(57)【要約】【課題】  ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部の補強において、十分な補強の強度を達成した上でコストを削減する【解決手段】  補強構造２０は、ＲＣ部材からなる柱状構造物１０の地中部１０ａにおける補強構造２０であって、柱状構造物１０の地中部１０ａの周囲を包囲する補強枠２２と、柱状構造物１０の地中部１０ａと補強枠２２との間に充填される砂２４とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部における補強構造であって、
前記柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、
前記柱状構造物の地中部と前記補強枠との間に充填される砂又は土と、
を備える補強構造。
【請求項２】
ＲＣ部材からなる断面略矩形の柱状構造物の地中部における補強構造であって、
前記柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、
前記柱状構造物の地中部の４つの角部と前記補強枠との間にそれぞれ充填される充填材とを備え、
前記柱状構造物の地中部と前記補強枠との間において、前記角部と前記補強枠との間に充填される各充填材同士の間に当該充填材が充填されていない部分が少なくとも１部分存在していることを特徴とする補強構造。
【請求項３】
ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部に対して補強構造が設けられた補強構造付柱状構造物であって、
前記補強構造は、
前記柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、
前記柱状構造物の地中部と前記補強枠との間に充填される砂又は土と、
を備えることを特徴とする補強構造付柱状構造物。
【請求項４】
ＲＣ部材からなる断面略矩形の柱状構造物の地中部に対して補強構造が設けられた補強構造付柱状構造物であって、
前記補強構造は、
前記柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、
前記柱状構造物の地中部の４つの角部と前記補強枠との間にそれぞれ充填される充填材とを備え、
前記柱状構造物の地中部と前記補強枠との間において、前記角部と前記補強枠との間に充填される各充填材同士の間に当該充填材が充填されていない部分が少なくとも１部分存在していることを特徴とする補強構造付柱状構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＣ（Reinforced Concrete）部材からなる柱状構造物の地中部における補強構造、及び補強構造付柱状構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部における耐震等を目的とした補強構造として、柱状構造物の周囲を鋼板等の補強枠で包囲し、柱状構造物と補強枠との間にモルタル等の充填材を充填させるものが用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３３６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、例えば充填材としてモルタルを用いた場合、十分な補強の強度を得ることができるものの高いコストが発生してしまう場合がある。
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたものであり、ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部の補強において、十分な補強の強度を達成した上でコストを削減できる補強構造及び補強構造付柱状構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、例えば特許文献１に記載された補強構造のように柱状構造物の地中部と補強枠との間にモルタルを充填しなくても、十分な補強の強度を達成する補強構造を見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
すなわち、本発明に係る補強構造は、ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部における補強構造であって、柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、柱状構造物の地中部と補強枠との間に充填される砂又は土と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この補強構造によれば、特にＲＣ部材の曲げ破壊がせん断破壊に先行する場合（ＲＣ部材が曲げ先行破壊型の場合）、十分な補強の強度を達成することができる。その一方、充填材として用いられる砂及び土は、通常、モルタルと比較して安価であるので、柱状構造物の地中部の補強においてコストを削減できる。
