JP3534503B2 - 鋼製橋脚の補強工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路橋・鉄道橋等
に使用されている既設の内部が空間である箱形断面鋼製
橋脚において、変形性能を飛躍的に向上させる経済的、
合理的な補強工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、橋脚等の構造物においては、大規
模地震に対する変形性能が要求されている。従来、既設
の鋼製橋脚の変形性能を向上させる手段として、鋼製橋
脚の内部にコンクリート等を充填する方法が知られてい
る。また、既設の鋼製橋脚において、部材の応力が大き
くなる部分の変形を完全に拘束するために外周面をコン
クリートにて巻く方法も案出されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では柱部材の耐荷力を向上させるため柱部材の強度
を高めることは出来るものの、逆に基礎に対して大きな
作用力となるため、基礎やアンカボルト等の弱い部分に
対して負担をかけ、弱い部分における破壊を招来させる
危険性がある。また、後者の方法では耐荷力の上昇によ
る問題、ならびに設計外力を上回る地震力が作用した時
に、直近の無補強部、或いは、予期しない部位に局部座
屈が生起するため、補強効果が期待される程得られない
という問題を有する。

【０００４】本発明は叙上の問題点に鑑みて創出された
ものであり、その目的とするところは、既存の箱形断面
橋脚の四隅を補強強化することにより、橋脚本体の耐荷
力の上昇を極力抑制し、主として変形性能を向上させる
ことにより耐震性能の改善を図ることができる鋼製橋脚
の補強工法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の既設の鋼製橋脚の補強工法は、内部が空間
である箱形断面鋼製橋脚の横断面の四隅を長手方向に沿
って鋼材で補強することにより耐震性能を向上させるこ
とを特徴とするものである。そして、上記四隅の補強は
上記四隅の外面に長手方向に沿ってアングル状の鋼材を
固着することによって達成することができる。また、上
記四隅の補強は、上記四隅の内面に長手方向に沿ってア
ングル状の鋼材を固着することによっても達成すること
ができる。更に、上記四隅の補強は、上記四隅の内面に
長手方向に沿って橋絡状の鋼材を橋脚本体の隣り合う２
辺のフランジに固着することによっても達成することが
できる。また、上記四隅の補強は、上記四隅の外面に長
手方向に沿ってアングル状の鋼材を固着するか、又は、
上記四隅の内面に長手方向に沿ってアングル状の鋼材を
固着するか、又は、上記四隅の内面に長手方向に沿って
橋絡状の鋼材を橋脚本体の隣り合う２辺のフランジに固
着する工法を２つ又はそれ以上組合せることによっても
達成することができる。

【０００６】次に、本発明の作用について説明する。本
発明においては、既存の内部が空間である箱形断面橋脚
の四隅外面を補強部材により補強強化しているので、大
地震が発生した場合、地震エネルギーは、四辺のフラン
ジ部の座屈変形により吸収されるが、四隅が破壊しない
ため吸収エネルギー量は格段に向上する。これにより、
橋脚本体の耐荷力を極力抑制し、主として変形性能の向
上により耐震性能を改善することが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図１は、本発明に係る既存の内部が空間で
ある鋼製橋脚の補強工法の実施形態が適用される一般的
な高架橋脚の概略構成図であり、高架橋脚２０は地面と
接触する基礎２１、基礎２１に植設された橋脚２２、橋
脚２２の上部に設置された橋梁上部工２３よりなる。基
礎２１はフーチング２４と、該フーチング２４の下部に
複数本植設された杭２５と該フーチング２４内に埋設さ
れたベースプレート２６と橋脚２２を定着させるための
アンカーボルト２７より構成される。基礎２１の根巻き
部２８直上の橋脚基部３０近傍は、大地震時には応力の
局部集中が起り、局部座屈が発生する可能性がある。本
発明は、大地震時において、局部座屈の発生が懸念され
る部分について補強を行なうことを基本思想としてい
る。そのために本発明は、前述したように、既存の内部
が空間である箱形断面橋脚の四隅を補強強化することに
より、橋脚本体の耐荷力の上昇を極力抑制し、主として
変形性能を向上させることにより耐震性能の改善を図る
ことができるようにしている。ここで「変形性能」と
は、大きな変位が起っても耐荷力が損なわれず、エネル
ギー吸収量が増加する性能のことをいう。図２は本発明
の第１の実施形態を示す既存の内部が空間である箱形断
面鋼製橋脚の横断面図である。図において、箱形断面鋼
製橋脚１の四隅を補強強化するために、橋脚の横断面の
四隅外面に長手方向に沿って補強用のアングル状の鋼材
２が溶接またはボルト等の固着手段により固着されてい
る。該アングル状の鋼材２を箱形断面鋼製橋脚１の四隅
外面に固着することにより、箱形断面鋼製橋脚１は４本
の脚部を有するラーメン構造の機能を奏することができ
る。

