JP2019090216A - 二重せん断補強筋が配置されたｐｃ橋脚を用いた高架橋 - Google Patents

Abstract

【課題】巨大地震時に、鉛直方向（橋脚部材の軸方向）に巨大な衝撃力が作用しても、内部のコンクリートが膨出圧壊されないようにすると共に、主筋も座屈しないようにし、橋脚が破損しない高架橋の提供。【解決手段】コンクリ—ト製の基礎と、橋脚３と、橋桁４及び床版５とで形成される高架橋であって、橋脚が柱状に形成され、基礎から橋脚の全高（Ｈ）に亘って配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによりプレストレスが付与されたＰＣ橋脚であり、ＰＣ橋脚の頭部と基部の所定高さ範囲内に外周フープ筋と、中フープ筋とで構成されてなる二重せん断補強筋２１が配置され、中フープ筋をスパイラル筋とするものであり、プレストレスを付与したＰＣ橋脚の頭部と基部に二重せん断補強筋を配置して形成されることにより、中フープとするスパイラル筋で囲まれたコンクリートが心柱になり、その外周面にさらに外周フープ筋で囲まれたコンクリートに強固に拘束される。【選択図】図９

Description

本発明は、鉄道、道路などの高架橋において、二重せん断補強筋が配置されたＰＣ橋脚を用いた高架橋に関するものである。

一般にこの種の高架橋については、図１と図２に示したように公知になっている。その公知の高架橋については、コンクリ―ト製の基礎（図示せず）、橋脚３１、橋桁３２（橋軸桁と橋横桁）、床版３３、橋面舗装（図示略）及び防音壁３４等で形成される高架橋３５では、鉄道用（軌道図示略）また高速道路用として数多く建設されている。このような柱状に形成された橋脚３１では、大地震時に橋脚３１の頭部または基部が大きな損傷を受けたとの報告が多数あり、例えば、図３に示した写真は、東日本大震災で(北上駅―新花巻駅間)の鉄道高架橋の橋脚頭部の破壊状況を撮影した写真である。

その原因として巨大地震時に、地震の水平動と上下動が同時に橋脚３１に作用するため、橋脚頭部に巨大なせん断力、曲げモーメントが発生すると共に、鉛直方向（橋脚部材の軸方向）に巨大な衝撃力が作用する。一方、従来の橋脚３１にはせん断補強筋として配置されていたフープ筋がかぶりの厚さを除いた断面の外周部に配置され、橋脚部材の軸方向に巨大な衝撃力を受けて内部のコンクリートが外方へ膨出するのに対して、フープ筋の外周側は薄いかぶりでしか覆われていないから拘束力が不足しているため、内部のコンクリートが膨出圧壊されて主筋が座屈し、橋脚頭部が提灯状となりコンクリート膨出破壊に至った。この問題に対して、単なるフープ筋のピッチを密にしてせん断補強筋の量を増やしても、鉄筋の間隔を確保するために対応するには限度がある。

橋脚や柱のせん断補強に関して、従来技術として複数提案されている。その補強方法として、鋼板接着工法（鋼板を柱または柱状構造物の周囲に巻き付ける補強工法）がよく知られている。また、柱または柱状構造物の周囲に炭素繊維シートを巻き付けて補強する方法も公知になっている。

その公知例としては、鉄筋コンクリート製柱状構造物の上下端部から２Ｄ（Ｄは柱断面高さを示す）以下のじん性補強区間に、炭酸繊維を一方向に配向した炭素繊維シート帯または組紐状炭素繊維含有補強材料からなる補強材料を前記柱状建造物の端部より巻き付け間隔（Ｐ）が、５ｃｍ以上であり、Ｐ/Ｄが１／３以下かつ前記柱状構造物中の帯筋の間隔未満となるように所定の間隔を空けて巻き付け補強することを特徴とする鉄筋コンクリート製柱状構造物のじん性補強方法である（特許文献１）。

