(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の耐震設計システムであって、
前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力装置と、
前記入力装置で入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出する、情報処理装置と、
前記情報処理装置で算出された鉄筋径を出力する出力装置と、
を備えるコンクリート構造物の耐震設計システム。
【請求項２】
突起付き鉄骨の属性情報と、当該突起付き鉄骨の属性情報に対応する鉄筋径とが予め関連付けられた鉄筋径のデータベースを格納する記憶装置を更に備え、
前記情報処理装置は、前記鉄筋径のデータベースにアクセスし、前記入力装置で入力された前記突起付き鉄骨の属性情報に基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出し、
前記出力装置は、前記情報処理装置で算出された鉄筋径を出力する、
請求項１に記載のコンクリート構造物の耐震設計システム。
【請求項３】
前記情報処理装置は、算出された鉄筋径に基づいて、前記コンクリート構造物の地震時の設計計算を行い、
前記出力装置は、地震時の設計計算結果を出力する、
請求項１又は２に記載のコンクリート構造物の耐震設計システム。
【請求項４】
突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の耐震設計方法であって、
前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力ステップと、
前記入力ステップで入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出する、情報処理ステップと、
前記情報処理ステップで算出された鉄筋径を出力する出力ステップと、
を含む処理をコンピュータが実行するコンクリート構造物の耐震設計方法。
【請求項５】
突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の耐震設計プログラムであって、
前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力ステップと、
前記入力ステップで入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出する、情報処理ステップと、
前記情報処理ステップで算出された鉄筋径を出力する出力ステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させるコンクリート構造物の耐震設計プログラム。
【請求項６】
突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の施工方法であって、
前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力ステップと、前記入力ステップで入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出し、算出された鉄筋径に基づいて、前記コンクリート構造物の地震時の設計計算を行う情報処理ステップと、前記情報処理ステップで算出された鉄筋径、及び地震時の設計計算結果を出力する出力ステップと、を含む耐震設計工程と、
前記耐震設計工程で得られた結果に基づいて、前記コンクリート構造物を施工する施工工程と、
を備えるコンクリート構造物の施工方法。
【請求項７】
前記施工工程では、環状に形成したプレキャストコンクリート製の型枠を用いて前記コンクリート構造物を施工する、請求項６に記載のコンクリート構造物の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の耐震設計システム、耐震設計方法、耐震設計プログラム、施工方法、及びコンクリート構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨コンクリート構造物に関する技術として、特許文献１や特許文献２に記載の技術がある。特許文献１には、コンクリート柱状構造物の基礎に連結して建て込まれた鉄骨と、内側に帯鉄筋取付具を介して帯鉄筋が配された複数の枠状体を積み重ねて形成され、鉄骨が挿通して、この鉄骨を取り囲むように配置したプレキャスト型枠と、プレキャスト型枠内に打設され、鉄骨とプレキャスト型枠とを一体化するコンクリートとからなるコンクリート柱状構造物が開示されている。特許文献１におけるプレキャスト型枠はモルタル製であり、スチールファイバー、ステンレスファイバー、アラミド、ビニロン、炭素繊維、及びガラス繊維の群から選択される一または二以上の補強材が混入されており、また鉄骨は表面に突起を形成したものである。特許文献１に記載の技術によれば、プレキャスト型枠に補強材を混入することにより、プレキャスト型枠の引長強度を増加させることができ、さらに表面に突起を形成した鉄骨を使用することによりコンクリートと鉄骨の付着性、一体性を向上させて、構造物のひび割れ幅の抑制やじん性を改善することができる。また、脱型不要のプレキャスト型枠及び組立の容易な鉄骨を併用することで、現場における作業の大幅な省力化が可能となる。