【０００８】次に、第１の実施形態の作用について説明
する。第１の実施形態は、既存の内部が空間である箱形
断面橋脚１の四隅外面をアングル状の鋼材２により補強
強化しているので、大地震が発生した場合、地震エネル
ギーは四辺のフランジ部の座屈変形により吸収するが、
四隅が破壊しないため吸収エネルギー量は格段に向上す
る。これにより、橋脚本体の耐荷力を極力抑制し、主と
して変形性能の向上により耐震性能を改善することが可
能となり、基礎やアンカーボルト等の補強を最小限に止
めることができるため、経済的且つ合理的である。

【０００９】図３は本発明の第２の実施形態を示したも
のである。図において、既存の内部が空間である箱形断
面橋脚１の四隅を補強強化するために、橋脚の横断面の
四隅内面に長手方向に沿って補強用のアングル状の鋼材
３が溶接またはボルト等の固着手段により固着されてい
る。該アングル状の鋼材３を箱形断面鋼製橋脚１の四隅
内面に固着することにより、箱形断面鋼製脚１は４本の
脚部を有するラーメン構造の機能を奏することができ
る。そして、第１の実施形態と同様の作用効果を得るこ
とができる。

【００１０】図４は本発明の第３の実施形態を示す。図
において、既存の内部が空間である箱形断面鋼製橋脚１
の四隅を補強するために、橋脚の横断面の四隅内面に長
手方向に沿って、例えば、鋼板あるいは形鋼からなる橋
絡状の鋼材４が橋脚本体の隣り合う２辺のフランジ５，
５に溶接またはボルト等の固着手段により固着されてい
る。該橋絡状の鋼材４を橋脚本体の隣り合う２辺のフラ
ンジ５，５に固着することにより、箱形断面鋼製橋脚１
は４本の脚部を有するラーメン構造の機能を奏すること
ができる。そして、第１の実施形態と同様の作用効果を
得ることができる。尚、上記幾つかの実施形態は色々組
合せることができることは勿論のことである。

【００１１】次に、地震力を想定した高架橋の橋脚への
加力実験結果を挙げる。供試体は高架橋の橋脚を想定し
１／３程度に縮小した箱形断面の片持ち柱とする。図５
に示される供試体は補強を施こさない供試体 No.１であ
り、補強効果を確認するための基準となるものである。
図６に示される供試体は四隅内面にアングル状の鋼材３
を高力ボルトにて橋脚本体に固着した供試体 No.２であ
り、大きさ、形状、材質とも供試体１と同一である。供
試体 No.２において、橋脚本体の隣り合うフランジには
隅肉溶接が施こされており、隅部が盛上っているため、
アングル状鋼材３はフィラープレート６を介してフラン
ジに固着されている。しかし、フィラープレート６は実
験結果に何ら影響を与えるものではない。載荷条件とし
ては、一定の鉛直軸力を負荷した状態を保持しつつ、柱
頂部に地震荷重に相当する水平力を繰返して漸増しつつ
作用させる。実験結果として、柱頂部における水平荷重
と水平変位関係の載荷履歴曲線を図７（供試体 No.
１）、及び、図８（供試体 No.２）に示す。また、水平
荷重と水平変位関係の包絡線を供試体 No.１、及び、供
試体 No.２ごとに図９に示す。