上記公知のじん性補強方法によれば、炭素繊維を所定間隔をあけて巻き付け、コンクリート構造物にかかる応力を構造物全体に分散させることにより、少ない強化繊維量で所定の変形性能まで補強部材が持ち堪えることができ、かつ従来の炭素繊維シートによる全区間補強に見られた終局時の鉄筋はらみ出しや、補強量が少ない場合の強化繊維の破断も生じることがなくなるため、コンクリート構造物のじん性能を大きく向上させることができる、というものである。

特許第５２９１８６７号特許公報

しかしながら、前述の鋼板接着工法では、特許文献１に記載の通り、鋼板は重量が大きいために、施工性に劣り、また、錆の発生等、長期耐久性に問題がある。
また、前記特許文献１に示された鉄筋コンクリート製柱状構造物のじん性補強方法は、炭素繊維シート帯を柱に巻き付ける際に、柱の角部を面取り処理を施してＲ形状にしたり、巻き付けた後で仕上げ用のモルタルを塗ったり、塗料などを吹き付けたりすると共に、炭素繊維シート帯をプライマー処理して接着剤で張り付けることが、実施例で説明されており、施工作業が煩雑であって作業性が悪くコストがかかるという問題点を有する。

本発明は、巨大地震時に、鉛直方向（橋脚部材の軸方向）に巨大な衝撃力が作用しても、橋脚頭部または基部において内部のコンクリートが膨出圧壊されないようにすると共に、主筋も座屈しないようにし、橋脚が破損しない高架橋を提供することを目的とする。

前述の従来例の課題を解決する具体的手段として、本発明は、コンクリ―ト製の基礎と、橋脚と、橋桁及び床版とで形成される高架橋であって、前記橋脚が柱状に形成され、基礎から該橋脚の全高（Ｈ）に亘って配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによりプレストレスが付与されたＰＣ橋脚であり、該ＰＣ橋脚の頭部と基部の所定高さ範囲内に外周フープ筋と、中フープ筋とで構成されてなる二重せん断補強筋が配置され、該中フープ筋をスパイラル筋とすることを特徴とする高架橋。

前記発明において、前記外周フープ筋は、スパイラル筋とすること；前記中フープ筋で囲まれるコンクリート断面積がＰＣ橋脚の全断面積の１／３〜１／２とすること；前記ＰＣ橋脚の頭部と基部において、二重せん断補強筋の配置範囲は、ＰＣ橋脚の全高（Ｈ）の１／３の高さ区間とすること；前記ＰＣ鋼材の一部が中フープ筋内に配置されること；および、前記ＰＣ橋脚は、プレキャスト製とし、前記ＰＣ鋼材を緊張定着することによって基礎と圧着接合されると共に、該ＰＣ橋脚と基礎との間に曲面で形成される弾性ヒンジ機構が設けられること、を付加的要件として含むものである。

