JP6029847B2 - 柱体の固定構造、柱体の施工方法及び柱体の改修方法 - Google Patents

Description

本発明は、柱体の固定構造、柱体の施工方法及び柱体の改修方法に関するものである。

一般に、列車に電力を送電する電化柱は、高架橋（基礎）から立設されるとともに、レールの延在方向に向かって複数設けられている。

従来、このような電化柱はその下部が基礎に埋設されるとともに、該電化柱の外周部に配設された砂を介在させて、該砂の支持力により基礎に支持されている。また、砂の上方にはモルタルを敷設されて、電化柱は基礎の固定されている。

このような構成では、中小規模地震時や風による振動時には、モルタルを介在させて電化柱と基礎に対して強固に固定した状態を維持することが可能である。一方、大規模地震時に地震エネルギーによりモルタルが破壊されるとともに、砂で地震エネルギーを和らげて、耐震性能を確保することが可能となる。

ところで、東北地方の太平洋沖地震では、多くの電化柱が折損の被害を受けており、今回のような大規模地震に対して電化柱を折損させないためには、従来以上の耐震補強、又は鋼管柱への交換が必要となっている。

ここで、電化柱の耐震補強として、例えば、特許文献１及び特許文献２に示される技術が知られている。
特許文献１に示される電柱の耐震補強構造は、電柱の外径より大きな内径を有する筒状体にて電柱の外周を包囲し、上記筒状体と電柱との隙間に、補強用の充填材を注入し硬化させるものであり、筒状体をその周方向について少なくとも２つの筒構成部材に分割して形成し、ボルト等の締付部材にて筒構成部材同士を固定して１つの筒状体を形成する構成が示されている。

特許文献２に示されるコンクリート製電柱では、強度が劣化した鉄筋コンクリート柱の表面に、強化繊維シートの強化繊維の配列方向が柱の軸方向及び周方向となるようにして少なくとも１層ずつ巻き付け、その最外層上に絶縁性繊維の強化繊維シートを巻き付け、これらシートの巻き付け前又は巻き付け後に強化繊維に含浸したマトリックス樹脂を硬化して、繊維強化プラスチックに為した補強構造が示されている。

特開２００５−３３６７４６号公報 特開平５−３３２０３２号公報

上記の電化柱の下部に砂を介在させて基礎に固定する方法では、例えば雨水等の水が砂に浸入し、冬期に砂が凍結してしまう場合がある。この場合、大規模地震時に、地震エネルギーを和らげる役割を果たせずに、電化柱が倒壊してしまう虞がある。

一方、上記特許文献１，２に示される技術では、電化柱の強度が増して耐震補強が可能となるが、仮に耐震強度を越えるような大規模地震が発生した場合には、電化柱とともに該電化柱を支える基礎もが根こそぎ転倒してしまい、その後の修復作業がより困難なものとなる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、大規模地震が発生した場合において、柱体の完全な倒壊を防止することができるとともに、基礎部を保護することができる柱体の固定構造、柱体の施工方法及び柱体の改修方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る柱体の固定構造は、柱体の基部の外周部と基礎部に穿設された穴部の内周部との間に配設された固定部材を介在させて、前記柱体を前記基礎部に固定する柱体の固定構造であって、前記固定部材は、前記柱体を支持する第一支持部と、該第一支持部の上方に配設され、外部からの衝撃力を和らげる免震部と、該免震部の上方に配設され、前記柱体を支持するとともに、所定の前記衝撃力により該柱体を支持する支持力を消失する第二支持部とを備え、前記第一支持部は、前記第二支持部が支持力を消失する所定の前記衝撃力では、支持力を消失しないことを特徴とする。

