JPH10306408A - 鋼製橋脚の補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 これまでの種々の実験、解析により地震時に
おける鋼製橋脚の耐荷力、柔軟性の向上を図った鋼製橋
脚の補強構造を提供する。 【解決手段】 鋼製橋脚の内部に軟鋼材からなる補強鋼
材を用いることにより十分な伸びを与えるようにしたも
ので、水平断面が矩形状を有する鋼板製橋脚１の内部
に、その一方の中心線とこれと平行する各側板１ａとの
間の略中間位置に軟鋼材からなる補強鋼材３を垂直に取
付けたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼製橋脚が地震等
による崩壊を防ぐ補強構造に係り、詳しくは内部に補強
鋼材を追加して補強する鋼製橋脚の補強構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発生した阪神大震災等において
は、構造物の崩壊が相当数にのぼり、特に高架に建設さ
れた道路を支える橋脚に関する被害も予想したよりも遥
かに大きく、倒壊、破損、亀裂等の現象が各地で見られ
ている。

【０００３】このような橋脚は従来、鉄筋コンクリート
製のものと鋼板製のものとが使用されてきたが、本発明
で対象とする鋼板製のものにおいての被災を列記すると
つぎのようになる。 Ａｓ：倒壊したもの、倒壊はしないが損傷変形が著しく
大きなもの。 Ａ：亀裂、座屈等の損傷、または変形が大きいもの。 Ｂ：鋼材の座屈や部材の変形が部分的に見られるもの。 Ｃ：鋼材の座屈や変形が曲部的かつ軽微なもの。 Ｄ：損傷がないか、あっても耐荷力に影響のない極めて
軽微なもの。 これらの被害度を％で表すと、Ａｓ：１％，Ａ：３％，
Ｂ：１０％，Ｃ：３９％，Ｄ：４７％であり、このうち
少なくてもＣ＋Ｄの８６％は補修すれば使用可能であ
る。

【０００４】しかして地震に対する被害として矩形断面
を構成する橋脚では補剛板の角溶接部が図１３に示すよ
うに縦方向に裂け、補剛板が分離する結果、上部構造物
の死荷重に対する鉛直方向の耐力を失う状態となる靭性
的破壊モードの防止を図らなければならない。

【０００５】このため鋼製橋脚の靭性の向上の方法とし
て矩形断面を構成する橋脚の内部に中詰めコンクリート
を充填する方法が提示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近ではコンクリート
を充填しない鋼製橋脚が検討され始めた。地震時保有耐
力および許容塑性率の評価法についてはまだ調査研究途
上にあるが、どのような構造細目を用いればこれらを向
上させることができるのか実験等を通してある程度の知
見は得られてきている。

【０００７】すなわち、例えば図１１に示すようにぜい
性的破壊モードを防ぐ構造として矩形断面の橋脚ａの場
合、角部ｂにコーナープレートｃを取付けて閉断面構造
とすることにより、変形がかなり進んでも角部の角度を
保持し、これにより角溶接部の割れを防ぐ構造がある。

【０００８】また図１２に示すように矩形断面の橋脚ｄ
の角を無くした形状として角溶接そのものを無くすこと
により角部の裂けるのを防ぐようにした構造がある。

【０００９】これらはそれぞれ実験により性能向上の効
果はある程度確認されてはいるが、鉄筋コンクリート橋
脚と比べて大きな地震力を受けた場合の応答や抵抗メカ
ニズム、じん性の評価等については未解明な部分が未だ
多い。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、これまでの種
々の実験、解析により地震時における鋼製橋脚の耐荷
力、柔軟性の向上を図った鋼製橋脚の補強構造を提供す
ることを課題としてなされたもので、その解決手段とし
ては鋼製橋脚の内部に極軟鋼材からなる補強鋼材を用い
ることにより十分な伸びを与えるようにしたことにあ
る。また鋼製橋脚の内部にコンクリートを充填したもの
と等価乃至はそれ以上の効果を期待し得る鋼構造の橋脚
が得られるようにしたことにある。

【００１１】すなわち請求項１記載の発明は、水平断面
が矩形状を有する鋼板製橋脚の内部に、その一方の中心
線とこれと平行する各側板との間の略中間位置に極軟鋼
材からなる補強鋼材を垂直に取付けたことを特徴とする
ものである。

