JP4544202B2 - 方形脚柱の補強構造、該方形脚柱基部の補強構造、及び、これらの施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、方形脚柱の補強構造、該方形脚柱基部の補強構造、及び、これらの施工方法に係り、特に、都市高速道路の高架部の方形脚柱に用いるのに好適な、鋼殻脚柱の内部空間にコンクリートを充填した、断面が正方形又は長方形の既設の方形脚柱に対する補強構造、該補強構造を有する方形脚柱基部の補強構造、及び、これらの施工方法に関する。

阪神大震災で多数の鋼製橋脚が崩壊し、その多くは、橋脚基部の鋼殻面の面外方向への座屈によって生じたことが報告されている。

そこで、既設の鋼製脚柱の耐力向上策として、特許文献１には、図１に示す如く、鋼製脚柱を構成する方形鋼殻１０の中空内部にコンクリート１２を充填することや、図２に示す如く、中空内部に鋼製の内部筒体１４を立設し、該内部筒体１４と既設脚柱である方形鋼殻１０との間の環状空間部にコンクリート１２を充填することが記載されている。図において、１６は横梁部、２２はフーチング、２４は基礎である。

ここで、方形鋼殻１０の内部にコンクリート１２を充填するのは、鋼殻内にコンクリートを充填することで鋼殻の座屈を防止し、鋼殻断面に作用する圧縮力に対する脚自体の耐力を向上するためである。

特開平８−３２６０１４号公報（図１、図７）

しかしながら、都市高速道路の高架部を支持する方形鋼製橋脚は、高架道路の拡幅等による死荷重の増大、あるいは、設計基準の改定による地震荷重の増大、活荷重の増大等により、既設脚柱の静的耐力が不十分となることがある。更に、地震時の動的耐力も不十分となり、これらを補うために補強構造を取り付ける必要が生じる。

例えば道路橋示方書は、近年実情に即した活荷重の体系に改めており、旧示方書に準拠して設計された橋脚は、現在の基準からすれば耐力が不足する場合もある。現状の旧橋脚の使用を続ける場合は、この状態を放置せざるを得ないかもしれないが、上載する道路が拡幅される、あるいは、新しい部材を追加して補強するような場合には、これらの変更と同時に橋脚自体の強度を最新の示方書に適合するよう、耐力を向上させることが要求される。

しかしながら、通常の補強技術で対応しようとすると、次のような問題を生じる。

（１）追加の鋼殻体等の補強構造を現場溶接で取り付ける場合、古い鋼製脚は鋼板材質が低質で、且つ、疲労損傷あるいは層状剥離により、溶接に耐えられない場合が多い。又、高架橋上は重交通が行き来して振動がある状態なので、溶接の品質確保が困難である。

（２）溶接を断念し高力ボルト（ＨＴＢ）による取り付けを考える時、既設の方形鋼殻内に、特許文献１に記載されたような耐力向上策により、既にコンクリートが充填されている場合、補強構造を高力ボルトで取り付けることができない。外殻から充填コンクリートに削孔してワンサイドボルトで取り付ける方法も考えられるが、ワンサイドボルトの防食性、耐久性に疑問があるだけでなく、補強完成後、ワンサイドボルトの緩みチェック等のメンテナンスを永続的に続けていく必要がある。

（３）外殻にスタッドボルトを養植し、補強構造を取り付ける方法も考えられるが、上記の高力ボルトあるいはワンサイドボルトによる取り付けを含めて、これらの方法では鋼板の局部座屈を拘束する構造が、既設脚の内部にある縦リブだけであるため、補剛剛性が不足する。

（４）既設の方形鋼殻は、通常、角溶接を用いて方形に構成されているが、旧来の慣例により施工されている例が多く、現地調査すると、その溶け込み量が現在の基準では不足しており、設計上剪断応力の伝達に不足が生じ、この部分の溶接の増盛補修が無ければ、この部分が耐力不足となる可能性がある。

