JP3847294B2

JP3847294B2 - 橋脚の二重管構造

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Publication number: JP3847294B2
Application number: JP2003416059A
Authority: JP
Inventors: 敏宏峯田; 栄人林; 秀樹本田
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005171705A

Description

本発明は、強度を高めて耐震性を向上させた橋脚の二重管構造に関し、特に既設の鋼製橋脚に対して補強のために外側鋼管を追加する橋脚の二重管構造に関する。

橋脚の補強工事は、既設の橋脚に対して載荷重量の増加や耐震設計の見直しによって現在の基準をクリアできていないために行われることがある。そうした既設の橋脚に対して行う鋼製橋脚の補強構造としては、例えば下記特許文献１には、鋼製橋脚の下部に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材の線材料やピアノ線を橋脚に巻き回す構造のものが提案されている。また、この他には下記特許文献２に、鉄筋コンクリート製橋脚の外周に鋼管を設置し、橋脚と鋼管との間にモルタルや樹脂などの固結材を充填する構造が提案されている。そして、橋脚の強化および耐震性を向上させるための構造としては、この他にも様々なものが提案されている。
特開平１１−３３６０２０号公報（第２−３頁、図１）特開平０９−０１３３２１号公報（第２−３頁、図１）

しかし、既設の橋脚に対して耐震性向上などのため耐力を大幅に補強する工事を行う場合、前記特許文献１によるＦＲＰ材の線材料やピアノ線を橋脚に巻き回す構造では、座屈荷重に対しては補強効果が現れて大いに改善されるが、ピアノ線などが巻き回された橋脚であっても、それ自身の強度が曲げ応力に対して充分ではなかった。また、前記特許文献２による橋脚と鋼管との間に固結材を充填する構造では、内側のコンクリート製橋脚と外側の補強鋼管との間の力の伝達経路に固結材が挟まっていることから、加重時の挙動が複雑になるため、補強による強度向上の評価が困難であった。従って、模型による実験が必要になるなど、その実験期間と費用負担が大きくなってしまい、更には施工によって所期の効果が得られる否かが不確実であり、有効な補強構造とはいえない。その他、従来の補強構造においては、補強構造が大きくなって建築限界などの制約を満足できなかったり、基部補強と橋脚部補強の取り合い構造がよくないなど、橋脚の強化および耐震性を向上させるための有効な構造が見あたらなかった。

そこで本発明は、かかる課題を解決すべく提案するものであり、既設の橋脚に対する補強に優れた橋脚の二重管構造を提供することを目的とする。

本発明に係る橋脚の二重管構造は、内側鋼管と外側鋼管とが中空部を介して一体的に固定されたものであって、前記内側鋼管には、その外周面に軸線方向に沿って配置された複数の縦リブが径方向に起立するように溶接され、前記外側鋼管は、円周方向に分割され、その円周方向両端に固定板を備えた複数の外側鋼管用板からなるものであって、それぞれの外側鋼管用板が隣り合う縦リブの間に配置され、隣り合う当該外側鋼管用板の固定板によって縦リブを挟み込み、重ねられた固定板及び縦リブを貫通した高力ボルトによって連結することにより、前記内側鋼管と外側鋼管とが一体的に固定されて鋼管を構成するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る橋脚の二重管構造は、前記固定板と縦リブとの間に調整フィラーが
挟み込まれたものであることが望ましい。
更に、本発明に係る橋脚の二重管構造は、前記内側鋼管と外側鋼管との間の中空部に間詰めのためのモルタルが流し込まれたものであることが望ましい。

本発明に係る橋脚の二重管構造は、既設の橋脚（内側鋼管）に対して外側鋼管を連結することによって補強を行う場合に有効であって、鋼管同士を縦リブを介して直接固定するため座屈荷重に対する補強効果の他、曲げ応力に対する強度も充分なものとなる。また、既設の内側鋼管と補強用の外側鋼管とを縦リブによって連結した構成は、力の伝達経路が明確であり、補強による強度向上の評価が容易に行える。更に、内側鋼管と外側鋼管とは縦リブを介して僅かな隙間をあけて連結されるため、その補強構造自体が建設限界を超えるような大型なものではなく、コンパクトな補強構造となる。