１．従来のＲＣ造橋脚に比べ、コンクリート製橋脚にプレストレスを付与してＰＣ橋脚を形成し、さらにその頭部と基部に二重せん断補強筋を配置することにより、中フープ筋とするスパイラル筋で囲まれたコンクリートが円柱筒状の心柱になり、その外周面にさらに外周フープ筋で囲まれたコンクリートに強固に拘束されているため、部材のせん断耐力と曲げ耐力と共に、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が大幅に向上され、コンクリートの膨出破壊や主筋の座屈破壊を防ぐことができる。また、中フープ筋とするスパイラル筋と外周フープ筋とで形成された二重せん断補強筋が配置されることにより、コンファインド効果が非常に大きくなり、囲まれたコンクリートの耐力とともに靭性が大幅に向上される。さらに、ＰＣ橋脚に導入されたプレストレス力の復元力特性（原点指向型特性）によって、大地震による強い揺れを抑制し、地震による部材変形がＲＣ造よりも格段に小さくなる。また、地震後、プレストレスが構造物を元の状態に戻そうとする復元力となって残留変形を無くす制震効果が発揮される。ようするに、ＰＣ橋脚に二重せん断補強筋を配置することによって、心柱内蔵型のＰＣ柱状構造物に形成され、超耐震性能とＰＣ制震性能との両方を備えた優れた構造物となる。
２．外周フープ筋をスパイラル筋とすることによって、コンファインド効果がさらに大きくなり、ＰＣ橋脚の全断面コンクリートの耐力とともに靭性が大幅に向上される。
３．中フープ筋で囲まれるコンクリート断面積がＰＣ橋脚の全断面積の１／３〜１／２以上とすることによって、円柱状の心柱に一定以上の有効断面積が保有され、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が確保されてコンクリート圧壊によるＰＣ橋脚の破損を防止することができる。
４．ＰＣ橋脚の頭部と基部において、二重せん断補強筋の配置範囲は、ＰＣ橋脚の全高（Ｈ）の約１／３程度の高さ区間とすることによって、曲げモーメントが大きく作用する区間での部材損傷を防止することができる。
５．ＰＣ鋼材を中フープ筋内に配置することによって、心柱にＰＣ制震効果を加えて心柱の制振効果をさらに発揮させることができる。また、ＰＣ鋼材が断面の核近くに配置されることによって、地震時に曲げモーメントによる張力が殆ど増加せず、ＰＣ鋼材が降伏することなく弾性範囲に保ち、優れたＰＣの復元力による制震効果が更に向上される。
６．ＰＣ橋脚をプレキャスト製とし、基礎と圧着接合すると共に、ＰＣ橋脚と基礎との間に曲面で形成される弾性ヒンジ機構を設けることによって、中小地震時にＰＣ圧着接合によってＰＣ橋脚と基礎とを回転せず剛接合になり、巨大地震時に、ＰＣ橋脚と基礎との間に弾性ヒンジ機構によって弾性ヒンジが形成され相対回転が可能となり、接合部周囲の目地モルタルが軽微な損傷を受けながら、ＰＣ橋脚本体に損傷させないことができる。地震後、ＰＣ鋼材の弾性復元力によって接合部が元の状態に戻る。接合部周囲の目地モルタルを修復することが簡単にできるから、速やかに接合部を復旧して構造物を使用再開することができる。
なお、本願における弾性ヒンジとは、ＰＣの弾性復元力が働くため、地震時に部材間に相対回転をして、地震後部材が元の状態に復元できることをいう。したがって、部材間に設置される球体部材で相対回転できるように形成された曲面接合を弾性ヒンジ機構と称しているのである。

従来技術に係る１例の高架橋の一部を示す斜視図である。 同従来技術に係る他の例の高架橋の一部を示す斜視図である。 東日本大震災で(北上駅―新花巻駅間)の鉄道高架橋の橋脚頭部の破壊状況を撮影した写真である。 本発明に係る第１の実施の形態における実施例１の高架橋の要部のみを略示的に示した縦断面図である。 図（ａ）は図１のＡ―Ａ線に沿う拡大断面図であり、図（ｂ）はＢ―Ｂ線に沿う拡大断面図である。 図（ａ）において、面積比を説明するためのさらに拡大して示した断面図である。 同実施の形態における実施例２の高架橋の要部のみを略示的に示した縦断面図である。 同実施例２のＣ―Ｃ線に沿う拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態における実施例１の高架橋の要部のみを略示的に示した縦断面図である。 同実施の形態における実施例２の高架橋の要部の配筋を省略して略示的に示した縦断面図である。 同図１０の円形で囲ったＤ部の拡大断面図である。

本発明を図示の実施の形態に係る複数の実施例について説明する。まず、第１の実施の形態に係る実施例１について図４〜図６を用いて説明する。
この第１の実施の形態については、現場打ちコンクリートによって構成される鉄道高架橋３５に関するものであり、実施例１として図４に左側半分を示したように、基礎杭１の頭部にフーチング２を形成し、該フーチング２の上に柱状に形成された橋脚３が立設され、該橋脚３の頭部にハンチ付き橋横桁と橋軸桁で形成された橋桁４と床版５とが構築され、該床版５の両サイドに防音板６が取り付けられて鉄道高架橋３５（軌道図示略）が形成される。なお、左右フーチング２の間には基礎梁７が設けられ、基礎杭１とフーチング２と基礎梁７とで基礎ということができる。

