JPH093917A - 鋼製橋脚とフーチングとの結合部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地震等の大きな外力に対し、基礎部を大型化
することなく抵抗でき、強度上の安全性、施工性、経済
性の面でも有利な鋼製橋脚とフーチングとの結合部の構
造を提供する。 【構成】 鋼製橋脚１の鋼殻下部に孔１２を開け、孔１
２に差し込み鉄筋３を挿入する。鋼殻部の周りには、ア
ンカービーム４と、これに連結したアンカーボルト５を
配置し、差し込み鉄筋部とアンカーボルト部を埋め込む
形でフーチングコンクリート６を打設する。コンクリー
ト６の硬化後、鋼製橋脚１の鋼殻部のフーチング上面高
さに設置したベースプレート７とフーチング上部に露出
しているアンカーボルト５とをナット８を用いて連結す
る。また、ベースプレート７からフーチング２に支圧力
を伝達するため、隙間にモルタル９を充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、鋼製橋脚と基礎コン
クリートであるフーチングとの結合部の構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鋼製橋脚とフーチングとを結合する従来
技術としては、以下のようなものがある。

【０００３】(1) アンカーボルト方式 アンカーボルト方式は、図５、図６に示すように、地震
等により橋脚に作用する曲げ力等を、表面が平滑な太径
アンカーボルト５への軸力としてアンカービーム４に伝
達し、その伝達された力をアンカービーム４からの支圧
力としてフーチング２に伝達させることを基本とするも
ので、以下の３タイプが代表的なものである。

【０００４】 杭方式（首都高速道路下部構造設計基
準、名古屋高速道路公社鋼構造物設計基準等参照） 図５に示すように、鉄骨的に溶接組立てしたアンカービ
ーム４およびつなぎ材１０からなるアンカーフレーム１
１に、アンカーボルト５を固定し、フーチングコンクリ
ート６を打設した後、鋼製橋脚１とアンカーボルト５を
ナット８で締結し、橋脚基礎構造を構築するものであ
る。

【０００５】構造上の特徴としては、地震等によって橋
脚に生じる曲げ力等の圧縮および引張成分を、アンカー
ボルト５に作用する軸引張力としてアンカービーム４を
介してフーチング２に支圧伝達させる。

【０００６】なお、本方式については、従来型アンカー
フレーム方式と呼ぶ場合や、単にアンカーフレーム方式
または従来型方式と呼ぶ場合もあるが、本明細書におい
ては杭方式と呼ぶことにする。

【０００７】 ＲＣ方式（阪神高速道路下部構造設計
基準参照） 図６に示すように、上記杭方式の鋼製橋脚１の下端にベ
ースプレート７を設置したもので、構造上の特徴として
は、橋脚に作用する曲げ力等の圧縮成分をベースプレー
ト７下面のフーチング２に支圧力として伝達させ、引張
成分は杭方式と同様にアンカーボルト５に作用する軸引
張力としてアンカービーム４を介しフーチング２に支圧
伝達させる。

【０００８】 プレストレスト方式（本州四国連絡橋
公団塔基部設計要領参照） 上記ＲＣ方式において、ベースプレート７の浮き上がり
および滑動を防ぐためにアンカーボルト５にプレストレ
スを導入したものである。

【０００９】(2) 異形鉄筋アンカーボルトによる定着方
式 これは、異形鉄筋のアンカーボルト５’に作用する軸圧
縮力、軸引張力をアンカービームを用いずに、異形鉄筋
の付着力によりフーチング２に伝達させることを基本と
するもので、以下の３タイプが代表的なものである。

【００１０】 折り曲げ定着方式（道路橋示方書下部
構造編参照） ＲＣ橋脚に一般的に用いられているもので、図７に示す
ように、アンカーボルト５’の定着力を向上させるた
め、アンカーボルト５’の先端を折り曲げ加工したもの
である。

【００１１】 直接定着方式（名古屋高速道路下部構
造設計指針（案）参照） 図８に示すように、アンカーボルト５’の定着力を向上
させるため、アンカーボルト５’にスタッドジベル１３
を溶植したものである。

【００１２】 機械的定着方式（原子力発電所施設基
礎に適用例あり） 図９に示すように、アンカーボルト５’の定着力を向上
させるため、アンカーボルト５’の先端に定着板１５を
設けたものである。