本発明は、内側鋼管と外側鋼管とが中空部を介して一体的に固定するものであって、内側鋼管には、その外周面に軸線方向に沿って配置した複数の縦リブを径方向に起立するように溶接し、外側鋼管は、円周方向に分割した複数の外側鋼管用板からなるものとして、それぞれの外側鋼管用板を隣り合う縦リブの間に配置し、その縦リブに対して固定することにより鋼管を構成するようにしたので、既設の橋脚に対する補強に優れた橋脚の二重管構造を提供することが可能になった。

次に、本発明に係る橋脚の二重管構造について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態で説明する橋脚の二重管構造は、既設の橋脚に対して補強を行うためのものであり、具体的にはランプ橋の車線拡幅に伴い橋脚に横梁を増設することを目的として行う補強に関する。図１は、既設の脚柱に横梁を設けた橋脚を二重管構造とするための組立概要図である。つまり、図１（ａ）に示すように、現在は脚柱のみからなる橋脚１の上に不図示の橋桁が掛け渡され、その橋桁の上に１車線の道路がつくられている。これに対して本実施形態では、図１（ｂ）に示す上端の横梁３と補強用の外側鋼管２を追加することにより、図１（ｃ）に示すように、既設の脚柱１を補強するとともに横梁３をもった新たな橋脚１０を施工しようとするものである。そして、横梁３が増設された橋脚１０には、幅広の橋桁がかけられて２車線の道路拡幅が行われる。

図２は、橋脚の二重管構造を水平方向断面（図１（ｃ）のＡ−Ａ断面）で示した図である。補強後の橋脚は、図２に示すように既設の脚柱（以下、「内側鋼管」とする）１の外側に、補強用の外側鋼管２がその内側鋼管１と同軸に設けられた二重構造をなしている。この二重構造は、先ず内側鋼管１に対して、その外周表面に軸方向に沿って配置された複数の縦リブ１１，１１…が溶接される。本実施形態では、内側鋼管１の外周を８分割する位置に縦リブ１１，１１…が配置され、図示するように内側鋼管１の外周面に対して径方向に起立した状態で溶接されている。次に、この縦リブ１１，１１…に対して外側鋼管２が固定される。

外側鋼管２は、内側鋼管１のように一つの円筒管ではなく、円周を８分割する縦リブ１１，１１…に対応して設けられた８枚の長尺な長方形状の外側鋼管用板１２，１２…から構成されている。図３は、そうした外側鋼管２を構成する１枚の外側鋼管用板１２部分を拡大して示した水平方向断面図である。すなわち、外側鋼管用板１２は、図示する円周方向には円筒形状の外側鋼管２を構成する曲率をもって湾曲し、図面を貫く外側鋼管２の軸方向には真っ直ぐな板材である。その外側鋼管用板１２には、湾曲した円周方向の両端に、固定板１３，１３が溶接によって一体的に形成されている。固定板１３，１３は、外側鋼管１２に対して、その端部接線方向に直交する（外側鋼管２を構成した場合に径方向を向く）方向に固定されている。そして、こうした同じ構成の外側鋼管用板１２，１２…が
８枚用意され、内側鋼管１に縦リブ１１，１１…を介して連結される。

８枚の外側鋼管用板１２，１２…は、図２に示すように、内側鋼管１に立設された縦リブ１１，１１…の間にそれぞれ配置され、図３に示すように、隣り合う外側鋼管用板１２の固定板１３，１３が縦リブ１１を両側から挟み込んでいる。縦リブ１１と外側鋼管用板１２，１２の固定板１３，１３には、ボルトを通す複数の孔が開けられているめ、縦リブ１１，１１…の間に配置された外側鋼管用板１２は、縦リブ１１と固定板１３，１３との孔が揃うように位置決めされる。そして、揃った孔には高力ボルト１４，１４…が通され、高力ボルト１４，１４…の締め付けによって固定板１３，１３及び縦リブ１１が一体的に固定される。高力ボルト１４は、部材間の摩擦力を利用して接合するボルトであり、剪断力はこの摩擦力で支えられるので、ボルトが切れない限り強く締め付ければ締め付けるほど接合力が強くなる。また、縦リブ１１とそれを両側から挟む固定板１３，１３との間には、縦リブ１１の設置誤差や外側鋼管用板１２の製作誤差を考慮して調整フィラー１５，１５…が挟み込まれる。