フーチング２（基礎）に定着具８を用いて定着させた複数のＰＣ鋼材９を橋脚３の断面を貫通して橋横桁４の頂部まで配置し、その頂部に定着具１０を配設し、ＰＣ鋼材９を緊張定着することによって橋脚３にプレストレスを付与してＰＣ橋桁を形成した。ＰＣ橋脚３の頭部側と基部側に外周フープ筋１１と中フープ筋１２とで構成した二重せん断補強筋を配置し、かつ中フープ筋１２をスパイラル筋とする。基礎（フーチング２）の上端から橋桁４の下端までの高さを橋脚３の全高（Ｈ）とすると、二重せん断補強筋の配置範囲は、橋脚（または柱状の構造物）の高さ（Ｈ）の約１／３程度の高さ区間とすることが最も好ましいが、配置範囲を適宜に調整しても良く、例えば、橋脚全高さとしても良い。また、フーチング２と橋横桁４にも延長して配置することができるが、必ずしもそのようにするとは限らない。なお、本発明は、柱状のＰＣ橋脚３の二重せん断補強構造に関するものであるため、基礎や橋桁等について配筋、配線等の図示は省略する。

前記橋脚３は、図５（ａ）で示したように、断面を正方形とし、外周フープ筋１１をかぶり１３の内側に配置し、複数の主筋１４を外周フープ筋１１で囲まれるように配置する。その内側に複数のＰＣ鋼材９と共に、中フープ筋１２とするスパイラル筋を配置し、さらに、複数の中主筋１４ａを中フープ筋１２で囲まれるように配置することとする。このように形成することによって、中フープ筋１２とするスパイラル筋と、囲まれたコンクリートと中主筋１４ａとＰＣ鋼材９とが一体的に形成された円柱状の心柱となり、その外周面にさらに外周フープ筋１１と、囲まれたコンクリートと主筋１４及びＰＣ鋼材９とで形成される外周柱で強固に拘束され、心柱内蔵型のＰＣ橋脚３となり、部材のせん断耐力と曲げ耐力と共に、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が大幅に向上され、コンクリートの膨出破壊や主筋の座屈破壊を防ぐことができる。また、二重せん断補強筋の配置範囲を橋脚全高とした場合は、貫通した心柱が内蔵されるＰＣ橋脚３となり、さらに強固な耐震構造となる。また、フーチング２と橋横桁４にも延長して配置することにより前述したようにさらに、中フープ筋１２の中にもＰＣ鋼材９を配置することが好ましい。こうすることによって、心柱にもＰＣ制震性能が付与されＰＣ橋脚３全体がＰＣ復元力による制震性能が大幅に向上される。なお、外周フープ筋１１について、実施例ではフック１１ａ付で形成されるものとしているが、溶接閉鎖型としてもよい。また、橋脚３の断面は、円形や長方形としてもよい。
図５（ｂ）に示すように、橋脚の基部と頭部以外の中間部において、曲げモーメント応力と地震上下動による衝撃力が小さい区間であるため、断面配筋としては、従来通りに通常のフープ筋（図示ではフック１１ａ付き外周フープ筋１１）と主筋１４のみを配置してよいとする。

上記の中フープ筋１２で囲まれる範囲について、図６に示したように、橋脚３の部材のコンクリート断面積の範囲について示すものである。
Ｗは、ＰＣ橋脚３（橋脚部材）のコンクリート全断面積であり、図示範囲のＷ１は、中フープ筋１２で囲まれるコンクリート断面積とし、Ｗ２は、ＷからＷ１を引いて残りのコンクリート断面積（Ｗ２＝Ｗ―Ｗ１）とする。
中フープ筋１２で囲まれるコンクリート断面積Ｗ１をＰＣ橋脚３の全断面積Ｗの１／３以上とし、概ね１／２以下とすることによって、心柱に一定以上の有効断面積が保有され、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が確保されてコンクリートの膨出破壊や主筋の座屈破壊はしないのであるから、最も好ましい。

