JP2022164157A - Load bearing hierarchical rc bridge pier and design method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 「2020年9月28日、https://archive.iii.kyushu-u.ac.jp/public/dehEwA8IYw_AumcBob50-iW_fcJgzKzWCeD6fyh4ZPia、「20200924_USB概要集.zip」(公益社団法人土木学会第40回地震工学研究発表会、破壊尤度の制御による道路橋の崩壊シナリオデザイン設計法の提案)」 「一般財団法人土木研究センター、土木技術資料、第62巻、第12号、令和2年12月1日発行、pp.8-11、極大地震動に対する道路橋の崩壊シナリオデザイン設計法の提案~性能規定型設計法のエンパワーメント~」Application for application of Article 30,
本発明は、地震動の強度に応じて耐力が階層化された耐力階層化RC橋脚及びその設計方法に関する。
BACKGROUND OF THE
道路橋示方書V(日本道路協会:道路橋示方書・同解説V耐震設計編,2017.)に規定される設計地震動は、過去の地震動特性等に基づき、橋の供用期間中に発生する確率が高い地震動(レベル1地震動)、前記橋の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度を持つ地震動(レベル2地震動)の二段階の地震動を考慮することとし、レベル2地震動としてもプレート境界型の大規模な地震動を想定したタイプIの地震動や内陸直下型の地震を想定したタイプIIの地震動の2種類について考慮することとしている。
しかしながら、前記設計地震動を上回る極大地震動が発生する可能性は否定できない。
そのため、道路橋には、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても、できるだけ機能が損なわれないことが求められる。
The design seismic ground motion stipulated in Highway Bridge Specifications V (Japan Road Association: Highway Bridge Specifications and Commentary V Seismic Design Edition, 2017.) is based on past seismic motion characteristics, etc., and the probability of occurrence during the service period of the bridge. Two levels of seismic motion, one with high intensity (
However, it cannot be denied that a maximum seismic motion exceeding the design seismic motion may occur.
For this reason, road bridges are required to maintain their seismic performance against the design seismic motion and not to impair their functions as much as possible against the maximum seismic motion.
従来、二段階の地震動強度に応じた耐震設計手法として、コンクリート躯体内に外側主鉄筋と内側主鉄筋とを配したうえ、前記内側主鉄筋の端部を前記コンクリート躯体に軸方向間隙をあけて定着させることや、前記内側主鉄筋の下端に圧縮代又は引張代解消後に前記内側主鉄筋を作動させる可縮性部材を配することにより、強い地震動を受けて作動する鉄筋構造を橋脚に付与する手法が提案されている(特許文献1,2参照)。
しかしながら、これらの提案では、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記圧縮代及び前記引張代をどのように設定するかが不明であり、また、前記設計地震動を上回る前記極大地震動を想定していないため、前記極大地震動に対する耐震性能を満足させることができない問題がある。
即ち、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記圧縮代の設定が短い場合、前記極大地震動を受けたときに前記内側鉄筋が前記外側鉄筋とともに前記設計地震動未満の外力で作動し始めることで座屈するおそれがある。また、前記軸方向間隙及び前記加縮性部材の前記引張代の設定が長い場合、前記内側鉄筋が作動する前に前記橋脚が倒壊するおそれがある。
また、前記極大地震動に対しては終局変位を超えるおそれがあり、橋脚が倒壊することが否定できない。
前記設計地震動までは、前記道路橋示方書Vの耐震設計で耐震性能が確保されるため、前記極大地震動に対する耐震設計こそが今まさに求められる。
Conventionally, as a seismic design method corresponding to two levels of seismic motion intensity, an outer main reinforcing bar and an inner main reinforcing bar are arranged in the concrete frame, and the ends of the inner main reinforcing bars are attached to the concrete frame with an axial gap. A reinforcing bar structure that operates under strong seismic motion is imparted to the bridge pier by fixing it or placing a compressible member at the lower end of the inner main reinforcing bar that operates the inner main reinforcing bar after the compression allowance or tension allowance is eliminated. Techniques have been proposed (see
However, in these proposals, it is unclear how to set the axial gap and the compression margin and tension margin of the compressible member. Therefore, there is a problem that it is not possible to satisfy the seismic performance against the above-mentioned maximum seismic motion.
That is, when the axial gap and the compression margin of the compressible member are set short, the inner reinforcing bars and the outer reinforcing bars start to operate with an external force less than the design earthquake motion when subjected to the maximum seismic motion. Buckling may occur. Also, if the axial clearance and the tension allowance of the compressible member are set long, the pier may collapse before the inner reinforcing bars are activated.
In addition, there is a possibility that the maximum displacement may exceed the ultimate displacement, and it cannot be denied that the bridge piers will collapse.
Up to the design earthquake motion, seismic performance is ensured by the seismic design of the highway bridge specifications V, so seismic design against the maximum seismic motion is now required.
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても橋の機能が損なわれにくい、耐力が階層化された耐力階層化RC橋脚及びその設計方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to achieve the following objects. That is, the present invention provides a strength-strengthened RC bridge pier and a design method thereof, in which the function of the bridge is not likely to be impaired even in the event of the maximum seismic motion while ensuring seismic performance against the design seismic motion. The challenge is to
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 柱状のコンクリート躯体と、前記コンクリート躯体内部にその高さ方向に沿って埋設される軸方向鉄筋と、前記軸方向鉄筋よりも内側の前記コンクリート躯体内部に前記高さ方向に沿って配される耐力階層化鉄筋と、前記高さ方向と直交する方向で前記軸方向鉄筋の束の外側に周設される帯鉄筋と、を備える脚部と、前記コンクリート躯体上部に配される支承部と、を有するRC橋脚において、前記耐力階層化鉄筋は、底部側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着され、底部側の部分及び前記支圧板が前記コンクリート躯体内部に形成された中空シース内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分が前記コンクリート躯体内に定着されて配され、前記中空シースは、その底部側が前記支圧板を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の上面部分が前記支圧板上面と対向し前記耐力階層化鉄筋が上方に引っ張られたときに前記支圧板上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における前記支圧板上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長dxが下記式(1)及び(2)を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化RC橋脚。
<2> 平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長dyが下記式(3)を満足するように形成される前記<1>に記載の耐力階層化RC橋脚。
<3> 支承部は、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される前記<1>から<2>のいずれかに記載の耐力階層化RC橋脚。
<4> 前記<1>から<3>のいずれかに記載の耐力階層化RC橋脚の設計方法であって、少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル2地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率φls’を算出する曲率算出工程と、前記曲率φls’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離yls’を算出する距離算出工程と、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Lpを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、前記曲率φls’、前記最短距離yls’及び前記塑性ヒンジ長Lpの算出結果に基づき、下記式(1)及び(2)を満足するように引張側遊間長dxを設定する引張側遊間設定工程と、を含むことを特徴とする耐力階層化RC橋脚の設計方法。
<5> 更に、平常時における支圧板底面と大中空部の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長dyを下記式(3)を満足するように設定する圧縮側遊間設定工程を含む前記<4>に記載の耐力階層化RC橋脚の設計方法。
<6> 更に、耐力階層化鉄筋が作動しないときの脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように支承部の破壊強度を設定する支承部設定工程を含む前記<4>から<5>のいずれかに記載の耐力階層化RC橋脚の設計方法。
Means for solving the above problems are as follows. Namely
<1> A columnar concrete frame, axial reinforcing bars embedded along the height direction inside the concrete frame, and arranged along the height direction inside the concrete frame inside the axial reinforcing bars. a leg provided with a load-bearing stratified reinforcing bar and a band reinforcing bar provided around the outer side of the bundle of axial reinforcing bars in a direction perpendicular to the height direction; And, in the RC pier having, the load-bearing stratified reinforcing bar is fixed to a bearing plate forming a flange projecting in a direction orthogonal to the height direction on the bottom side, and the bottom side portion and the bearing plate It is loosely fitted in a hollow sheath formed inside the concrete frame, and the portion above the bottom side is fixed in the concrete frame, and the bottom side of the hollow sheath accommodates the bearing plate. A large hollow portion having an opening diameter larger than that of the upper portion is formed. and the tension side play length dx, which is the distance between the upper surface of the bearing pressure plate and the tension resistance surface in normal times, satisfies the following formulas (1) and (2): A load-bearing stratified RC pier, characterized in that it is formed to:
<2> The yield strength according to <1> above, wherein the compression-side clearance dy, which is the distance between the bottom surface of the bearing plate and the bottom surface of the large hollow portion in a normal state, satisfies the following formula (3): Hierarchical RC pier.