【０００８】
また、本発明に係る補強構造は、ＲＣ部材からなる断面略矩形の柱状構造物の地中部における補強構造であって、柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、柱状構造物の地中部の４つの角部と補強枠との間にそれぞれ充填される充填材とを備え、柱状構造物の地中部と補強枠との間において、角部と補強枠との間に充填される各充填材同士の間に当該充填材が充填されていない部分が少なくとも１部分存在していることを特徴とする。なお、ここでいう断面は柱状構造物の軸線に垂直な面である。
【０００９】
この補強構造によれば、特にＲＣ部材のせん断破壊が曲げ破壊に先行する場合（ＲＣ部材がせん断先行破壊型の場合）、十分な補強の強度を達成することができる。その一方、柱状構造物の地中部と補強枠との間に充填材を隙間なく充填することを要しないので、柱状構造物の地中部の補強においてコストを削減できる。
【００１０】
ところで、本発明は、上記のように補強構造の発明として記述できる他に、以下のように補強構造付柱状構造物の発明としても記述することができる。これらは、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。本発明に係る補強構造付柱状構造物は、ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部に対して補強構造が設けられた補強構造付柱状構造物であって、補強構造は、柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、柱状構造物の地中部分と補強枠との間に充填される砂又は土と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る補強構造付柱状構造物は、ＲＣ部材からなる断面略矩形の柱状構造物の地中部に対して補強構造が設けられた補強構造付柱状構造物であって、補強構造は、柱状構造物の地中部の周囲を包囲する補強枠と、柱状構造物の地中部の４つの角部と補強枠との間にそれぞれ充填される充填材とを備え、柱状構造物の地中部と補強枠との間において、角部と補強枠との間に充填される各充填材同士の間に当該充填材が充填されていない部分が少なくとも１部分存在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＲＣ部材からなる柱状構造物の地中部の補強において、十分な補強の強度を達成することができる。またその上で、モルタルよりも安価な砂又は土を充填材として用いることにより、あるいは柱状構造物の地中部と補強枠との間に充填材を隙間なく充填することを要しないことにより、コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面とともに本発明による補強構造の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１４】
図１に本実施形態の補強構造の対象となる柱状構造物１０が用いられる構造物の例として、高架橋１００を示す。図１に示すように、高架橋１００は、複数の柱状構造物１０と、地上梁１０２と、地中梁１０４と、柱状構造物１０毎のフーティング１０６とを含んで構成されている。各柱状構造物１０は、軸方向にその一部が地盤２００に埋設されている（その部分を地中部１０ａと呼ぶ）。各柱状構造物１０は、地上側の端部で地上梁１０２を支持している。また、各柱状構造物１０の地中側の端部にはフーティング１０６が設けられており、更に当該地中側の端部は地中梁１０４に連結されており、柱状構造物１０が安定する構造になっている。本実施形態の補強構造は、上記のような柱状構造物１０の地中部１０ａに対する耐震等を目的とした補強を行うものである。
【００１５】
柱状構造物１０は軸線に垂直な断面が略矩形であり、その矩形は具体的には例えば一辺が１ｍの正方形である。断面を略矩形としたのは、柱状構造物１０は通常面取りがなされているからである。また、柱状構造物１０はＲＣ部材からなり、鉄筋の量及び鉄筋の入れられ方と柱状構造物１０のサイズ及び形状とコンクリートの量とにより曲げ先行破壊型かせん断先行破壊型かに分かれる。本実施形態では、それぞれの破壊型に適した補強構造を示す。
【００１６】
曲げ先行破壊型の柱状構造物１０に適した補強構造２０を図２に示す。図２（ａ）は、補強構造２０が設けられた柱状構造物１０の斜視図であり、図２（ｂ）は、軸線と垂直な断面での地中部１０ａ及び補強構造２０の端面図である。図２に示すように補強構造２０は、柱状構造物１０の地中部１０ａの周囲を包囲する補強枠２２と、地中部１０ａと補強枠２２との間に充填される砂２４とを備えて構成される。