用意された８枚の外側鋼管用板１２，１２…は、このように縦リブ１１，１１…と重なり合った固定板１３，１３が高力ボルト１４，１４…によって固定され、同一円周上に全てが配置されて一本の外側鋼管２として構成される。そのため、既設の内側鋼管１と、この新たに設けられた８枚の外側鋼管用板１２，１２…からなる外側鋼管２とによって二重管構造の脚柱がつくられる。そして、その二重管を構成する内側鋼管１と外側鋼管２との間の中空部には、間詰めのためのモルタルが流し込まれる。なお、この間詰モルタルは必ずしも脚柱の高さ方向全体に入れる必要はなく、横揺れを受けたときに下方部分にかかる曲げ応力が小さくなるように、例えば下半分だけにするようにしてもよい。

ところで、縦リブ１１，１１…を利用して外側鋼管２を設けるようにした構造では、その外側鋼管２から縦リブ１１，１１…が径方向に突き出しているため、それが目立ってしまって場所によっては外観上好ましくないことがある。そこで、外観を良くするため、例えば図３に二点鎖線で示すように、縦リブ１１，１１…先端位置の径よりも大きい寸法でこの二重構造の脚柱を囲むように円筒形状の化粧板１９を設けるようにしてもよい。

前述した二重管構造の橋脚は、既設の内側鋼管１の柱部分のみ補強が施されている。これにより橋脚の柱部分の強度は上がったものの、補強がなされていない基部は、柱部分に比して、地震の横揺れによって基部に作用する応力が大きくなってしまい、逆に耐震強度が落ちてしまう。また、地震によって脚柱に万一破損が生じた場合、その破損が基部に生じてしまっても基部は地中にあるため、破損を確認ができない。そこで、基部に対する耐震性を考慮し、かつ万一破損が生じたとしても柱部分に破損個所が現れるようにするため、本実施形態では、前述したように二重管構造にして補強を行った脚柱に対して、次のような基部固定構造が加えて設けられている。

固定構造は、図１に示すように橋脚１０には脚柱下の基部４に構成されるものである。基部４には、菱形形状をした複数の定着リブ２１，２１…が外側に張り出すようにして取り付けられており、アンカー鉄筋２２，２２…が地面に打ち込まれるとともに、定着リブ２１，２１…の周りにコンクリートが打設される。図４は、そうした基部４に構成される固定構造を水平方向断面（図１（ｃ）のＢ−Ｂ断面）で示した図である。前述したように内側鋼管１には、その外周面に溶接固定された縦リブ１１，１１…が軸方向に沿って下端部分にまで伸びている。定着リブ２１，２１…は、この縦リブ１１の延長上に縦リブ１１と一体に形成されている。図５は、一つの縦リブ１１と定着リブ２１との関係を示した図４の部分拡大図である。

図５に示すように、内側鋼管１には下端部分にも縦リブ１１が設けられており、その両
側から縦リブ１１を挟み込んだ外側鋼管用板１２，１２の固定板１３，１３が、貫通した高力ボルト１４，１４…によって一体的に固定されている。ただし、図３と比べて分かるように、定着リブ２１は、この基部４部分では面積が大きく内側鋼管１や外側鋼管２（外側鋼管用板１２）の外周面から径方向に大きく突き出している。そして、固定板１３は、縦リブ１１よりも大きく突き出しており、縦リブ１１の延長上で定着リブ２１も挟み込めるようになっている。図１に示すような菱形形状をした定着リブ２１は、こうした外側鋼管用板１２，１２の固定板１３，１３によって挟み込まれ、貫通した高力ボルト１４，１４…によって一体的に固定される。このとき、縦リブ１１及び定着リブ２１と、それらを挟み込む固定板１３，１３との間には、縦リブ１１及び定着リブ２１の設置誤差や外側鋼管用板１２の製作誤差を考慮して調整フィラー１５，１５…が挟み込まれている。

