JP2016108932A - 脚柱構造体及び脚柱構造体の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えた脚柱構造体及びその施工方法を実現する。【解決手段】脚柱構造体１００は、通常時あるいはＬ１地震発生時には、降伏ヒューズ部材３０によって芯柱１０と筒状外柱２０とが繋がれており、鉄道や車両が走行する上部工１を適切に支持する剛性を有する構造を有しているので、上部工１から作用する鉛直方向の力と水平方向の力をそれぞれ芯柱１０と筒状外柱２０とで分担するようにして、その上部工１を好適に支持することができる優れた荷重保持性能を備えている。また所定の限度を超える大きさの地震動であるＬ２地震発生時に降伏ヒューズ部材３０が破壊された脚柱構造体１００は、弾性部材４０が弾性変形することによってその固有周期を長周期化する柔構造に変化することで、芯柱１０および筒状外柱２０の過大変位を防止して、脚柱構造体１００が損傷することを防ぐことができる優れた地震時耐荷性能を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道橋や道路橋、高架橋といった橋梁の上部工を支持する脚柱構造体及び脚柱構造体の施工方法に関する。

従来、筒体からなる脚柱本体内の軸心に芯材が配設されている脚柱構造体が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この脚柱構造体は、脚柱本体で橋梁の上部工を支持しており、芯材は、脚柱本体の内壁面に上下に間隔を空けて設置した複数の軸力伝達板を介して取り付けられている。
そして、この脚柱構造体は、大地震により脚柱本体（筒体）に過大な水平力が加わった場合に、軸力伝達板が設置されている領域では筒体から芯材に軸力が伝達されて分散されるようになっており、また軸力伝達板が設置されていない領域では筒体が塑性変形して地震のエネルギーを吸収するようになっているので、地震によって損傷し難い構造を有しているとされている。

特開２０００−２７３８２５号公報

しかしながら、上記特許文献１の脚柱構造体の場合、筒体内に配設されている芯材は、上部工などの荷重を負担していないので、上部工の荷重は主に筒体が負担することになる。
そのため、上部工の大きな荷重が掛かっている筒体が塑性変形することで地震エネルギーを吸収するようになっているので、筒体が塑性変形して座屈してしまうと、耐荷性能が低下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えた脚柱構造体及びその施工方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る脚柱構造体は、
上端部が上部工に接合されて、鉛直向きに立設された芯柱と、
前記芯柱が軸心に配置され、前記上部工とは接合されない筒状外柱と、
前記芯柱と前記筒状外柱の間に取り付けられた降伏ヒューズ部材と、
前記芯柱と前記筒状外柱の間に取り付けられた弾性部材と、
を備えている脚柱構造体であって、
前記降伏ヒューズ部材が前記芯柱と前記筒状外柱とを一体的に繋いでいる状態では、前記芯柱が前記上部工を支持することによる軸力を負担し、前記筒状外柱が前記降伏ヒューズ部材及び前記弾性部材を介して前記芯柱から伝達される水平力を負担するように構成されており、
前記降伏ヒューズ部材が所定の限度を超える大きさの地震動によって破壊された後は、前記芯柱と前記筒状外柱とを繋ぐ前記弾性部材によって当該脚柱構造体の固有周期を長周期化させて入力地震動を低減するように構成した。

かかる構成の脚柱構造体は、通常時（地震が起きていない状態）あるいはＬ１地震発生時には、降伏ヒューズ部材によって芯柱と筒状外柱とが繋がれており、鉄道や車両が走行する上部工を適切に支持する剛性を有する構造を有している。そして、上部工から作用する鉛直方向の力と水平方向の力をそれぞれ芯柱と筒状外柱とで分担するようにして、その上部工を好適に支持することができる優れた荷重保持性能を備えている。
また、所定の限度を超える大きさの地震動であるＬ２地震発生時に降伏ヒューズ部材が破壊された脚柱構造体は、弾性部材が弾性変形することによってその固有周期を長周期化する柔構造に変化することで、芯柱および筒状外柱の過大変位を防止して、脚柱構造体が損傷することを防ぐことができる優れた地震時耐荷性能を備えている。
つまり、この脚柱構造体は荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えた優れた構造物であり、鉄道橋や道路橋、高架橋などの脚柱に適用することができる。

ここで「Ｌ１地震」とは、中規模の地震であって、その構造物の耐用年数中に一度以上は受ける可能性が高い地震動（供用期間中に複数回起こる地震動）を指す。
また「Ｌ２地震」とは、その構造物が将来に亘って受けることが予想される最強と考えられる地震動、想定しうる範囲内で最大規模の地震動を指す。

また、望ましくは、
前記降伏ヒューズ部材は、上下に間隔を空けた複数箇所に取り付けられており、前記複数箇所毎に前記降伏ヒューズ部材が前記芯柱の外周面の周方向に所定間隔で複数配設されているようにした。
芯柱と筒状外柱の間に複数の降伏ヒューズ部材が取り付けられていて、上下に間隔を空けた複数箇所毎に降伏ヒューズ部材が芯柱の外周面に所定間隔に配設されていれば、芯柱と筒状外柱とをバランスよく適切に繋ぐことができるので、降伏ヒューズ部材が芯柱と筒状外柱とを一体的に繋いでいる状態において、脚柱構造体は上部工を好適に支持することができる。

