JP2018071150A - 既設柱の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】既設柱の補強層を薄くする。【解決手段】補強構造部５を構成する螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘを橋脚部３の周方向に隣接する主筋５ａ，５ａの隣接間に配置した。これにより、螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘの側面を橋脚部３の側面に近づけることができるので、補強構造部５の層厚を薄くすることができる。このため、橋脚部３の周囲の構造物や建築限界への影響を軽減することができる。また、螺旋フープ筋５ｂを全ての主筋５ａに接触させた状態で主筋５ａの外周に巻き付けることができるので、螺旋フープ筋５ｂによる主筋５ａに対する拘束力を増強することができる。このため、複数の主筋５ａの位置をしっかりと固定できるとともに、橋脚部３の剪断力を向上させることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、既設柱の補強構造に関し、例えば、鉄筋コンクリート製の既設柱の補強層の厚さを薄くする技術に関するものである。

鉄筋コンクリート製の既設柱の高強度化や耐震性強化等の観点から既設柱の補強が実施されている。既設柱を補強するには、既設柱の軸方向に沿って棒状に延びる複数の主筋を既設柱の外周に沿って予め決められた間隔毎に設置し、その複数本の主筋の外周にフープ筋を巻き付けるとともに、その主筋とフープ筋で構成される格子状の補強筋の外側をコンクリート等で被覆することで行っている。

この補強筋を構成するフープ筋の継ぎ目は、例えば、ガス圧接やフレア溶接で溶接する他、重ね継手や機械式継手を用いて接続している。しかし、ガス溶接やフレア溶接は、施工や品質管理が難しい上、火気の使用が制限される屋内等での適用ができない。また、重ね継手を用いる場合は、継手長が柱２周分程度と長くなり、施工性や経済性の面で問題がある。このため、フープ筋の継ぎ目として機械式継手を用いることがある。なお、特許文献１〜４には、鉄筋コンクリート製の既設柱の補強筋として既設柱の外周に螺旋状のフープ筋を巻き付ける補強構造が開示されている。

特開平９−１５８４９４号公報 特開平１０−１４８０３８号公報 特開２０００−６４６３０号公報 特開２０１６−１０８９２２号公報

しかし、フープ筋の継手として機械式継手を用いる場合、継手の厚さが増すことで補強層が厚くなり、既設柱の周囲の構造物や建築限界への影響が懸念される、という問題がある。また、継手が主筋に重なることで、継手が配置されていない部分のフープ筋部分が主筋から離れてしまいフープ筋による主筋に対する拘束力が低下する、という問題もある。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、既設柱の補強層を薄くすることが可能な技術を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、既設柱の補強層において周方向筋による主筋の拘束力を増強することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の既設柱の補強構造は、既設柱の軸方向に沿って棒状に形成され、前記既設柱の外周に沿って並んで配置された複数本の主筋と、前記複数の主筋の外側に該主筋に接した状態で巻かれた周方向筋と、前記周方向筋同士の継ぎ目に設けられた周方向筋用の機械式継手と、前記主筋および前記周方向筋を覆うように前記既設柱の外周に設けられた被覆部材と、を備え、前記周方向筋用の機械式継手は、前記主筋の隣接間に配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、上記請求項１記載の既設柱の補強構造において、前記周方向筋用の機械式継手が前記既設柱の軸方向に隣接する場合は、その隣接する周方向筋用の機械式継手同士を、前記既設柱の周方向にずらして配置することを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の既設柱の補強構造において、前記主筋、前記周方向筋またはその両方が、細径異形ＰＣ鋼棒または高強度鉄筋コンクリート用棒鋼で構成されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、周方向筋用の機械式継手が主筋に重ならないので、既設柱の補強層を薄くすることが可能になる。また、周方向筋を主筋に接触させた状態で巻き付けることができるので、周方向筋による主筋の拘束力を増強することが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、周方向筋の継ぎ目の位置が既設柱の軸方向に沿って直線上に並ばないようにすることができるので、既設柱の補強強度を向上させることが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、既設柱の補強層をさらに薄くすることが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る補強構造が適用された橋脚部を有する橋梁の要部斜視図である。 図１の橋梁の橋脚部を補強する補強構造部の表層の被覆部材を取り除いて補強構造部の補強鉄筋を示した要部斜視図である。 図１の橋脚部の側面の被覆部材を剥がして補強鉄筋を示した橋梁の縦断面図である。 図３のＩ−Ｉ線の断面図である。 発明者が比較のために検討した橋脚部の軸方向に沿う補強構造部の要部断面図である。 図３の橋脚部の軸方向に沿う補強構造部の要部断面図である。 本発明の第２の実施の形態の補強構造部において被覆部材を剥がして補強鉄筋の一部を示した橋脚部の要部側面図である。 本発明の第３の実施の形態の補強構造部において被覆部材を剥がして補強鉄筋の一部を示した橋脚部の要部側面図である。 本発明の第４の実施の形態の補強構造部において被覆部材を剥がして補強鉄筋の一部を示した橋脚部の要部側面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）

