(57)【要約】【課題】強度および耐久性を低下させることなく、橋桁および橋台をより小型化することができ、目地材、支承材および落橋防止手段も不要で、従来の門型ラーメン橋に比して著しく低廉に構築可能なプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を提供する。【解決手段】本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋１は、両側にそれぞれ設けられた橋台２Ａ，２Ｂと、橋台２Ａ，２Ｂ上に架設され固定された橋桁３とを有し、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３とが垂直方向に配されたＰＣ鋼材４，５にてプレストレスされ結合固定されると共に、橋桁３内に水平方向に配されたＰＣ鋼材６にてプレストレスされることにより、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３との固定により両側にそれぞれ発生する曲げモーメントがＰＣ鋼材４，５，６によるプレストレス力にて打ち消されていることを特徴とするプレストレストコンクリート門型ラーメン橋である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側にそれぞれ設けられた橋台と、該橋台上に架設され固定された橋桁とを有するプレストレストコンクリート門型ラーメン橋であって、前記橋台と前記橋桁とが垂直方向に配されたＰＣ鋼材にてプレストレスされ結合固定されると共に、前記橋桁内に水平方向に配されたＰＣ鋼材にてプレストレスされることにより、前記橋台と前記橋桁との固定により両側にそれぞれ発生する曲げモーメントが前記ＰＣ鋼材によるプレストレス力にて打ち消されていることを特徴とするプレストレストコンクリート門型ラーメン橋。
【請求項２】
前記垂直方向に配されたＰＣ鋼材は正面視において重心線より外側にそれぞれ偏位して配され、前記水平方向に配されたＰＣ鋼材は正面視において重心線より外側に偏位して配されている請求項１に記載のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋。
【請求項３】
前記橋台の上部は正面視において下部より幅広に構成され、前記橋桁の両端部は正面視において中央部より桁高が大きく構成されている請求項２に記載のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋。
【請求項４】
前記ＰＣ鋼材が配された部位のうちプレストレス力の付与が不要な部位のＰＣ鋼材には、被覆材が被覆されている請求項１ないし３のいずれかに記載のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋。
【請求項５】
前記橋桁の下部には、前記橋台の上部内側面にて係止される凸部が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋。
【請求項６】
前記プレストレストコンクリート門型ラーメン橋は連続梁橋である請求項１ないし５のいずれかに記載のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣ鋼材によりコンクリートがプレストレスされて構築されたプレストレストコンクリート門型ラーメン橋に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の門型ラーメン橋としては、鉄筋コンクリート橋や鉄骨と鉄筋コンクリートとの合成橋がある。これらは全断面に隙間なくコンクリートが打設されるため自重が重くなり、橋の長さは１５ｍ程度までが限界である。
これに対して、プレストレストコンクリート橋は、ＰＣ鋼材によりコンクリートがプレストレスされたもので、橋桁（主桁）の縦断面は中空となっているため軽量で、ＰＣ鋼材も鉄筋の１０倍程の強度を有し、さらにコンクリートの弱点であるクラックの発生をＰＣ鋼材による圧縮で防止しているため、４０ｍ程度の長さの橋まで構築可能である。近年、門型橋としては、このプレストレストコンクリート橋が多用されている。
【０００３】
しかし、従来のプレストレストコンクリート門型橋は、図１６に示すように、両端に設けられた橋台９１の上部にプレストレスされた橋桁９２を載置した単純桁橋構造であるため、以下のような問題点がある。
【０００４】
第一に、橋桁９２（上部工）は橋台９１Ａ，９１Ｂ（下部工）に載置され固定されずそれぞれが独立しているため、構造計算も別々に計算することとなり、橋桁９２、橋台９１共に大型化し、その分、部材も大きくかつ大量に必要でコスト高となっていた。具体的には、橋桁９２（上部工）には、図１７に示すように、中央部が最大となる曲げモーメントｔａが作用するため、それに対応して橋桁９２の桁高（Ｔｂ）も図１６に示すように大きくする必要があり、ＰＣ鋼材も多く必要となっていた。他方、橋台９１も、背景の土圧（Ｗｂ）に対して独立して対応しなければならないため大きな断面が必要となり、高さ（Ｈｂ）、幅共に大きくすることが必要となっていた。