また、望ましくは、
前記弾性部材は、上下に間隔を空けた複数箇所に取り付けられており、前記複数箇所毎に前記弾性部材が前記芯柱の外周面の周方向に所定間隔で複数配設されているようにした。
芯柱と筒状外柱の間に複数の弾性部材が取り付けられていて、上下に間隔を空けた複数箇所毎に弾性部材が芯柱の外周面に所定間隔に配設されていれば、柱と筒状外柱とをバランスよく適切に繋ぐことができるので、降伏ヒューズ部材が地震動によって破壊された後、その地震動の入力方向によらず、複数の弾性部材がそれぞれ弾性変形することで、入力地震動を好適に低減することができる。

また、望ましくは、
前記芯柱と前記筒状外柱の間に取り付けられた粘性部材を備え、
前記粘性部材は、上下に間隔を空けた複数箇所に取り付けられており、前記複数箇所毎に前記粘性部材が前記芯柱の外周面の周方向に所定間隔で複数配設されているようにした。
芯柱と筒状外柱の間に複数の粘性部材が取り付けられていて、上下に間隔を空けた複数箇所毎に粘性部材が芯柱の外周面に所定間隔に配設されていれば、地震時応答を低減する際の減衰性能を向上させることができる。

また、望ましくは、
前記芯柱は円柱形状を有し、前記筒状外柱は円筒形状を有しているようにした。
芯柱が円柱形状を有し、筒状外柱が円筒形状を有していれば、脚柱構造体は地震動の入力方向によらず、優れた荷重保持性能と地震時耐荷性能を発揮できる。

また、本出願に係る脚柱構造体の施工方法は、上記した脚柱構造体を構築するための脚柱構造体の施工方法であって、
積み重ねることが可能な接続部を具備する複数の芯材を軸方向に積み重ねて前記芯柱を形成する工程と、
前記芯柱を軸心に配置させるように、積み重ねることが可能な接続部を具備する複数の筒材を積み重ねて前記筒状外柱を形成する工程と、
所定の限度を超える大きさの地震動の入力によって破壊される前記降伏ヒューズ部材を、前記芯柱の外面と前記筒状外柱の内面とを繋いだ状態に取り付ける工程と、
前記芯柱の外面と前記筒状外柱の内面とを繋ぐ前記弾性部材を取り付ける工程と、を有するようにした。

かかる構成の脚柱構造体の施工方法であれば、複数の芯材を積み重ねて芯柱を形成することと、複数の筒材を積み重ねて筒状外柱を形成することに加え、芯柱の外面と筒状外柱の内面とを繋いだ状態に降伏ヒューズ部材と弾性部材を取り付けることで脚柱構造体を構築することができる。
つまり、ユニット化した構成部材を施工現場に搬入して組み立てることで脚柱構造体を構築することができるので、例えば、鉄筋コンクリート構造の脚柱を施工するときのような配筋が不要になる。
従って、この脚柱構造体の施工方法は施工性に優れており、荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えた脚柱構造体を比較的短期間で施工することができる。

また、本出願に係る脚柱構造体の施工方法は、上記した脚柱構造体を構築するための脚柱構造体の施工方法であって、
芯材を軸心に配置させた筒材と、前記芯材の外面と前記筒材の内面とを繋いだ状態に取り付けられ、所定の限度を超える大きさの地震動の入力によって破壊される降伏ヒューズ部材と、前記芯材の外面と前記筒材の内面とを繋いだ状態に取り付けられた弾性部材と、を備えている脚柱ユニットを積み重ねて、複数の芯材からなる前記芯柱と、複数の筒体からなる前記筒状外柱を形成する工程を有するようにした。

かかる構成の脚柱構造体の施工方法であれば、複数の脚柱ユニットを積み重ねることで脚柱構造体を構築することができる。
つまり、芯柱（芯材）と筒状外柱（筒材）と降伏ヒューズ部材と弾性部材とをユニット化した脚柱ユニットを施工現場に搬入して組み立てることで脚柱構造体を構築することができるので、例えば、鉄筋コンクリート構造の脚柱を施工するときのような配筋が不要になる。
従って、この脚柱構造体の施工方法は施工性に優れており、荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えた脚柱構造体を比較的短期間で施工することができる。

また、望ましくは、
前記降伏ヒューズ部材は、袋体内に固化材料を充填して形成されるようにした。
袋体内に固化材料を充填して形成した降伏ヒューズ部材であれば、降伏ヒューズ部材が破壊された際に袋体から固化材料が飛散することを防止できるので、例えば、降伏ヒューズ部材の破片などによって弾性部材が伸縮する動作が妨げられることがない。
また、芯柱と筒状外柱を組み立てた後に、袋体内に固化材料を充填して降伏ヒューズ部材を形成することが可能になるので、施工途中に降伏ヒューズ部材を破損してしまうトラブルを防止することができる。

また、本出願に係る脚柱構造体の施工方法は、上記した脚柱構造体を構築するための脚柱構造体の施工方法であって、
芯材を軸心に配置させた筒材と、前記芯材の外面と前記筒材の内面とを繋いだ状態に取り付けられた弾性部材と、前記芯材と前記筒材の間で膨張可能な袋体と、を備えている脚柱ユニットを積み重ねて、複数の芯材からなる前記芯柱と、複数の筒体からなる前記筒状外柱を形成する工程と、
前記袋体内に固化材料を充填し、所定の限度を超える大きさの地震動の入力によって破壊される前記降伏ヒューズ部材を前記芯柱の外面と前記筒状外柱の内面とを繋いだ状態に形成する工程と、を有するようにした。

