(57)【要約】【課題】大地震時でも崩壊などの脆性破壊を防ぎつつ塑性ヒンジ部の残留歪を低減するとともに、速やかな補修が可能なＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造及びＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法を提供する。【解決手段】ＲＣ橋脚１０やＲＣ柱などの軸方向力を受けるＲＣ柱状構造物の上部及び／又は下部に設けられ、ＲＣ柱状構造物（ＲＣ橋脚１０）に作用する曲げ応力で軸方向筋（軸方向鉄筋４）が降伏して地震エネルギーを吸収する塑性ヒンジ部２を有するＲＣ柱状構造物（ＲＣ橋脚１０）の塑性ヒンジ構造１において、軸方向力を支えるコアコンクリートの損傷を防ぐために、ＲＣ柱状構造物（ＲＣ橋脚１０）内の中心軸に沿って埋設され、塑性ヒンジ部２より軸方向に沿って長く上下に延設された管体（鋼管６）と、塑性ヒンジ部２の上下端付近に設けられ、曲げ降伏する軸方向筋（軸方向鉄筋４）を接続する複数対の機械式継手５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橋脚やＲＣ柱などの軸方向力を受けるＲＣ柱状構造物の上部及び／又は下部に設けられ、前記ＲＣ柱状構造物に作用する曲げ応力で軸方向筋が降伏して地震エネルギーを吸収する塑性ヒンジ部を有するＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造であって、
前記軸方向力を支えるコアコンクリートの損傷を防ぐために、前記ＲＣ柱状構造物内の中心軸に沿って埋設され、前記塑性ヒンジ部より軸方向に沿って長く上下に延設された管体と、
前記塑性ヒンジ部の上下端付近に設けられ、曲げ降伏する前記軸方向筋を接続する複数対の機械式継手と、を備えること
を特徴とするＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造。
【請求項２】
前記ＲＣ柱状構造物の軸方向と直交する板面を有し、前記塑性ヒンジ部と他の部分とを区分けする仕切材を備えること
を特徴とする請求項１に記載のＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造。
【請求項３】
前記仕切材は、エキスパンドメタルやパンチングメタルなどの孔あき鋼板からなり、通気可能な孔が形成されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載のＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造の前記塑性ヒンジ部を補修するＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法であって、
前記管体内のコアコンクリートで上部構造の荷重を支えつつ、前記塑性ヒンジ部の損傷したコンクリートを撤去する塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程を有すること
を特徴とするＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法。
【請求項５】
前記塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程は、前記機械式継手を外して損傷した前記軸方向筋を撤去して行うこと
を特徴とする請求項４に記載のＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法。
【請求項６】
前記塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程は、前記仕切材から軸方向外側の前記塑性ヒンジ部のコンクリートを全て撤去すること
を特徴とする請求項４又は５に記載のＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造及びＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９５年1月１７日に発生した兵庫県南部地震などの大地震を契機として、橋梁構造物や建築構造物などのＲＣ構造物では、水平保有耐力法による耐震設計（靭性設計）が主流となった。このため、例えば、橋梁構造物の橋脚や建築構造物の柱などのＲＣ柱状構造物では、一般に下部や上部に曲げ応力で鉄筋が降伏して地震エネルギーを吸収する塑性ヒンジ部を設け、倒壊等の脆性的な破壊を防ぐことが行われている。
【０００３】