【００１７】
補強枠２２は地盤２００内に地中部１０ａと所定の間隔となるように設置されている。補強枠２２と地中部１０ａとの間は、例えば２０〜３０ｍｍ程度の一定の間隔であることが好ましい。また、補強枠２２は、具体的には例えば、３ｍｍ程度の厚さを有する鋼板を用いることが好ましい。その場合、鋼板を地中部１０ａの形状に合わせて凹状に屈曲成形した一対の枠片を、柱状構造物１０を挟んで向き合わせ、枠片の端部に設けた継手を互いにかみ合わせるかみ合わせ継手又は溶接等により閉合することにより、補強枠２２とすることが好ましい。あるいはそれ以外でも、４枚の平面状の鋼板を地中部１０ａに沿って配置し、溶接するような方法をとってもよい。補強枠２２の軸方向の高さは、地中部１０ａ全体を包囲する高さ（地盤２００の表面からフーティング１０６までの高さ）であることが好ましい。また、補強枠２２の上端は地盤２００の表面と同じ面に位置になるのが好ましい。
【００１８】
図２に示すように、砂２４は地中部１０ａと補強枠２２との間全体に隙間無く充填される。砂２４として具体的には、粒径が０．１〜２．０ｍｍ程度のもの、例えば砕砂等を用いることが好ましい。なお、地中部１０ａ及び補強枠２２の周囲は、フーティング１０６及び地盤２００で隙間無く包囲されているので、砂２４は地中部１０ａと補強枠２２との間から漏れ出しにくくなっている。また、地中部１０ａと補強枠２２との隙間の上部を、砂２４が漏れ出すのを防止するためにモルタル又はコンクリート等で覆うこととしてもよい。
【００１９】
なお、上記の補強構造２０において、地中部１０ａと補強枠２２との間に充填する充填材として、上記の砂２４でなく土を用いることとしてもよい。また、補強構造２０の補強対象となる柱状構造物は、上記のように断面が略矩形となる柱状構造物１０に限られず、断面が略楕円や略多角形となる柱状構造物であってもよい。
【００２０】
続いて、せん断先行破壊型の柱状構造物１０に適した補強構造３０を図３に示す。図３（ａ）は、補強構造３０が設けられた柱状構造物１０の斜視図であり、図３（ｂ）は、軸線と垂直な断面での地中部１０ａ及び補強構造３０の端面図である。図３に示すように補強構造２０は、柱状構造物１０の地中部１０ａの周囲を包囲する補強枠３２と、地中部１０ａの４つの角部１０ｂと補強枠３２との間にそれぞれ充填される充填材３４とを備えて構成される。
【００２１】
補強枠３２は、上述した補強枠２２と同様の構成をとる。また、充填材３４は角部１０ｂと補強枠３２との間に柱状に充填される。また、図３に示すように、各充填材３４は、各角部１０ｂを完全に覆うように充填されることが好ましい。充填材３４として具体的には、柱状に充填することが可能なモルタルを用いることが好ましい。なお、モルタル以外でも、コンクリート等を用いることとしてもよい。
【００２２】
充填材３４は、上記のように角部１０ｂと補強枠３２との間のみに充填されている。即ち、地中部１０ａと補強枠３２との間において、上記充填材３４同士の間に充填材３４が充填されていない部分が存在している。当該充填材３４が充填されていない部分は、空洞にすることとしてもよいし、砂、土及び発泡材等の（充填材３４より安価な）別の充填材を充填することとしてもよい。また、地中部１０ａと補強枠２２との隙間の上部は、充填材３４等で覆うこととしてもよい。なお、当該充填材３４が充填されていない部分のうち幾つかの部分には、必要に応じて充填材３４を充填することとしてもよい。
【００２３】
上述した補強構造によれば、柱状構造物１０を構成するＲＣ部材が曲げ先行破壊型の場合及びせん断先行破壊型の場合のそれぞれに対して、十分な補強の強度を達成することができる。その一方、曲げ先行破壊型のＲＣ部材に適した充填材として用いられる砂２４及び土は、通常、モルタルと比較して安価であるので、柱状構造物１０の地中部１０ａの補強においてコストを削減できる。また、充填材として砂２４又は土を用いることとすれば、モルタル等において必要な練混ぜ作業等を必要とせず、より簡易な工法で補強構造を構成することができる。また、曲げ先行破壊型のＲＣ部材に対する補強においては、地中部１０ａと補強枠３２との間に充填材３４を隙間なく充填することを要しないので、柱状構造物１０の地中部１０ａの補強においてコストを削減できる。
【００２４】
ここで、本実施形態の補強構造２０，３０を用いた場合の補強強度を確かめるために行った交番載荷試験のデータを示す。試験体である柱状構造物及び補強構造を図４〜図６に示す。なお、本試験においては、補強構造は柱状構造物の地上部に対して設けられている。
【００２５】