図１は本実施の形態に係る補強構造が適用された橋脚部を有する橋梁の要部斜視図、図２は図１の橋梁の橋脚部を補強する補強構造部の表層の被覆部材を取り除いて補強構造部の補強鉄筋を示した要部斜視図である。

橋梁１は、例えば、道路、鉄道または水路等を通す架空構造物であり、地盤上に設置された基礎部２と、基礎部２上に立設された橋脚部（既設柱）３と、橋脚部３により支持された上部構造部４とを有している。

橋梁１の橋脚部３は、例えば、橋脚部３の軸方向に交差（直交）する断面の形状が矩形（四角形）状に形成された四角柱状の鉄筋コンクリートからなり、その外周には、橋脚部３を補強する補強構造部５が橋脚部３の外周四側面のほぼ全域を覆うように設けられている。なお、橋脚部３の軸方向に交差（直交）する断面の形状としては、例えば、長方形、正方形、台形、菱形、円形または楕円形等のように種々のものがある。

補強構造部５は、橋脚部３の軸方向に沿って立設された複数本の主筋５ａ（図２参照）と、この複数本の主筋５ａの外周に巻かれた螺旋フープ筋（周方向筋）５ｂ（図２参照）と、これらの補強鉄筋部を被覆した状態で橋脚部３の外周に設けられたモルタル部（被覆部材）５ｃ（図１参照）とを備えている。なお、図１においては図面を見易くするためモルタル部５ｃにハッチングを付した。

次に、補強構造部５の構成について図３および図４を参照して説明する。図３は図１の橋脚部の側面の被覆部材を剥がして補強鉄筋を示した橋梁の縦断面図、図４は図３のＩ−Ｉ線の断面図である。なお、図３および図４においては図面を見易くするためモルタル部５ｃのハッチングを省略している。

補強構造部５を構成する主筋５ａは、例えば棒状の高張力鉄筋（ＳＢＰＤ１２７５／１４２０：細径異形ＰＣ鋼棒（ＪＩＳ３１３７：２００８）等）からなり、橋脚部３の軸方向に沿って立設された状態で、橋脚部３の外周に沿って複数本並んで設置されている。このように橋脚部３の外周に複数本の主筋５ａを設けることにより、橋脚部３の曲げ耐力等を向上させることができるので、補強構造部５の適用範囲を拡大することができる。

また、主筋５ａを高張力鉄筋により形成することにより、主筋５ａの断面積を小さくすることができるので、補強構造部５の厚さを薄くすることができ、補強構造部５を含む橋脚部３の軸方向に交差（直交）する断面の面積を小さくすることができる。このため、建築限界を広げることができるので、補強構造部５の適用範囲を拡大することができる。

主筋５ａの下端部は、基礎部２の上部に垂直に穿孔されたアンカー孔２ａに挿入されアンカー定着されている。これにより、複数本の主筋５ａを固定させることができるので、複数本の主筋５ａの機械的強度を向上させることができる。この主筋５ａの下端部には、カプラ５ｆ１のような機械式継手がネジ止めされている。これにより、主筋５ａの下端部の径を相対的に拡大することができるので、主筋５ａの下端部の固定効果を向上させることができる。なお、アンカー孔２ａの内壁面には、アンカー孔２ａの周方向に沿って延びる溝が形成されている。