【００１２】また請求項２および３の発明はそれぞれ請
求項１記載の発明において、請求項２は前記補強鋼材を
極軟鋼材の平板で構成したことを特徴とし、請求項３は
前記補強鋼材を左右の縦方向のリブとその間に跨がる適
宜長さの極軟鋼製の筋交いとで構成して対向側の筋交い
を前記筋交いと交差して取付けたことを特徴とするもの
である。

【００１３】これにより既存・新規の鋼製橋脚のいずれ
の場合にも適用可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態を参照して説明する。図１は本発明の鋼製橋脚１の
一例を概念的に示す立面図であり、内部の高さ方向は適
宜間隔の図示しない仕切り板により複数階に区分けされ
ている。図２は図１の水平拡大断面例を示している。

【００１５】図２に示す例は本発明の効果を実証するた
め作成した実験用模型の水平断面図で、橋脚１の四方の
側板１ａ，１ａ…は４．５ｍｍの厚さの鋼板が用いられ
て水平断面が正方形に形成され、その側板１ａの内側に
それぞれ対向するように厚さ６ｍｍで適宜長さのリブ２
が両中心線Ｘ，Ｙに一致する位置に溶接等により固着さ
れている。

【００１６】これらリブ２はこの例では前後方向の中心
線Ｙと左右の側板１ａとの間にそれぞれ同じようにもう
１個ずつ設けられ、したがって前後方向に計６個、左右
方向に計２個とした場合である。なお前記側板１ａおよ
びリブ２の板厚は、載荷重の如何に応じて適値が選択さ
れ、またリブ２の長さはつぎに示す補強鋼材３との関係
から決められるものである。

【００１７】そして左右の両側板１ａ，１ａを結ぶ中心
線Ｘとこれに平行する前後の側板１ａとの間の略中間位
置には厚さ６ｍｍの補強鋼材３が側板１ａの内側に溶接
またはボルト等の固着手段により前後１対として固着さ
れている。この補強鋼材３は極軟鋼材からなるもので、
垂直に設けられる。

【００１８】図３および図４は図１に設けられた補強鋼
材３の全容が解るように手前側の側板１ａを取外して示
す立面図で、図３はフルウエブ方式と呼ばれ、ボックス
ウエブと同程度の剛性を持たせた厚さ６ｍｍの補強鋼材
３Ａを示しており、橋脚１の内部に設けられた上下の仕
切り板１ｂ，１ｃと左右の側板１ａ，１ａ内に接する略
四角形状の極軟鋼材製の平板であり、各端面の両側は側
板１ａの内側と仕切り板１ｂ，１ｃとに溶接またはボル
ト等の固定手段により固着されている。そして中央部に
は人が出入りすることができるマンホール３ａが穿設さ
れることを示している。

【００１９】この方式は、新設橋脚の場合は溶接構造と
なるが、既設橋脚の耐震補強では補強鋼材３Ａの取付に
は溶接またはボルトによる接合がなされ、その際マンホ
ール３ａを通ることによりその表と裏から行える。

【００２０】図４はトラスト方式の場合の補強鋼材３Ｂ
を示すもので、左右の縦方向のリブ４ａ，４ｂと、その
間の筋交い５ａ，５ｂとで構成され、左右のリブ４ａ，
４ｂの間に１本の適宜長さの筋交い５ａを斜めに配して
取付け、これと相対する他側の筋交い５ｂを前記筋交い
５ａと交差させて同様に取付けたものである。上記の筋
交いも極軟鋼材製とされる。

【００２１】この方式は剛性が弱いので地震力の小さい
上層部で用いられるが、部材が小さいので、既設構造物
の補修工事に向いている。橋脚１内でこの方式で補強鋼
材等による補修を行う場合には筋交い５ａ，５ｂを避け
た空間を通してその表裏から取付け作業を行える。

【００２２】つぎに本発明のように矩形断面の橋脚１の
内部にウェブ２枚（補強鋼材３，３）を配置した（図２
参照）構造の耐震壁としての模型による実験結果につい
て説明する。

【００２３】この耐震壁、すなわち補強鋼材３の役割は
断面の形状維持と材料の弾塑性挙動によるエネルギー吸
収であるから低降伏点鋼（極軟鋼）が用いられている。

【００２４】このテストに用いた極軟鋼の材料規格と化
学成分実績は表１に示すものである。

【００２５】

【表１】 そしてテスト装置は図５に、載荷方法は図６にそれぞれ
示すように、試験体７に水平方向と垂直方向からジャッ
キ８，９を掛けたときスライド可能なようにしたスライ
ド受１０を有する装置を採用した。