図４に本実施形態の試験体の１つである、曲げ先行破壊型のＲＣ部材からなる柱状構造物３１０及び、当該柱状構造物３１０に適した補強構造３２０を示す。即ち、補強構造３２０は、上述した補強構造２０に相当する。図４（ａ）は、補強構造３２０が設けられた柱状構造物３１０の側面図である。図４（ａ）に示すように、柱状構造物３１０は、補強対象である柱状部３１０ａと柱状部３１０ａを支持する基盤部３１０ｂとから構成されている。図４（ｂ）は柱状部３１０ａ及び補強構造３２０の軸線と垂直な断面での端面図である。基盤部３１０ｂは、柱状部３１０ａと中心軸線を同一とする直方体であり柱状部３１０ａと一体となっており、柱状部３１０ａの下方に位置し柱状部３１０ａの下部を固定している。
【００２６】
柱状部３１０ａは、軸線と垂直な断面が正方形であり、その一辺の長さｗ１は４００ｍｍであり、高さｈ１は１３５０ｍｍである。また、柱状部３１０ａにおける基盤部３１０ｂからの高さｈ３が１１５０ｍｍの位置で交番載荷試験に係る水平荷重Ｆが柱状部３１０ａに加えられる。基盤部３１０ｂは、軸線と垂直な断面が長方形であり、その一辺の長さｗ２は１８００ｍｍ、もう一辺の長さは１３００ｍｍ、高さｈ２は７５０ｍｍである。柱状構造物３１０には、柱状部３１０ａの外周と一定の距離となる位置で、柱状部３１０の軸方向に主筋３１１である複数の鉄筋が互いに一定間隔となるように入れられている。複数の主筋３１１は、柱状部３１０ａの上部から基盤部３１０ｂの下部まで貫いている。この主筋３１１は直径が１９ｍｍである。
【００２７】
また、柱状構造物３１０には、水平荷重Ｆが加えられた際に荷重が加えられた部分で破壊が発生しないように、柱状部３１０ａの上部に全ての主筋３１１を囲うように、高さ方向に一定の間隔で複数のフープ筋３１２が入れられている。また、柱状部３１０ａが曲げ先行破壊型になるように、柱状部３１０ａと基盤部３１０ｂとの境界から上方に２００ｍｍ刻みで主筋３１１を囲うように４本のフープ筋３１３が入れられている。また、柱状構造物３１０には、水平荷重Ｆが加えられた際に基盤部３１０ｂで破壊が発生しないように、基盤部３１０ｂに全ての主筋３１１を囲うように、高さ方向に一定の間隔で複数のフープ筋３１４が入れられている。ここで、フープ筋３１２，３１４の直径は、１３ｍｍであり、フープ筋３１３の直径は６ｍｍである。
【００２８】
図４に示すように、補強構造３２０は、柱状部３１０ａの周囲を包囲する補強枠３２２と、柱状部３１０ａと補強枠３２２との間に充填される砂３２４とを備えて構成される。補強枠３２２は、厚さｔ１が３．２ｍｍである鋼板が用いられ、柱状部３１０ａとの間隔ｗ３が１５ｍｍとなるように、柱状部３１０ａを包囲している。また、補強枠３２２の高さｈ４は、９００ｍｍであり、その下部が基盤部３１０ｂに接するように設けられる。砂３２４は、柱状部３１０ａと補強枠３２２との間全体に隙間無く充填される。砂３２４として具体的には、粒径が２ｍｍ程度の標準砂（JIS R 5201）が用いられる。
【００２９】
図５に本実施形態の別の試験体の１つである、せん断先行破壊型のＲＣ部材からなる柱状構造物４１０及び、当該柱状構造物４１０に適した補強構造４２０を示す。即ち、補強構造４２０は、上述した補強構造３０に相当する。図５（ａ）は、補強構造４２０が設けられた柱状構造物４１０の側面図である。図５（ａ）に示すように、柱状構造物４１０は、補強対象である柱状部４１０ａと柱状部４１０ａを支持する基盤部４１０ｂとから構成されている。図５（ｂ）は柱状部４１０ａ及び補強構造４２０の軸線と垂直な断面での端面図である。
【００３０】
柱状構造物４１０は、フープ筋３１３が入れられていない以外は図４に示し上述した柱状構造物３１０と同一の構成をとる。フープ筋３１３が入れられていないことにより、柱状構造物４１０の柱状部４１０ａは、せん断先行破壊型になる。
【００３１】
図５に示すように、補強構造４２０は、柱状部４１０ａの周囲を包囲する補強枠４２２と、柱状部４１０ａと補強枠４２２との間において柱状部４１０ａの４つの角部４１０ｃと補強枠４２２との間にそれぞれ充填される充填材４２４とを備えて構成される。補強枠４２２と図４に示し上述した補強枠３２２とは、構成及び柱状構造物３１０，４１０に対して配置される位置が同一である。充填材４２４は、角部４１０ｃと補強枠４２２との間に柱状に充填される。図５に示すように、充填材４２４は、柱状部４１０ａと補強枠４２２との間の端から５０ｍｍの部分（図５において長さｗ４で表す）まで充填し、角部４１０ｃを完全に覆うようにする。充填材４２４としては、モルタルが用いられる。柱状部４１０ａと補強枠４２２との間において充填材４２４が充填されていない部分には、全て発泡スチロール４２６を充填する。
【００３２】