しかし、塑性ヒンジ化は、ＲＣ橋脚などのＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部の損傷を意味しており、倒壊しないまでも残留歪が大きいと大規模補修だけでなく、撤去せざるを得ない場合もあり得た。例えば、橋梁構造物の上部構造が健全な場合であっても、下部構造であるＲＣ橋脚の傾斜角度が１．０度以上、又は橋脚天端の水平変位が１５０ｍｍ以上となる場合は、ＲＣ橋脚を撤去して新設する必要があった。
【０００４】
塑性ヒンジ部の残留歪を低減する方法としては、例えば、特許文献１には、橋脚柱１０は、内部にコンクリートＣが充填される閉塞された円形の鋼管１６を備え、この鋼管１６は、フーチング部１２との結合部近傍に配置された塑性ヒンジ領域変更鋼管１８と、この変更鋼管１８の上方に配置されるリブ付鋼管２０と、から構成され、内周面が円滑な普通鋼管である塑性ヒンジ領域変更鋼管１８の下端縁が、フーチング部１２の上端面から間隙δだけ上方に離間され、この塑性ヒンジ変更鋼管１８の内周面には、グリスなどの付着防止材２２が塗布されて、内部に充填されるコンクリートＣとの間の縁切りが行なわれている橋脚柱構造が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００１１］〜［００３２］、図面の図２、図３等参照）。
【０００５】
特許文献１に記載の橋脚柱構造は、フーチング部や上部構造部への損傷を最小限にすることができ、補修や補強が簡単に行なえるとされている。しかし、特許文献１に記載の橋脚柱構造は、塑性ヒンジ部の外表面には、塑性ヒンジ変更鋼管１８が装着されているので、塑性ヒンジ変更鋼管１８を切断撤去した上、橋脚柱構造全体を解体撤去して再構築する必要があった。つまり、橋脚柱構造を解体撤去して再構築する際には、上部構造をベントなどの仮設の支柱等で支える必要があった。要するに、補修や補強が簡単に行なえるとは、損傷が少ないフーチング部や上部構造部のみのことを指しており、塑性ヒンジ部を速やかに補修することができる構造ではないという問題があった。
【０００６】
また、塑性ヒンジ部を補修する方法としては、例えば、特許文献２には、損傷を受けた既設鉄道高架橋柱１の塑性ヒンジ区間２，２’のコンクリートを斫り、座屈した軸方向鉄筋３，３’を露出させ、座屈した軸方向鉄筋５，５’を残して既設鉄道高架橋柱１を取り除き、前記座屈した軸方向鉄筋５，５’を曲げ戻し処理し、この曲げ戻し処理した軸方向鉄筋に新たな軸方向鉄筋６を継手７，７’で接続し、塑性ヒンジ区間保護キャップ８，８’を設置し、新たな軸方向鉄筋６に帯鉄筋９を巻き付け、この帯鉄筋９を巻き付けた軸方向鉄筋６にコンクリート１０を打設することで、新たな鉄道高架橋柱への取り換えを行う損傷を受けた鉄道高架橋柱の取り換え工法が開示されている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落［００１２］〜［００１６］、図面の図１等参照）。
【０００７】
しかし、特許文献２に記載の鉄道高架橋柱の取り換え工法は、結局、既設鉄道高架橋柱１を取り替えるものであるため、前述の特許文献１に記載の橋脚柱構造と同様に、上部構造をベントなどの仮設の支柱等で支える必要があり、塑性ヒンジ部を速やかに補修することができる構造ではないという問題があった。
【０００８】
さらに、非特許文献１には、塑性ヒンジ部の軸方向鉄筋に銅を基礎とする超弾性形状記憶合金（CuAlMn）を用い、地震後の橋脚柱の残留歪を低減することができる従来のＲＣ橋脚柱の構造が開示されている（非特許文献１の29〜58頁等参照）。
【０００９】
しかし、非特許文献１に記載の従来のＲＣ橋脚柱の構造は、形状記憶合金が極めて高価である上、塑性ヒンジ部の損傷を低減することは困難であり、大地震時に崩壊するおそれを払拭できるものではないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２０９３０８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４４９１９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】M. 'Saiid' Saiidi、Sebastian Varela著、「DYNAMIC PERFORMANCE OF NOVELBRIDGE columns with superelastic CuAlMn shape memory and ECC」、International Journal of Bridge Engineering(IJBE)、vol.2、 2014年7月、p.29-58