<3> The bearing part is not damaged by a horizontal force equivalent to the horizontal strength of the leg when the bearing strength stratified reinforcing bar does not operate, and the horizontal strength of the leg is maximized by the operation of the bearing strength stratified reinforcing bar. The strength stratified RC pier according to any one of <1> to <2>, wherein the breaking strength is set so as to be broken by a horizontal force corresponding to the horizontal strength less than the bearing strength.
<4> The method for designing a bearing layered RC pier according to any one of <1> to <3>, wherein at least the legs are caused by displacement caused by
<5> Further includes a compression side clearance setting step of setting the compression side clearance length dy, which is the distance between the bottom surface of the bearing plate and the bottom portion of the large hollow portion in normal times, so as to satisfy the following formula (3). The method for designing the load-bearing stratified RC pier according to <4>.
<6> Furthermore, it is not damaged by a horizontal force equivalent to the horizontal strength of the leg when the bearing strength stratified reinforcing bar does not operate, and is less than the horizontal strength of the leg that is maximized by the operation of the bearing strength stratified reinforcing bar Design of bearing strength stratified RC pier according to any one of <4> to <5> including a bearing part setting step of setting the breaking strength of the bearing part so that it will be destroyed by a horizontal force equivalent to the horizontal strength of Method.
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても橋の機能が損なわれにくい、耐力が階層化された耐力階層化RC橋脚及びその設計方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to solve the above-mentioned problems in the conventional technology, and while ensuring the seismic performance against the above-mentioned design seismic motion, the functions of the bridge are not likely to be impaired even by the above-mentioned maximum seismic motion, and the bearing strength is stratified. It is possible to provide a bearing layered RC pier and a design method thereof.
(耐力階層化RC橋脚)
本発明の耐力階層化RC橋脚を図面を参照しつつ、詳細に説明する。
(strength-strength RC pier)
The load-bearing layered RC pier of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
前記耐力階層化RC橋脚の実施形態の一例を図1に示す。
図1に示すように、耐力階層化RC橋脚1は、主として、コンクリート躯体2、軸方向鉄筋3、耐力階層化鉄筋4を有する脚部と、帯鉄筋8と、橋の支承部10とを備える。
An example of an embodiment of the bearing layered RC pier is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the strength-strengthened
柱状のコンクリート躯体2としては、柱状であれば特に制限はなく、前記道路橋示方書Vにしたがって公知の構造から適宜選択して構成することができる。図示の例では、地中に埋設されて橋脚基部をなすフーチング部2aと、フーチング部2a上に立設される柱部2bと、柱部2b上に配され、橋脚上部の梁部2cとで構成される。柱部2bとしては、角柱状、円柱状、楕円柱状のいずれであってもよい。
The
軸方向鉄筋3は、コンクリート躯体2内部に所定の間隔をあけて複数本が断面環状の表面側位置にそれぞれ配されるとともに、コンクリート躯体2の高さ方向(軸方向)に沿って埋設される。また、軸方向鉄筋3の束は、前記高さ方向と直交する方向で前記束の外側に周設される帯鉄筋8により拘束される。これら軸方向鉄筋3、帯鉄筋8としては、特に制限はなく、前記道路橋示方書Vにしたがって公知の構造から適宜選択して構成することができる。また、コンクリート躯体2としては、図示しない中間帯鉄筋等により補強されていてもよい。
A plurality of axial reinforcing
耐力階層化鉄筋4は、軸方向鉄筋3よりも内側のコンクリート躯体2内部に前記高さ方向に沿って配される。耐力階層化鉄筋4としては、軸方向鉄筋3の内側におけるコンクリート躯体2内部に複数本配され、例えば、図1のA-A線断面である図2に示すように、角柱状のコンクリート躯体2内部表面側の全周に亘って一定間隔で配される複数本の軸方向鉄筋3の内側に、複数本の耐力階層化鉄筋4が一定間隔で配される。ただし、耐力階層化鉄筋4としては、地震動による変位に基づく引張側の応力に抵抗するものであればよく、軸方向鉄筋3の配筋位置の内周位置の全周に亘って配される必要はない。
The bearing layered reinforcing
また、この耐力階層化鉄筋4は、図3に示すように、底部(基部)側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板5が固着され、底部側の部分及び支圧板5がコンクリート躯体2内部に形成された中空シース6内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分がコンクリート躯体2内に埋設等されて定着される。即ち、前記橋脚基部側(例えば、前記橋脚の塑性ヒンジ区間)において耐力階層化鉄筋4及び支圧板5は、コンクリート躯体2と縁切りされる。なお、図3は、前記橋脚基部の部分拡大断面図である。
In addition, as shown in FIG. 3 , this load-bearing layered reinforcing
中空シース6は、その底部側が支圧板5を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部7とされ、大中空部7の上面部分が支圧板5上面と対向し耐力階層化鉄筋4が上方に引っ張られたときに支圧板5上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における支圧板5上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長dx(m)が下記式(1)及び(2)を満足するように形成される。なお、本明細書において、「平常時」とは、前記RC橋脚に地震動に基づく水平変位が生じていない状態を示す。
The
前記式(1)における前記曲率φls’は、前記式(2)で表されるように、前記曲率φyと前記曲率φls3との間の範囲で設定される。前記曲率φy及び前記曲率φls3の概念について、以下、具体的に説明する。
先ず、前記式(2)における前記φyは、前記道路橋示方書Vに示される前記橋脚の前記限界状態1に達するときに生じる曲率であり、前記橋脚を前記耐力階層化鉄筋が配されていない状態の前記脚部と仮定して、前記道路橋示方書Vに基づき、下記式(4)により与えられる。
The curvature φ ls ' in the above equation (1) is set in the range between the curvature φ y and the curvature φ ls3 as represented by the above equation (2). The concepts of the curvature φ y and the curvature φ ls3 will be specifically described below.
First, the φy in the formula (2) is the curvature that occurs when the pier reaches the
前記式(4)における、前記曲げモーメントMls2、My0及びφy0は、平面保持の仮定が成立するとして求めた前記中立軸からの距離に比例する維ひずみ及び前記維ひずみに対応する応力度が各微小要素内では一定であるとの条件下で、断面の釣り合い条件を満たす前記中立軸を下記式(5)及び(6)により試算したうえ、下記式(7)及び(8)による手順で算出される。なお、nは、前記橋脚基部における断面内の分割数であり、iは、n分割された前記橋脚基部を表す断面番号であり、jは、前記橋脚基部断面内における荷重載荷方向の要素番号である。また、前記微小要素とは、前記橋脚基部においてn分割した断面要素を意味する。 The bending moments M ls2 , M y0 and φ y0 in the above equation (4) are the fiber strain proportional to the distance from the neutral axis and the stress degree corresponding to the fiber strain is constant within each minute element, the neutral axis that satisfies the balance condition of the cross section is estimated by the following formulas (5) and (6), and the procedure by the following formulas (7) and (8) Calculated by In addition, n is the number of divisions in the cross section of the pier base, i is the section number representing the n-divided pier base, and j is the element number in the load bearing direction in the pier base cross section. be. Further, the minute elements mean n-divided cross-sectional elements at the pier base.