図６に本実施形態の補強構造の比較対象とする、従来の補強構造の試験体である、せん断先行破壊型のＲＣ部材からなる柱状構造物５１０及び、当該柱状構造物５１０に適した補強構造５２０を示す。図６（ａ）は、補強構造５２０が設けられた柱状構造物５１０の側面図である。図６（ａ）に示すように、柱状構造物５１０は、補強対象である柱状部５１０ａと柱状部５１０ａを支持する基盤部５１０ｂとから構成されている。図６（ｂ）は柱状部５１０ａ及び補強構造５２０の軸線と垂直な断面での端面図である。柱状構造物５１０は、図５に示し上述した柱状構造物４１０と同一の構成をとる。
【００３３】
図６に示すように、補強構造５２０は、柱状部５１０ａの周囲を包囲する補強枠５２２と、柱状部５１０ａと補強枠５２２との間に充填される充填材５２４とを備えて構成される。補強枠５２２と図４に示し上述した補強枠３２２とは、構成及び柱状構造物３１０，５１０に対して配置される位置が同一である。充填材５２４としてはモルタルが用いられ、柱状部５１０ａと補強枠５２２との間全体に隙間無く充填される。
【００３４】
交番載荷試験は、柱状部３１０ａ，４１０ａ，５１０ａにおける上記の所定の箇所に水平荷重Ｆを交互に加えることにより行われる。各試験体に対する試験により得られた荷重変位曲線の包絡線のグラフを図７に示す。図７において横軸は降伏変位に対する水平変位の割合、縦軸は降伏荷重に対する水平荷重の割合を示す。図７に示すように、本実施形態に係る補強構造は、従来から用いられている補強構造と比べても十分な補強強度を達成している。
【００３５】
引き続いて、補強構造２０，３０を柱状構造物１０に設けるための工法について図８に示す柱状構造物１０の斜視図を用いて説明する。まず、柱状構造物１０の地上部において、補強枠２２，３２で柱状構造物１０の周囲を包囲する。続いて、振動機５１により補強枠２２，３２に下方への振動を与え、当該振動により補強枠２２，３２を地盤２００に圧入する。振動機５１による振動を与える際、振動機５１からの反力を受けられるように、図４に示すように反力受け材５２を予め設けておく。なお、補強枠２２，３２の圧入は振動を与える以外の方法、例えば一様に圧力を加える方法で行われてもよい。また、補強枠２２，３２が圧入されやすくなるように、補強枠２２，３２における圧入される部分にテーパー加工を施しておくことが好ましい。
【００３６】
また、補強枠２２，３２の地盤２００に圧入される部分から水が出るように、補強枠２２，３２の柱状構造物１０側には予め水を通すための複数の細い管を設けておく。この管に、振動機５１による圧入と同時に高圧水流を流すことにより、圧入する部分の地盤２００を除去して補強枠２２，３２の圧入を行いやすくする。このように、高圧水流により地盤を除去することとすると、補強枠２２，３２が柱状構造物１０の地中部１０ａの周囲を包囲したときに、地中部１０ａと２２，３２との間には充填材を充填するための隙間が作られる。このようにしてできた隙間に上述したように上記の実施形態に応じた充填材を充填することにより、補強構造２０，３０が構成される。
【００３７】
上記のように補強枠２２，３２を圧入する方法により、補強構造２０，３０を構成することとすれば、柱状構造物１０の周囲の地盤２００の掘削をする必要がなく、簡易な補強工法を実現することができる。また、掘削する方法と比較して重機作業が減るため、工期を短縮することができ、安全性が向上する。但し、本実施形態の補強構造２０，３０を構成する工法は上記の工法に限られず、いかなる工法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る補強構造の補強対象となる柱状構造物が用いられる高架橋を模式的に示す図である。
【図２】実施形態に係る補強構造を示す図である。
【図３】実施形態に係る別の補強構造を示す図である。
【図４】交番載荷試験に用いた実施形態の試験体を示す図である。
【図５】交番載荷試験に用いた実施形態の別の試験体を示す図である。
【図６】交番載荷試験に用いた実施形態の比較対象の試験体を示す図である。
【図７】交番載荷試験の結果を示すグラフである。
【図８】本実施形態の補強構造を構成する工法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，３１０，４１０，５１０…柱状構造物、１０ａ…地中部、１０ｂ，４１０ｃ…角部、２０，３０，３２０，４２０，５２０…補強構造、２２，３２，３２２，４２２，５２２…補強枠、２４，３２４…砂、３４，４２４，５２４…充填材、５１…振動機、１００…高架橋、１０２…地上梁、１０４…地中梁、１０６…フーティング、２００…地盤、３１０ａ，４１０ａ，５１０ａ…柱状部、３１０ｂ，４１０ｂ，５１０ｂ…基盤部、３１１…主筋、３１２，３１３，３１４…フープ筋。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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