【００１２】実験結果から、図８を図７と比較すると、
補強を施こした供試体 No.２（図８）は補強を施こさな
い供試体 No.１（図７）に比べいったん荷重ピークを超
えてからの１ループ毎の劣化が小さく水平変位も伸びて
いるが耐荷力の上昇は極力抑えられている。このことか
ら供試体 No.２は供試体 No.１に比べて耐荷力の上昇は
僅かであるにもかかわらず変形性能が向上しており、エ
ネルギー吸収量が増加している。特に供試体 No.２は耐
荷力と変形性能のバランスを保持しつつ全体的に靱性が
向上しており、所期の目的を達成することが判った。こ
のことは、図９に示される包絡線の特性からも言えるこ
とである。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、既存の内
部が空間である箱形断面鋼製橋脚の横断面の四隅を長手
方向に沿って補強したので、大地震が発生した場合、地
震エネルギーは四辺のフランジ部の座屈変形により吸収
されるが、四隅が破壊されないため吸収エネルギー量が
格段に向上し、それによって、橋脚本体の耐荷力の上昇
を極力抑制し、主として変形性能の向上によりエネルギ
ー吸収量を高め耐震性能を改善することが可能となり、
基礎やアンカーボルト等の補強を最小限に止めることが
できるため経済的且つ合理的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る既存の内部が空間である鋼製橋脚
の補強工法の実施形態が適用される一般的な高架橋脚の
概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施形態を示す横断面図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施形態を示す横断面図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施形態を示す横断面図であ
る。

【図５】補強を施さない供試体Ｎｏ．１を示す横断面図
である。

【図６】補強を施さない供試体Ｎｏ．２を示す横断面図
である。

【図７】供試体Ｎｏ．１の柱頂部における水平荷重と水
平変位関係の載荷履歴曲線を示す図である。

【図８】供試体Ｎｏ．１の柱頂部における水平荷重と水
平変位関係の載荷履歴曲線を示す図である。

【図９】供試体Ｎｏ．１と供試体Ｎｏ．２の水平荷重と
水平変位関係の包絡線を示す図である。

【符号の説明】

１…既存の内部が空間である箱形断面鋼製橋脚 ２、３…アングル状の鋼材 ４…橋絡状の鋼材 ５…フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安波 博道 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (72)発明者 寺田 昌弘 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平７−238637（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−57216（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−44472（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E01D 21/00 E01D 19/02 E04G 23/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部が空間である箱形断面鋼製橋脚の横
   断面の四隅を長手方向に沿って鋼材で補強することによ
   り耐震性能を向上させることを特徴とする既設の鋼製橋
   脚の補強工法。
2. 【請求項２】 上記四隅の外面に長手方向に沿ってアン
   グル状の鋼材を固着したことを特徴とする請求項１記載
   の既設の鋼製橋脚の補強工法。
3. 【請求項３】 上記四隅の内面に長手方向に沿ってアン
   グル状の鋼材を固着したことを特徴とする請求項１記載
   の既設の鋼製橋脚の補強工法。
4. 【請求項４】 上記四隅の内面に長手方向に沿って橋絡
   状の鋼材を橋脚本体の隣り合う２辺のフランジに固着し
   たことを特徴とする請求項１記載の既設の鋼製橋脚の補
   強工法。
5. 【請求項５】 上記四隅の外面に長手方向に沿ってアン
   グル状の鋼材を固着するか、又は、上記四隅の内面に長
   手方向に沿ってアングル状の鋼材を固着するか、又は、
   上記四隅の内面に長手方向に沿って橋絡状の鋼材を橋脚
   本体の隣り合う２辺のフランジに固着する工法を２つ又
   はそれ以上組合せることを特徴とする請求項１記載の既
   設の鋼製橋脚の補強工法。