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、大地震時でも崩壊などの脆性破壊を防ぎつつ塑性ヒンジ部の残留歪を低減するとともに、速やかな補修が可能なＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造及びＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造は、ＲＣ橋脚やＲＣ柱などの軸方向力を受けるＲＣ柱状構造物の上部及び／又は下部に設けられ、前記ＲＣ柱状構造物に作用する曲げ応力で軸方向筋が降伏して地震エネルギーを吸収する塑性ヒンジ部を有するＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造であって、前記軸方向力を支えるコアコンクリートの損傷を防ぐために、前記ＲＣ柱状構造物内の中心軸に沿って埋設され、前記塑性ヒンジ部より軸方向に沿って長く上下に延設された管体と、前記塑性ヒンジ部の上下端付近に設けられ、曲げ降伏する前記軸方向筋を接続する複数対の機械式継手と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造は、請求項１に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造において、前記ＲＣ柱状構造物の軸方向と直交する板面を有し、前記塑性ヒンジ部と他の部分とを区分けする仕切材を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造は、請求項１又は２に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造において、前記仕切材は、エキスパンドメタルやパンチングメタルなどの孔あき鋼板からなり、通気可能な孔が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法は、請求項１ないし３のいずれかに記載のＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造の前記塑性ヒンジ部を補修するＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ補部修方法であって、前記管体内のコアコンクリートで上部構造の荷重を支えつつ、前記塑性ヒンジ部の損傷したコンクリートを撤去する塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法は、請求項４に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法において、前記塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程は、前記機械式継手を外して損傷した前記軸方向筋を撤去して行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法は、請求項４又は５に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法において、前記塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程は、前記仕切材から軸方向外側の前記塑性ヒンジ部のコンクリートを全て撤去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜３に係る発明によれば、地震時の塑性ヒンジ部の損傷を、損傷を受けエネルギーの吸収を行う管体外の部分と、損傷を受けない管体内のコアコンクリートの部分と、に分けた二重のシステムとしている。このため、大地震時でも崩壊などの危険な脆性破壊を防ぎつつ塑性ヒンジ部の残留歪を低減することができる。また、機械式継手を取り外して降伏した軸方向筋を撤去することができるので、塑性ヒンジ部の損傷したコンクリートを撤去することが容易であり、速やかな補修が可能である。
【００２０】
特に、請求項２に係る発明によれば、塑性ヒンジ部と他の部分とを区分けする仕切材を備えているので、地震時に損傷を受ける塑性ヒンジ部と、その他の一般部との間に板状の仕切りが形成されていることとなる。このため、塑性ヒンジ部のコンクリートの撤去が容易であり、残留歪を低減することができるとともに、さらに速やかな補修が可能となる。
【００２１】
特に、請求項３に係る発明によれば、水平材である仕切材があってもＲＣ柱状構造物の新設のコンクリート打設時に空気溜まりができるおそれがなくなり、ジャンカなどのコンクリートの打設不良個所を無くして施工を容易且つ短時間で行うことができる。
【００２２】
請求項４〜６に係る発明によれば、管体内のコアコンクリートで上部構造の荷重を支えつつ、塑性ヒンジ部の損傷したコンクリートを撤去するので、塑性ヒンジ部を補修する際に、ベントなどの仮設の支持機構を設ける必要がなくなる。このため、塑性ヒンジ部の補修が容易且つ短時間で行うことができるとともに、仮設費用を低減して安価に補修を行うことができる。
【００２３】