かかる構成の脚柱構造体の施工方法であれば、複数の脚柱ユニットを積み重ねることに加え、袋体内に固化材料を充填して降伏ヒューズ部材を形成することで脚柱構造体を構築することができる。
つまり、芯柱（芯材）と筒状外柱（筒材）と弾性部材とをユニット化した脚柱ユニットを施工現場に搬入して組み立て、さらに降伏ヒューズ部材を形成することで脚柱構造体を構築することができるので、例えば、鉄筋コンクリート構造の脚柱を施工するときのような配筋が不要になる。
従って、この脚柱構造体の施工方法は施工性に優れており、荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えた脚柱構造体を比較的短期間で施工することができる。

また、望ましくは、
前記芯柱は、前記複数の芯材の内部に固化材料を充填して形成されるようにした。
例えば、鋼管材など中空の芯材を用いれば、複数の芯材を積み重ねて芯柱を形成する作業を比較的容易に行うことができる。そして複数の芯材を積み重ねた後、複数の芯材の内部に固化材料を充填することで芯柱の剛性を高めることができるので、脚柱構造体の荷重保持性能を向上させることができる。

本発明によれば、荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えた脚柱構造体及びその施工方法が得られる。

本実施形態の脚柱構造体を示す側面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 図１のII−II線における断面図である。 図１のIII−III線における断面図である。 図１のIII−III線における断面図であり、粘性部材を配設した変形例である。 芯材と筒材の接続部分を示す拡大図である。 脚柱構造体の第１の施工方法に関する説明図であり、第１工程（ａ）、第２工程（ｂ）を示している。 脚柱構造体の第２の施工方法に関する説明図であり、第１工程（ａ）、第２工程（ｂ）、第３工程（ｃ）を示している。 脚柱構造体の第３の施工方法に関する説明図であり、第１工程（ａ）、第２工程（ｂ）、第３工程（ｃ）を示している。 本実施形態の橋梁構造を示す側面図である。 本実施形態の橋梁構造の変形例を示す側面図である。 図１のII−II線における断面図であり、降伏ヒューズ部材の変形例を示している。 降伏ヒューズ部材の変形例を示す説明図である。 降伏ヒューズ部材の変形例を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る脚柱構造体および脚柱構造体の施工方法の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１（ａ）は脚柱構造体１００を示す側面図、図１（ｂ）は脚柱構造体１００を示す断面図である。この脚柱構造体１００は、鉄道橋や道路橋、高架橋といった橋梁の上部工１を支持する構造物である。

本実施形態の脚柱構造体１００は、図１（ａ）（ｂ）、図２、図３に示すように、上端部１０ｕが上部工１に接合されて鉛直向きに立設された芯柱１０と、芯柱１０が軸心に配置されて上部工１とは接合されない筒状外柱２０と、芯柱１０と筒状外柱２０の間に取り付けられた降伏ヒューズ部材３０と、芯柱１０と筒状外柱２０の間に取り付けられた弾性部材４０と、を備えている。
この脚柱構造体１００は、基礎杭２ａが設けられているフーチング２上に立設されて、上部工１を支持している。なお、芯柱１０の下端部１０ｄはフーチング２に接合されている。

芯柱１０は、円柱形状を有する柱体であり、例えば、鋼管１０ａの内部にコンクリートなどの固化材料１０ｂを充填したコンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ；Concrete Filled Steel Tube）の柱体である。
この芯柱１０は、後述するように、複数の芯材１１（図６参照）を軸方向に積み重ねるようにして形成することができる。
例えば、図５に示すように、芯材１１の上部には第１接続部１１ｉが設けられ、芯材１１の下部には第２接続部１１ｏが設けられており、第１接続部１１ｉと第２接続部１１ｏとが嵌合することで、芯材１１を積み重ねることが可能になっている。
なお、芯柱１０の上端部１０ｕは、上部工１にピン接合されていることが好ましい。

筒状外柱２０は、円筒形状を有する筒体であり、芯柱１０よりも径が大きい鋼管などからなる筒体である。
この筒状外柱２０は、後述するように、複数の筒材２１（図６参照）の軸心を合わせるように積み重ねて形成することができる。
例えば、図５に示すように、筒材２１の上部には第１接続部２１ｉが設けられ、筒材２１の下部には第２接続部２１ｏが設けられており、第１接続部２１ｉと第２接続部２１ｏとが嵌合することで、筒材２１を好適に積み重ねることが可能になっている。

降伏ヒューズ部材３０は、上下に間隔を空けた複数箇所（図１では４箇所）に取り付けられており、その複数箇所毎に複数（図２では４つ）の降伏ヒューズ部材３０が芯柱１０の外周面の周方向に等間隔に配設されている。
降伏ヒューズ部材３０は、所定の限度を超える大きさの地震動によって破壊されるように設計された脆性部材であり、一端が芯柱１０の外周面に固定され、他端が筒状外柱２０の内周面に固定されている。例えば、降伏ヒューズ部材３０は、Ｌ１地震によっては破壊されず、Ｌ２地震によって破壊される強度を有している。所定の強度を有している降伏ヒューズ部材３０が、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋いでいる状態では、芯柱１０と筒状外柱２０が一体的に挙動するようになっている。

この降伏ヒューズ部材３０は、例えば後述するように、芯柱１０と筒状外柱２０の間で膨張可能な袋体３０ａ内にモルタルなどの固化材料３０ｂを充填して形成することができる。袋体３０ａ内に固化材料３０ｂを充填して形成した降伏ヒューズ部材３０であれば、降伏ヒューズ部材３０が破壊された際に袋体３０ａから固化材料３０ｂが飛散することを防止できるので、降伏ヒューズ部材３０の破片などによって弾性部材４０が伸縮する動作が妨げられることがない。