（５）このような脚柱を持った高架橋の路下は高架道路と平行な一般道路になっている場合も多く、建築限界の制約から、道路の方向と直角な方向への脚柱の拡幅は不可能な場合が多い。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、コンクリートが既に充填された方形脚柱であっても、現場溶接を行う必要がなく、建築限界等の条件により拡幅が制約される方向への拡幅を行なうことなく、脚柱の補強施工することを課題とする。

本発明は、鋼殻脚柱の内部にコンクリートを充填した、断面が正方形又は長方形の既設の方形脚柱に対する補強構造であって、新たな方形鋼殻が、既設の方形鋼殻全体を包み込むように配置され、該新たな方形鋼殻の鋼殻２面が、既設の方形鋼殻の同方向の２面とそれぞれ密着固定されていることを特徴とする方形脚柱の補強構造により、前記課題を解決したものである。更に、必要に応じて、該新たな方形鋼殻と既設の方形鋼殻との間にできた拡大断面空間にはコンクリートを充填し、合成化することにより、補強の効果、経済性を高めることができる。

ここで、新たな方形鋼殻を、既設の方形鋼殻全体を包み込むように配置するのは、次のような理由による。即ち、このような脚の補強は、一般的に供用中、即ち上載道路の交通を遮断することなく施工されることが必要で、既設脚の代わりとなる仮の橋脚を一時的に構築する場合を除き、新たな構造を既設の脚に完全に置き換える手法は取れない。一方、代わりとなる仮の橋脚の設置は、制約の多い市街地においては不可能な場合が多い。従って、補強は必然的に既設脚を取り囲むような形の構造にならざるを得ない。このような構造形式とすることで、既設の鋼殻を活かしつつ、新設の構造をそれに追加して補強するという方針での設計が可能になる。

又、新設の鋼殻面は均一な断面の性能向上の観点から方形であることが望ましいが、鋼殻の座屈に対する強度を保証するには、鋼殻を補剛するリブの取付けが必要になる。建築限界等の領域制約を受けない方向については断面を拡大し、拡大した部分にリブを挿入することができるが、制約を受ける方向には断面を拡大することができず、リブの取付けは不可能である。この方向では、既設鋼殻に新設鋼殻を密着させることによって、拡大を最小限化するとともに新設鋼殻を既設鋼殻内の充填コンクリートに定着することにより座屈を防止する。

鋼製橋脚の基部は、耐震性の向上と大型車等の衝突による橋脚の損傷、崩壊を防止する目的から、鋼脚内部にコンクリートを充填する場合が多く、今回提案する補強構造の内部についても同じ状況である。又、充填するコンクリートと鋼殻とを合成構造とすれば、補強断面の構造をコンパクトにできる他、鋼殻内部の防食工が不要となり、補強時のコスト削減、維持管理の容易性も達成できる。

前記新たな方形鋼殻の鋼殻２面と既設の方形鋼殻の鋼殻２面とは、例えばケミカルアンカーやホールインアンカー等の、あと施工アンカーによって密着固定することにより、リブを省略しても座屈に対する強度を確保できる構造とすることができる。

又、前記新たな方形鋼殻の拡大断面側の内面、及び、既設の方形鋼殻の拡大断面側の外面に、スタッドジベルや穴あき鋼板ジベル（ＰＢＬ）等のずれ止め（合成機構体）を配設することができる。ここで、スタッドジベルやＰＢＬ等の部材は、工場で事前に全て製作し、現場では、あと施工アンカーを設置するため既設鋼殻と充填コンクリートに孔開けを行なうだけで容易に取り付けることができる。

本発明は、又、前記の補強構造を有する方形鋼殻の地表面より下の部分にずれ止めが配設され、フーチングに削孔後アンカー筋が設置定着され、該アンカー筋とずれ止めが剪断補強筋によって連結され、前記方形鋼殻の地表面より下の部分、ずれ止め、アンカー筋及び剪断補強筋の周りにコンクリートが打設されて、これらが一体構造とされていることを特徴とする方形脚柱基部の補強構造を提供するものである。