【０００３】
また、特許文献２には、予め形成した橋脚の基礎上に鉄骨を所要の高さまで建て込む工程と、内側に帯鉄筋取付具を介して帯鉄筋が配された枠状のプレキャスト型枠を形成する工程と、鉄骨を取り囲むようにこのプレキャスト型枠を複数積み重ねる工程と、プレキャスト型枠内にコンクリートを打設し硬化させ、鉄骨、帯鉄筋及びプレキャスト型枠を一体化する工程と、を有するコンクリート橋脚の築造方法が開示されている。特許文献２に記載の技術によれば、工期を短縮し、作業の安全性を増大させ、かつかぶり精度や組み立て精度を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９４７７３６号公報
【特許文献２】特許第３０３１５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１、２に記載の技術では、フランジに突起を有するＨ形鋼（以下、突起付き鉄骨ともいう。）を、等価な断面積を有する異形鉄筋として評価し、鉄筋コンクリートとしての耐震設計が可能であった。具体的には、平成８年、及び１４年の道路橋示方書に基づいて、突起付き鉄骨の座屈抵抗性を間接的に評価して、コンクリートの応力度−ひずみ曲線を補正することで評価していた。その結果、突起付き鉄骨によるコンクリート構造物は、突起付き鉄骨ではない従来の鉄筋コンクリート構造物と比較して、１．５倍以上の変形性能を有する評価手法が確立されていた。
【０００６】
これに対し、平成２４年３月、道路橋示方書の改訂が行われ、鉄筋コンクリート橋脚の耐震設計手法にも変更があった。具体的には、主鉄筋径をパラメータとする塑性ヒンジ長、及び主鉄筋の許容引張ひずみが定義された。その結果、突起付き鉄骨を用いたコンクリ
ート構造物について、新たな耐震設計手法が求められている。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑み、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物について、新たな耐震設計手法、新たな設計手法を用いた構造物、及びその施工方法に関する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、突起付き鉄骨の座屈長、及び座屈荷重が、突起付き鉄骨の弾性係数、及び断面二次モーメントの関数で表現され、新たな道路橋示方書で示されている主鉄筋径をパラメータとする塑性ヒンジ長、及び主鉄筋の許容引張ひずみも断面二次モーメントで表現できることに着目し、突起付き鉄骨と等価となるような主鉄筋の直径を定義することとした。
【０００９】
詳細には、本発明は、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の耐震設計システムであって、前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力装置と、前記入力装置で入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出する、情報処理装置と、前記情報処理装置で算出された鉄筋径を出力する出力装置と、を備える。
【００１０】
本発明では、突起付き鉄骨、及び主鉄筋の断面二次モーメントに着目し、突起付き鉄骨と等価となるような主鉄筋の直径を定義することで、平成２４年３月に改訂された新たな道路橋示方書（以下、新道路橋示方書、又は新道示ともいう）に基づいて、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の新たな耐震設計が可能となった。
【００１１】
突起付き鉄骨は、コンクリート構造物の一部を構成し、基礎の上面や、アンカーに接続される。突起付き鉄骨とは、鉄骨のフランジ面等に凹凸が設けられた鉄骨である。これにより、コンクリートの付着性が向上し、コンクリートとの一体性が得られる。凹凸は、鉄骨の製造段階で形成したものでもよく、また、後付け（現場施工）のものでもよい。鉄骨は、Ｈ形鋼が好適であるが、他の形状のもの、例えばＬ型鋼やＣ型鋼でもよい。属性情報は、鉄骨の特徴や性質を示す情報であり、形状、寸法などが例示される。突起付き鉄骨と鉄筋との対応付けは、鉄筋を非常に太い鉄筋と仮定、換言すると、突起付き鉄骨と鉄筋の両者を、断面二次モーメントを介して紐づけることで行うことができる。
【００１２】