また、図２に示すように、当初４つの降伏ヒューズ部材３０が芯柱１０の外周面に等間隔に配設されている場合、各降伏ヒューズ部材３０間に予め袋体３０ａを取り付けておくことが好ましい。
降伏ヒューズ部材３０間に所定数（ここでは４つ）の袋体３０ａを予め取り付けておけば、例えば、Ｌ２地震が発生して降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、袋体３０ａ内に固化材料３０ｂを充填して新たな降伏ヒューズ部材３０を速やかに形成することができるので、脚柱構造体１００の仮復旧を迅速に行うことができる。

また、降伏ヒューズ部材３０は、袋体３０ａ内に固化材料３０ｂを充填してなるものに限らない。
例えば、モルタルなどの固化材料を型枠に流し込む製法で、図２に示したような扇形の降伏ヒューズ部材３０を予め形成しておき、その降伏ヒューズ部材３０を芯柱１０と筒状外柱２０の間に取り付けるようにしてもよい。
モルタルなどの固化材料で作製された降伏ヒューズ部材３０であれば、袋体３０ａの有無によらず、地震動によって破壊される際、複数の降伏ヒューズ部材３０の破壊が段階的に進んでいき、脚柱構造体１００の固有周期が段階的に変化していくので、その固有周期が急激に長周期化することはない。
つまり、モルタル材料からなる降伏ヒューズ部材３０を用いていれば、脚柱構造体１００の固有周期が急激に長周期化することを防ぐことができる。例えば、脚柱構造体１００の固有周期が急激に長周期化してしまうと、後述する橋梁構造２００が不安定になってしまうので、脚柱構造体１００の固有周期を急激に変化させないようにすることが好ましい。

また、モルタル材料からなる降伏ヒューズ部材３０は、扇形であることに限らない。
例えば、図１１に示すように、切欠３１が形成されている降伏ヒューズ部材３０でもよい。
降伏ヒューズ部材３０に形成する切欠３１の位置や大きさを調整したり、あるいは降伏ヒューズ部材３０の形状を調整したりすることによって、その降伏ヒューズ部材３０の強度を調整することができる。
所定の強度で破壊されるように調整された降伏ヒューズ部材３０であれば、その降伏ヒューズ部材３０が地震動によって破壊されるタイミングを調節することができるので、地震動による複数の降伏ヒューズ部材３０の破壊の進行を調節するようにして、脚柱構造体１００の固有周期が段階的に変化するのをコントロールすることが可能になる。

また、降伏ヒューズ部材３０は、モルタルなどの固化材料からなることに限らず、例えば、鋼棒や鋼板など鋼材からなる降伏ヒューズ部材３０であってもよい。鋼材からなる降伏ヒューズ部材３０であれば、地震動に対し要求される強度を高い精度で調整することができ、複数の降伏ヒューズ部材３０の破壊を段階的に進めることができる。また、鋼材からなる降伏ヒューズ部材３０であれば、破壊された際に生じる破片がモルタル材料のものに比べて細かくなり難く、飛散対策を講じる必要がない。
例えば、図１２に示すように、円柱状の鋼棒を用いた降伏ヒューズ部材３０を芯柱１０と筒状外柱２０の間に取り付けてもよい。この降伏ヒューズ部材３０の一端が芯柱１０の外周面に突き当てられ、他端が筒状外柱２０の内周面に突き当てられており、その一端と他端の少なくとも一方が突き当てられた箇所に溶接によって固定されている。
この降伏ヒューズ部材３０は、所定の限度を超える大きさの地震動によって折れ曲がり、破壊されるようになっている。例えば、降伏ヒューズ部材３０（鋼棒）の太さを調整することによって、その降伏ヒューズ部材３０の強度を調整することができ、その降伏ヒューズ部材３０が地震動によって破壊されるタイミングを調節することができる。
また、鋼棒の所定箇所に切欠や括れなどを設けておくことで、所望する箇所で降伏ヒューズ部材３０が折れ曲がるようにすることができる。

また、図１３に示すように、鋼板を用いた降伏ヒューズ部材３０を芯柱１０と筒状外柱２０の間に取り付けてもよい。この降伏ヒューズ部材３０は、芯柱１０に一端側が溶接などによって固定された第１鋼板３２と、筒状外柱２０に一端側が溶接などによって固定された２枚の第２鋼板３３と、第１鋼板３２と第２鋼板３３を接合しているボルト３４を有している。具体的に、第１鋼板３２の一部が２枚の第２鋼板３３に挟まれており、その３枚の鋼板を貫くように接合部材であるボルト３４が取り付けられている。
この降伏ヒューズ部材３０は、所定の限度を超える大きさの地震動によってボルト３４が剪断されて、破壊されるようになっている。例えば、ボルト３４の太さや本数を調整することによって、その降伏ヒューズ部材３０の強度を調整することができ、その降伏ヒューズ部材３０が地震動によって破壊されるタイミングを調節することができる。

なお、後述するように降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ弾性部材４０が弾性変形することによって当該脚柱構造体１００の固有周期を長周期化させて入力地震動を低減するようになっている。
図１３に示した降伏ヒューズ部材３０の場合、ボルト３４が剪断された後、弾性部材４０が弾性変形することに加え、第１鋼板３２と第２鋼板３３とが摺接することで鋼板間に摩擦が生じるので、その摩擦による減衰効果で脚柱構造体１００の揺れが収まり易くなっている。