【００１３】(3) 埋め込みアンカー方式 これは、鋼製橋脚１の下部をフーチング２に埋め込むこ
とを基本とするもので、以下の３タイプがある。

【００１４】 埋め込みフレーム方式（セバーン橋、
南海橋に適用） 図１０に示すように、鋼製橋脚１の下部にスタッドジベ
ル１３を溶植した状態でフーチング２に埋め込み、鋼製
橋脚１のフーチング２上面にベースプレート７を設置
し、さらに鋼製橋脚１とその周りに配置したプレストレ
ス導入アンカーボルト５とを連結したものである。構造
上の特徴としては、橋脚に作用する曲げ力等の圧縮成分
をベースプレート７からの支圧力とスタッドジベル１３
によるせん断抵抗力によってフーチング２に伝達させ、
引張成分をプレストレスを導入したアンカーボルト５に
よって抵抗させるものである。

【００１５】 ベースフレーム方式（与島橋、安治川
橋に適用） 図１１に示すように、剛なベースフレーム１４を鋼製橋
脚１の下端に設置してフーチング２の天端部に配置し、
既にフーチング２内に埋め込んであるアンカーボルト５
と連結した後、２次コンクリート１６を打設したもので
ある。構造上の特徴としては、曲げ力等の圧縮成分をベ
ースフレーム１４の下面の支圧力により伝達し、引張成
分はアンカーボルト５よって抵抗させる。

【００１６】 基部埋め込み方式（フォース橋、ボス
ポラス橋に適用） 図１２に示すように、鋼製橋脚１そのものをフーチング
２の中に埋め込み、鋼製橋脚１下端のベースプレート７
にプレストレスを導入したアンカーボルト５を配置し、
埋め込まれた鋼製橋脚１の側面にスタッドジベル１３が
溶植されているものである。構造上の特徴としては、曲
げ力等の圧縮成分をベースプレート７下面の支圧力によ
り伝達し、引張成分をアンカーボルト５とスタッドジベ
ル１３により伝達させる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】最近、既存道路上空に
高架道路を建設する場合など他の構造物が存在するため
に橋脚基礎部、すなわちフーチングを大きくできない状
況を始め、景観上スレンダーな橋脚が好まれることによ
るトップヘビーなＴ型橋脚の増加などにより従来に増し
て地震時に大きな曲げ力が基礎に作用する場合や、その
他、運搬性、施工性、経済性などから、橋脚基礎部の形
状を大きくしないで地震等の大きな外力に抵抗できる鋼
製橋脚とフーチングとの結合構造が要求されている。

【００１８】これらの要求を満足する方法を先に述べた
従来方法にて対処させる場合、以下の問題点が生じる。

【００１９】まず、最も一般的に用いられるアンカーボ
ルト方式については、地震時等の橋脚からの曲げ力等に
よるアンカーボルトへの引抜き力および押込み力がアン
カーフレームに集中的に作用するため、曲げ力等の増加
に対するコンクリートへの支圧力分散を図るべく、アン
カーフレームには大きな剛性と支圧面積の確保が要求さ
れる。このため、アンカーフレームは重量が大きくな
り、加工等の製作性を始め、運搬性、施工性が悪化し、
トータルコスト面で問題が生じる。また、ベースプレー
トを設置した場合には、支圧力によるフーチングへのひ
び割れが懸念され、一方、アンカーボルトにプレストレ
スを導入してもアンカーフレーム大型化の問題解決には
至らない。

【００２０】次に、異形鉄筋アンカーボルトによる定着
方式に関しては、大きな曲げ力に抵抗させるためアンカ
ーボルトを太径（径１００〜１６０ｍｍが一般に用いら
れる）かつ高強度にする必要がある。この場合、アンカ
ーボルトの定着に必要となる定着長が、フーチング耐力
面から決定されるフーチング厚より大きくなり、よって
フーチングの大型化が必要となる。これにより、フーチ
ングコンクリート量の増加およびフーチングを支える杭
の径および本数の増加を招き、コスト面で不利となる。
また、アンカーボルトの付着力を向上させるため、アン
カーボルト先端に定着板を設けたり、アンカーボルトに
スタッドジベルを溶植する方法もあるが、この場合、定
着長を短くできるものの、結局さらに大きな曲げ力に対
してはアンカーボルト径の上限が存在する以上、アンカ
ーボルトを多数配置しなければならない。この多数配置
は、アンカーボルトの効き方が不均一となる恐れがあ
り、アンカー部の信頼性の面で問題が生じる。