さらに、使用されるＰＣ鋼材９はＰＣ鋼棒とし、予め橋脚３、基礎２（フーチング）及び橋桁４に配置されたシース１５に挿入し、端部に定着具８，１０を取り付けて緊張定着して橋脚３にプレストレスを付与する。その後、シース１５とＰＣ鋼材９との隙間にグラウトを充填して一体化することが好ましい。

次に、前記第１の実施の形態に係る実施例２を、図７、８に基づいて説明する。
この実施例は、図７に右側半分を示したように、基礎杭１の頭部にフーチング２を形成し、該フーチング２の上に柱状に形成された橋脚３が立設され、該橋脚３の頭部にハンチ付き橋横桁と橋軸桁で形成された橋桁４と床版５とが構築され、該床版５の両サイドに防音板６が取り付けられて鉄道高架橋３５（軌道図示略）が形成される。なお、左右のフーチング２間には基礎梁７が取り付けられ、基礎杭１とフーチング２と基礎梁７とで基礎ということができる点で、前記実施例１と全く同一の鉄道高架橋３５に関するものである。

そして、前記実施例１と異なる点は、図７のＣ−Ｃ線に沿う拡大図として図８に示すように、ＰＣ橋脚３における頭部側と基部側にスパイラル筋とした外周フープ筋１６が設けられることであり、それ以外は、全て前記実施例１の配筋構造と同じである。したがって、同一部分には同一符号を付して、詳細な説明は重複するので省略する。なお、図７のＢ−Ｂ線に沿う拡大図は、図５の（ｂ）に示すものと同じである。

このように外周フープ筋１６をスパイラル筋とすることにより、頭部側と基部側に設けられた中フープ筋１２と二重スパイラル筋が形成され、コンファインド効果がさらに大きくなり、これらのスパイラル筋で囲まれたコンクリートが主筋１４、中主筋１４ａ及びＰＣ鋼材９とを強固に拘束した心柱内蔵型のＰＣ橋脚３となり、部材のせん断耐力と曲げ耐力と共に、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が大幅に向上し、コンクリートの膨出破壊や主筋の座屈破壊を防ぐことができる。

さらに、第２の実施の形態において、橋脚をプレキャスト製とした場合の橋脚と基礎との接合構造について、複数の実施例について説明する。まず、実施例１として図９を用いて説明する。
橋脚をプレキャスト製とする場合は、前記第１の実施の形態における実施例１、２で説明した通り、橋脚の頭部と基部に二重せん断補強筋の配筋構造をそれぞれ有すると共にＰＣ鋼材を挿通するシースを配設した橋脚３を工場で予め製造しておき、それを施工現場に搬送して鉄道高架橋３５を構築するのである。なお、前記実施例の代表として実施例１の橋脚３を用いた構築例について説明する。
図９に示したように、構築現場において、基礎杭１の頭部にフーチング２を形成する際に、橋脚３が取り付けられる位置に、予めＰＣ鋼材が連結される位置に、定着具１７を介して複数のＰＣ鋼材１８の下端部を埋め込み、上端部側の連結部材１９を突出させて取り付けると共に、僅かな凹み（目地）２０を設けて形成する。なお、ＰＣ鋼材１８の周囲には橋脚３の基部と同じように中フープ筋と外周フープ筋とで形成された二重せん断補強筋２１を配設することが望ましい。

構築現場に持ち込まれた橋脚３は、フーチング２の上に立設される際に、両者間に目地を設けて施工誤差を吸収する。つまり、橋脚３をフーチング２に仮設した後に、凹み（目地）２０に目地材２１として無収縮目地モルタルを充填して隙間を無くす。そして、連結部材１９を介してＰＣ鋼材９をＰＣ鋼材１８と連結し、該ＰＣ鋼材９の上端部は、橋脚３の上端において定着具１０により緊張定着するのである。要するに、橋脚３をプレキャスト製とする場合は、接合の一例として、橋脚３とフーチング２（基礎）とをＰＣ圧着接合工法で接合して一体化することになる。この接合構造の実施例は、施工が簡単でよく利用できるというメッリトがある。また、凹み（目地）２０を設けて形成することによって水平力に対して滑り防止になり望ましいが、ＰＣ圧着力が充分大きい若しくは水平力が小さい場合は、設けなくてもよい。そして、橋脚３と橋桁４との間に衝撃緩衝材で形成された支承部材２３を設ける。なお、前記実施例２の外周フープ筋１６をスパイラル筋とした橋脚３においてもプレキャスト製であれば、上記と同様に構築されるのである。