ここで、本発明に係るコンクリート構造物の耐震設計システムは、突起付き鉄骨の属性情報と、当該突起付き鉄骨の属性情報に対応する鉄筋径とが予め関連付けられた鉄筋径のデータベースを格納する記憶装置を更に備え、前記情報処理装置は、前記鉄筋径のデータベースにアクセスし、前記入力装置で入力された前記突起付き鉄骨の属性情報に基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出し、前記出力装置は、前記情報処理装置で算出された鉄筋径を出力するようにしてもよい。
【００１３】
突起付き鉄骨の属性情報と、突起付き鉄骨の属性情報に対応する鉄筋径とが予め関連付けられた鉄筋径のデータベースを備えることで、容易に当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出することができる。
【００１４】
また、本発明に係るコンクリート構造物の耐震設計システムにおいて、前記情報処理装置は、前記入力装置で入力された前記突起付き鉄骨の属性情報に基づいて当該突起付き鉄骨の断面二次モーメントを算出し、算出した当該突起付き鉄骨の断面二次モーメントに基づいて当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出するようにしてもよい。
【００１５】
突起付き鉄骨の断面二次モーメントの算出は、鉄骨の形状、寸法に応じて、既存の式に
基づいて行うことができる。また、鉄筋の断面二次モーメントは、鉄筋の種類、及び鉄筋径に応じて、既存の式に基づいて算出することができる。そこで、例えば、算出した突起付き鉄骨の断面二次モーメントを鉄筋の断面二次モーメントと仮定し、逆算することで、突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出することができる。
【００１６】
また、本発明に係るコンクリート構造物の耐震設計システムにおいて、前記情報処理装置は、算出された鉄筋径に基づいて、前記コンクリート構造物の地震時の設計計算を行い、前記出力装置は、地震時の設計計算結果を出力するようにしてもよい。
【００１７】
これにより、新道路橋示方書に基づいて、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の、地震時の設計計算を行うことができる。地震時の設計計算には、構造物の耐力照査、応力度照査等の設計計算が例示される。これらの設計計算は、既存の式に基づいて行うことができる。
【００１８】
ここで、本発明は、コンクリート構造物の耐震設計方法として特定することができる。例えば、本発明は、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の耐震設計方法であって、前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力ステップと、前記入力ステップで入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出する、情報処理ステップと、前記情報処理ステップで算出された鉄筋径を出力する出力ステップと、を含む処理をコンピュータが実行するコンクリート構造物の耐震設計方法である。
【００１９】
また、本発明は、コンクリート構造物の耐震設計プログラムとして特定することができる。例えば、本発明は、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の耐震設計プログラムであって、前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力ステップと、前記入力ステップで入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出する、情報処理ステップと、前記情報処理ステップで算出された鉄筋径を出力する出力ステップと、を含む処理をコンピュータに実行させるコンクリート構造物の耐震設計プログラムである。
【００２０】
また、本発明は、上記プログラムを記録した記録媒体として特定することもできる。この場合、コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。なお、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、又は化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。
【００２１】