また、主筋５ａの上端部は、上部構造部４の下部に垂直に穿孔された固定孔４ａに挿入されて固定されている。この主筋５ａの上端部には、主筋５ａの下端部と同様に、カプラ５ｆ２のような機械式継手がネジ止めされている。これにより、主筋５ａの下端部と同様に、主筋５ａの上端部の固定効果も向上させることができる。なお、固定孔４ａの内壁面には、固定孔４ａの周方向に沿って延びる溝が形成されている。

また、各主筋５ａは、少なくとも２本の鉄筋をカプラ５ｙで接続することにより構成されている。これにより、現地条件の違いや熟練度の差に起因する製品強度のバラツキを低減または無くすことができる。また、各主筋５ａの設置時に、主筋５ａの構成用の鉄筋をアンカー孔２ａや固定孔４ａに挿入してからカプラ５ｙで繋ぐことにより、各主筋５ａをアンカー孔２ａおよび固定孔４ａに容易に挿入することができる。

この主筋５ａ用のカプラ５ｙとしては、例えば、ねじ節鉄筋継手等のような機械式継手が使用されている。ねじ節鉄筋継手には、例えば、ロックナットでカプラ５ｙを締め付けるトルク方式、無機グラウトまたは有機グラウトを充填するグラウト方式またはこれらを併用した併用方式がある。ただし、カプラ５ｙは、ねじ節鉄筋継手に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、端部ねじ加工継手、鋼管圧着継手、充填式継手または異なる種類の継手を組み合わせた併用継手を用いても良い。

この主筋５ａ用のカプラ５ｙは、橋脚部３の軸方向に隣接する螺旋フープ筋５ｂ，５ｂの隣接間に配置されている。これにより、後述の螺旋フープ筋５ｂの機械式継手の配置による作用効果と同様の理由により、補強構造部５の層厚を薄くすることができる。このため、橋脚部３の周囲の構造物や建築限界への影響を軽減することができる。すなわち、建築限界を広げることができるので、補強構造部５の適用範囲を拡大することができる。

また、橋脚部３の周方向に隣接するカプラ５ｙ，５ｙの高さ位置が、主筋５ａの軸方向にずれている。すなわち、各主筋５ａの継ぎ目の位置が橋脚部３の軸方向にずれている。これにより、橋脚部３の周方向に隣接するカプラ５ｙ，５ｙの高さ位置が一致している場合に比べて、主筋５ａの強度を向上させることができるので、橋脚部３の全体的な曲げ強度を向上させることができる。

補強構造部５を構成する螺旋フープ筋５ｂは、例えば棒状の高張力鉄筋（ＳＢＰＤ１２７５／１４２０：細径異形ＰＣ鋼棒（ＪＩＳ３１３７：２００８）等）からなり、複数本の主筋５ａの外周を取り囲むように橋脚部３の外周に沿って螺旋状に巻かれた状態で設置されている。このような螺旋フープ筋５ｂを設けたことにより、橋脚部３の剪断耐力等を向上させることができる。

また、螺旋フープ筋５ｂを高張力鉄筋で形成することにより、曲げ戻しが可能となり現地での巻き付けが可能となる上、螺旋フープ筋５ｂの断面積を小さくすることができるので、補強構造部５の厚さを薄くすることができ、補強構造部５を含む橋脚部３の軸方向に交差（直交）する断面の面積を小さくすることができる。このため、建築限界を広げることができるので、補強構造部５の適用範囲を拡大することができる。

この螺旋フープ筋５ｂは、橋脚部３の軸方向の隣接間隔を予め決められた間隔に調整した状態で結束線（図示せず）により主筋５ａに結び付けられている。螺旋フープ筋５ｂの継手は、主筋５ａ用のカプラ５ｙと同様のカプラ５ｘ等のような機械式継手が使用されている。螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘとしては、例えば、ねじ節鉄筋継手が使用されている。ねじ節鉄筋継手には、例えば、ロックナットでカプラ５ｘを締め付けるトルク方式、無機グラウトまたは有機グラウトを充填するグラウト方式またはこれらを併用した併用方式がある。ただし、螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘも、ねじ節鉄筋継手に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、端部ねじ加工継手、鋼管圧着継手、充填式継手または異なる種類の継手を組み合わせた併用継手を用いても良い。

この螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘは、橋脚部３の周方向に隣接する主筋５ａ，５ａの隣接間に配置されている。この構成による作用効果については後ほど説明する。また、螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘは、橋脚部３の角部を避けて配置されている。これにより、橋脚部３の軸方向に交差（直交）する断面の面積を小さくすることができるので、建築限界を広げることができ、補強構造部５の適用範囲を拡大することができる。

なお、ここでは、螺旋フープ筋５ｂ用の複数のカプラ５ｘが、各々の間に複数本の螺旋フープ筋５ｂを介在させた状態で、橋脚部３の軸方向に沿って同一直線上に並んで配置されている場合が例示されている。

補強構造部５を構成するモルタル部５ｃは、複数本の主筋５ａおよび螺旋フープ筋５ｂで構成される格子状の補強鉄筋を覆い保護する部材である。モルタルを用いた場合、充填性が良く、既設の鉄筋コンクリート（橋脚部３）との接着性に優れている。また、コンクリートを用いた場合に比べて補強構造部５の厚さを薄くすることができるので、補強構造部５を含む橋脚部３の軸方向に交差（直交）する断面の面積を小さくすることができる。このため、建築限界を広げることができるので、補強構造部５の適用範囲を拡大することができる。また、補強構造部５の重量を低減することができるので、基礎部２への負担を低減することができる。

次に、橋脚部３の周方向に隣接する主筋５ａ，５ａの隣接間に螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘを配置したことによる作用効果について図５および図６を参照して説明する。図５は発明者が比較のために検討した橋脚部の軸方向に沿う補強構造部の要部断面図、図６は図３の橋脚部の軸方向に沿う補強構造部の要部断面図である。なお、図５および図６においては図面を見易くするためモルタル部５ｃを省略している。

図５に示す補強構造部５０の場合は、螺旋フープ筋５０ｂ用のカプラ５０ｘが主筋５０ａに重なって配置されている。このため、カプラ５０ｘの厚さが増すことで補強構造部５０の層厚が厚くなり、橋脚部３の周囲の構造物や建築限界への影響が懸念される。また、螺旋フープ筋５０ｂ用のカプラ５０ｘが主筋５０ａに重なることで、カプラ５０ｘが配置されていない部分の螺旋フープ筋５０ｂ部分がカプラ５０ｘの肉厚分だけ主筋５０ａから離れてしまう結果、螺旋フープ筋５０ｂによる主筋５０ａに対する拘束力が低下してしまう。

これに対して、図６に示すように、本実施の形態においては、螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘを、橋脚部３の周方向に隣接する主筋５ａ，５ａの隣接間に配置したことにより、螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘが主筋５ａに重ならない。また、上記したように主筋５ａ用のカプラ５ｙも螺旋フープ筋５ｂに重ならない。このため、カプラ５ｙ，５ｘをそれぞれ螺旋フープ筋５ｂおよび主筋５ａに重ねて配置する場合に比べて、カプラ５ｙ，５ｘの側面を橋脚部３の側面に近づけることができるので、補強構造部５の層厚を薄くすることができる。したがって、橋脚部３の周囲の構造物や建築限界への影響を軽減することができる。すなわち、建築限界を広げることができるので、補強構造部５の適用範囲を拡大することができる。

また、本実施の形態においては、螺旋フープ筋５ｂを全ての主筋５ａに接触させた状態で主筋５ａの外周に巻き付けることができるので、螺旋フープ筋５ｂによる主筋５ａに対する拘束力を増強することができる。したがって、複数の主筋５ａの位置をしっかりと固定することができるとともに、橋脚部３の剪断力を向上させることができる。

（第２の実施の形態）

図７は第２の実施の形態の補強構造部において被覆部材を剥がして補強鉄筋の一部を示した橋脚部の要部側面図である。なお、図７においては図面を見易くするためモルタル部５ｃを省略している。