本発明は、又、鋼殻脚柱の内部にコンクリートを充填した、断面が正方形又は長方形の既設の方形脚柱に対する補強構造の施工方法であって、新たな方形鋼殻を、既設の方形鋼殻全体を包み込むように配置し、該新たな方形鋼殻の鋼殻２面を、既設の方形鋼殻の同方向の２面とそれぞれ密着固定することを特徴とする方形脚柱の補強構造の施工方法を提供するものである。更に、必要に応じて、該新たな方形鋼殻と既設の方形鋼殻との間にできた拡大断面空間にコンクリートを充填することにより合成構造化することができる。

本発明は、又、前記の補強構造を有する方形鋼殻の地表面より下の部分にずれ止めを配設し、フーチングに削孔後アンカー筋を設置定着し、該アンカー筋とずれ止めを剪断補強筋によって連結し、前記方形鋼殻の地表面より下の部分、ずれ止め、アンカー筋及び剪断補強筋の周りにコンクリートを打設することによって、これらを一体構造とすることを特徴とする方形脚柱基部の補強構造を提供するものである。

本発明においては、既設の方形鋼殻を覆うように新しい方形鋼殻を配設するので、既設脚の周囲を取り巻く閉断面構造であり、既設脚の外殻材料を活用しつつ、断面積や断面２次剛性等の断面諸量を増加させると共に、既設の鋼殻の角溶接の溶接量が不足する場合も、その問題を回避でき、橋脚耐力を向上させることができる。

又、新たな方形鋼殻の鋼殻２面は既設の方形鋼殻の同方向の２面と密着固定するので、車道等の建築限界等の条件により拡幅が制約される方向への拡幅は行なう必要が無い。

通常、道路軸方向については場所的制約が少なく、この方向には比較的大きな補強構造を取り付けることができる。しかし、これについても現場溶接取付けや高力ボルトによる取付けは、前記の理由で否定される場合が多い。そこで、この方向については、例えば既設脚の外殻にスタッド等のずれ止めを養植し、補強構造の内側面にもスタッドやＰＢＬ等によるずれ止めを設け、補強構造内部にコンクリートを充填することによって合成断面を構成し、既設の外殻材料を活用しつつ補強することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態の脚柱部は、図３に水平断面を示す如く、既設の鋼殻脚柱の内部空間にコンクリート１２を充填した、断面が長方形の既設の方形脚柱に対する補強構造であって、新たな方形鋼殻３０が、既設の方形鋼殻１０全体を包み込むように配置され、該新たな方形鋼殻３０の鋼殻２面（図の左右の面）が、既設の方形鋼殻１０の同方向の２面とそれぞれ密着固定され、該新たな方形鋼殻３０と既設の方形鋼殻１０の間にできた拡大断面空間にコンクリート４０が充填されている。

前記既設の方形鋼殻１０の拡大断面側（図の上下）の外面にはスタッド３４、新たな方形鋼殻３０の拡大断面側の内面には、スタッド３６等のずれ止め（合成機構体）が配設される。

前記新たに配設される方形鋼殻３０の鋼殻２面と、既設の方形鋼殻１０の鋼殻２面とは、ケミカルアンカー又はホールインアンカー等の、あと施工アンカー３２により密着固定される。

なお、前記補強構造は、地上より上側の構造についてであるが、この部分に流れた断面力を地下のフーチング等の基礎構造に円滑に伝達する構造が更に必要となる。

このような構成を採る基部の実施形態の垂直断面形状を図４、水平断面形状を図５に示す。既設橋脚についてこの役目を担う構造として、アンカーボルト２６がフーチング２２内に埋め込まれているが、この構造自体を拡大、補強することは、構造がコンクリート内部に埋設されていることから事実上不可能である。そこで、地上部の補強を合成構造と考え、その基部に必要となるアンカー筋５０を設置定着し、それをフーチング２２へ延長して固定することにより、補強構造に流れている断面力を基礎構造へ伝達することが可能となる。