第二に、橋桁９２と橋台９１との間隙に、橋桁９２の温度変化よる伸縮を吸収させるための目地材（ジョイント）９３を介在させるが、この目地材は一般に鋼鉄製で高価な製品であり設置費が高額となり、取換費などのメンテナンス費用はさらに高額でコスト高の一因となっていた。
第三に、橋桁９２を橋台９１に載置する際に支承材９４を介在させる必要があるが、このメンテナンス費用も極めて高額で、かつ継続的に必要でありコスト高の一因となっていた。
第四に、近年、地震による落橋が相次いでおり、落橋防止手段９５を設置して地震に備える場合があり、この設置費用も極めて高額でコスト高の一因となっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、従来のプレストレストコンクリート門型橋の上記問題点を一挙に解決するために想起されたものであり、すなわち、本発明の課題は、強度および耐久性を低下させることなく、橋桁および橋台をより小型化することができ、目地材、支承材および落橋防止手段も不要で、従来の門型ラーメン橋に比して著しく低廉に構築可能なプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するものは、両側にそれぞれ設けられた橋台と、該橋台上に架設され固定された橋桁とを有するプレストレストコンクリート門型ラーメン橋であって、前記橋台と前記橋桁とが垂直方向に配されたＰＣ鋼材にてプレストレスされ結合固定されると共に、前記橋桁内に水平方向に配されたＰＣ鋼材にてプレストレスされることにより、前記橋台と前記橋桁との固定により両側にそれぞれ発生する曲げモーメントが前記ＰＣ鋼材によるプレストレス力にて打ち消されていることを特徴とするプレストレストコンクリート門型ラーメン橋である。
【０００７】
前記垂直方向に配されたＰＣ鋼材は正面視において重心線より外側にそれぞれ偏位して配され、前記水平方向に配されたＰＣ鋼材は正面視において重心線より外側に偏位して配されていることが好ましい。前記橋台の上部は正面視において下部より幅広に構成され、前記橋桁の両端部は正面視において中央部より桁高が大きく構成されていることが好ましい。前記ＰＣ鋼材が配された部位のうちプレストレス力の付与が不要な部位のＰＣ鋼材には、被覆材が被覆されていることが好ましい。前記橋桁の下部には、前記橋台の上部内側面にて係止される凸部が形成されていることが好ましい。前記プレストレストコンクリート門型ラーメン橋は連続梁橋であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載した発明によれば、強度および耐久性を低下させることなく、橋桁および橋台をより小型化することができ、目地材、支承材および落橋防止手段も不要で、従来の門型ラーメン橋に比してプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を著しく低廉に構築できる。
請求項２に記載した発明によれば、プレストレス力をより有効に付与することができる。
請求項３に記載した発明によれば、偏位して配されたＰＣ鋼材によるプレストレス力を、より効果的に橋桁および橋台に付与することができる。
請求項４に記載した発明によれば、橋桁内の必要部位のみに必要量のプレストレス力を付与できる。
請求項５に記載した発明によれば、地震による水平方向の力を抑止してより安全なプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を構築できる。
請求項６に記載した発明によれば、長スパンのプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を構築できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の一実施例の正面概略図であり、曲げモーメントを打ち消すＰＣ鋼材の配置を示した説明図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ´応力分布図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ´応力分布図である。
【図４】図１におけるＣ−Ｃ´応力分布図である。
【図５】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋においてＰＣ鋼材の配置部位を説明するための部分正面概略図である。
【図６】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋においてＰＣ鋼材の偏位配置による効果を説明するための説明図である。
【図７】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋における橋桁と橋台との結合部位付近の縦断面概略図である。
【図８】図７のＤ―Ｄ´線一部断面図である。
【図９】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋における鉄筋配置を説明するための部分正面概略図である。
【図１０】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋において橋桁内のＰＣ鋼材の配置を説明するための説明図である。