また、本発明は、コンクリート構造物の施工方法として特定することができる。例えば、本発明は、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の施工方法であって、前記突起付き鉄骨の属性情報の入力を受け付ける入力ステップと、前記入力ステップで入力された前記突起付き鉄骨の属性情報から得られる断面二次モーメントに基づいて、当該突起付き鉄骨に対応する鉄筋径を算出し、算出された鉄筋径に基づいて、前記コンクリート構造物の地震時の設計計算を行う情報処理ステップと、前記情報処理ステップで算出された鉄筋径、及び地震時の設計計算結果を出力する出力ステップと、を含む耐震設計工程と、前記耐震設計工程で得られた結果に基づいて、前記コンクリート構造物を施工する施工工程と、を備えるコンクリート構造物の施工方法である。
【００２２】
更に、本発明は、上記コンクリート構造物の施工方法によって施工されたコンクリート構造物として特定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物について、新たな耐震設計手法、新たな設計手法を用いた構造物、及びその施工方法に関する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、第一実施形態に係るコンクリート構造物の断面図を示す。
【図２】図２は、第一実施形態に係るコンクリート構造物の建込状況を示す。
【図３】図３は、第一実施形態に係るコンクリート構造物において、帯鉄筋を取り付けたプレキャスト型枠の概略図を示す。
【図４】図４は、第一実施形態に係るコンクリート構造物において、帯鉄筋を取り付けたプレキャスト型枠の側面図を示す。
【図５】図５は、第一実施形態に係るコンクリート構造物の耐震設計システムの構成を示す。
【図６】図６は、第一実施形態に係るコンクリート構造物の耐震設計処理フローを示す。
【図７】図７は、第一実施形態に係る入力画面の一例を示す。
【図８】図８は、第一実施形態に係る鉄筋径のデータベースの一例を示す。
【図９】図９は、鉄筋径のデータベースの他例を示す。
【図１０】図１０は、正負交番載荷実験の供試体の条件を示す。
【図１１】図１１は、正負交番載荷実験の供試体の断面図を示す。
【図１２】図１２は、基本概念に基づく、塑性ヒンジ長、許容引張ひずみ等を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、各供試体の荷重−変位関係のグラフ（１）を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、各供試体の荷重−変位関係のグラフ（２）を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、各供試体の荷重−変位関係のグラフ（３）を示す。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、各供試体の荷重−変位関係のグラフ（４）を示す。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、各供試体の荷重−変位関係のグラフ（５）を示す。
【図１４】図１４は、Ｐ１橋脚の条件を示す。
【図１５】図１５は、Ｐ２橋脚の条件を示す。
【図１６】図１６は、Ｐ３橋脚の条件を示す。
【図１７】図１７は、基本概念に基づく、塑性ヒンジ長、許容引張ひずみ等（Ｐ１橋脚、Ｐ２橋脚）を示す。
【図１８】図１８は、基本概念に基づく、塑性ヒンジ長、許容引張ひずみ等（Ｐ３橋脚）を示す。
【図１９Ａ】図１９Ａは、各橋脚の荷重−変位関係のグラフ（１）を示す。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、各橋脚の荷重−変位関係のグラフ（２）を示す。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、各橋脚の荷重−変位関係のグラフ（３）を示す。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、各橋脚の荷重−変位関係のグラフ（４）を示す。
【図１９Ｅ】図１９Ｅは、各橋脚の荷重−変位関係のグラフ（５）を示す。
【図１９Ｆ】図１９Ｆは、各橋脚の荷重−変位関係のグラフ（６）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物（橋脚）の耐震設計を例に説明する。以下の説明は例示であり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。
【００２６】
＜第一実施形態＞
＜＜突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物の概要＞＞
まず、第一実施形態に係る突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物（以下、単にコンクリート構造物ともいう）について説明する。図１に示すように、第一実施形態に係るコンクリート構造物は、筒状に形成したプレキャストコンクリート製のプレキャスト部材