なお、要素分割を行う際の前記コンクリート躯体の要素分割数としては、例えば、50分割程度であり、例えば、前記軸方向鉄筋1本に相当する幅を1要素として要素分割すればよい。
The number of element divisions of the concrete frame when performing element division is, for example, about 50 divisions.
前記橋脚基部断面において、σsj=σsy(σsyにつき、下記式(8)参照)となるときにσcj=0とそれ以外との境界線が前記中立軸となる。なお、前記コンクリートの曲げ引張強度(σbt、N/mm2)は、0と仮定する。
In the cross section of the pier base, when σ sj =σ sy (see formula (8) below for σ sy ), the boundary line between σ cj =0 and the rest becomes the neutral axis. The bending tensile strength (σ bt , N/mm 2 ) of the concrete is assumed to be zero.
前記橋脚基部断面における最外縁側に配置された前記軸方向鉄筋に生じるひずみが前記降伏ひずみεsyに達したときの曲げモーメント及び曲率を求め、これらを初降伏曲げモ-メントMy0及び初降伏曲率φy0とする。最外縁側に配置された前記軸方向鉄筋の引張ひずみが前記限界状態2に相当する引張ひずみεst2に達するときの曲げモーメントをMls2とする。
ここで、εst2は、下記式(9)により与えられる。
The bending moment and curvature when the strain generated in the axial reinforcing bars arranged on the outermost side in the pier base section reaches the yield strain ε sy are obtained, and these are the initial yield bending moment M y0 and the initial yield Let the curvature be φ y0 . The bending moment when the tensile strain of the axial reinforcing bar placed on the outermost side reaches the tensile strain εst2 corresponding to the
Here, ε st2 is given by the following equation (9).
ここで、塑性ヒンジ長Lp(mm)は、下記式(10)及び(11)により与えられる。
Here, the plastic hinge length Lp (mm) is given by the following formulas (10) and (11).
なお、この算出における前記コンクリート躯体及び前記軸方向鉄筋の各応力-ひずみ関係は、それぞれ、図4,5のように設定される。図4が前記道路橋示方書Vに準じた前記コンクリートの応力-ひずみ関係を示す図であり、図5が前記道路橋示方書Vに準じた前記軸方向鉄筋の応力-ひずみ関係を示す図である。
The stress-strain relationships of the concrete frame and the axial reinforcing bars in this calculation are set as shown in FIGS. 4 and 5, respectively. FIG. 4 is a diagram showing the stress-strain relationship of the concrete according to the highway bridge specifications V, and FIG. 5 is a diagram showing the stress-strain relationship of the axial reinforcing bars according to the highway bridge specifications V. be.
次に、前記式(2)における前記φls3は、前記道路橋示方書Vに示される前記橋脚の前記限界状態3に達するときに生じる曲率であり、前記耐力階層化鉄筋が配されていない状態の前記RC橋脚を仮定して、前記道路橋示方書Vに基づき、下記式(15)~(18)により与えられる。
ここで、前記φls3は、(A)前記橋脚基部断面の最外縁の前記軸方向鉄筋の引張ひずみがεst3に達するとき、(B)前記橋脚基部断面の最外縁の前記コンクリート躯体の圧縮ひずみがεcclに達するときの2つの状態のうち、先に生じる方の状態における前記橋脚に生じる曲率が該当する。
Next, the φ ls3 in the formula (2) is the curvature that occurs when the pier reaches the
Here, the φ ls3 is (A) when the tensile strain of the axial reinforcing bars at the outermost edge of the pier base cross section reaches ε st3 , and (B) the compressive strain of the concrete skeleton at the outermost edge of the pier base cross section. is the curvature that occurs in the pier in the earlier of the two states when ε ccl is reached.
引張側遊間長dxが前記式(1)及び(2)を満足すると、レベル2地震動(前記設計地震動)を超える地震動受けて初めて耐力階層化鉄筋4が作動し、レベル2地震動に対する耐震性能を耐力階層化鉄筋4以外の構造で担保しつつ、前記極大地震動に対しても耐力階層化鉄筋4の作動により橋の機能が損なわれにくくなる耐力階層化の効果を得ることができる。
即ち、地震動による引張力作用時の状態を示す図6から理解されるように、前記式(1)、(2)に基づき引張側遊間長dxを適切に設定することで、耐力階層化鉄筋4は、レベル2地震動以下の外力を受けたときには作動せず、レベル2地震動を超える地震動(図6中の矢印A参照)を受けて初めて引張側遊間が潰され(図6中の矢印B参照)、荷重を負担する鉄筋として作動する。
When the pull-side gap length dx satisfies the above formulas (1) and (2), the strength stratified reinforcing
That is, as can be understood from FIG. 6 showing the state when tensile force is applied due to seismic motion, by appropriately setting the tension-side gap length dx based on the above formulas (1) and (2), the strength stratified reinforcing
前記平常時における支圧板5底面と大中空部7の底面部分との間の距離である圧縮側遊間長dyとしては、下記式(3)を満足するように形成されることが好ましい。このように圧縮側遊間長dyを形成すると、地震動による圧縮力作用時に耐力階層化鉄筋4の底端が大中空部7の底面部分と当接して座屈することを防ぐことができる。
The compression side clearance dy, which is the distance between the bottom surface of the
再び、図1を参照して説明すると、支承部10は、一端がコンクリート躯体2上部の梁部2c上に接続される部材であり、他端が上部構造(不図示)と接続された状態で前記上部構造を支持可能とされる。
支承部10としては、耐力階層化鉄筋4が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、耐力階層化鉄筋4の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように破壊強度が設定される必要がある。
例えば、支承部10は、図示の例で、コンクリート躯体2天端上にベースプレート11とセットプレート12との間にゴム支承13が挟持されて構成され、ベースプレート11がアンカーボルト14によりコンクリート躯体2天端に固定されるが、アンカーボルト14の破壊強度を耐力階層化鉄筋4が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力では損傷せず、耐力階層化鉄筋4の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように設定すると、耐力階層化鉄筋4の降伏前にコンクリート躯体2と前記上部構造とが縁切れされ、耐力階層化鉄筋4の降伏後のコンクリート躯体2の倒壊に基づく落橋等の致命的な損傷を未然に防ぐことができる。
なお、破壊が誘導される支承部10における破壊が誘導される部材としては、ゴム支承13や支承部10をセットプレート12を介して前記橋に接続するセットボルト(不図示)であってもよいが、支承部10の構成部材の中でも、破壊後の供用性、復旧性に優れることから、アンカーボルト14が好ましい。
Again, referring to FIG. 1, the
The
For example, in the illustrated example, the bearing
The member to which the destruction is induced in the
以上のように構成される耐力階層化RC橋脚1の作用について、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。
図7に、前記設計地震動を超える前記極大地震動を受けたときの水平荷重-水平変位関係における前記橋脚の想定挙動を示す。
The operation of the load-bearing layered
FIG. 7 shows the expected behavior of the bridge piers in the horizontal load-horizontal displacement relationship when subjected to the maximum seismic motion exceeding the design seismic motion.