さらに、接合構造に関する実施例２として、図１０、図１１を用いて説明する。
図１０は、配筋を省略した右側半分を示し、主に橋脚３とフーチング２との接合構造を弾性ヒンジとするものを示すものである。他の点については図７と同じであるために説明を省略する。図１１は、図１０の円形で囲ったＤ部の拡大断面図である。
橋脚３とフーチング２（基礎）との接合構造としての他の例は、フーチング２（基礎）の上面に設けた凹み（目地）２０を設けると共に、フーチング２（基礎）の上面に円弧状部材２４を設置し、円弧面を上向きで凹み（目地）２０の低面より突出するようにアンカー材２５で固定し、橋脚３の下端に受けプレート２６を設置して当接させ、このように両部材間において相対回転できるように曲面接合を形成させるものとする。円弧状部材は鋼製とし、鉄筋やボルト等とするアンカー材２５で定着するように固定するものとする。また、受けプレート２６には複数のスダットボルト２７を設けこととする。そして、橋脚３を仮設した後に、目地材２２を凹み（目地）２０の内側側面と橋脚３との隙間に充填し、前記実施例１で説明したように、フーチング２（基礎）に予め取り付けたＰＣ鋼材１８と連結部材１９を介して連結したＰＣ鋼材９の上端部を橋脚３の上端において定着具１０により緊張定着することで、ＰＣ圧着接合して弾性ヒンジ機能を有するＰＣ圧着接合構造とする。このような接合構造は、中小地震時にＰＣ圧着接合によってＰＣ橋脚３と基礎２とを回転せずに剛接合をさせ、巨大地震時に、ＰＣ橋脚３と基礎２との間に相対的に弾性回転ができるように弾性ヒンジを形成させるようにＰＣ鋼材量とプレストレス力を調整して形成させる。
また、この接合構造を形成する場合には、巨大地震時にＰＣ橋脚３と基礎２との間に弾性回転を許容するが、水平ずれは許容しないため、凹み（目地）２０をせん断コッターとして所定の深さまで形成する必要であり、この深さは柱幅の１/２の程度とすることが望ましい。
なお、上記と逆にして、円形状部材２４を橋脚の下端に、受けプレート２６をフーチング２（基礎）の上面に設置してもよい。ようするに、橋脚と基礎との間で相対回転できるようにすればよい。

本発明に係る高架橋３５は、コンクリ―ト製の基礎と、橋脚と、橋桁及び床版とで形成される高架橋であって、前記橋脚が柱状に形成され、基礎から該橋脚の全高（Ｈ）に亘って配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによりプレストレスが付与されたＰＣ橋脚であり、該ＰＣ橋脚の頭部と基部の所定高さ範囲内に外周フープ筋と、中フープ筋とで構成されてなる二重せん断補強筋が配置され、該中フープ筋をスパイラル筋とすることを特徴とするものであり、プレストレスを付与したＰＣ橋脚の頭部と基部に二重せん断補強筋を配置して形成されることにより、中フープとするスパイラル筋で囲まれたコンクリートが心柱になり、その外周面にさらに外周フープ筋で囲まれたコンクリートに強固に拘束されているため、部材のせん断耐力と曲げ耐力と共に、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が大幅に向上され、コンクリートの膨出破壊や主筋の座屈破壊を防ぐことができるので、建築業界において広い範囲で使用可能である。