７を型枠１で囲まれる部分の中央部に設けるようになっており、以下の施工を行う前に予め基礎２の中央部分に立設するようにしている。ただしこのプレキャスト部材７の設置は必須のものではない。プレキャスト部材７は円形に形成され、例えば、その内径は、３．１メートル、厚みは０．１メートルである。プレキャスト部材７は、通常、工場で製造され現場で組み立てられるものである。コンクリートの硬化後は、脱型をしないでそのまま構造物の一部を構成する。表面は化粧がされてもよく、そのままでもよい。これは工業製品であるので、これを使用して構築される構造物の耐久性や美観の向上を工場製造段階で実現することができる。
【００２７】
型枠１は、最終的には橋脚の外壁となるもので、環状に形成したプレキャストコンクリート製である。この型枠１はステンレススチール製の補強材を体積比で１％ないし４％混入してあり、湾曲した板を接続して一体の環状体としたものである。その断面は円形であり、例えば、直径は４．５メートル、高さが２．５メートル、厚みが５センチメートルである。この型枠１はクレーン（図示せず）で吊り下げて基礎２の上に積み重ね、所望の高さを得ることができる。プレキャスト型枠に補強材を混入することにより、プレキャスト型枠の引長強度を増加させることができる。補強材は、スチールファイバー、ステンレスファイバー、アラミド、ビニロン、炭素繊維、及びガラス繊維を単独または複合で使用したものである。なお、アラミドは芳香族ポリアミド繊維のことであり、引張強度が鉄の５倍以上あるものである。炭素繊維はグラファイト状の炭素からできた例えば、ポリアクリロニトリル系のものが使用できる。
【００２８】
図４に示すように、プレキャスト型枠１の内面には、Ｌ型鋼材で形成した取り付け帯鉄筋取付具５Ａが、例えば１．２メートル間隔（したがってプレキャスト型枠１のひとつおきに）で取り付けられている。この帯鉄筋取付具５Ａは、プレキャスト型枠１の内側円周上に一定間隔をおいて設けたリング状の平鋼３７の上に固定される。符号３５はつり下げ用平鋼であり、符号３６はつり下げ用の穴である。この帯鉄筋取付具５Ａには所定の間隔をおいて組立鉄筋６が取り付けられている。図４に示すように、組立鉄筋６は、橋脚の高さ方向に沿って設けられている。そして、この組立鉄筋６にこれに直交するように帯鉄筋３が取り付けられ、これらは格子状となる。この帯鉄筋３はプレキャスト型枠１の高さ方向に略１５センチメートル間隔で設けられ、図３に示すように配筋される。
【００２９】
配筋する工程と前後してプレキャスト部材７の周囲に鉄骨４が立設される。基礎２には予めアンカーとして鉄骨４と同等以上の構造体（図示せず）が埋設されており、この構造体に鉄骨４がボルト締めで接続される。鉄骨４はＨ型鋼が使用されており、図１に示すように、帯鉄筋３及びプレキャスト部材７のいずれにも接触しない位置に建て込まれる。鉄骨４を立設する工程は、型枠１の積み重ね工程あるいはプレキャスト材７の設置工程とその施工の前後は問わない。
【００３０】
以上の施工工程を行うことで図２に示すような半完成状態になる。型枠１と鉄骨４とを必要な段数接続して橋脚を所望の高さとした後、プレキャスト部材７と型枠１との間にコンクリートを打設し、これを硬化させることにより、突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物が完成する。
【００３１】
なお、プレキャスト型枠の基材モルタルは、水セメント比が２０〜６０％のセメント系モルタルとすることが好ましい。このような低水セメント比のモルタルを使用した場合には、塩分、二酸化炭素、酸素、水などの腐食因子の侵入に対する抵抗性が大きくなり、構造物の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
＜＜コンクリート構造物の耐震設計システムの構成＞＞
図５は、第一実施形態に係るコンクリート構造物の耐震設計システムの構成を示す。コ
ンクリート構造物の耐震設計システム１０は、例えば汎用のコンピュータによって構成され、ＣＰＵ１１（中央演算処理装置）及びメモリ１２を有する情報処理装置１３、キーボード、マウスからなる入力装置１４、ディスプレイからなる表示装置１５を備える。入力装置１４は、情報（例えば、鉄骨の属性情報）の入力や各種設定操作を受け付ける。ＣＰＵ１１は、メモリ１２に格納されたコンクリート構造物の耐震設計プログラムを実行し、Ｈ形鋼に対応する主鉄筋の鉄筋径の算出、耐震設計等を行う。コンクリート構造物の耐震設計システム１０は、タブレット端末、携帯端末によって構成してもよい。また、コンピュータ、タブレット端末、及び携帯端末では、情報の受け付け、算出結果の表示のみを行い、コンピュータ、タブレット端末、及び携帯端末とネットワークを介して接続されたサーバ上で天井異常の発生の有無を判断してもよい。この場合、判断結果は、ネットワークを介して接続されたコンピュータ、タブレット端末、及び携帯端末に送信することができる。例えば、判断結果は、管理者のコンピュータに送信することができる。
【００３３】
＜＜コンクリート構造物の耐震設計処理＞＞