また、ボルト３４の素材として粘りのある鋼材を用いることで、地震動によってボルト３４が剪断されるまで、そのボルト３４を展延させることができる。つまり、所定の限度を超える大きさの地震動によってボルト３４が剪断されるまで、そのボルト３４が粘性ダンパーのように機能し、入力地震動を低減させることができる。
また、ボルト３４が剪断される際、第１鋼板３２や第２鋼板３３の一部が塑性変形することもある。この第１鋼板３２や第２鋼板３３の一部が塑性変形する際の展延によっても入力地震動を低減させることができる。

弾性部材４０は、上下に間隔を空けた複数箇所（図１では４箇所）に取り付けられており、その複数箇所毎に複数（図３では６つ）の弾性部材４０が芯柱１０の外周面の周方向に等間隔に配設されている。
この弾性部材４０は、一端が芯柱１０の外周面に固定され、他端が筒状外柱２０の内周面に固定されており、芯柱１０と筒状外柱２０の間で弾性変形可能に取り付けられている。但し、降伏ヒューズ部材３０が芯柱１０と筒状外柱２０とを繋いでいる状態では、芯柱１０と筒状外柱２０は一体的に挙動するので、芯柱１０が筒状外柱２０の軸心から殆どずれることはなく、弾性部材４０は殆ど弾性変形しない。
そして、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、芯柱１０と筒状外柱２０とが別体となってそれぞれが個別に挙動する際に、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋いでいる弾性部材４０が弾性変形するようになり、剛性を有する構造であった脚柱構造体１００が柔構造に変化する。ここでいう柔構造とは、一般的な免震で考えられるような剛性の低い構造変形を期待するものではなく、脚柱構造体１００の過大変形や残留変位を抑えるための構造変形を許容するものであり、弾性部材４０の強度（ばね定数）は小さ過ぎないよう設定する必要がある。
なお、図３に示すように、ここでは弾性部材４０としてコイルバネを用いているが、板ばねなど他のバネ部材を用いてもよい。また、ゴムなどの弾性材料からなる弾性部材４０であってもよい。

また、図４に示すように、粘性部材４１を弾性部材４０と併用してもよい。ここで粘性部材４１とは、振動を減衰させる機能を有する部材である。例えば、粘性体からなる粘性部材４１を用いることができ、またダンパーも粘性部材４１として用いることができる。
この粘性部材４１を配設することで、地震時応答を低減する際の減衰性能を向上させることができる。粘性部材４１は弾性部材４０と同様に、芯柱１０の外周面の周方向に等間隔に複数（図４では６つ）配設されている。

このように、降伏ヒューズ部材３０が芯柱１０と筒状外柱２０とを一体的に繋いでいる状態の脚柱構造体１００では、上部工１に接合されている芯柱１０が上部工１を支持することによる軸力（鉛直荷重）を負担し、上部工１に接合されていない筒状外柱２０が降伏ヒューズ部材３０及び弾性部材４０を介して芯柱１０から伝達される水平力（水平荷重）を負担するように構成されている。
具体的には、通常時（地震が起きていない状態）あるいはＬ１地震発生時において、降伏ヒューズ部材３０によって芯柱１０と筒状外柱２０とが繋がれている脚柱構造体１００は、鉄道や車両が走行する上部工１を適切に支持する剛性を有する構造を有しており、上部工１から作用する鉛直方向の力と水平方向の力をそれぞれ芯柱１０と筒状外柱２０とで分担するようにして、上部工１を良好に支持することができる。
こうして、上部工１の荷重を芯柱１０と筒状外柱２０とで負担して、上部工１を好適に支持することができる脚柱構造体１００は、優れた荷重保持性能を備えた構造物であるといえる。

また、この脚柱構造体１００における降伏ヒューズ部材３０が所定の限度を超える大きさの地震動によって破壊された後は、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ弾性部材４０が弾性変形することによって当該脚柱構造体１００の固有周期を長周期化させて入力地震動を低減するように構成されている。
具体的には、Ｌ２地震発生時に降伏ヒューズ部材３０が破壊された脚柱構造体１００は、弾性部材４０が弾性変形することによってその固有周期を長周期化する柔構造に変化することで、芯柱１０および筒状外柱２０の過大変位を防止して、芯柱１０や筒状外柱２０が損傷することを防ぐことができる。
こうして、降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ弾性部材４０が弾性変形することによる免震機能を有する脚柱構造体１００は、優れた地震時耐荷性能を備えた構造物であるといえる。
つまり、この脚柱構造体１００は、荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えている。

次に、本実施形態の脚柱構造体１００の施工方法について説明する。

（第１の施工方法）
第１の施工方法では、所定数の脚柱ユニット１００ａを準備する。
第１の施工方法で用いる脚柱ユニット１００ａは、図６（ａ）に示すように、芯材１１を軸心に配置させた筒材２１と、芯材１１の外面と筒材２１の内面とを繋いだ状態に取り付けられた降伏ヒューズ部材３０と、芯材１１の外面と筒材２１の内面とを繋いだ状態に取り付けられた弾性部材４０と、を備えている。
芯材１１は比較的細い鋼管材からなり、筒材２１は芯材１１よりも径が大きい鋼管材からなる。

まず、図６（ａ）に示すように、脚柱ユニット１００ａをクレーンなどによってフーチング２上に積み重ね、複数の芯材１１からなる鋼管１０ａと、複数の筒体２１からなる筒状外柱２０を形成する。
脚柱ユニット１００ａを積み重ねる際、複数の芯材１１はその軸方向に積み重ね、複数の筒材２１はその軸心を合わせるように積み重ねるようにする。

次いで、図６（ｂ）に示すように、鋼管１０ａ内にコンクリートなどの固化材料１０ｂを充填し、その固化材料１０ｂを硬化させて芯柱１０を形成する。
こうして脚柱構造体１００が構築される。

