異形鉄筋（例えば材質ＳＤ３４５）を用いた場合でも、現行の直径９．２ｍｍの非緊張鋼材４を用いたコンクリートポール１より、格段に高いじん性能を得ることができる。

要するに、直径２５ｍｍ、２２ｍｍまたは１９ｍｍの異形鉄筋は、耐圧縮鉄筋14として十分な耐圧縮性能を有するのみならず、座屈抵抗材として十分な太さを有しており、大地震時などの発生時でもコンクリートポール破壊時の座屈に耐え得るので、高じん性能を発揮できるとともに、コンクリート最小かぶりも確保できる径である。

本発明は、コンクリートポールの製造、販売または施工などに携わる事業者にとって利用可能性がある。

11 コンクリートポール
12 コンクリート本体
13 緊張鋼材
14 耐圧縮鉄筋
15 らせん筋

Claims

円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体と、
このコンクリート本体の内部に円周状に配列された複数の緊張鋼材と、
これらの緊張鋼材の間に配列された複数の耐圧縮鉄筋と、
上記各緊張鋼材および上記各耐圧縮鉄筋の周囲を拘束するらせん筋と
を具備したことを特徴とするコンクリートポール。
外径３００〜４５０ｍｍの円環状断面に成形された長尺のコンクリート本体と、
このコンクリート本体の内部に円周状に配列された複数の緊張鋼材と、
これらの緊張鋼材の間に配列された複数の耐圧縮鉄筋と、
上記各緊張鋼材および上記各耐圧縮鉄筋の周囲を拘束するらせん筋と
を具備したことを特徴とするコンクリートポール。
現行の鉄道電化柱として用いられるコンクリートポールが耐え得る破壊強度と同程度の破壊強度に設定した
ことを特徴とする請求項２記載のコンクリートポール。
耐圧縮鉄筋は、直径２５ｍｍ、２２ｍｍまたは１９ｍｍの異形鉄筋である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のコンクリートポール。