図６は、第一実施形態に係るコンクリート構造物の耐震設計処理フローを示す。この処理は、コンクリート構造物の耐震設計処理プログラムが起動されることで開始される。ステップ０１では、ＣＰＵ１１は、突起付きＨ形鋼の属性情報を取得する。例えば、ＣＰＵ１１は、表示装置１５に入力画面を表示させ、表示装置１５又は入力装置１４を介して、突起付きＨ形鋼の属性情報を入力させる。ここで、図７は、第一実施形態に係る入力画面の一例を示す。図７の入力画面では、「鉄骨種類」、「鉄骨呼称寸法」、「強軸設定」の項目と、各項目の選択肢としての選択領域が表示されている。また、「鉄骨種類」に応じた、イメージが表示されている。「鉄骨種類」は、鉄骨の種類を表し、選択肢として、「Ｈ形鋼」、「Ｌ型鋼」、「Ｃ型鋼」が表示されている。図７では、「Ｈ形鋼」が選択されている。「鉄骨呼称寸法」は、鉄骨の種類に応じた寸法の種類を表し、選択肢として、高さ（Ｈ）×辺（Ｂ）に相当する、「１５０×１５０」、「２００×２００」、「３００×３００」が表示されている。「強軸設定」は、選択肢として、「強軸」、「弱軸」が表示されている。なお、「呼称寸法」をより細分化し、標準断面寸法として、高さ（Ｈ）、辺（Ｂ）、ウェブ厚さ（Ｔ1）、フランジ厚さ（Ｔ2）、Ｒ（ｒ）を選択できるようにしてもよい。また、断面積、単位質量、断面二次半径、断面係数の少なくとも何れか一つを更に表示、選択できるようにしてもよい。突起付きＨ形鋼の属性情報が取得されると、ステップＳ０２へ進む。
【００３４】
ステップＳ０２では、ＣＰＵ１１は、突起付きＨ形鋼に対応する鉄筋径を算出する。ここで、図８は、第一実施形態に係る鉄筋径のデータベースの一例を示す。図８に示す鉄筋径のデータベースでは、Ｈ形鋼の種類毎に鉄筋径が対応付けられている。鉄筋径のデータベースは、メモリ１２に記憶されており、ＣＰＵ１１は、メモリ１２に記憶された鉄筋径のデータベースにアクセスすることで、Ｈ形鋼に対応する主鉄筋の鉄筋径を得ることができる。ＣＰＵ１１は、算出された鉄筋径として、図８に示すような鉄筋径のデータベースに相当する画面を表示装置１５に表示させるようにしてもよい。なお、鉄筋径のデータベースは、より細分化されたものでもよい。図９は、鉄筋径のデータベースの他例を示す。図９に示す、鉄筋径のデータベースは、高さ（Ｈ）、辺（Ｂ）、ウェブ厚さ（ｔ1）、フ
ランジ厚さ（ｔ2）、及びＲ（ｒ）を含む「標準断面寸法」、「断面積」、「単位質量」
、「断面二次半径」、「断面係数」といった項目が設けられ、Ｈ形鋼と鉄筋とが対応付けされている。突起付きＨ形鋼に対応する鉄筋径が算出されると、ステップＳ０３へ進む。
【００３５】
ステップＳ０３では、ＣＰＵ１１は、地震時の設計計算を実行する。具体的には、ＣＰＵ１１は、ステップＳ０２で算出された鉄筋径をＨ形鋼の等価な鉄筋とみなして、この鉄筋径に基づいて、耐力照査（じん性の計算、せん断の計算）、応力度照査等を実行する。これらの設計計算は、既存の式をメモリ１２に記憶させ、算出された鉄筋径を含む必要な情報を入力することで実行される。地震時の設計計算が実行されると、ステップＳ０４へ
進む。
【００３６】
ステップＳ０４では、ＣＰＵ１１は、設計計算の結果を出力する。具体的には、ＣＰＵ１１は、表示装置１５に設計計算の結果を表示させる。設計計算の結果が出力されると、コンクリート構造物の耐震設計処理が終了する。
【００３７】
なお、ステップＳ０２において、ＣＰＵ１１は、突起付きＨ形鋼に対応する鉄筋径がデータベースから取得できない場合、エラーメッセージを表示装置１５に表示させるようにしてもよい。また、主鉄筋の断面二次モーメントをデータベースに記憶させるとともに、この断面二次モーメントに閾値を設定し、ＣＰＵ１１は、突起付きＨ形鋼の断面二次モーメントが主鉄筋の断面二次モーメントの閾値内であるか否か判定するようにしてもよい。閾値内であると判定された場合、ステップＳ０３へ進み、閾値内と判定されなかった場合、エラーメッセージを表示してもよい。
【００３８】
＜＜作用効果＞＞
第一実施形態に係るコンクリート構造物の耐震設計システムによれば、突起付きＨ形鋼と等価となるような主鉄筋の直径を定義することで、平成２４年３月に改訂された新道路橋示方書に基づいて、突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物の新たな耐震設計が可能となる。
【００３９】
＜基本概念＞
次に、上述した第一実施形態に係るコンクリート構造物の耐震設計システムを裏付ける基本概念について説明する。新道路橋示方書では、コンクリートの応力度−ひずみ曲線に加えて、鉄筋の許容引張ひずみが新たに定義され、また、塑性ヒンジ長の考え方が修正されているので、それらに対応する必要がある。ここで、従来の実験結果を新道路橋示方書の考え方に準拠して整理するため、以下の通り仮定する。
【００４０】