定着リブ２１，２１…は、既設の内側鋼管１に溶接固定された縦リブ１１，１１…の数と同じ８枚が固定される。そして、定着リブ２１，２１…の先端にはアンカー定着鋼管２３が溶接固定される。定着リブ２１，２１…とアンカー定着鋼管２３、更には外側鋼管２に、この基部４全体にコンクリートを打設する際、コンクリートの定着性をよくするため複数のスタッドボルト２５，２５…が取り付けられる。スタッドボルト２５，２５…は、平面で表された図５に示す位置において、更に図面を貫く縦方向にも複数のスタッドボルト２５，２５…が取り付けられている。そして、アンカー定着鋼管２３の内周及び外周においてアンカー鉄筋２２，２２…が地面に打ち込まれる。こうした定着リブ２１，２１…及びアンカー定着鋼管２３などからなる固定構造においては、図４に二点鎖線で示す位置までコンクリートが流し込まれて固められ、橋脚１０の下端部に根巻きコンクリートが打設される。

よって、本実施形態における橋脚の二重管構造は、既設の橋脚（内側鋼管１）に対して外側鋼管２を連結することによって補強を行う場合に有効であって、鋼管同士を縦リブ１１，１１…を介して直接固定するため座屈荷重に対する補強効果の他、曲げ応力に対する強度も充分なものとなる。そして、既設の内側鋼管１と補強用の外側鋼管２とを縦リブ１１，１１…によって連結する構成としたことで、力の伝達経路が明確であり、補強による強度向上の評価が容易に行えるようになった。また、既設の内側鋼管１と外側鋼管２とが縦リブ１１，１１…を介して僅かな隙間をあけて連結される構造であるため、その補強構造自体が建設限界を超えるような大型なものではなく、コンパクトな補強構造となる。また、外側鋼管２の板厚や隙間の大きさを調整することで、必要な強度を調整することができる。

更に、本実施形態における橋脚の二重管構造は、内側鋼管１に直接固定した縦リブ１１に、外側鋼管２を高力ボルト１４にて連結固定する簡易な構成としたので、コストを抑えたものとすることができた。そして、基部４の固定構造についても、縦リブ１１の延長に定着リブ２１を設け、アンカー定着鋼管２３を固定した簡易な構造にしてコストを抑えたものとすることができた。

以上、本発明に係る橋脚の二重管構造について一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、内側鋼管１の外周を８分割する位置に縦リブ１１，１１…が配置したが、それ以上又はそれ以下の数で分割して縦リブ１１，１１…を設けるようにしてもよい。

既設の脚柱に横梁を設けた橋脚を二重管構造とするための組立概要図である。橋脚の二重管構造を水平方向断面（図１（ｃ）のＡ−Ａ断面）で示した図である。外側鋼管を構成する１枚の外側鋼管用板部分を拡大して示した水平方向断面図である。脚柱の基部を構成する固定構造を水平方向断面（図１（ｃ）のＢ−Ｂ断面）で示した図である。固定構造における一つの縦リブと定着リブとの関係を示した図４の部分拡大図である。

符号の説明

１内側鋼管
２外側鋼管
３横梁
４基部
１１縦リブ
１２外側鋼管用板
１３固定板
１４高力ボルト
１５調整フィラー

Claims

内側鋼管と外側鋼管とが中空部を介して一体的に固定された橋脚の二重管構造であって、
前記内側鋼管には、その外周面に軸線方向に沿って配置された複数の縦リブが径方向に起立するように溶接され、
前記外側鋼管は、円周方向に分割され、その円周方向両端に固定板を備えた複数の外側鋼管用板からなるものであって、それぞれの外側鋼管用板が隣り合う縦リブの間に配置され、隣り合う当該外側鋼管用板の固定板によって縦リブを挟み込み、重ねられた固定板及び縦リブを貫通した高力ボルトによって連結することにより、前記内側鋼管と外側鋼管とが一体的に固定されて鋼管を構成するものであることを特徴とする橋脚の二重管構造。
請求項１に記載する橋脚の二重管構造において、
前記固定板と縦リブとの間に調整フィラーが挟み込まれたものであることを特徴とする橋脚の二重構造。
請求項１又は請求項２に記載する橋脚の二重管構造において、
前記内側鋼管と外側鋼管との間の中空部に間詰めのためのモルタルが流し込まれたものであることを特徴とする橋脚の二重管構造。