１ 基礎杭
２ フーチング
３ 橋脚（ＰＣ橋脚）
４ 橋桁（橋横桁または橋軸桁）
５ 床版
６ 防音板
７ 基礎梁
８、１０、１７ 定着具
９、１８ ＰＣ鋼材
１１ 外周フープ筋
１１ａ フック
１２ 中フープ筋
１３ かぶり
１４ 主筋
１４ａ 中主筋
１５ シース
１６ スパイラル筋とした外周フープ筋
１９ 連結部材
２０ 凹み（目地）
２１ 二重せん断補強筋
２２ 目地材
２３ 支承部材
２４ 円弧状部材
２５ アンカー材
２６ 受けプレート
２７ スダットボルト
３１ 橋脚
３２ 橋桁（橋横桁または橋軸桁）
３３ 床版
３４ 防音壁
３５ 高架橋
Ｗ ＰＣ橋脚の部材のコンクリート全断面積
Ｗ１ 中フープ筋で囲まれるコンクリート断面積
Ｗ２ ＷからＷ１を引いて残りのコンクリート断面積（Ｗ２＝Ｗ−Ｗ１）

前述の従来例の課題を解決する具体的手段として、本発明は、コンクリ―ト製の基礎と、橋脚と、橋桁及び床版とで形成される高架橋であって、前記橋脚は全長に所要間隔をもって外周フープ筋が配設されて断面正方形の柱状に形成され、基礎から該橋脚の全高（Ｈ）に亘って配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによりプレストレスが付与されたＰＣ橋脚であり、該ＰＣ橋脚の頭部と基部の所定高さ範囲内に前記外周フープ筋と、中フープ筋とで構成されてなる二重せん断補強筋がＰＣ橋脚の断面内に配置され、前記中フープ筋を円形スパイラル筋とすることにより円柱状の心柱を形成したことを特徴とする高架橋を提供するものである。

１．従来のＲＣ造橋脚に比べ、コンクリート製橋脚にプレストレスを付与してＰＣ橋脚を形成し、さらにその頭部と基部に二重せん断補強筋を配置することにより、中フープ筋とする円形スパイラル筋で囲まれたコンクリートが円柱状の心柱になり、その外周面にさらに外周フープ筋で囲まれたコンクリートに強固に拘束されているため、部材のせん断耐力と曲げ耐力と共に、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が大幅に向上され、コンクリートの膨出破壊や主筋の座屈破壊を防ぐことができる。また、中フープ筋の円形スパイラル筋と外周フープ筋とで形成された二重せん断補強筋が配置されることにより、コンファインド効果が非常に大きくなり、囲まれたコンクリートの耐力とともに靭性が大幅に向上される。さらに、ＰＣ橋脚に導入されたプレストレス力の復元力特性（原点指向型特性）によって、大地震による強い揺れを抑制し、地震による部材変形がＲＣ造よりも格段に小さくなる。また、地震後、プレストレスが構造物を元の状態に戻そうとする復元力となって残留変形を無くす制震効果が発揮される。ようするに、ＰＣ橋脚に二重せん断補強筋を配置することによって、心柱内蔵型のＰＣ柱状構造物に形成され、超耐震性能とＰＣ制震性能との両方を備えた優れた構造物となる。
２．外周フープ筋をスパイラル筋とすることによって、コンファインド効果がさらに大きくなり、ＰＣ橋脚の全断面コンクリートの耐力とともに靭性が大幅に向上される。
３．中フープ筋で囲まれるコンクリート断面積がＰＣ橋脚の全断面積の１／３〜１／２以上とすることによって、円柱状の心柱に一定以上の有効断面積が保有され、地震の上下動による衝撃力に対する抵抗力が確保されてコンクリート圧壊によるＰＣ橋脚の破損を防止することができる。
４．ＰＣ橋脚の頭部と基部において、二重せん断補強筋の配置範囲は、ＰＣ橋脚の全高（Ｈ）の約１／３程度の高さ区間とすることによって、曲げモーメントが大きく作用する区間での部材損傷を防止することができる。
５．ＰＣ鋼材を中フープ筋内に配置することによって、心柱にＰＣ制震効果を加えて心柱の制振効果をさらに発揮させることができる。また、ＰＣ鋼材が断面の核近くに配置されることによって、地震時に曲げモーメントによる張力が殆ど増加せず、ＰＣ鋼材が降伏することなく弾性範囲に保ち、優れたＰＣの復元力による制震効果が更に向上される。
６．ＰＣ橋脚をプレキャスト製とし、基礎と圧着接合すると共に、ＰＣ橋脚と基礎との間に曲面で形成される弾性ヒンジ機構を設けることによって、中小地震時にＰＣ圧着接合によってＰＣ橋脚と基礎とを回転せず剛接合になり、巨大地震時に、ＰＣ橋脚と基礎との間に弾性ヒンジ機構によって弾性ヒンジが形成され相対回転が可能となり、接合部周囲の目地モルタルが軽微な損傷を受けながら、ＰＣ橋脚本体に損傷させないことができる。地震後、ＰＣ鋼材の弾性復元力によって接合部が元の状態に戻る。接合部周囲の目地モルタルを修復することが簡単にできるから、速やかに接合部を復旧して構造物を使用再開することができる。
なお、本願における弾性ヒンジとは、ＰＣの弾性復元力が働くため、地震時に部材間に相対回転をして、地震後部材が元の状態に復元できることをいう。したがって、部材間に設置される球体部材で相対回転できるように形成された曲面接合を弾性ヒンジ機構と称しているのである。