前記極大地震動を受けると、先ず初めに外側の軸方向鉄筋3が降伏する状態が生ずる(状態1)。
状態1の段階における耐力階層化RC橋脚1では、大きな損傷がない(図8(a)参照)。
When subjected to said maximum seismic motion, first of all a state occurs in which the outer axial reinforcing
The load-bearing stratified
次に、状態1を迎えた後、地震動のエネルギーがコンクリート躯体2の塑性化に伴って吸収される状態となる(状態2)。
状態2の段階における耐力階層化RC橋脚1では、コンクリート躯体2の塑性化に伴い水平抵抗力を失わない程度の損傷が生ずる(図8(b)参照)。
Next, after reaching
In the load-bearing stratified
次に、状態2を迎えた後、地震動に基づくコンクリート躯体2の変位がレベル2地震動に相当する変位を超えると、前記引張側遊間がなくなることで耐力階層化鉄筋4が作動し始め、耐荷力が上昇する状態となる(状態3)。
状態3の段階における耐力階層化RC橋脚1では、耐力階層化鉄筋4により支えられ、橋脚倒壊等の致命的な損傷が抑制される(図8(c)参照)。
このとき、耐力階層化鉄筋4を有さない場合や耐力階層化鉄筋4が作動しない場合であると、コンクリート躯体2の変位が大きくなり、橋脚倒壊等の致命的な損傷に至る(図8(d)参照)。
Next, after reaching
The load-bearing stratified
At this time, if the load-bearing layered reinforcing
次に、状態3を迎えた後、支承部10が破壊する状態が生ずる(状態4)。
状態4の段階における耐力階層化RC橋脚1では、耐力階層化鉄筋4が降伏する前に、支承部10の破壊による前記上部構造との縁切れが生じ、橋脚倒壊等の致命的な損傷が抑制される(図8(e)参照)。また、同時に縁切れした前記上部構造は、耐力階層化RC橋脚1上から逸脱せず、落橋等の致命的な損傷に至らない(図8(e)参照)。
即ち、支承部10の破壊により耐力階層化RC橋脚1と縁切れされた前記上部構造は、耐力階層化RC橋脚1に対し、ベースプレート11とコンクリート躯体2(梁部2c)天端との間の摩擦力しか伝えず、耐力階層化RC橋脚1の倒壊等が抑制されると同時に、前記上部構造は、倒壊等を免れた耐力階層化RC橋脚1上に残り、致命的な損傷に至らない。
耐力階層化RC橋脚1では、想定し得ない前記極大地震動が生じたとしても、その後の崩壊シナリオを上記の通り設定し、前記極大地震動の影響を前記支承部の破壊に誘導することで橋脚倒壊による落橋等の致命的な損傷を防ぐことができ、延いては、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことを可能とする。
Next, after reaching
In the load-bearing stratified
That is, the upper structure separated from the load-bearing stratified
In the resistance-strength-
なお、本明細書において、前記「状態1~4」の用語は、前記道路橋示方書Vにおける前記「限界状態1~3」と区別されることに留意されたい。
前記道路橋示方書Vでは、前記限界状態1~3を次のように定義している。
限界状態1:完全弾塑性型の骨格曲線における弾性限界点。
限界状態2:部材等の挙動が可逆性を失うものの、耐荷力が想定する範囲内で確保できる限界の状態。
限界状態3:地震時保有水平耐力を保持できる限界の状態。
It should be noted that, in this specification, the terms "states 1-4" are distinguished from the "limit states 1-3" in the highway bridge specification V.
The road bridge specification V defines the limit states 1 to 3 as follows.
Limit State 1: The elastic limit point in a perfect elastoplastic skeletal curve.
Limit state 2: A limit state in which the load-bearing capacity can be secured within an assumed range, although the behavior of members loses reversibility.
Limit state 3: The state of the limit in which the seismic horizontal strength can be maintained.
これに対し、前記状態1~4は、前記耐力階層化鉄筋を配置したRC橋脚の挙動を示しており、前記限界状態1~3と関連付けて説明すると、次のように説明できる。
状態1:前記限界状態1と同様の状態である。ただし、前記支承部は損傷しておらず、前記耐力階層化鉄筋が作動していない状態である。
状態2:前記限界状態1~3の間の状態である。ただし、前記支承部は損傷しておらず、前記耐力階層化鉄筋が作動していない。
状態3:前記耐力階層化鉄筋が作動し始める状態である。ただし、前記限界状態1を超えているが前記限界状態3を超えていない。前記限界状態2程度であることが望ましい。また、前記支承部は損傷していない。
状態4:前記耐力階層化鉄筋が作動したことにより前記橋脚の耐力が上昇し、前記支承部が破壊する状態である。ただし、前記限界状態3には達していない。
On the other hand, states 1 to 4 show the behavior of the RC bridge piers on which the strength stratified reinforcing bars are arranged, and can be explained as follows in relation to the limit states 1 to 3.
State 1: A state similar to the
State 2: A state between the limit states 1-3. However, the bearing is not damaged and the load-bearing stratified reinforcing bars are not working.
State 3: This is the state where the load-bearing stratified rebar begins to work. However, although the
State 4: This is a state in which the load-bearing strength of the pier increases due to the actuation of the load-bearing stratified reinforcing bars, and the bearing portion is destroyed. However, the
(耐力階層化RC橋脚の設計方法)
本発明の耐力階層化RC橋脚の設計方法は、本発明の前記耐力階層化RC橋脚を設計する方法であり、少なくとも、曲率算出工程、距離算出工程、塑性ヒンジ長算出工程及び引張側遊間設定工程を含み、好適には、更に、圧縮側遊間設定工程及び支承部設定工程等の必要に応じて実施される任意の工程を含む。
(Method for designing bearing strength stratified RC piers)
A method for designing a bearing strength stratified RC pier of the present invention is a method of designing the bearing strength stratified RC pier of the present invention, and includes at least a curvature calculation step, a distance calculation step, a plastic hinge length calculation step, and a tension side clearance setting step. , and preferably further includes optional steps such as a compression side clearance setting step and a bearing portion setting step, which are performed as necessary.
前記曲率算出工程は、前記耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル2地震動によって生ずる変位がもたらす前記脚部の前記塑性ヒンジ区間における前記曲率φls’を算出する工程である。
前記曲率算出工程としては、前記道路橋示方書Vに基づき設定可能な前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の設定橋脚に対し、レベル2地震動によって生ずる前記変位と、前記塑性ヒンジ区間とを予め算出したうえ、前記変位がもたらす前記塑性ヒンジ区間における曲率φls’を算出することで実施することができる。
前記変位及び前記曲率φls’の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記塑性ヒンジ区間にファイバー要素を適用して解析する方法が挙げられる。また、前記塑性ヒンジ区間の算出方法としては、前記道路橋示方書Vに記載の方法が挙げられる。
なお、算出に必要なレベル2地震動としては、前記道路橋示方書Vに示される地震動が挙げられ、例えば、2-II-II-1,JR西日本鷹取駅構内地盤上NS成分等が挙げられる。
The curvature calculation step is a step of calculating the curvature φ ls ' in the plastic hinge section of the leg caused by displacement caused by a
In the curvature calculation step, the displacement caused by the
The method of calculating the displacement and the curvature φ ls ' is not particularly limited, and for example, a method of applying a fiber element to the plastic hinge section in a known method of gradually increasing load analysis for a multi-mass frame model. be done. In addition, as a method of calculating the plastic hinge section, the method described in Specifications for Highway Bridges V can be used.
The
前記距離算出工程は、前記曲率φls’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離yls’を算出する工程である。
前記距離算出工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚に対し、前記曲率φls’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置を予め算出したうえで、この中立軸の位置を変えずに前記耐力階層化鉄筋を配した状態における前記耐力階層化RC橋脚において、前記中立軸の位置から前記脚部の前記中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの前記最短距離yls’を算出することで、実施することができる。
前記中立軸の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記塑性ヒンジ区間にファイバー要素を適用して解析する方法が挙げられる。また、前記耐力階層化鉄筋の配設位置の設定としては、前記軸方向鉄筋からみて内側に設定される。
In the distance calculation step, the shortest distance y This is the step of calculating ls '.