【００２１】埋め込みアンカー方式に属する埋め込みフ
レーム方式は、先のアンカーボルト方式や異形鉄筋アン
カーボルトによる定着方式に比べ、曲げ力に対する抵抗
機構がアンカーボルトの定着力とベースプレートからの
支圧力およびスタッドジベルのせん断抵抗力と複数存在
するため、大きな曲げ力に対しても耐力上有利な構造と
いえる。しかし、ベースプレートからフーチングに作用
する支圧力によりコンクリートにひび割れが生じる問題
や、橋脚鋼殻部に溶植したスタッドジベルのせん断耐荷
性能が不十分との実験結果もあり、強度上の信頼性に欠
ける。また、他の埋め込みアンカー方式であるベースフ
レーム方式は、曲げ力等に対する抵抗機構がアンカーボ
ルト方式と変わらないため同様の問題点があり、さらに
支圧力分散のためベースフレームもさらに剛にする必要
があるなど、コスト面で不利となる。基部埋め込み方式
は、曲げ力に対して埋め込み側面に支圧力が生じるた
め、大きな曲げ力に対する信頼性に欠け、また、これに
対処するためには多くの鉄筋をフーチング内に配筋しな
くてはならず、配筋上問題が生じる。

【００２２】本願発明は、上記の各方式における問題点
の解決を目的としたものであり、大きな曲げ力等が橋脚
部に作用してもフーチングを大きくすることなく抵抗で
き、また、埋め込みフレーム方式の問題点であったスタ
ッドジベルに変わるせん断耐荷性能に優れた部材をフー
チング内に埋め込まれた橋脚鋼殻部に適用することによ
って、強度上の安全性が得られ、さらに施工性、経済性
の面でも問題が生じない鋼製橋脚とフーチングとの結合
部の構造を提供するものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本願発明の鋼製橋脚とフ
ーチングとの結合部は、アンカーボルトに連結される鋼
製橋脚の鋼殻下部をフーチング内に埋め込み、埋め込ま
れた部分を貫通するように複数の差し込み鉄筋を配置す
ることで、鋼製橋脚に作用する地震による大きな曲げ力
等を、フーチング内に埋め込まれたアンカーボルトによ
る定着力と、差し込み鉄筋のせん断抵抗力とで橋脚の基
礎部に伝達するようにしたものである。

【００２４】また、請求項２に係る発明は、この鋼製橋
脚を構成する鋼殻のフーチング上面高さにベースプレー
トを設け、ベースプレートをアンカーボルトに連結した
ものであり、請求項１における伝達機構において、さら
に橋脚に作用する曲げ力等の圧縮成分をベースプレート
からの支圧力の形でもフーチングに伝達できるようにし
たものである。

【００２５】

【作用】本願発明は、上述のように、鋼製橋脚に作用す
る大きな曲げ力等をフーチングに伝達させる手段とし
て、以下の２つの伝達機構を併用したものである。

【００２６】 フーチング内に埋め込まれたアンカー
ボルトの定着力。

【００２７】 橋脚下部の鋼殻を貫通するように配置
した状態でフーチング内に埋め込まれた差し込み鉄筋の
せん断抵抗力。

【００２８】ここで、橋脚に生じた曲げ力に対する抵抗
機構に関し、従来のアンカーボルト方式および異形鉄筋
アンカーボルトによる定着方式の場合を図２に、本願発
明の場合を図３に示す。

【００２９】これらの図において、Ｔはアンカーボルト
の定着力、Ｑは差し込み鉄筋のせん断抵抗力、ｒ₁ はア
ンカーボルトの間隔、ｒ₂ は鋼製橋脚の鋼殻の幅を示し
ている。図２の場合、鋼製橋脚に作用する曲げ力Ｍは、
Ｍ＝Ｔ・ｒ₁ の形で伝達され、図３の場合、鋼製橋脚に
作用する曲げ力Ｍは、Ｍ＝Ｔ・ｒ₁ ＋Ｑ・ｒ₂ の形で伝
達される。