特に、請求項５に係る発明によれば、機械式継手を外して損傷した軸方向筋を撤去して、塑性ヒンジ部の損傷したコンクリートを撤去するので、さらに塑性ヒンジ部の補修が容易且つ短時間で行うことができる。
【００２４】
特に、請求項６に係る発明によれば、塑性ヒンジ部とその他の部分を仕切材で仕切って縁切りがされているので、塑性ヒンジ部の残留歪を低減することができるだけでなく、地震時に損傷を一般部が受けるおそれを低減することができる。また、仕切材で仕切って縁切りがされているので、塑性ヒンジ部の損傷したコンクリートを撤去するのが、極めて容易であるとともに、コンクリートを斫って撤去する際に、一般部を損傷することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造を橋脚の剛結構造へ適用した場合を示す構成説明図である。
【図２】同上のＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造を模式的に示す構成説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法の各工程を示すフローチャートである。
【図４】従来のＲＣ橋脚とし作成した供試体を示す図であり、（ａ）が断面図、（ｂ）が側面図である。
【図５】本発明に係るＲＣ橋脚として作成した供試体を示す図であり、（ａ）が断面図、（ｂ）が側面図である。
【図６】６δy終了時の損傷状況を示す図である。
【図７】実験終了時の損傷状況を示す図である。
【図８】従来のＲＣ橋脚の荷重−変位の履歴曲線である。
【図９】本発明に係るＲＣ橋脚の荷重−変位の履歴曲線である。
【図１０】図８、図９の包絡線の比較を示すグラフである。
【図１１】従来のＲＣ橋脚と本発明に係るＲＣ橋脚の残留変位の比較を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造及びＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
＜ＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造＞
図１及び図２を用いて、本発明の実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造について説明する。本実施形態では、ＲＣ柱状構造物としてＲＣ橋脚を例示して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造であるＲＣ橋脚の塑性ヒンジ構造１を橋脚の剛結構造へ適用した場合を示す構成説明図であり、図２は、本実施形態に係るＲＣ橋脚の塑性ヒンジ構造１を模式的に示す構成説明図である。
【００２８】
先ず、ＲＣ柱状構造物として例示したＲＣ橋脚について簡単に説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＲＣ柱状構造物であるＲＣ橋脚１０は、橋梁の下部構造（下部工）であるＲＣ橋脚１０が、上部構造（上部工）と一体となって剛結されたラーメン橋ＲＢの橋脚である。ＲＣ橋脚１０は、ＲＣ橋脚１０の基礎であるフーチング１１、及び橋桁や床版等からなる上部構造１２（上部工）にそれぞれ剛結接合されている。
【００２９】
本実施形態に係るＲＣ橋脚１０の塑性ヒンジ構造１は、図１に示すように、ＲＣ橋脚１０の上部と下部の両方に設けられている。橋梁の下部構造（下部工）と上部構造１２が剛結されているラーメン橋ＲＢの場合は、下部構造であるＲＣ橋脚１０の上部にも地震エネルギーに起因する水平力が作用するからである。勿論、ＲＣ橋脚１０の塑性ヒンジ構造１は、上部構造１２との間に支承が設けられている場合などは、ＲＣ橋脚１０の下部のみに設けられていればよいし、場合によっては、ＲＣ橋脚１０の上部のみに設けられていてもよい。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態に係る塑性ヒンジ構造１は、地震エネルギーを吸収する塑性ヒンジ部２と、それ以外の一般部３など、からなるＲＣ橋脚１０の塑性ヒンジ構造である。
【００３１】
（塑性ヒンジ部）
塑性ヒンジ部２は、フーチング１１と接続するＲＣ橋脚１０の最下部、及び上部構造１２と接続するＲＣ橋脚１０の最下部に設けられておいる。この塑性ヒンジ部２は、ＲＣ橋脚１０の軸方向（上下方向）に沿って埋設配置された複数の軸方向鉄筋４（軸方向筋）が曲げ降伏してＲＣ橋脚１０全体が変位することでＲＣ橋脚１０に入力される地震エネルギーをひずみエネルギーとして消費して吸収する機能を有している。
【００３２】
ＲＣ橋脚１０には、すくなくとも四隅に軸方向鉄筋４が配設され、それらを囲繞するように複数の帯鉄筋（図示せず）が上下方向に所定間隔をおいて配置されている。勿論、軸方向鉄筋４や帯鉄筋（帯筋）の本数等は、構造設計に応じて適宜設定されるものである。
【００３３】