また、本発明に係る柱体の改修方法は、柱体の基部の外周部と基礎部に穿設された穴部の内周部との間に配設された第一支持部が介在されて、前記柱体が前記基礎部に固定された柱体の固定構造を改修する柱体の改修方法であって、前記第一支持部の上部を除去する除去工程と、除去した部分に、外部からの衝撃力を和らげる免震部を配設する免震部配設工程と、前記免震部の上方に、所定の前記衝撃力により前記柱体を支持する支持力を消失する第二支持部を配設する第二支持部配設工程とを備え、前記第一支持部は、前記第二支持部が支持力を消失する所定の前記衝撃力では、支持力を消失しないことを特徴とする。

このような柱体の固定構造及び改修方法では、地震が発生した場合には、第一支持部が柱体を支持するとともに、免震部が柱体に伝達される地震エネルギーを和らげることができる。そして、大規模地震が発生した場合には、加えて第二支持部が支持力を消失することで柱体の塑性変形を可能として、該柱体の完全な倒壊を防止することができる。さらに、柱体が完全に倒れないため、基礎部を破壊させずに保護することができる。

また、本発明に係る柱体の固定構造は、前記第一支持部は、前記穴部に粉粒状物が充填されて構成されていることが好ましい。

このような柱体の固定構造では、穴部に粉粒状物が充填されることで、柱体の立設状態を確実に支持することができる。

また、本発明に係る柱体の固定構造は、前記粉粒状物は、砂で構成されていてもよい。

このような柱体の固定構造では、第一支持部として砂を採用することで、柱体を確実に支持することができ、部材の入手が容易であるとともにコストを抑えた構造とすることができる。

また、本発明に係る柱体の固定構造は、前記免震部は、前記穴部にゴム状物が配設されて構成されていてもよい。

このような柱体の固定構造では、地震エネルギーを受ければゴム状物が弾性変形することで、柱体に伝達される地震エネルギーを確実に和らげることができる。

また、本発明に係る柱体の固定構造は、前記第二支持部は、前記穴部に固化剤が敷設されて構成されていてもよい。

このような柱体の固定構造では、中小規模地震が発生した場合には穴部に敷設された固化剤が柱体を支持する。また、大規模地震が発生した場合には穴部に敷設された固化剤が破壊し柱体の支持力を消失し、該固化剤の破壊箇所周辺において柱体の塑性変形を可能として、該柱体が完全に倒れることを確実に防止することができる。

また、本発明に係る柱体の施工方法は、柱体の基部の外周部と基礎部に穿設された穴部の内周部との間に配設された固定部材を介在させて、前記柱体を前記基礎部に固定する柱体の施工方法であって、前記基礎部に下方に向かって凹む前記穴部を穿設し、該穴部に前記柱体を立設する柱体立設工程と、前記固定部材として、外部からの衝撃力を和らげる免震部を配設する免震部配設工程と、前記固定部材として、該免震部の上方に、所定の前記衝撃力により前記柱体を支持する支持力を消失する第二支持部を配設する第二支持部配設工程と、前記固定部材として、前記免震部の下方に、前記柱体を支持する第一支持部を配設する第一支持部配設工程を備え、前記第一支持部は、前記第二支持部が支持力を消失する所定の前記衝撃力では、支持力を消失しないを備えることを特徴とする。

このような柱体の固定構造及び施工方法では、地震が発生した場合には、免震部が柱体を支持するとともに、柱体に伝達される地震エネルギーを和らげることができる。そして、大規模地震が発生した場合には、加えて第二支持部が支持力を消失することで柱体の塑性変形を可能として該柱体が完全に倒れることを防止することができる。さらに、柱体が完全に倒れないため、基礎部を破壊させずに該基礎部を保護することができる。
また、このような柱体の施工方法では、地震が発生した場合には、第一支持部が柱体を確実に支持することができる。

本発明に係る柱体の固定構造、柱体の施工方法及び柱体の改修方法によれば、大規模地震が発生した場合において、第二支持部が支持力を消失して柱体の塑性変形を可能とするため、柱体の完全な倒壊を防止することができるとともに、基礎部を保護することができる。