In the distance calculation step, the position of the neutral axis in the plastic hinge section when the curvature φ ls ' is shown is calculated in advance for the set pier in which the strength stratified reinforcing bar does not exist, and then In the load-bearing stratified RC bridge pier in which the load-bearing stratified reinforcing bars are arranged without changing the position of the vertical axis, the load-bearing stratified reinforcing bars facing each other across the central axis of the leg from the position of the neutral axis. It can be implemented by calculating the shortest distance y ls ′ to the installation position.
The method of calculating the neutral axis is not particularly limited, and for example, a method of analyzing by applying fiber elements to the plastic hinge section in a known load gradual analysis method for a multi-mass frame model. Further, the setting of the arrangement position of the bearing strength stratified reinforcing bar is set to the inner side when viewed from the axial reinforcing bar.
前記塑性ヒンジ長算出工程は、前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Lpを算出する工程である。
前記塑性ヒンジ長算出工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚に対し、レベル2地震動によって生ずる前記塑性ヒンジ区間の長さを算出することで実施することができる。
前記塑性ヒンジ区間の長さの算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記道路橋示方書Vに記載される方法が挙げられる。
The plastic hinge length calculation step is a step of calculating a plastic hinge length Lp, which is the length of the plastic hinge section.
The plastic hinge length calculation step can be carried out by calculating the length of the plastic hinge section generated by the
The method for calculating the length of the plastic hinge section is not particularly limited, and examples thereof include the method described in Specification V for Highway Bridges.
前記引張側遊間設定工程は、前記曲率φls’、前記最短距離yls’及び前記塑性ヒンジ長Lpの算出結果に基づき、下記式(1)及び(2)を満足するように引張側遊間長dxを設定する工程である。 In the tension side clearance setting step, based on the calculation results of the curvature φ ls ', the shortest distance y ls ', and the plastic hinge length Lp, the tension side clearance is set so as to satisfy the following expressions (1) and (2). This is the step of setting dx.
なお、前記式(2)における前記曲率φy及びφls3の設定方法としては、前記橋脚を前記耐力階層化鉄筋が配されていない状態の前記脚部と仮定して、前記道路橋示方書Vに基づき設定する方法が挙げられ、本発明の前記耐力階層化RC橋脚について説明した前記曲率φy及びφls3の設定方法を適用して設定することができる。
In addition, as a method of setting the curvatures φ y and φ ls3 in the formula (2), the road bridge specification V and can be set by applying the method of setting the curvatures φ y and φ ls3 described for the bearing layered RC pier of the present invention.
前記圧縮側遊間設定工程は、前記平常時における前記支圧板底面と前記大中空部の底面部分との間の距離である前記圧縮側遊間長dyを下記式(3)を満足するように設定する工程である。
前記圧縮側遊間設定工程により設計される前記耐力階層化RC橋脚では、地震動による圧縮力作用時に前記耐力階層化鉄筋の底端が前記大中空部の底面部分と当接して座屈することを防ぐことができる。
In the compression side clearance setting step, the compression side clearance length dy, which is the distance between the bottom surface of the bearing pressure plate and the bottom portion of the large hollow portion in the normal state, is set so as to satisfy the following formula (3). It is a process.
In the load-bearing stratified RC pier designed by the compression side clearance setting process, the bottom ends of the load-bearing stratified reinforcing bars are prevented from coming into contact with the bottom portion of the large hollow portion and buckling when compressive force due to seismic motion acts. can be done.
前記支承部設定工程は、前記耐力階層化鉄筋が作動しないときの前記脚部の水平耐力に相当する水平力を超え、前記耐力階層化鉄筋の作動により最大に増強される前記脚部の前記水平耐力未満の前記水平耐力に相当する水平力で破壊されるように前記支承部の破壊強度を設定する工程である。
前記支承部設定工程としては、前記耐力階層化鉄筋が存在しない状態の前記設定橋脚の前記水平耐力を算出し、その設定を変えないまま前記耐力階層化鉄筋を配した状態における前記耐力階層化RC橋脚の前記耐力階層化鉄筋作動時の最大水平耐力を算出することで実施することができる。
前記設定橋脚の前記水平耐力の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記ファイバー要素を用いた多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法等の公知の方法が挙げられる。また、前記耐力階層化鉄筋作動時の最大水平耐力の算出方法としては、特に制限はなく、例えば、前記ファイバー要素を用いた多質点骨組みモデルに対する荷重漸増解析法において、前記耐力階層化鉄筋を圧縮側に抵抗しないように設定し、引張側で所定の変位が生じた後にのみ抵抗するよう設定されたトリリニアモデルの「ばね要素」に置き換えて算出する方法が挙げられる。
前記支承部設定工程により設計される前記耐力階層化RC橋脚では、前記耐力階層化鉄筋の降伏前に前記コンクリート躯体と前記上部構造とが縁切れされ、前記耐力階層化鉄筋の降伏に伴う前記コンクリート躯体の倒壊に基づく落橋等の致命的な損傷を未然に防ぐことができる。
In the step of setting the bearing portion, the horizontal force of the leg exceeds a horizontal force corresponding to the horizontal strength of the leg when the bearing layered reinforcing bar does not operate, and the horizontal force of the leg is maximized by the operation of the bearing layered reinforcing bar. It is a step of setting the breaking strength of the bearing portion so that it is broken by a horizontal force corresponding to the horizontal proof stress less than the proof stress.
In the bearing portion setting step, the horizontal strength of the set pier in which the bearing strength stratified reinforcing bars do not exist is calculated, and the bearing strength stratified RC in the state where the bearing strength stratified reinforcing bars are arranged without changing the setting is calculated. It can be carried out by calculating the maximum horizontal strength of the bridge pier when the strength stratified reinforcing bars are in operation.
A method for calculating the horizontal strength of the set pier is not particularly limited, and examples thereof include a known method such as a load gradual analysis method for a multi-mass frame model using the fiber elements. In addition, the method of calculating the maximum horizontal strength during operation of the strength-stratified reinforcing bars is not particularly limited. There is a method of calculating by replacing with a "spring element" of a trilinear model that is set so as not to resist on the side and is set to resist only after a predetermined displacement occurs on the tension side.
In the load-bearing stratified RC pier designed by the bearing part setting process, the concrete frame and the superstructure are cut off before the yield of the load-bearing stratified reinforcing bars, and the concrete accompanying the yielding of the load-bearing stratified reinforcing bars Fatal damage such as bridge collapse due to the collapse of the frame can be prevented.
以下に、前記耐力階層化RC橋脚の前記崩壊シナリオ(図7,8等参照)を踏まえた、前記耐力階層化RC橋脚の設計方法の好適な実施形態の例を、図9を参照しつつ、詳細に説明する。 Below, an example of a preferred embodiment of the design method of the load-bearing stratified RC pier based on the collapse scenario (see FIGS. 7, 8, etc.) of the load-strength stratified RC pier is shown in FIG. I will explain in detail.
<1 崩壊シナリオの設定>
1.1 橋脚の断面決定
前記橋脚の断面を、前記道路橋示方書Vに示される永続作用、変動作用、偶発作用のそれぞれの支配状況に対して、照査を満足するように設計する。ここで、前記橋脚として、前記道路橋示方書Vに示される曲げ破壊型が先行する橋脚とする。
<1 Setting a collapse scenario>
1.1 Determination of Cross Section of Pier The cross section of the pier is designed so as to satisfy the control conditions of the permanent action, the variable action and the accidental action shown in the specification V of the above highway bridge. Here, the pier is assumed to be a pier preceded by a bending failure type shown in the Road Bridge Specification V.