（第２の施工方法）
第２の施工方法では、所定数の脚柱ユニット１００ｂを準備する。
第２の施工方法で用いる脚柱ユニット１００ｂは、図７（ａ）に示すように、芯材１１を軸心に配置させた筒材２１と、芯材１１の外面と筒材２１の内面とを繋いだ状態に取り付けられた弾性部材４０と、芯材１１と筒材２１の間で膨張可能な袋体３０ａと、を備えている。
芯材１１は比較的細い鋼管材からなり、筒材２１は芯材１１よりも径が大きい鋼管材からなる。

まず、図７（ａ）に示すように、脚柱ユニット１００ｂをクレーンなどによってフーチング２上に積み重ね、複数の芯材１１からなる鋼管１０ａと、複数の筒体２１からなる筒状外柱２０を形成する。
脚柱ユニット１００ｂを積み重ねる際、複数の芯材１１はその軸方向に積み重ね、複数の筒材２１はその軸心を合わせるように積み重ねるようにする。

次いで、図７（ｂ）に示すように、鋼管１０ａ内にコンクリートなどの固化材料１０ｂを充填し、その固化材料１０ｂを硬化させて芯柱１０を形成する。

次いで、図７（ｃ）に示すように、袋体３０ａ内にモルタルなどの固化材料３０ｂを充填して硬化させてなる降伏ヒューズ部材３０を、芯柱としての鋼管１０ａの外面と筒状外柱２０の内面とを繋いだ状態に形成する。なお、固化材料３０ｂは、筒状外柱２０（筒材２１）に形成されている図示しない注入口を通じて袋体３０ａ内に充填される。
こうして脚柱構造体１００が構築される。

（第３の施工方法）
第３の施工方法では、所定数の芯材１１と、所定数の脚柱ユニット１００ｃを準備する。
第３の施工方法で用いる芯材１１は、工場などで予め製造された鉄筋コンクリート製の芯材（ＰＣ材）である。
また、第３の施工方法で用いる脚柱ユニット１００ｃは、図８（ｂ）に示すように、筒材２１と、筒材２１の内面に収縮した状態で取り付けられた弾性部材４０と、筒材２１の内面側で膨張可能な袋体３０ａと、を備えている。筒材２１は芯材１１よりも径が大きい鋼管材からなる。

まず、図８（ａ）に示すように、ＰＣ製の芯材１１をクレーンなどによってフーチング２上に積み重ね、特に複数の芯材１１を軸方向に積み重ねるようにして、複数の芯材１１からなる芯柱１０を形成する。なお、芯材１１には、積み重なったもの同士が互いに嵌合する接続部が設けられている。

次いで、図８（ｂ）に示すように、芯柱１０を軸心に配置させるように、複数の筒材２１を積み重ねて筒状外柱２０を形成する。ここでは、筒材２１を含む脚柱ユニット１００ｃをクレーンなどによってフーチング２上に積み重ね、芯柱１０が軸心に配置された筒状外柱２０を形成する。
また、収縮した状態に拘束されている弾性部材４０を解放し、芯材１１の外面と筒材２１の内面とを繋いだ状態に弾性部材４０を取り付けるようにする。なお、予め筒材２１の内面に弾性部材４０を取り付けておかずに、脚柱ユニット１００ｃ（筒材２１）を積み重ねる度に、芯柱１０の外面と筒状外柱２０（筒材２１）の内面とを繋ぐ弾性部材４０を取り付けるようにしてもよい。

次いで、図８（ｃ）に示すように、袋体３０ａ内にモルタルなどの固化材料３０ｂを充填して硬化させてなる降伏ヒューズ部材３０を、芯柱１０の外面と筒状外柱２０の内面とを繋いだ状態に取り付ける。なお、固化材料３０ｂは、筒状外柱２０（筒材２１）に形成されている図示しない注入口を通じて袋体３０ａ内に充填される。
こうして脚柱構造体１００が構築される。

このように、本実施形態の脚柱構造体１００は、複数の脚柱ユニット１００ａ，１００ｂを積み重ねることや、複数のＰＣ製の芯材１１と複数の脚柱ユニット１００ｃを積み重ねることで構築することができ、鉄筋コンクリート構造の脚柱を施工するときのような配筋が不要であるので、施工性に優れており、比較的短期間での施工が可能になる。

なお、脚柱構造体１００の施工方法は、上述した第１〜第３の施工方法に限られるものではない。
例えば、第１，第２の施工方法の用いた脚柱ユニット１００ａ，１００ｂにおける鋼管材の芯材１１が、ＰＣ製の芯材１１であってもよい。
また、第３の施工方法の変形例として、鋼管材の芯材１１を積み重ねて形成した鋼管１０ａ内に固化材料１０ｂを充填して芯柱１０を形成した後に、脚柱ユニット１００ｃを積み重ねるようにしてもよい。

次に、この脚柱構造体１００が上部工１を支持してなる橋梁構造２００について説明する。
図９は、橋梁構造２００を示す側面図である。

本実施形態の橋梁構造２００は、図９に示すように、上部工１の延在方向に沿って並設された複数の脚柱構造体１００と、脚柱構造体１００の筒状外柱２０の上部同士を繋いでいる梁部材５０と、を備えている。
具体的に、橋梁構造２００は、上端部が上部工１に接合されて、その上部工１の延在方向に沿って並設されている複数の鉛直向きの芯柱１０と、芯柱１０がそれぞれの軸心に配置されて上部工１とは接合されない複数の筒状外柱２０と、隣接する筒状外柱２０間に取り付けられて筒状外柱２０の上部同士を繋いでいる梁部材５０と、芯柱１０と筒状外柱２０の間に取り付けられた降伏ヒューズ部材３０と、芯柱１０と筒状外柱２０の間に取り付けられた弾性部材４０と、を備えている。