本発明の一実施形態に係る柱体の固定構造の対象となる構造物（高架橋）を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る柱体の固定構造を示す正面視した断面図である。 本発明の一実施形態に係る柱体の固定構造を示す平面視した断面図である。 本発明の一実施形態に係る柱体の施工方法を示すフローチャートである。 既存の柱体の固定構造を正面視した断面図である。 既存の柱体の固定構造を平面視した断面図である。 本発明の一実施形態に係る柱体の改修方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る柱体の固定構造の対象の一例である高架橋について説明する。

図１に示すように、高架橋２は、地面から上方に延びるように立設された橋脚３と、該橋脚３の上方に設けられ水平方向（図１の紙面奥行き方向）に延在する基礎部（主桁）４と、該基礎部４上に立設された柱体（電化柱）５と、該柱体５の近傍に配設され基礎部４の延在方向に向かって延在する側壁６とを有している。また、基礎部４の上方には床板Ｆが設けられ、該床板Ｆの上方に列車（不図示。以下同じ。）走行用のレールＲが配設されている。

図２及び図３に示すように、柱体５及び基礎部４は鉄筋コンクリートで形成されており、基礎部４には下方に向かって凹む穴部（以下、固定用穴部と称する。）４Ａが穿設されている。そして、柱体５の外周部５Ｘと固定用穴部４Ａの内周部４Ｘとの間に配設された環状の固定部材１０を介在させた固定構造１により、該柱体５は基礎部４に固定されている。

固定部材１０は、柱体５を支持する第一支持部２０と、該第一支持部２０の上方に配設された免震部３０と、該免震部３０の上方に配設された第二支持部４０とを備えている。

第一支持部２０は、柱体５の基部５Ａを支持しており、本実施形態では固定用穴部４Ａに粉粒状物が所定の上下方向の高さにわたって充填されることで構成されている。また、粉粒状物として砂やシリコン等の材料が採用されている。

免震部３０は、地震エネルギーや風力等の外部からの衝撃力を和らげ、本実施形態では固定用穴部４Ａにゴム状物が所定の上下方向の高さにわたって配設されることで構成されている。
また、免震部３０としては、樹脂等の衝撃力を和らげることができる材料を採用することができる。

第二支持部４０は、柱体５を支持するとともに、所定の衝撃力により柱体５を支持する支持力を消失する。この第二支持部４０として、固定用穴部４Ａに固化剤が敷設されており、本実施形態では一例としてモルタルが敷設され、所定の衝撃力以上になると敷設されたモルタルが破壊する構成となっている。

次に、上記のように構成された柱体の固定構造１の施工方法について説明する。
図４に示すように、柱体の施工方法は、柱体立設工程Ｓ０１と、第一支持部配設工程Ｓ０２と、免震部配設工程Ｓ０３と、第二支持部配設工程Ｓ０４とを備えている。

まず、柱体立設工程Ｓ０１を実行する。
すなわち、基礎部４の上部に、下方に向かって凹む固定用穴部４Ａを穿設し、該固定用穴部４Ａに柱体５を立設する。ここで、柱体５の外周部５Ｘと固定用穴部４Ａの内周部４Ｘとの間には周方向に間隙（以下、間隙部７と称する。）を設けておく。

次に、第一支持部配設工程Ｓ０２を実行する。
すなわち、柱体立設工程Ｓ０１で形成された間隙部７の下部に、所定の上下方向の高さまで第一支持部２０を配設、すなわち粉粒状物を充填する。

次に、免震部配設工程Ｓ０３を実行する。
すなわち、間隙部７における第一支持部２０の上方に、所定の上下方向の高さまで免震部３０、すなわちゴム状物を配設する。

次に、第二支持部配設工程Ｓ０４を実行する。
すなわち、間隙部７における免震部３０の上方に、所定の上下方向の高さまで第二支持部４０を配設、すなわちモルタルを敷設する。