【図１１】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋においてプレストレス力を抜く構造を説明するための縦断面図である。
【図１２】本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の他の実施例における橋桁と橋台との結合部位付近の正面概略図である。
【図１３】本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の他の実施例の正面概略図である。
【図１４】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の施工方法を説明するための正面概略図である。
【図１５】図１に示したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の想定曲げモーメント図である。
【図１６】従来のプレストレストコンクリート門型橋（単純桁橋）の正面概略図である。
【図１７】図１６に示したプレストレストコンクリート門型橋の想定曲げモーメント図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、橋台と橋桁とが垂直方向に配されたＰＣ鋼材にてプレストレスされ結合固定されると共に、橋桁内に水平方向に配されたＰＣ鋼材にてプレストレスされることにより、橋台と橋桁との固定により両側にそれぞれ発生する曲げモーメントがＰＣ鋼材によるプレストレス力にて打ち消され、強度および耐久性を低下させることなく、橋桁および橋台をより小型化することができ、目地材、支承材および落橋防止手段も不要で、従来の門型ラーメン橋に比して著しく低廉に構築できるプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を実現した。
【実施例１】
【００１１】
本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を図面に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋１は、図１に示すように、両側にそれぞれ設けられた橋台２Ａ，２Ｂと、橋台２Ａ，２Ｂ上に架設され固定された橋桁３とを有するプレストレストコンクリート門型ラーメン橋であって、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３とが垂直方向に配されたＰＣ鋼材４，５にてプレストレスされ結合固定されると共に、橋桁３内に水平方向に配されたＰＣ鋼材６にてプレストレスされることにより、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３との固定により両側にそれぞれ発生する曲げモーメントがＰＣ鋼材４，５，６によるプレストレス力にて打ち消されていることを特徴とするプレストレストコンクリート門型ラーメン橋である。以下、各構成について順次詳述する。
【００１２】
橋台２Ａ，２Ｂは上部に固定される橋桁３を支持するためのものであり、橋桁３の両端下部付近にそれぞれ構築される。橋台２Ａ，２ＢはＰＣ鋼材４，５と後述する鉄筋７をそれぞれ配した後、コンクリートを打設して構成されている。
【００１３】
橋桁３は橋台２Ａ，２Ｂ上に架設され両端部がそれぞれ橋台２Ａ，２Ｂ上に固定され一体化されている。橋桁３は、中空のコンクリート製桁１３が、図８に示すように、橋の長手方向に直交する方向に複数並設されて構成されている。
【００１４】
そして、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３とは、垂直方向に配されたＰＣ鋼材４，５にてプレストレスされ、それぞれ結合固定されている。ここで、固定材としてＰＣ鋼材を用いるのは、ＰＣ鋼材が鉄筋の十倍ほどの強度を有しているからである。すなわち、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３との接合部には自重等による曲げモーメントが、図１５に示すように、上側に働くが、これを打ち消すためには鉄筋では不十分であるため、ＰＣ鋼材が使用されている。また、橋桁３は、図８に示すように、桁１３を並べて構成されるが、鉄筋は桁間にしか配することができず、ＰＣ鋼材であれば桁に予め穴を設けて桁１３内を挿通させて直接締めることができ、使用本数も少なくて足りるからである。
【００１５】
このように、橋台２Ａ，２Ｂの上部に橋桁３の両端部を固定する構造を採用すると、図１５に示した曲げモーメントがプレストレストコンクリート門型ラーメン橋１の両側に発生する。すなわち、本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の特徴は、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３とを一体化することにより荷重を分散することにあり、図１７に示した従来の門型橋に比して曲げモーメントが一部に大きく集中することなく各部に分散される。それら分散された曲げモーメントを所要部に付与されたプレストレス力により打ち消して対応するものである。