また、この橋梁構造２００は、複数の芯柱１０と上部工１とで構成される第１の構造体２００ａと、複数の筒状外柱２０と梁部材５０とで構成される第２の構造体２００ｂと、を有している。

梁部材５０は、例えばＨ形鋼などの鋼材であり、梁部材５０の両端が筒状外柱２０の上部にボルトなどによって接続されている。
この梁部材５０が筒状外柱２０の上部を繋ぐ構造をとることで、橋梁構造２００における水平方向の剛性が増すので、橋梁構造２００の荷重保持性能が向上する。また、梁部材５０によって橋梁構造２００の水平方向の剛性が増す分、上部工１をスリム化することが可能になる。

そして、この橋梁構造２００における降伏ヒューズ部材３０が芯柱１０と筒状外柱２０とを一体的に繋いでいる状態では、上部工１に接合されている芯柱１０が上部工１を支持することによる軸力（鉛直荷重）を負担し、上部工１に接合されていない筒状外柱２０が降伏ヒューズ部材３０及び弾性部材４０を介して芯柱１０から伝達される水平力（水平荷重）を負担するように構成されている。
具体的には、通常時（地震が起きていない状態）あるいはＬ１地震発生時において、降伏ヒューズ部材３０によって芯柱１０と筒状外柱２０とが繋がれている脚柱構造体１００を備えた橋梁構造２００は、鉄道や車両が走行する上部工１を適切に支持する剛性を有する構造を有しており、上部工１から作用する鉛直方向の力と水平方向の力をそれぞれ芯柱１０と筒状外柱２０とで分担するようにして、上部工１を良好に支持することができる。

また、この橋梁構造２００における降伏ヒューズ部材３０が所定の限度を超える大きさの地震動によって破壊された後は、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ弾性部材４０が弾性変形することによって当該橋梁構造２００の固有周期を長周期化させて入力地震動を低減するように構成されている。
具体的には、Ｌ２地震発生時に降伏ヒューズ部材３０が破壊された脚柱構造体１００を備えた橋梁構造２００は、弾性部材４０が弾性変形することによってその固有周期を長周期化する柔構造に変化することで、芯柱１０および筒状外柱２０の過大変位を防止して、芯柱１０や筒状外柱２０が損傷することを防ぐことができる。
つまり、この橋梁構造２００は、荷重保持性能と地震時耐荷性能を兼ね備えている。

特に、橋梁構造２００は、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂとを有しており、降伏ヒューズ部材３０が地震動によって破壊された後、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂとは互いの挙動を相殺するように、それぞれ異なる振動特性で挙動するようになっている。
具体的には、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、芯柱１０と筒状外柱２０とが別体となってそれぞれが個別に挙動することで、図９に示すように、芯柱１０を含む第１の構造体２００ａと、筒状外柱２０を含む第２の構造体２００ｂとはそれぞれ異なる固有周期で挙動して、互いの挙動を相殺するようになる。

このように、橋梁構造２００の第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂとが互いの挙動を相殺することによって、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂの揺れが収まり易くなっているので、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂの大変形を抑制することができ、橋梁構造２００が損傷することを防ぐことができる。
つまり、降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ弾性部材４０が弾性変形することによる免震機能を有する脚柱構造体１００を備え、それぞれ異なる振動特性で挙動する第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂを有する橋梁構造２００は、優れた地震時耐荷性能を備えた構造物であるといえる。

また、少なくとも一対の脚柱構造体１００を備えた橋梁構造２００であれば、脚柱構造体１００の曲げモーメントの発生を抑えることができる。
例えば、降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂがそれぞれの振動特性で挙動する際、隣接する芯柱１０は上部工１によって曲げモーメントの発生が抑えられ、隣接する筒状外柱２０は梁部材５０によって曲げモーメントの発生が抑えられるので、芯柱１０および筒状外柱２０の過大変位を好適に防いで、芯柱１０や筒状外柱２０の損傷を防ぐことができる。
つまり、橋梁構造２００が単柱式であって１つの脚柱構造体１００で上部工１を支える場合よりも、少なくとも一対（２つ）の脚柱構造体１００、好ましくは３つ以上の脚柱構造体１００を備えた橋梁構造２００の方が、より安定した構造となって優れた地震時耐荷性能を発揮することができる。

なお、本発明の橋梁構造２００は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図１０に示すように、上部工１の下面に摺接する位置に梁部材５０が設けられている橋梁構造２００であってもよい。
このような橋梁構造２００であれば、降伏ヒューズ部材３０が地震動によって破壊された後、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂとがそれぞれ異なる振動特性で挙動した際、梁部材５０と上部工１の境界面に摩擦抵抗が生じる。
つまり、芯柱１０と筒状外柱２０とを繋ぐ降伏ヒューズ部材３０が破壊された後、芯柱１０を含む第１の構造体２００ａと、筒状外柱２０を含む第２の構造体２００ｂとがそれぞれ異なる固有周期で挙動する際、梁部材５０と上部工１とが摺接してその境界面に摩擦抵抗が生じるので、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂの揺れがより一層収まり易くなっている。