【００３０】これらの図からも明らかなように、本願発
明は、上記、の伝達機構を併用したことで、従来に
比べ大きな曲げ力に抵抗できることが判る。

【００３１】なお、上記の伝達機構の代わりに、スタ
ッドジベルを用いた埋め込みフレーム方式があるが、ス
タッドジベル構造は本願発明における差し込み鉄筋構造
に比べ、強度上に問題が生じる恐れがあり、以下にその
理由を述べる。

【００３２】スタッドジベル構造と差し込み鉄筋構造の
せん断耐荷性能を調査するため、橋脚鋼殻部を想定した
鋼板にスタッドジベル（径９．５ｍｍを鋼板両面に４０
本配置、せん断総面積２８．３ｃｍ² ）と、差し込み鉄
筋（Ｄ１３の異形鉄筋を鋼板に１６本挿入、２面せん断
としたせん断総面積４０．３ｃｍ² ）を配置して、せん
断力を作用させた実験結果（荷重とせん断ずれ変位の関
係）を図４に示す。

【００３３】図４のグラフに示されるように、スタッド
ジベル構造は降伏現象を起こしてから後、粘りに欠ける
挙動を示したのに対し、差し込み鉄筋構造は降伏後も非
常に粘り強い挙動を示した。

【００３４】このことは、スタッドジベル構造がコンク
リート内でこじられることにより引き抜けて終局となっ
ているのに対し、差し込み鉄筋構造は鉄筋の破断で終局
に至っていたことによる。

【００３５】すなわち、スタッドジベル構造はコンクリ
ートとの定着に依存するため脆性的な特性を示し、信頼
性の面で問題があるのに対し、差し込み鉄筋構造は鉄筋
のせん断抵抗力に依存する粘り強い特性を示すことか
ら、地震等に対して安全な構造であると言える。

【００３６】また、より大きな曲げ力等が作用する場合
は、橋脚からの圧縮力をフーチング天端に設けたベース
プレートからの支圧力としてフーチングに伝達させるこ
とにより対処できる。

【００３７】なお、その場合、支圧力によるフーチング
のひび割れが懸念されるが、本願発明では差し込み鉄筋
構造がこのひび割れを防止する補強鉄筋としても有効に
働くので安全性が向上する。これは、特記すべき複合効
果であり、本願発明の特徴の一つである。

【００３８】さらに、鋼殻に孔を開けて鉄筋を差し込む
だけのシンプルな構造なので、施工性、経済性に優れて
いるのみならず、鉄筋の差し込み作業後、肉眼で品質確
認できるため、スタッドジベル等の溶植時における溶接
部の品質確認に比べてチェックしやすく、品質管理上も
優れている。また、差し込み鉄筋をフーチング内の配力
筋施工の足場等に利用できるという利点もある。

【００３９】

【実施例】以下、図示した実施例について説明する。

【００４０】図１は本願発明の実施例を示したものであ
り、鋼製橋脚１を構成する鋼殻部の下方に孔１２を開
け、孔１２に差し込み鉄筋３を挿入する。

【００４１】また、鋼殻部の周りには、アンカービーム
４と、このアンカービーム４に連結したアンカーボルト
５を配置し、以上の差し込み鉄筋部とアンカーボルト部
（上部を除く）を埋め込む形でフーチングコンクリート
６を打設する。

【００４２】コンクリート６の硬化後、鋼製橋脚１の鋼
殻部のフーチング上面高さに設置したベースプレート７
とフーチング上部に露出しているアンカーボルト５とを
ナット８等を用いて連結する。また、ベースプレート７
からフーチング２に支圧力を伝達するため、ベースプレ
ート７とフーチング２との間に隙間がなくなるようモル
タル９を充填する。

【００４３】なお、図１において、アンカービーム４の
部位に、図５に示す杭方式と同様、アンカービーム４と
つなぎ材１０からなるアンカーフレーム１１を用いても
よい。

【００４４】橋脚からの押込み力に対して余裕がある場
合には、支圧力伝達のためのモルタル９の充填を省略し
てもよい。

【００４５】また、アンカーボルト５の定着にアンカー
ビーム４を用いず、異形鉄筋アンカーボルトによる定着
方式で用いたようなスタッドジベル１３（図８参照）
や、定着板１５（図９参照）を用いてもよい。