具体的には、図３に示した補強構造を有する方形鋼殻３０の地表面より下の部分にずれ止め５２を配設し、フーチング２２に削孔後にアンカー筋５０を設置定着し、該アンカー筋５０とずれ止め５２を剪断補強筋５４によって連結し、前記方形鋼殻３０の地表面より下の部分、ずれ止め５２、アンカー筋５０及び剪断補強筋５４の周りにコンクリート６０を打設することによって、これらを一体構造とする。

このように、地表面に出ない範囲で補強を行なうことによって、建築限界を犯すことなく補強が可能であり、柱軸方向、柱軸直角方向の各々について補強が可能である。

なお、前記実施形態において、本発明が道路高架橋に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されない。

従来の鋼製脚柱の一例を示す、一部を切り欠いて示す斜視図 同じく他の例を示す、一部を切り欠いて示す斜視図 本発明に係る方形脚柱の補強構造の実施形態を示す、図４のＡ−Ａ線に沿う水平断面図 同じく方形脚柱基部の補強構造の実施形態を示す、図５のＤ−Ｄ線に沿う垂直断面図 同じく方形脚柱基部の補強構造の実施形態を示す、図４のＢ−Ｂ線に沿う水平断面図

符号の説明

１０…方形鋼殻（既設）
１２、４０、６０…コンクリート
２２…フーチング
２６…アンカーボルト
３０…方形鋼殻（新設）
３２…あと施工アンカー
３４、３６…スタッド（ずれ止め）
５０…アンカー筋
５２…ずれ止め
５４…剪断補強筋

Claims (6)

1. 鋼殻脚柱の内部にコンクリートを充填した、断面が正方形又は長方形の既設の方形脚柱に対する補強構造であって、
   新たな方形鋼殻が、既設の方形鋼殻全体を包み込むように配置され、
   該新たな方形鋼殻の鋼殻２面が、既設の方形鋼殻の同方向の２面とそれぞれ密着固定されていることを特徴とする方形脚柱の補強構造。
2. 前記新たな方形鋼殻の鋼殻２面と既設の方形鋼殻の鋼殻２面とが、あと施工アンカーにより密着固定されていることを特徴とする請求項１記載の方形脚柱の補強構造。
3. 前記新たな方形鋼殻の拡大断面側の内面、及び、既設の方形鋼殻の拡大断面側の外面にずれ止めが配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の方形脚柱の補強構造。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の補強構造を有する方形鋼殻の地表面より下の部分にずれ止めが配設され、
   フーチングに削孔後にアンカー筋が設置定着され、
   該アンカー筋とずれ止めが剪断補強筋によって連結され、
   前記方形鋼殻の地表面より下の部分、ずれ止め、アンカー筋及び剪断補強筋の周りにコンクリートが打設されて、これらが一体構造とされていることを特徴とする方形脚柱基部の補強構造。
5. 鋼殻脚柱の内部にコンクリートを充填した、断面が正方形又は長方形の既設の方形脚柱に対する補強構造の施工方法であって、
   新たな方形鋼殻を、既設の方形鋼殻全体を包み込むように配置し、
   該新たな方形鋼殻の鋼殻２面を、既設の方形鋼殻の同方向の２面とそれぞれ密着固定することを特徴とする方形脚柱の補強構造の施工方法。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の補強構造を有する方形鋼殻の地表面より下の部分にずれ止めを配設し、
   フーチングに削孔後にアンカー筋を設置定着し、
   該アンカー筋とずれ止めを剪断補強筋によって連結し、
   前記方形鋼殻の地表面より下の部分、ずれ止め、アンカー筋及び剪断補強筋の周りにコンクリートを打設することによって、これらを一体構造とすることを特徴とする方形脚柱基部の補強構造の施工方法。

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