このように、梁部材５０と上部工１の境界面に作用する摩擦抵抗によって、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂの揺れが収まり易くなっているので、第１の構造体２００ａと第２の構造体２００ｂの大変形を抑制することができ、橋梁構造２００が損傷することを防ぐことができる。
このような橋梁構造２００も、優れた地震時耐荷性能を有している。

なお、以上の実施の形態においては、脚柱構造体１００を橋梁構造２００の支持柱として用いた場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、脚柱構造体１００を壁式脚柱や杭などにも適用してもよい。

また、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。

１ 上部工
２ フーチング
１０ 芯柱
１０ｕ 上端部
１０ａ 鋼管
１０ｂ 固化材料
１１ 芯材
１１ｉ 第１接続部
１１ｏ 第２接続部
２０ 筒状外柱
２１ 筒材
２１ｉ 第１接続部
２１ｏ 第２接続部
３０ 降伏ヒューズ部材
３０ａ 袋体
３０ｂ 固化材料
３１ 切欠
３２ 第１鋼板
３３ 第２鋼板
３４ ボルト
４０ 弾性部材
４１ 粘性部材
５０ 梁部材
１００ 脚柱構造体
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 脚柱ユニット
２００ 橋梁構造
２００ａ 第１の構造体
２００ｂ 第２の構造体

Claims (10)

1. 上端部が上部工に接合されて、鉛直向きに立設された芯柱と、
   前記芯柱が軸心に配置され、前記上部工とは接合されない筒状外柱と、
   前記芯柱と前記筒状外柱の間に取り付けられた降伏ヒューズ部材と、
   前記芯柱と前記筒状外柱の間に取り付けられた弾性部材と、
   を備えている脚柱構造体であって、
   前記降伏ヒューズ部材が前記芯柱と前記筒状外柱とを一体的に繋いでいる状態では、前記芯柱が前記上部工を支持することによる軸力を負担し、前記筒状外柱が前記降伏ヒューズ部材及び前記弾性部材を介して前記芯柱から伝達される水平力を負担するように構成されており、
   前記降伏ヒューズ部材が所定の限度を超える大きさの地震動によって破壊された後は、前記芯柱と前記筒状外柱とを繋ぐ前記弾性部材によって当該脚柱構造体の固有周期を長周期化させて入力地震動を低減するように構成されていることを特徴とする脚柱構造体。
2. 前記降伏ヒューズ部材は、上下に間隔を空けた複数箇所に取り付けられており、前記複数箇所毎に前記降伏ヒューズ部材が前記芯柱の外周面の周方向に所定間隔で複数配設されていることを特徴とする請求項１に記載の脚柱構造体。
3. 前記弾性部材は、上下に間隔を空けた複数箇所に取り付けられており、前記複数箇所毎に前記弾性部材が前記芯柱の外周面の周方向に所定間隔で複数配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の脚柱構造体。
4. 前記芯柱と前記筒状外柱の間に取り付けられた粘性部材を備え、
   前記粘性部材は、上下に間隔を空けた複数箇所に取り付けられており、前記複数箇所毎に前記粘性部材が前記芯柱の外周面の周方向に所定間隔で複数配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の脚柱構造体。
5. 前記芯柱は円柱形状を有し、前記筒状外柱は円筒形状を有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の脚柱構造体。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の脚柱構造体を構築する脚柱構造体の施工方法であって、
   積み重ねることが可能な接続部を具備する複数の芯材を軸方向に積み重ねて前記芯柱を形成する工程と、
   前記芯柱を軸心に配置させるように、積み重ねることが可能な接続部を具備する複数の筒材を積み重ねて前記筒状外柱を形成する工程と、
   所定の限度を超える大きさの地震動の入力によって破壊される前記降伏ヒューズ部材を、前記芯柱の外面と前記筒状外柱の内面とを繋いだ状態に取り付ける工程と、
   前記芯柱の外面と前記筒状外柱の内面とを繋ぐ前記弾性部材を取り付ける工程と、
   を有することを特徴とする脚柱構造体の施工方法。
7. 請求項１〜５の何れか一項に記載の脚柱構造体を構築する脚柱構造体の施工方法であって、
   芯材を軸心に配置させた筒材と、前記芯材の外面と前記筒材の内面とを繋いだ状態に取り付けられ、所定の限度を超える大きさの地震動の入力によって破壊される降伏ヒューズ部材と、前記芯材の外面と前記筒材の内面とを繋いだ状態に取り付けられた弾性部材と、を備えている脚柱ユニットを積み重ねて、複数の芯材からなる前記芯柱と、複数の筒体からなる前記筒状外柱を形成する工程を有することを特徴とする脚柱構造体の施工方法。
8. 前記降伏ヒューズ部材は、袋体内に固化材料を充填して形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の脚柱構造体の施工方法。
9. 請求項１〜５の何れか一項に記載の脚柱構造体を構築する脚柱構造体の施工方法であって、
   芯材を軸心に配置させた筒材と、前記芯材の外面と前記筒材の内面とを繋いだ状態に取り付けられた弾性部材と、前記芯材と前記筒材の間で膨張可能な袋体と、を備えている脚柱ユニットを積み重ねて、複数の芯材からなる前記芯柱と、複数の筒体からなる前記筒状外柱を形成する工程と、
   前記袋体内に固化材料を充填し、所定の限度を超える大きさの地震動の入力によって破壊される前記降伏ヒューズ部材を前記芯柱の外面と前記筒状外柱の内面とを繋いだ状態に形成する工程と、
   を有することを特徴とする脚柱構造体の施工方法。
10. 前記芯柱は、前記複数の芯材の内部に固化材料を充填して形成されることを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載の脚柱構造体の施工方法。

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