【００１６】
具体的には、Ａ−Ａ´断面には自重および車荷重などにより、図２（ａ）に示した応力（Ｐ１）が発生するため、これをＰＣ鋼材４によって図２（ｂ）に示したＰ１と同等以上のプレストレス力（Ｐ２）を付与して対応する。Ｂ−Ｂ´断面にも自重および車荷重などにより、図３（ａ）に示した応力（Ｐ１）が発生するため、これをＰＣ鋼材６によってＰ１と同等以上のプレストレス力（Ｐ２）を付与して対応する。なお、橋台２Ｂ側においても同様にＰＣ鋼材５，６にてプレストレス力（Ｐ２）を付与して応力に対応する。
【００１７】
さらに、Ｃ−Ｃ´断面には自重および車荷重などにより、図４（ａ）に示した応力（Ｐ３）が発生するため、これをＰＣ鋼材８によってＰ３と同等以上のプレストレス力（Ｐ４）を付与して対応する。
【００１８】
垂直方向に配されたＰＣ鋼材４は、図５に示すように、正面視において、橋台２Ａおよび橋桁３から構成される端部の重心線Ｆより外側に偏位して配されている。これは、例えば、端部の中心にＰＣ鋼材４を配してプレストレス力を付与すると、図６（ａ）に示すように、外側（図６中左側）と内側（図６中左側）に均等に荷重がかかる構造となるが、図６（ｂ）または図６（ｃ）に示すように、ＰＣ鋼材４を外側に配するほど大きなプレストレス力が外側に付与され、荷重が大きい外側に対応させることができるため、ＰＣ鋼材４によるプレストレス力をより有効に作用させることができる。
【００１９】
橋台２Ｂおよび橋桁３から構成される端部に垂直方向に配されたＰＣ鋼材５についても、同様であり、橋台２Ｂおよび橋桁３から構成される端部の重心線Ｆより外側に偏位して配されている。さらに、水平方向に配されたＰＣ鋼材６も同様な理由により、正面視において重心線Ｆより外側（図５中上側）に偏位して配されている。なお、これら重心線から偏位させる距離は両端部に発生する曲げモーメントに対応するように構造計算の上、決定される。
【００２０】
橋台２Ａ，２Ｂの上部は、図１に示すように、正面視において下部より幅広に構成され、橋桁３の両端部は正面視において中央部より桁高が大きくなるように構成されている。具体的には、この実施例では、橋台２Ａ，２Ｂは、内側ライン２ａ，２ｂが斜め上方に向かい下端から上端に向かうにつれて徐々に幅広となるように構成されている。これにより、偏位して配されたＰＣ鋼材４，５によるプレストレス力を、より効果的に橋台２Ａ，２Ｂに付与できる。
【００２１】
また、橋桁３の内側ライン３ａも両端部付近において外側につれて徐々に斜め下方に向かい、中央部より桁高が大きくなるように構成されている。これにより、偏位して配されたＰＣ鋼材６によるプレストレス力を、より効果的に橋桁３に付与できる。
【００２２】
橋桁３内において、ＰＣ鋼材６，８によってプレストレス力の付与が必要な部位は、図１０に示した実線部分であり点線部分は不要となる。しかし、ＰＣ鋼材６，８は一般に全長に渡って配されるため、点線部分のプレストレス力を抜く必要が生じる。そこで、ＰＣ鋼材６については、図１１に示すように、プレストレス力の付与が不要な部分である中央部分のＰＣ鋼材６は被覆材９にて被覆し、コンクリートとＰＣ鋼材６とが直接接触しない状態で配し、例えばＳの位置で切断した後、間詰コンクリート１０を打設しておけば、中央部付近のプレストレス力を抜くことができる。
【００２３】
また、ＰＣ鋼材８については、両端部のＰＣ鋼材８を被覆材９にて被覆しておけば、コンクリートとＰＣ鋼材８が接触せず、プレストレス力が作用しないように配することができる。これらの方法により、橋桁３内の必要部位のみに必要量のプレストレス力を付与することができる。なお、被覆材としては筒状体やテープ部材などが好適に使用できる。
【００２４】
つぎに、本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋１の施工方法について説明する。
図１４に示すように、まず、橋台（下部工）２Ａ，２Ｂを現場にて構築するために、矢板１１および打ち込み杭１２を打ち込み、その後、掘削を行う。そして、図７および図９に示すように、垂直方向に配するＰＣ鋼材４，５および鉄筋７を配した後、コンクリートを打設して橋台（下部工）２Ａ，２Ｂをそれぞれ構築する。
【００２５】
ここで、本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋１は、橋桁３が橋台２Ａ，２Ｂに固定され一体物として構造計算が可能であり、さらにＰＣ鋼材４，５，６で曲げモーメントを打ち消すように構成されているため、橋桁３および橋台２Ａ，２Ｂをより小型化することができる。そのため、矢板１１間の距離Ｂａも図１６のＢｂに比して小さくすることができ、高さＨａも図１６の高さＨｂも小さくすることができ、打ち込み杭１２の本数も少なく、打ち込む深さも浅くて足りる。
【００２６】
また、橋台２Ａ，２Ｂに作用する土圧Ｗａは、橋台２Ａ，２Ｂが小さくなることの他、曲げモーメントが外側に向かう引張力として作用し、これが土圧Ｗａを打ち消す方向に作用しているため、土圧Ｗａも図１６のＷｂに比して小さくなる。
【００２７】
さらに、橋桁３の中央部に発生する曲げモーメントｔａ（図１５参照）もｔｂ（図１７参照）より小さくなるため、桁高Ｔａ（図１４参照）もＴｂ（図１６参照）に比して小さくできる。