次に、既存の柱体の固定構造１０１で固定された柱体５を改修する改修方法について説明するにあたり、まず既存の柱体の固定構造１０１について説明する。

図５及び図６に示すように、既存の柱体の固定構造１０１は、柱体５の外周部５Ｘと固定用穴部４Ａの内周部４Ｘとの間にに配設された砂等の粉粒状物１２０を介在させて、柱体５を、基礎部４に固定することで構成されている。また、粉粒状物の上方には、モルタル１４０が充填されている。

次に、上記の既存の固定構造１０１で固定された柱体５を改修する改修方法について説明する。
図７に示すように、柱体の改修方法は、除去工程Ｓ１１と、免震部配設工程Ｓ１２と、第二支持部配設工程Ｓ１３とを備えている。

まず、除去工程Ｓ１１を実行する。
すなわち、モルタル１４０を取り除き、埋設されている粉粒状物１２０のうち上部の粉粒状物（以下、上粉粒状部１２１と称する。）を除去する。ここで、残った粉粒状物の部分１２２が、上記に示す第一支持部２０を構成する。
以下、免震部配設工程Ｓ１２、第二支持部配設工程Ｓ１３は、それぞれ免震部配設工程Ｓ０３、第二支持部配設工程Ｓ０４と同様であるため、説明を省略する。

このように構成された柱体の施工方法による固定構造１及び柱体の改修方法によれば、地震が発生した場合には、第一支持部２０が柱体５を支持するとともに、免震部３０が柱体５に伝達される地震エネルギーを和らげることができる。

また、中小規模地震が発生した場合には、第二支持部４０として敷設されたモルタルが柱体５を支持する。一方、大規模地震が発生した場合には、敷設されたモルタルが柱体５の支持力を消失して破壊し、該モルタルの破壊箇所周辺において柱体５の塑性変形を可能とする。よって、柱体５が完全に倒れることを確実に防止することができ、柱体５が完全に倒れないため基礎部４を破壊させずに保護することができる。

また、免震部３０はゴム状物で構成されるため、地震時には地震エネルギーを受ければ該ゴム状物が弾性変形することで、柱体５に伝達される地震エネルギーを確実に和らげることができる。

また、施工途中において、固定部材１０の下部には第一支持部２０があり該第一支持部２０が柱体５を支持するため、該柱体５が自立している。よって、基礎部４の上部に柱体５を支持する斜材である方杖を設たり、柱体５の外周部５Ｘと固定用穴部４Ａの内周部４Ｘとの間にキャンバーを設ける必要がないため、施工の手間を省くとともに施工工数を削減することができる。

また、既に列車が走行している高架橋２を改修する工事現場においては、例えば列車が運休している夜間等の短期間で改修工事を行わなくてはならない。よって、方杖等の柱体第一支持部材を設けずに工事を進行できることは、施工時間を短縮する上で特に有効である。
さらに、柱体５の近傍に既に側壁６が設けられていて方杖を設ける空間がない場合にも、有効である。

また、冬期に、雨水等の水が固定部材１０内に浸入することがあっても、該水により免震部３０を構成するゴム状物が凍結する虞がない。よって、たとえ水により固定部材１０を構成する粉粒状物が凍結した場合でも、免震部３０が凍結することはないため、該免震部３０は地震時に柱体５に伝達される地震エネルギーを確実に和らげることができる。

また、第一支持部２０は砂で構成されるため、入手が容易であるとともにコストを抑えることができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、第二支持部４０は、樹脂を充填することで構成されていてもよい。
または、第二支持部４０は、くさび型の樹脂製のキャップ部材（不図示。以下同じ。）を柱体５の外周部５Ｘと固定用穴部４Ａの内周部４Ｘとの間に嵌合する構成であってもよい。この場合は、所定の衝撃力以上になるとキャップ部材が外れることで、支持力を消失する構成となる。