1.2 支承部の設計
前記道路橋示方書Vに従い、前記支承部に作用する水平力を算出し、その水平力に対して、耐荷性能を満足するように前記支承部を設計する。
1.2 Design of Bearings According to the Highway Bridge Specification V, the horizontal force acting on the bearings is calculated, and the bearings are designed so as to satisfy the load-bearing performance against the horizontal force.
1.3 支承部の破壊モードを設定
前記道路橋示方書Vに準じて、前記アンカーボルトの本数、径を決定したのち、前記アンカーボルトの破断強度の特性値を算出する。
前記支承部のアンカーボルトを前記破壊が誘導される部材とする場合には、前記支承部の前記ゴム支承、前記セットボルトなどの破壊が前記アンカーボルトの破断より先行しないよう、各部材の破壊強度のばらつきを踏まえて断面等を設定する。
1.3 Destruction Mode of Bearing Part After determining the number and diameter of the anchor bolts in accordance with the Road Bridge Specification V, the characteristic value of the rupture strength of the anchor bolts is calculated.
When the anchor bolt of the bearing portion is a member that is induced to break, the breaking strength of each member is such that the breakage of the rubber bearing, the set bolt, etc. of the bearing portion does not precede the breakage of the anchor bolt. Set the cross section, etc. based on the variation in
1.4 耐力階層化鉄筋作動後の橋脚耐力の設定
前記破壊が誘導される部材の破壊強度、橋脚水平耐力のばらつきを考慮し、前記耐力階層化鉄筋作動後の前記橋脚水平耐力を設定する。
1.4 Setting of pier strength after activation of strength-strengthened reinforcing bars The pier horizontal strength after activation of the strength-strengthened reinforcement is set in consideration of the rupture strength of the members to which the above-mentioned destruction is induced and variations in the horizontal strength of the piers.
1.5 橋脚破壊モードの確認
前記破壊が誘導される部材よりも先に、他の破壊形態が先行しないことを確認する。
例として、前記橋脚のせん断破壊が挙げられる。前記破壊が誘導される部材の破壊強度を前記橋脚のせん断耐力の特性値が下回る場合には、前記破壊が誘導される部材が破壊する前に前記橋脚がせん断破壊に至るため、橋脚断面や配筋を見直す。
1.5 Confirmation of pier failure mode Confirm that other failure modes do not precede the member to which the failure is induced.
Examples include shear failure of the piers. If the characteristic value of the shear strength of the pier is lower than the breaking strength of the member on which the failure is induced, the pier will shear failure before the member on which the failure is induced fails. review muscles.
<2 耐力階層化鉄筋の設計>
2.1 ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施
前記耐力階層化鉄筋の遊間設定等を行うために、前記耐力階層化鉄筋を入れずにファイバー要素を用いた解析を行う。この解析では、「1.1 橋脚の断面決定」により決定した前記橋脚の断面をモデル化する。
荷重漸増解析により、前記橋脚の荷重-変位関係、前記塑性ヒンジ区間の曲げモーメント-曲率関係等を算出する。
<2 Design of bearing layered reinforcing bars>
2.1 Gradual Load Analysis Using Fiber Elements In order to set the clearance of the bearing strength stratified reinforcing bars, the analysis using the fiber elements is performed without inserting the bearing strength stratified reinforcing bars. In this analysis, the cross section of the pier determined in "1.1 Determining the cross section of the pier" is modeled.
Gradual load analysis is used to calculate the load-displacement relationship of the bridge pier, the bending moment-curvature relationship of the plastic hinge section, and the like.
2.2 耐力階層化鉄筋配置の設定
前記耐力階層化鉄筋の配筋位置を設定する。
前記耐力階層化鉄筋の配筋位置は、前記道路橋示方書Vに従い「1.1 橋脚の断面決定」で設定した前記軸方向鉄筋に対し、あきを考慮しつつ、その内側に設定する。
2.2 Setting of bearing-strength-stratified reinforcement arrangement Set the bar arrangement position of the bearing-strength-stratified reinforcement.
The reinforcement position of the load-bearing layered reinforcing bars is set inside the axial reinforcing bars set in "1.1 Determining the cross section of the bridge pier" in accordance with the specifications for highway bridges V, while considering the clearance.
2.3 耐力階層化鉄筋の引張側遊間長の目安値設定
前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間長の目安値を設定する。前記耐力階層化鉄筋を作動させる変位における前記塑性ヒンジ区間の前記曲率及び前記中立軸位置を「2.1 ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施」の解析結果より抽出する。
抽出した前記曲率及び前記中立軸位置と、算出した塑性ヒンジ長とから、式(1)により、前記引張側遊間長を算出する。
レベル2地震動によって生じる前記橋脚の変位以下で前記耐力階層化鉄筋による耐力上昇が生じると、塑性変形によるエネルギー吸収が期待できなくなるなど、「1.1 橋脚の断面決定」で行った設計が成り立たなくなるおそれがあるため、レベル2地震動によって生じる変位までは、前記耐力階層化鉄筋が作動しないよう、前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を決定する。
2.3 Reference value setting of pull-side gap length of bearing-strength stratified reinforcing bars Set the reference value of the tension-side gap length of the bearing-strength stratified reinforcing bars. The curvature and the neutral axis position of the plastic hinge section at the displacement that actuates the load-bearing stratified reinforcing bar are extracted from the analysis results of "2.1 Carrying out Gradual Load Analysis Using Fiber Elements".
From the extracted curvature and the neutral axis position, and the calculated plastic hinge length, the pull-side clearance is calculated by Equation (1).
If the load-strength-strength-strengthened reinforcing bars increase in strength below the pier displacement caused by
2.4 耐力階層化鉄筋の諸元設定
「1.4 耐力階層化鉄筋作動後の橋脚耐力の設定」にて設定した前記橋脚水平耐力を満足するように前記耐力階層化鉄筋の本数、径、規格等を設定する。
2.4 Specification setting of bearing strength stratified reinforcing bars The number, diameter, Set standards, etc.
<3 設計照査>
前記耐力階層化鉄筋をモデル化した荷重漸増解析を行う。解析モデルは、「2.1 ファイバー要素を用いた荷重漸増解析の実施」にて作成したモデルに、前記耐力階層化鉄筋を加えたものとする。前記耐力階層化鉄筋のモデル化は、遊間を設けたばね要素としてモデル化する。
前記耐力階層化鉄筋を反映したモデルの荷重漸増解析結果より、下記3点について照査し、前記崩壊シナリオが成り立つか確認する。
1点目に、レベル2地震動によって生じる変位以下で、耐力階層化鉄筋が作動しないかを確認する。確認は、荷重漸増解析の荷重―変位曲線より判断することができる。目標とした変位以下で前記耐力階層化鉄筋が作動する場合には、前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を見直す。
2点目に、前記耐力階層化鉄筋が作動後の前記橋脚水平耐力を確認する。「1.4 橋脚耐力の設定」にて設定した前記水平耐力が得られていない場合には、前記耐力階層化鉄筋の本数、径、規格等の見直しを行う。
3点目に、必要とする前記破壊が誘導される部材の破壊耐力に到達する前に、前記橋脚が限界状態3を超えていないかを確認する。超えている場合には、前記耐力階層化鉄筋の本数、径、又は前記引張側遊間長を見直す。
<3 Design verification>
Gradual load analysis is performed by modeling the strength stratified reinforcing bars. The analysis model is the model created in "2.1 Gradual Load Analysis Using Fiber Elements" with the above-mentioned strength-stratified reinforcing bars added. The bearing layered reinforcing bar is modeled as a spring element with a gap.
From the results of load gradual analysis of the model reflecting the strength stratified reinforcing bars, the following three points are checked to confirm whether the collapse scenario holds.