【００４６】さらに、アンカーボルト５にプレストレス
を導入することも考えられる。

【００４７】また、図１において、鋼製橋脚１とアンカ
ーボルト５の連結を、フーチングコンクリート６の硬化
後にナット８により実施する旨記述したが、鋼製橋脚１
とアンカーボルト５とを予め連結しておいた状態でフー
チングコンクリート６を打設してもよい。

【００４８】すなわち、本願発明は、鋼製橋脚の鋼殻下
部に配置した差し込み鉄筋構造と鋼殻の周囲に配置した
アンカーボルト構造の併用により、橋脚に作用する曲げ
力等に抵抗するものであり、この主旨を逸脱しない範囲
内でアンカーボルトの定着方法や施工方法など種々の改
変を施すことができる。

【００４９】

【発明の効果】 鋼製橋脚に働く地震等の曲げ力等を、鋼製橋脚の鋼
殻下部に配置した差し込み鉄筋のせん断抵抗力と、鋼殻
部周囲に配置したアンカーボルトの定着力によってフー
チングに伝達することにより、フーチングを大型化する
ことなく、大きな曲げ力に抵抗させることができる。

【００５０】 差し込み鉄筋構造は、鋼殻に孔を開け
て鉄筋を差し込むシンプルな構造なので、施工性、経済
性に優れる。

【００５１】 スタッドジベル等を鋼殻に溶植する場
合に比べ、差し込み鉄筋構造は施工の確実性を肉眼でチ
ェックできるので、結合部の信頼性が向上する。

【００５２】 橋脚鋼殻部にベースプレートを設置し
て、橋脚部に作用する押込み力を支圧力としてフーチン
グに伝達させることにより、より大きな曲げ力等にも抵
抗できる。なお、この場合懸念されるフーチングの支圧
破壊に対しては、差し込み鉄筋がコンクリートのひび割
れ防止補強筋として有効に働くため（複合効果）、地震
等に対する安全性が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の鋼製橋脚とフーチングとの結合部
の一実施例を示す斜視図である。

【図２】 従来のアンカーボルト方式および異形鉄筋ア
ンカーボルトによる定着方式の曲げ力に対する定着機構
を示した説明図である。

【図３】 本願発明の結合部構造による曲げ力に対する
定着機構を示した説明図である。

【図４】 スタッドジベル構造と差し込み鉄筋構造のせ
ん断耐荷性能の実験結果から得られた荷重とせん断ずれ
変位の関係を示すグラフである。

【図５】 従来のアンカーボルト方式の１種である杭方
式を示す鉛直断面図である。

【図６】 従来のアンカーボルト方式の１種であるＲＣ
方式を示す鉛直断面図である。

【図７】 従来の異形鉄筋アンカーボルトによる定着方
式の１種である折り曲げ定着方式を示す鉛直断面図であ
る。

【図８】 従来の異形鉄筋アンカーボルトによる定着方
式の１種である直接定着方式を示す鉛直断面図である。

【図９】 従来の異形鉄筋アンカーボルトによる定着方
式の１種である機械的定着方式を示す鉛直断面図であ
る。

【図１０】 従来の埋め込みアンカー方式の１種である
埋め込みフレーム方式を示す鉛直断面図である。

【図１１】 従来の埋め込みアンカー方式の１種である
ベースフレーム方式を示す鉛直断面図である。

【図１２】 従来の埋め込みアンカー方式の１種である
基部埋め込み方式を示す鉛直断面図である。

【符号の説明】

１…鋼製橋脚、２…フーチング、３…差し込み鉄筋、４
…アンカービーム、５…アンカーボルト、５’…異形鉄
筋のアンカーボルト、６…フーチングのコンクリート、
７…ベースプレート、８…ナット、９…モルタル、１０
…つなぎ材、１１…アンカーフレーム、１２…孔、１３
…スタッドジベル、１４…ベースフレーム、１５…定着
板、１６…２次コンクリート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンカーボルトに連結される鋼製橋脚の
   鋼殻下部をフーチング内に埋め込み、埋め込まれた前記
   鋼殻下部を貫通するように複数の差し込み鉄筋を配置し
   てあることを特徴とする鋼製橋脚とフーチングとの結合
   部。
2. 【請求項２】 前記鋼殻のフーチング上面高さにベース
   プレートが設けられており、前記ベースプレートを前記
   アンカーボルトに連結している請求項１記載の鋼製橋脚
   とフーチングとの結合部。