また、第一支持部２０を設けずに、固定部材１０が免震部３０と、該免震部３０の上方に配設された第二支持部４０とで構成されていてもよい。この場合には、地震が発生した場合には、免震部３０が柱体５を支持するとともに、柱体５に伝達される地震エネルギーを和らげることができる。そして、大規模地震が発生した場合には、上記と同様に加えて第二支持部４０が支持力を消失することで柱体５の塑性変形を可能として該柱体５が完全に倒れることを防止することができる。さらに、柱体５が完全に倒れないため、基礎部４を破壊させずに該基礎部４を保護することができる。

１…固定構造
４…基礎部
４Ａ…固定用穴部（穴部）
４Ｘ…穴部の内周部
５…柱体
５Ａ…柱体の基部
５Ｘ…柱体の外周部
１０…固定部材
２０…第一支持部
３０…免震部
４０…第二支持部
Ｓ０１…柱体立設工程
Ｓ０２…第一支持部配設工程
Ｓ０３…免震部配設工程
Ｓ０４…第二支持部配設工程
Ｓ１１…除去工程
Ｓ１２…免震部配設工程
Ｓ１３…第二支持部配設工程

Claims (7)

1. 柱体の基部の外周部と基礎部に穿設された穴部の内周部との間に配設された固定部材を介在させて、前記柱体を前記基礎部に固定する柱体の固定構造であって、
   前記固定部材は、
   前記柱体を支持する第一支持部と、
   該第一支持部の上方に配設され、外部からの衝撃力を和らげる免震部と、
   該免震部の上方に配設され、前記柱体を支持するとともに、所定の前記衝撃力により該柱体を支持する支持力を消失する第二支持部とを備え、
   前記第一支持部は、前記第二支持部が支持力を消失する所定の前記衝撃力では、支持力を消失しないことを特徴とする柱体の固定構造。
2. 請求項１に記載の柱体の固定構造において、
   前記第一支持部は、前記穴部に粉粒状物が充填されて構成されていることを特徴とする柱体の固定構造。
3. 請求項２に記載の柱体の固定構造において、
   前記粉粒状物は、砂で構成されていることを特徴とする柱体の固定構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の柱体の固定構造において、
   前記免震部は、前記穴部にゴム状物が配設されて構成されていることを特徴とする柱体の固定構造。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の柱体の固定構造において、
   前記第二支持部は、前記穴部に固化剤が敷設されて構成されていることを特徴とする柱体の固定構造。
6. 柱体の基部の外周部と基礎部に穿設された穴部の内周部との間に配設された固定部材を介在させて、前記柱体を前記基礎部に固定する柱体の施工方法であって、
   前記基礎部に下方に向かって凹む前記穴部を穿設し、該穴部に前記柱体を立設する柱体立設工程と、
   前記固定部材として、外部からの衝撃力を和らげる免震部を配設する免震部配設工程と、
   前記固定部材として、該免震部の上方に、所定の前記衝撃力により前記柱体を支持する支持力を消失する第二支持部を配設する第二支持部配設工程と、
   前記固定部材として、前記免震部の下方に、前記柱体を支持する第一支持部を配設する第一支持部配設工程を備え、
   前記第一支持部は、前記第二支持部が支持力を消失する所定の前記衝撃力では、支持力を消失しないことを特徴とする柱体の施工方法。
7. 柱体の基部の外周部と基礎部に穿設された穴部の内周部との間に配設された第一支持部が介在されて、前記柱体が前記基礎部に固定された柱体の固定構造を改修する柱体の改修方法であって、
   前記第一支持部の上部を除去する除去工程と、
   除去した部分に、外部からの衝撃力を和らげる免震部を配設する免震部配設工程と、
   前記免震部の上方に、所定の前記衝撃力により前記柱体を支持する支持力を消失する第二支持部を配設する第二支持部配設工程とを備え、
   前記第一支持部は、前記第二支持部が支持力を消失する所定の前記衝撃力では、支持力を消失しないことを特徴とする柱体の改修方法。

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