First, confirm whether the load-bearing stratified reinforcing bars do not operate below the displacement caused by the
Secondly, the horizontal strength of the bridge pier after the strength-stratified reinforcing bars are activated is confirmed. If the horizontal strength set in "1.4 Setting of pier strength" is not obtained, the number, diameter, standard, etc. of the strength stratified reinforcing bars will be reviewed.
Third, make sure that the pier does not exceed
以上のように構成される本発明の前記耐力階層化RC橋脚の設計方法によれば、前記設計地震動に対する耐震性能を担保しつつ、前記極大地震動に対しても機能全体が損なわれにくい、耐力が階層化された前記耐力階層化RC橋脚を設計することができる。
加えて、前記崩壊シナリオに基づき、前記破壊が誘導される部材に前記支承部の破壊を誘導することで前記橋脚倒壊による落橋等の致命的な損壊を防ぐことができ、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことが可能な前記耐力階層化RC橋脚を設計することができる。
According to the method for designing the strength-strength-stratified RC pier of the present invention configured as described above, while ensuring the seismic performance against the design seismic motion, the entire function is unlikely to be impaired against the maximum seismic motion, and the bearing strength is high. A layered bearing layered RC pier can be designed.
In addition, based on the collapse scenario, by inducing the destruction of the bearing part to the member to which the destruction is induced, it is possible to prevent fatal damage such as the collapse of the bridge due to the collapse of the pier, and to recover the function after that. It is possible to design the bearing layered RC pier that can be quickly repaired.
本発明の前記耐力階層化RC橋脚及びその設計方法の有効性を確認するため、以下のシミュレーション解析を行った。 In order to confirm the effectiveness of the bearing strength stratified RC bridge pier and its design method of the present invention, the following simulation analysis was performed.
<シミュレーション対象>
前記シミュレーション解析では、典型的な事例として、図10に示す、RC橋脚と杭基礎とで支持される連続桁形式の5径間連続鋼I桁橋を想定した。なお、図10は、前記5径間連続鋼I桁橋の設定を示す説明図である。
前記シミュレーション解析では、前記5径間連続鋼I桁橋における中間の前記RC橋脚を設計対象橋脚として抽出し、単脚の前記RC橋脚について解析を行う。
ここで、前記設計対象橋脚は、前記耐力階層化鉄筋の設定を行わない(前記耐力階層化鉄筋を有さない)モデル1と、前記耐力階層化鉄筋の設定を行ったこと以外は、モデル1と同様に設定されるモデル2との二通りで設定した。
具体的なモデル2の配筋図を図11に示す。なお、モデル1では、この図11における「耐力階層化鉄筋」を有さない状態の配筋となる。
なお、前記設計対象橋脚の各部は、図9を参照して説明した方法に基づき、下記表1,2のように設定した。なお、前記耐力階層化鉄筋は、前記軸方向鉄筋の内側の限られた配置スペースで耐力向上を行うため、高強度のSD490鉄筋を使用する設定としている。
<Simulation target>
In the simulation analysis, as a typical example, a five-span continuous steel I-girder bridge of continuous girder type supported by RC piers and pile foundations as shown in FIG. 10 was assumed. In addition, FIG. 10 is an explanatory diagram showing the setting of the 5-span continuous steel I-girder bridge.
In the simulation analysis, the middle RC pier of the 5-span continuous steel I-girder bridge is extracted as the design target pier, and the single-leg RC pier is analyzed.
Here, the piers to be designed are
FIG. 11 shows a concrete bar arrangement diagram of
Each part of the pier to be designed was set as shown in Tables 1 and 2 below based on the method described with reference to FIG. It should be noted that the bearing strength stratified reinforcing bars are set to use high-strength SD490 reinforcing bars in order to improve bearing strength in a limited arrangement space inside the axial reinforcing bars.
<シミュレーション条件>
前記シミュレーション解析は、TDAPIII(株式会社アーク情報システム社製,土木・建築向け汎用3次元動的解析プログラム)を用いて行った。
解析手法は、変位制御の荷重漸増解析を用いた。その際の載荷ステップは0.01mm/stepとし、モデル1で限界状態3とみなす変位以上まで載荷するために200mmまで載荷を行った。
解析モデルは、多質点骨組みモデルを採用した。具体的な前記多質点骨組みモデルを図12に示す。
図12に示すように、前記設計対象橋脚に対する前記多質点骨組みモデルは、塑性ヒンジ区間を「ファイバー要素」とし、橋脚上部のはり部及び橋脚基部のフーチング部を「剛部材による線形はり要素」とし、前記塑性ヒンジ区間と前記はり部との間の柱部を「線形はり要素」として、それぞれ設定した。
<Simulation conditions>
The simulation analysis was performed using TDAPIIII (manufactured by Ark Information Systems Co., Ltd., general-purpose three-dimensional dynamic analysis program for civil engineering and construction).
As the analysis method, the incremental load analysis of displacement control was used. The loading step at that time was set to 0.01 mm/step, and loading was performed up to 200 mm in order to load to a displacement that is regarded as
The analysis model adopted a multi-mass frame model. FIG. 12 shows a concrete multi-mass frame model.
As shown in Fig. 12, the multi-mass frame model for the pier to be designed uses a "fiber element" for the plastic hinge section, and a "linear beam element made of rigid members" for the beam at the top of the pier and the footing at the base of the pier. , the column portion between the plastic hinge section and the beam portion was set as a "linear beam element".
モデル化された前記軸方向鉄筋及びコンクリートのそれぞれの応力-ひずみ関係は、前記道路橋示方書Vに基づき設定した(図4,5参照)。ただし、前記コンクリートの応力-ひずみ関係のうち、限界圧縮ひずみεccl以上のひずみ域では、ひずみεcが最大圧縮応力度σccに達するときのひずみεccから限界圧縮ひずみεcclまで下降した後も、そのままの下降勾配で応力が0.0N/mm2となるまで低下すると仮定して設定した。前記シミュレーション解析において設定される前記コンクリートの応力-ひずみ関係を図13に示す。 The stress-strain relationship of each of the modeled axial reinforcing bars and concrete was set based on the highway bridge specifications V (see FIGS. 4 and 5). However, in the stress-strain relationship of the concrete, in the strain region of the critical compressive strain ε ccl or more, after the strain ε cc when the strain ε c reaches the maximum compressive stress degree σ cc and descends to the critical compressive strain ε ccl was also set assuming that the stress would decrease to 0.0 N/mm 2 at the same descending slope. FIG. 13 shows the stress-strain relationship of the concrete set in the simulation analysis.
また、前記耐力階層化鉄筋の設定を行うモデル2では、更に、前記耐力階層化鉄筋を「ばね要素」として加える設定を行った。
即ち、前記耐力階層化鉄筋は、前記引張側遊間により所定の変位に達して初めて引張抵抗する作用を示すことから、軸方向の引張にのみ抵抗する非線形の「ばね要素」として設定し、図14に示す荷重-変位関係を与えてモデル化した。
ここでは、前記耐力階層化鉄筋における前記引張側遊間に関係して、図9を参照して説明した方法により算出される前記荷重-変位関係を設定している。
また、前記耐力階層化鉄筋は、前記圧縮側遊間が前記引張側遊間よりも大きな遊間を有することとして、圧縮抵抗しない設定としている。
また、前記耐力階層化鉄筋の設定に関し、前記耐力階層化鉄筋が作動するまでの前記引張側遊間長は20mmと設定し、前記耐力階層化鉄筋が降伏した後の荷重-変位関係は、解析上の安定性を確保するため、10-5kN/m程度の微小勾配を与えて設定している。
Further, in the
That is, since the bearing-strength-stratified reinforcing bar exhibits an effect of resisting tension only after reaching a predetermined displacement due to the tension-side clearance, it is set as a non-linear "spring element" that resists tension only in the axial direction. was modeled by giving the load-displacement relationship shown in
Here, the load-displacement relationship calculated by the method described with reference to FIG. 9 is set in relation to the tension-side clearance of the strength-stratified reinforcing bars.