本実施の形態においては、螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘが橋脚部３の外周１周毎に配置されている。これにより、橋脚部３の外周１周毎に螺旋フープ筋５ｂを設置することができるので、螺旋フープ筋５ｂの搬送および設置を容易にすることができる。

また、本実施の形態においては、橋脚部３の軸方向に隣接するカプラ５ｘ同士が橋脚部３の周方向にずれており、複数のカプラ５ｘが橋脚部３の軸方向に沿って千鳥状に配置されている。これにより、橋脚部３の軸方向に隣接する複数のカプラ５ｘ（接続部）が直線上に並ばないようにすることができるので、螺旋フープ筋５ｂの機械的強度を向上させることができる。したがって、橋脚部３の機械的強度を向上させることができる。これ以外は、前記第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。

（第３の実施の形態）

図８は第３の実施の形態の補強構造部において被覆部材を剥がして補強鉄筋の一部を示した橋脚部の要部側面図である。なお、図８においては図面を見易くするためモルタル部５ｃを省略している。

本実施の形態においても、螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘが橋脚部３の外周１周毎に配置されている。ただし、本実施の形態においては、例えば、橋脚部３の軸方向に配置される３個のカプラ５ｘが橋脚部３の外周方向に沿って同じ方向にずれているとともに、橋脚部３の軸方向に配置されるカプラ５ｘの間に２本分の螺旋フープ筋５ｂが介在されている。これ以外は、前記第２の実施の形態と同じなので説明を省略する。

（第４の実施の形態）

図９は第４の実施の形態の補強構造部において被覆部材を剥がして補強鉄筋の一部を示した橋脚部の要部側面図である。なお、図９においては図面を見易くするためモルタル部５ｃを省略している。

本実施の形態においては、前記第１の実施の形態と同様に、橋脚部３の軸方向に配置される螺旋フープ筋５ｂ用のカプラ５ｘの間に複数本の螺旋フープ筋５ｂが介在されている。ただし、本実施の形態においては、螺旋フープ筋５ｂ用の複数のカプラ５ｘが橋脚部３の軸方向に沿って順に橋脚部３の周方向にずれており、橋脚部３の軸方向に沿って千鳥状に配置されている。これにより、複数のカプラ５ｘが橋脚部３の軸方向に沿って直線上に並ばないようにすることができるので、前記第１の実施の形態の場合よりも螺旋フープ筋５ｂの機械的強度を向上させることができる。したがって、橋脚部３の機械的強度をさらに向上させることができる。これ以外は、前記第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

上記した実施の形態においては本発明を橋梁の橋脚部の補強構造に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ビルの柱部の補強構造等、他の既設柱の補強構造に適用することができる。

１ 橋梁
２ 基礎部
２ａ アンカー孔
３ 橋脚部
４ 上部構造部
４ａ 固定孔
５ 補強構造部
５ａ 主筋
５ｂ 螺旋フープ筋
５ｃ モルタル部
５ｆ１，５ｆ２ カプラ
５ｘ カプラ
５ｙ カプラ

Claims (3)

1. 既設柱の軸方向に沿って棒状に形成され、前記既設柱の外周に沿って並んで配置された複数本の主筋と、
   前記複数の主筋の外側に該主筋に接した状態で巻かれた周方向筋と、
   前記周方向筋同士の継ぎ目に設けられた周方向筋用の機械式継手と、
   前記主筋および前記周方向筋を覆うように前記既設柱の外周に設けられた被覆部材と、
   を備え、
   前記周方向筋用の機械式継手は、前記主筋の隣接間に配置されていることを特徴とする既設柱の補強構造。
2. 前記周方向筋用の機械式継手が前記既設柱の軸方向に隣接する場合は、その隣接する周方向筋用の機械式継手同士を、前記既設柱の周方向にずらして配置することを特徴とする請求項１記載の既設柱の補強構造。
3. 前記主筋、前記周方向筋またはその両方が、細径異形ＰＣ鋼棒または高強度鉄筋コンクリート用棒鋼で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の既設柱の補強構造。

Images