【００２６】実験は所定の軸力を一定に保ち、降伏水平
変位柔軟性を基本として通常の柔軟性の整数倍の変位を
漸次増加させながら正負交番載荷して行った。

【００２７】図７（Ａ）は、図２の断面形状を有する橋
脚の試験体７の図７（Ａ）右肩に示すＸ方向から載荷し
た際の荷重−変位履歴ループを示し、図７（Ｂ）は同じ
くＹ方向から載荷した際の荷重−変位履歴ループを点線
により図７（Ａ）のループに重ねて示すもので、この図
７（Ｂ）からも明らかなようにＸ，Ｙのいずれからの荷
重に対してもループ履歴曲線は圧縮、引張側とも対称形
となってエネルギー吸収効率の良い挙動を示している。

【００２８】この場合、履歴曲線が崩れていないのは、
局部変形による断面剛性の局所的低下のないことを示
し、極限状態まで断面形状が保持されていたと思われ
る。

【００２９】なお図８は水平荷重ー変位関係を示すグラ
フ、図９はエネルギーの吸収量△Ｗを示すグラフ、図１
０はループの減衰定数ＨＥを示すグラフである。

【００３０】これらの結果より上記の耐震壁はコンクリ
ート充填構造と同等、あるいはそれ以上の効果が認めら
れた。

【００３１】つまり耐震壁は矩形断面の形状を保持する
もので、これがない橋脚では、荷重が増加して極限状態
になると、矩形断面の側板の局部変形が進行して大変形
が生じ、圧縮された側板の耐荷力は著しく低下する。し
かし上記の耐震壁はこの大変形を抑制していることにな
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンクリート充填構造と同等の効果を奏することが確認さ
れ、今後の地震対策として大きく期待することができ
る。

【００３３】また補強鋼材は新設橋脚の場合は溶接構造
により設置前に行うことができ、既設橋脚であってもフ
ルウエブ方式ではマンホールから、トラス方式の場合に
は筋交いを避けて溶接またはボルト締めによる結合が行
えるので新設橋脚、既設橋脚のいずれの場合にも容易に
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鋼製橋脚の外観立面図。

【図２】図１の水平方向の断面図。

【図３】本発明のフルウエブ方式による補強鋼材の構成
を示す立面図。

【図４】本発明のトラス方式による補強鋼材の構成を示
す立面図。

【図５】本発明のテスト装置の外観立面図。

【図６】載荷方法の説明図。

【図７】（Ａ），（Ｂ）はテストにより得た荷重ー変位
履歴ループの関係を示すグラフで、（Ａ）はＸ方向荷重
負荷時、（Ｂ）はＸ方向とＹ方向荷重負荷時を示す。

【図８】テストにより得た水平荷重ー変位関係を示すグ
ラフ。

【図９】テストにより得たエネルギーの吸収量△Ｗを示
すグラフ。

【図１０】テストにより得たループの減衰定数ＨＥを示
すグラフ。

【図１１】現在、性能向上の効果の確認されている補修
構造の１例を示す断面図。

【図１２】現在、性能向上の効果の確認されている補修
構造の他の１例を示す断面図。

【図１３】従来の鋼板製橋脚の破損の態様を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 鋼板製橋脚 １ａ 側板 １ｂ，１ｃ 仕切り板 ３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 補強鋼材 ３ａ マンホール ４ａ，４ｂ リブ ５ａ，５ｂ 筋交い Ｘ，Ｙ 中心線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平断面が矩形状を有する鋼板製橋脚の内
   部に、その一方の中心線とこれと平行する各側板との間
   の略中間位置に極軟鋼材からなる補強鋼材を垂直に取付
   けたことを特徴とする鋼製橋脚の補強構造。
2. 【請求項２】前記補強鋼材が極軟鋼の平鋼板である請求
   項１記載の鋼製橋脚の補強構造。
3. 【請求項３】前記補強鋼材が相対向する側板の内面縦方
   向のリブとその間に跨がる適宜長さで極軟鋼製の筋交い
   とで構成され、対向側の筋交いが前記筋交いと交差して
   取付けられている鋼製橋脚の補強構造。