Further, the load-bearing stratified reinforcing bars are set so as not to resist compression by having the compression-side clearance larger than the tension-side clearance.
In addition, regarding the setting of the bearing strength stratified reinforcing bars, the tension side clearance length until the bearing strength stratified reinforcing bars are actuated is set to 20 mm, and the load-displacement relationship after the bearing strength stratified reinforcing bars yield is analytically In order to ensure the stability of , it is set by giving a minute gradient of about 10 −5 kN/m.
<シミュレーション結果>
モデル1及びモデル2についての荷重漸増解析結果を図15に示す。
図15中、縦軸が前記設計対象橋脚の水平耐力を示し、横軸が前記設計対象橋脚の橋脚天端における変位を示している。
また、図15中に示す限界状態2及び限界状態3の変位の特性値は、前記道路橋示方書Vに基づいて算出したモデル1における変位の特性値である。
この図15に示される結果からは、モデル2において配置した前記耐力階層化鉄筋の前記引張側遊間を適切に設定することで、次の2点が実現できることが確認される。
第1に、限界状態2に相当する変位まではモデル1と同様の応答を示すことから、前記道路橋示方書Vに示されるレベル2地震動に相当する荷重が作用する範囲では、モデル2もモデル1と同様の挙動を示す。
第2に、レベル2地震動よりも大きな荷重が生じた際、モデル2では、モデル1と異なり、限界状態2を超え限界状態3に達する前に水平耐力が上昇する。具体的に、モデル2での橋脚の水平耐力は、限界状態2に相当する約5,000kNから、前記耐力階層化鉄筋が作動することにより約7,000kNへ上昇する。
<Simulation result>
FIG. 15 shows the load gradual analysis results for
In FIG. 15, the vertical axis indicates the horizontal strength of the design target pier, and the horizontal axis indicates the displacement at the pier crest of the design target pier.
15 are the characteristic values of the displacement in the
From the results shown in FIG. 15, it is confirmed that the following two points can be realized by appropriately setting the pull-side clearance of the load-bearing stratified reinforcing bars arranged in
First, since the same response as
Second, when a load larger than
以上のシミュレーション結果から、本発明の前記耐力階層化RC橋脚では、レベル2地震動を超える極大地震動が発生しても、上昇した水平耐力により前記設計対象橋脚の損傷の進展が抑制され、機能が損なわれにくい効果が得られる。
加えて、前記支承部の破壊強度を橋脚の水平耐力の上昇幅である5,000kNから7,000kNの間に設定しておけば、レベル2地震動を超える極大地震動が発生しても、その影響を前記支承部の破壊に誘導することで橋脚倒壊による落橋に至りにくくなり、その後の機能回復に向けた補修を速やかに行うことができる。
なお、前記橋脚構成部材における性能のばらつきを考慮して、前記引張側遊間や前記支承部の破壊強度を見直すこととすれば、より確実に上記効果を得ることができる。
From the above simulation results, even if a maximum seismic
In addition, if the rupture strength of the bearing portion is set between 5,000 kN and 7,000 kN, which is the range of increase in the horizontal strength of the pier, even if a maximum seismic
The above effect can be obtained more reliably by reviewing the breaking strength of the pull-side clearance and the support portion in consideration of variations in performance of the pier constituent members.
1 耐力階層化RC橋脚
2 コンクリート躯体
2a フーチング部
2b 柱部
2c 梁部
3 軸方向鉄筋
4 耐力階層化鉄筋
5 支圧板
6 中空シース
7 大中空部
8 帯鉄筋
10 支承部
11 ベースプレート
12 セットプレート
13 ゴム支承
14 アンカーボルト
1 Strength-strengthened
Claims (6)
前記コンクリート躯体上部に配される支承部と、を有するRC橋脚において、
前記耐力階層化鉄筋は、底部側に前記高さ方向と直交する方向に張り出されたフランジを形成する支圧板が固着され、底部側の部分及び前記支圧板が前記コンクリート躯体内部に形成された中空シース内に遊嵌され、前記底部側の部分から上方の部分が前記コンクリート躯体内に定着されて配され、
前記中空シースは、その底部側が前記支圧板を収容する、上方よりも開口径が大きな大中空部とされ、前記大中空部の上面部分が前記支圧板上面と対向し前記耐力階層化鉄筋が上方に引っ張られたときに前記支圧板上面と当接して引張力に抵抗する引張抵抗面とされ、かつ、平常時における前記支圧板上面と前記引張抵抗面との間の距離である引張側遊間長dxが下記式(1)及び(2)を満足するように形成されることを特徴とする耐力階層化RC橋脚。
In an RC bridge pier having a bearing part arranged on the upper part of the concrete frame,
The load-bearing stratified reinforcing bars have a bearing plate fixed to the bottom side, forming a flange projecting in a direction orthogonal to the height direction, and the bottom side portion and the bearing plate are formed inside the concrete frame. is loosely fitted in the hollow sheath, and the portion above the bottom side is fixed in the concrete frame,
The hollow sheath has a large hollow portion with an opening diameter larger than that of the upper portion, which accommodates the bearing plate on the bottom side thereof, and the upper surface portion of the large hollow portion faces the upper surface of the bearing plate, and the load-bearing stratified reinforcing bars are arranged above. It is a tension resistance surface that contacts the upper surface of the support plate and resists the tensile force when it is pulled, and the tension side clearance is the distance between the upper surface of the support plate and the tension resistance surface in normal times A load-bearing stratified RC pier characterized by being formed so that dx satisfies the following equations (1) and (2).
少なくとも、耐力階層化鉄筋が作動しないときにレベル2地震動によって生ずる変位がもたらす脚部の塑性ヒンジ区間における曲率φls’を算出する曲率算出工程と、
前記曲率φls’を示すときの前記塑性ヒンジ区間における中立軸の位置から前記脚部の中心軸を挟んで対向する前記耐力階層化鉄筋の配設位置までの最短距離yls’を算出する距離算出工程と、
前記塑性ヒンジ区間の長さである塑性ヒンジ長Lpを算出する塑性ヒンジ長算出工程と、
前記曲率φls’、前記最短距離yls’及び前記塑性ヒンジ長Lpの算出結果に基づき、下記式(1)及び(2)を満足するように引張側遊間長dxを設定する引張側遊間設定工程と、
を含むことを特徴とする耐力階層化RC橋脚の設計方法。
a curvature calculation step of calculating at least the curvature φ ls ' in the plastic hinge section of the leg caused by the displacement caused by the level 2 seismic motion when the load-bearing stratified rebar is not actuated;
A distance for calculating the shortest distance y ls ' from the position of the neutral axis in the plastic hinge section when the curvature φ ls ' is indicated to the arrangement position of the load-bearing stratified reinforcing bars facing each other across the central axis of the leg. a calculation step;
a plastic hinge length calculation step of calculating a plastic hinge length Lp, which is the length of the plastic hinge section;
Based on the calculation results of the curvature φ ls ', the shortest distance y ls ', and the plastic hinge length Lp, tension-side clearance setting for setting the tension-side clearance dx so as to satisfy the following equations (1) and (2) process and
A method for designing a bearing layered RC pier, comprising:
Furthermore, a horizontal force equivalent to the horizontal strength of the leg when the load-bearing stratified reinforcing bars are not activated does not damage the horizontal strength of the leg less than the horizontal strength of the leg that is maximized by the operation of the load-bearing stratified reinforcing bars. 6. The method for designing a bearing layered RC pier according to any one of claims 4 and 5, further comprising a bearing portion setting step of setting the breaking strength of the bearing portion so that it will be destroyed by a horizontal force corresponding to the bearing portion.
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