【００２８】
橋台（下部工）２Ａ，２Ｂが完成したら、モルタル（図示しない）を橋台（下部工）２Ａ，２Ｂの上面に敷均し、図７に示すように、その上部に橋桁３を配置する。橋桁３内にはＰＣ鋼材６，８が配されており、図８に示すように、桁１３間に間詰コクリート１４を打設して橋桁（上部工）３を完成させた後、必要なプレストレス力をＰＣ鋼材６，８を付与する。
【００２９】
さらに、橋台（下部工）２Ａ，２Ｂおよび橋桁（上部工）３の完成を待って、ＰＣ鋼材４，５を緊張させ橋台（下部工）２Ａ，２Ｂと橋桁（上部工）３とを一体化させると共に、必要なプレストレス力を付与する。
【００３０】
ＰＣ鋼材４，５，６，８に付与されるプレストレス力、１本の桁１３に配するＰＣ鋼材４，５，６，８の本数は構造計算の上、適宜決定される。なお、間詰コンクリート１４内にＰＣ鋼材４，５，６，８を配してもよい。また、図７または図８中、符号１２は横締用ＰＣ鋼材であり、橋の幅方向の一体化を図るものである。
【００３１】
橋台（下部工）２Ａ，２Ｂおよび橋桁（上部工）３の完成後、地覆作業を行い、高覧を設置する。さらに、土工事の埋め戻しを行い、法面保護を行って、プレストレストコンクリート門型ラーメン橋１の構築施工が完了する。
【００３２】
以上のように、橋台（下部工）２Ａ，２Ｂおよび（上部工）の構築にあたっては、仮締切、土工事が少なくなり、土移動や運搬量も大幅に削減される。周囲への影響や負担も減少し、工事期間も短縮でき、環境にも優しい工法となる。また、橋台２Ａ，２Ｂと橋桁３との固定により両側にそれぞれ発生する曲げモーメントはＰＣ鋼材４，５，６によるプレストレス力にて打ち消されるため、強度および耐久性を低下させることがない。さらに、橋桁３が橋台２Ａ，２Ｂに固定されているため、目地材、支承材および落橋防止手段など高価な部材および構造体も不要で、それらのメンテナンスも不要となるため、従来の門型ラーメン橋に比して大幅な費用削減を図ることができ、著しく低廉にプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を構築できる。
【００３３】
さらに、図１２に示した本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の他の実施例について説明する。
この実施例のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋３０と前述したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋１との相違は、橋桁３の両端下部付近に、橋台２Ａ，２Ｂの上部内側面にてそれぞれ係止される凸部３１が形成されている点のみであり他は同様である。プレストレストコンクリート門型ラーメン橋１と同一構成部分については同一符号を付し説明を省略する。
【００３４】
具体的には、凸部３１は、正面視において橋桁３の下部が外側に向かうについて徐々に幅広となり、下端部３２が橋台２Ａと橋桁３との接合ラインＬを越えて下方に位置するように形成されている。そして、凸部３１の左側面が橋台２Ａの上部内側面に係止されるため、地震による水平方向の力が抑止され、より安全なプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を構築できる。
【００３５】
なお、凸部３１Ａの左側面と橋台２Ａの上部内側面との間にはモルタルが介在されていることが好ましい。また、橋台２Ｂ側についても左右対称となるが、同様に凸部が設けられていることが好ましい。
【００３６】
さらに、図１３に示した本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋の他の実施例について説明する。
この実施例のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋４０と前述したプレストレストコンクリート門型ラーメン橋１との基本的な相違は、プレストレストコンクリート門型ラーメン橋４０が、橋台２Ａ，２Ｂ間に２本の橋脚４１が設けられた連続梁橋であり、垂直方向に配されるＰＣ鋼材４，５が橋脚４１内に配されている点であり他は同じである。プレストレストコンクリート門型ラーメン橋１と同一構成部分については同一符号を付し説明を省略する。
【００３７】
このように、本発明のプレストレストコンクリート門型ラーメン橋は連続梁橋に適用することも可能であり、これにより、長スパンのプレストレストコンクリート門型ラーメン橋を構築できる。
【符号の説明】
【００３８】
１    プレストレストコンクリート門型ラーメン橋
２Ａ  橋台
２Ｂ  橋台
３    橋桁
４    ＰＣ鋼材
５    ＰＣ鋼材
６    ＰＣ鋼材
７    鉄筋
８    ＰＣ鋼材
９    被覆材
１０  間詰コンクリート
１１  矢板
１２  打ち込み杭
１３  桁
１４  間詰コンクリート
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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