前述の従来例の課題を解決する具体的手段として、本発明は、コンクリ―ト製の基礎と、橋脚と、橋桁及び床版とで形成される高架橋であって、前記橋脚が柱状に形成され、基礎から該橋脚の全高（Ｈ）に亘って配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによりプレストレスが付与されたＰＣ橋脚であり、該ＰＣ橋脚の頭部と基部の所定高さ範囲内に外周フープ筋と、中フープ筋とで構成されてなる二重せん断補強筋が配置され、該中フープ筋をスパイラル筋とし、前記ＰＣ橋脚の頭部と基部において、二重せん断補強筋の配置範囲は、ＰＣ橋脚の全高（Ｈ）の１／３の高さ区間とすることを特徴とする高架橋を提供するものである。

前記発明において、前記外周フープ筋は、スパイラル筋とすること；前記中フープ筋で囲まれるコンクリート断面積がＰＣ橋脚の全断面積の１／３〜１／２とすること；前記ＰＣ鋼材の一部が中フープ筋内に配置されること；および、前記ＰＣ橋脚は、プレキャスト製とし、前記ＰＣ鋼材を緊張定着することによって基礎と圧着接合されると共に、該ＰＣ橋脚と基礎との間に曲面で形成される弾性ヒンジ機構が設けられること、を付加的な要件として含むものである。

Claims (6)

1. コンクリ―ト製の基礎と、橋脚と、橋桁及び床版とで形成される高架橋であって、
   前記橋脚が柱状に形成され、基礎から該橋脚の全高（Ｈ）に亘って配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによりプレストレスが付与されたＰＣ橋脚であり、
   該ＰＣ橋脚の頭部と基部の所定高さ範囲内に外周フープ筋と、中フープ筋とで構成されてなる二重せん断補強筋が配置され、
   該中フープ筋をスパイラル筋とすること
   を特徴とする高架橋。
2. 前記外周フープ筋は、スパイラル筋とすること
   を特徴とする請求項１に記載の高架橋。
3. 前記中フープ筋で囲まれるコンクリート断面積がＰＣ橋脚の全断面積の１／３〜１／２とすること
   を特徴とする請求項１または２に記載の高架橋。
4. 前記ＰＣ橋脚の頭部と基部において、二重せん断補強筋の配置範囲は、ＰＣ橋脚の全高（Ｈ）の１／３の高さ区間とすること
   を特徴とする請求項１乃至３に記載の高架橋。
5. 前記ＰＣ鋼材の一部が中フープ筋内に配置されること
   を特徴とする請求項１乃至４に記載の高架橋。
6. 前記ＰＣ橋脚は、プレキャスト製とし、前記ＰＣ鋼材を緊張定着することによって基礎と圧着接合されると共に、該ＰＣ橋脚と基礎との間に曲面で形成される弾性ヒンジ機構が設けられること
   を特徴とする請求項１乃至５に記載の高架橋。