新たに定義された鉄筋の許容引張ひずみは、鉄筋径や横拘束筋のばねをパラメータとしており、主鉄筋の座屈に関連して設定されているものであると推測される。ただし、実験の範囲内で設定されているため、鉄筋径の上限値が４０ｍｍに設定されているが、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の施工方法では、突起付きＨ形鋼がさらなる「非常に太い主鉄筋」に相当すると考えられる。主鋼材の座屈はその二次剛性に依存するので、以下の通りの考え方で突起付きＨ形鋼を「等価な径を有する鉄筋」に置換することとする。
【００４１】
【数１】
0005847147.tif 000002
【００４２】
修正された塑性ヒンジ長ＬPは、鉄筋径（上限４０ｍｍ）や横拘束筋のばね効果を考慮
し、座屈長の考え方を取り入れたものと推測される。今回、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の施工方法では、鋼材の許容引張ひずみと同様に、式（１）および（２）に基づく塑性ヒンジ長の考え方を適用する。すなわち、数２の式（３）のように考える。
【００４３】
【数２】
0005847147.tif 000003
【００４４】
ここで、新道路橋示方書では、平成１４年の道路橋示方書（以下、旧道路橋示方書ともいう）に比べて限界圧縮ひずみが増加している。具体的には、新道路橋示方書では、ポストピーク時（応力下降域）において、最大圧縮応力の５０％まで応力が低下した（旧道路橋示方書では、８０％）。従来、突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の施工方法に適用する応力度−ひずみ曲線は、通常のＲＣ構造に比べて、座屈に対する抵抗性を補正する形態になっていたが、新道路橋示方書改定で鉄筋（主鋼材）とコンクリートの許容引張ひずみが夫々定義されたので、従来（平成１４年版まで）突起付き鉄骨を用いたコンクリート構造物の施工方法の設計で実施していた構造補正係数γによる補正は行わないものとする。なお、かぶりコンクリートの抵抗を表すばね定数βCO計算時の主鋼材のかぶりCOについては、突起付きＨ形鋼の最外縁からコンクリート表面（実際にはＳＥＥＤフォーム表面）までの距離とする。
【００４５】
＜試験例１＞
図１０に示す５つの供試体（Ｄ−ＲＣ−１、Ｄ−ＳＣ−１、Ｄ−ＳＣ−２、Ｄ−ＳＣ−３、Ｄ−ＳＣ−４）について、所謂正負交番載荷実験を行った。「Ｄ−ＲＣ−１」は、鉄筋を主鋼材とし、「Ｄ−ＳＣ−１」は、突起付きＨ形鋼（弱軸）を主鋼材とし、「Ｄ−ＳＣ−２」は、突起付きＨ形鋼（強軸）を主鋼材とし、「Ｄ−ＳＣ−３」（弱軸）及び「Ｄ−ＳＣ−３」（強軸）は、通常（突起なし）Ｈ形鋼を主鋼材としたものである。図１１は、正負交番載荷実験の供試体の断面図を示す。図１１の左図は、供試体「Ｄ−ＲＣ−１」に対応する。図１１の中図は、供試体「Ｄ−ＳＣ−１」、「Ｄ−ＳＣ−３」に対応する。図１１の右図は、供試体「Ｄ−ＳＣ−２」、「Ｄ−ＳＣ−４」に対応する。また、図１２は、基本概念に基づく、塑性ヒンジ長、許容引張ひずみ等を示す。
【００４６】
図１２に示す、塑性ヒンジ長および許容引張ひずみを用いて、実験供試体の耐震性能３の限界状態に相当する変位δLS3を計算し、これを実験値の終局変位（降伏荷重を下回ら
ない限界の変位と定義）と対比させた。なお、耐震性能３の限界状態に相当する変位δLS3の計算は以下の方法によった。数３における表４−２は、図１２に対応する。道示式（
１０．３．１３）は、新道路橋示方書の式（１０．３．１３）に対応する。
【００４７】
【数３】
0005847147.tif 000004
【００４８】
図１３Ａ〜Ｅは、各供試体の荷重−変位関係のグラフを示す。図１３Ａ〜Ｅに示す、供試体の荷重−変位関係のグラフによれば、突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物の施工方法の４供試体（Ｄ−ＳＣ−１、Ｄ−ＳＣ−２、Ｄ−ＳＣ−３、Ｄ−ＳＣ−４）においては、等価鉄筋径φEQを用いて耐震性能３の限界状態に相当する変位δLS3を算出した
場合、（実験値／計算値）はいずれも１．０以上かつ１．２以下となっており、また、φ≦４０ｍｍとした場合の計算値よりも１１〜３８％変位が大きくなっている。このことから、突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物の施工方法によるコンクリート構造物（橋脚）に対して等価鉄筋径φEQを用いる場合、変形性能は実験値に対して２０％安全側の評価ができるものと考えられる。また、新道路橋示方書でのφ≦４０ｍｍの制限値を外すことでより正確に変形性能を表現できるものと考えられる。
【００４９】
＜試験例２＞
次に、実構造物を想定した試験について説明する。検討対象は、実際にＲＣ構造から突起付きＨ形鋼を用いたコンクリート構造物の施工方法への置き換えを実施した２橋脚（Ｐ１橋脚、Ｐ２橋脚＝同一橋梁）と、置換設計の検討を実施した１橋脚（Ｐ３橋脚）の３橋脚とする。検討に当たっては、旧道示による設計計算（本試験では、フォーラムエイト社製の橋脚設計用パッケージソフト使用したが、これに限定されるものではない。）および、実験レベル（試験例１）での検討に用いた簡便な数値計算ソフトを用いて、以下の通り新道示での耐震性能３の限界状態に相当する変位δLS3を算出した。数４における表５−
２は、図１７、図１８に対応する。道示式（１０．３．１３）は、新道路橋示方書の式（１０．３．１３）に対応する。
【００５０】
【数４】
0005847147.tif 000005
【００５１】
なお、終局水平耐力ＰUは、新道示では耐震性能２に相当する限界状態ＭSL2を慣性力作用位置までの高さｈで除したものと定義されているが、今回は以下の通り計算した。数５における表５−２は、図１７、図１８に対応する。道示式（１０．３．１３）は、新道路橋示方書の式（１０．３．１３）に対応する。
【００５２】
【数５】
0005847147.tif 000006
【００５３】
また、新道路橋示方書の耐震性能の評価式の構築においては、主鉄筋径は実験で使用した範囲に限定し、それを超過するφ＞４０ｍｍの場合は、上限値としてφ＝４０ｍｍを与える措置を取っていることから、本検証でも以下の通りの考え方で比較検討することとした。
方法Ａ：式（２）に従って算出された等価鉄筋径φEQをそのまま使用する
方法Ｂ：実験結果から信頼性のある範囲で等価鉄筋径φEQに上限を設定する
方法Ｂについては、既往の正負交番載荷実験はＨ−１００×１００のみで行われており、強軸使いの配置方法であっても等価鉄筋径φEQは８７ｍｍであることから、せいぜいその２０％増しまでが信頼できる範囲であると考え、φEQ≦１００ｍｍの制限を課すこととした。
【００５４】
図１４は、Ｐ１橋脚の条件を示す。図１５は、Ｐ２橋脚の条件を示す。図１６は、Ｐ３橋脚の条件を示す。図１４、図１５において、左図は正面図、中図は側面図、右図は断面図である。図１６において、左図は側面図、右図は断面図を示す。また、図１７は、基本概念に基づく、塑性ヒンジ長、許容引張ひずみ等（Ｐ１橋脚、Ｐ２橋脚）を示す。図１８は、基本概念に基づく、塑性ヒンジ長、許容引張ひずみ等（Ｐ３橋脚）を示す。図１９Ａ〜Ｅは、各橋脚の荷重−変位関係のグラフを示す。
【００５５】
試験例２では、等価鉄筋径φEQを上限なしに使用すれば、限界変位については（新道示/旧道示）の値はすべて１．０を上回り、旧道示に比べ２９〜３４％の大幅な変形性能の
増加となることが確認された。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、可能な限り各実施形態を組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・プレキャスト型枠
２・・・基礎
３・・・帯鉄筋
４・・・鉄骨
５・・・コンクリート
７・・・プレキャスト材
８・・・補強材
１０・・・コンクリート構造物の耐震設計システ
１１・・・ＣＰＵ
１２・・・メモリ
１３・・・情報処理装置
１４・・・入力装置
１５・・・表示装置
【図１】
0005847147.tif 000007
【図２】
0005847147.tif 000008
【図３】
0005847147.tif 000009
【図４】
0005847147.tif 000010
【図５】
0005847147.tif 000011
【図６】
0005847147.tif 000012
【図７】
0005847147.tif 000013
【図８】
0005847147.tif 000014
【図９】
0005847147.tif 000015
【図１０】
0005847147.tif 000016
【図１１】
0005847147.tif 000017
【図１２】
0005847147.tif 000018
【図１３Ａ】
0005847147.tif 000019
【図１３Ｂ】
0005847147.tif 000020
【図１３Ｃ】
0005847147.tif 000021
【図１３Ｄ】
0005847147.tif 000022
【図１３Ｅ】
0005847147.tif 000023
【図１４】
0005847147.tif 000024
【図１５】
0005847147.tif 000025
【図１６】
0005847147.tif 000026
【図１７】
0005847147.tif 000027
【図１８】
0005847147.tif 000028
【図１９Ａ】
0005847147.tif 000029
【図１９Ｂ】
0005847147.tif 000030
【図１９Ｃ】
0005847147.tif 000031
【図１９Ｄ】
0005847147.tif 000032
【図１９Ｅ】
0005847147.tif 000033
【図１９Ｆ】
0005847147.tif 000034