この塑性ヒンジ部２には、複数の軸方向鉄筋４と、これらの軸方向鉄筋４を取り外して交換可能に接続する上下一対の複数対の機械式継手５と、ＲＣ橋脚１０の中心軸に沿って埋設された管体である鋼管６を備えている。また、ＲＣ橋脚１０の塑性ヒンジ部２と一般部３との境界には、これらを区分けする仕切材として鋼板７が設置されている。
【００３４】
（機械式継手）
機械式継手５は、塑性ヒンジ部２に地震エネルギーが入力された際に損傷した軸方向鉄筋４を交換可能とするものであり、一般的な機械式継手であればよい。ここで、機械式継手とは、ねじ節鉄筋継手、モルタル充填継手、端部ねじ加工継手、鋼管圧着継手、鋼管圧着ねじ継手、又は、これらの併用した継手などを指している。要するに、機械式継手とは、鉄筋を直接接合するのではなく、特殊鋼材製の鋼管（スリーブ又はカプラー）と異形鉄筋の節の噛み合いを利用して接合する継手を指している。
【００３５】
代表的なものを例示して説明すると、ねじ節鉄筋継手は、製造段階で表面の節にねじ状の加工を施した異形鉄筋を、内部にねじ加工された鋼管（カプラー）によって接合する継手である。また、モルタル充填継手は、内周面にリブ加工された継手用鋼管（スリーブ）と鉄筋との隙間に高強度モルタルを充填して接合する継手である。
【００３６】
（鋼管）
鋼管６は、ＲＣ橋脚１０の水平断面の図心位置に管軸が重なるように配置され、内部にコンクリートが充填されるCFT（Concrete Filled Tube）とするための断面円形の鋼管である。この鋼管６は、内部に充填されたコンクリートを地震エネルギーが入力された場合でも損傷を受けないコアコンクリートして保護する機能を有している。本発明に係る鋼管は、断面円形のものに限られず、角形鋼管や断面星形の鋼管であっても構わない。但し、地震波がどこからくるかの予測が立たないため、断面円形などの断面形状に異方性が無い方が好ましい。
【００３７】
この鋼管６の直径や厚さは、上部構造１２を支える上で必要なコアコンクリートと、損傷を受けて地震エネルギーを吸収するための塑性ヒンジ部２の外部コンクリートの比率によって設定される。勿論、少なくとも、この鋼管６の直径は、ＲＣ橋脚１０の短辺方向の幅より小さいことが必要であり、一般的には、ＲＣ橋脚１０の短辺方向の幅の１／３〜１／２程度の範囲となる。
【００３８】
また、鋼管６の長さは、図２に示すように、塑性ヒンジ部２より上下とも長く、フーチング１１及び一般部３に所定長さだけ喰い込むように延設されている。具体的には、フーチング１１及び一般部３に喰い込む長さは、鋼管６を降伏させる水平力が作用した場合でも、フーチング１１及び一般部３から鋼管６が抜け出さない程度の長さが必要である。勿論、本発明の実施形態に係る管体として、鋼管６を例示して説明したが、ＦＲＰや強化繊維などからなる筒体であっても構わない。要するに、本発明に係る管体は、地震エネルギーなどの所定の水平力に対抗でき、コアコンクリートを保護することのできる筒状の物体であればよい。
【００３９】
（仕切材）
鋼板７は、塑性ヒンジ部２と一般部３との間に設けられ、塑性ヒンジ部２と一般部３とを区分けする仕切材として機能する所定厚の矩形状の鋼板であり、ＲＣ橋脚１０の軸方向と直交する板面を有している。鋼板７を設けることにより、損傷したコンクリートの撤去が容易であり、残留歪を低減することができる。また、後述のように、地震力で損傷した塑性ヒンジ部２の速やかな補修が可能となる。
【００４０】
なお、この鋼板７は、エキスパンドメタルやパンチングメタルなどの孔あき鋼板であっても構わない。孔あき鋼板とすることにより、孔を通じて空気が通り抜けることができるようになる。このため、ＲＣ橋脚１０の新設のコンクリートを打設する際に、空気溜まりができるおそれがなくなり、ジャンカなどのコンクリートの打設不良個所を無くすことができるため好ましい。また、本発明に係る仕切材は、無機系の板材やビニールシートなどシート材とすることもできる。要するに、本発明に係る仕切材には、塑性ヒンジ部と他の部分とを区分けする部材であれば、孔の有無にかかわらず、板状又はシート状の部材を適用することができる。
【００４１】
以上説明した本実施形態に係るＲＣ橋脚１０の塑性ヒンジ構造１によれば、地震時の塑性ヒンジ部２の損傷を、損傷を受けエネルギーの吸収を行う鋼管６の外側の部分と、損傷を受けない鋼管６内のコアコンクリートの部分と、に分けた二重のシステムとしている。このため、大地震時でも、塑性ヒンジ部２の外側の部分でエネルギーを吸収して崩壊などの危険な脆性破壊を防ぎつつ、塑性ヒンジ部２の損傷した部分を取り替えることで残留歪を低減することができる。また、機械式継手５を取り外して降伏した軸方向鉄筋４を撤去することができるので、塑性ヒンジ部２の損傷したコンクリートを撤去することが容易であり、速やかな補修が可能である。
【００４２】
また、塑性ヒンジ構造１によれば、地震時に損傷を受ける塑性ヒンジ部２と、その他の一般部３との間に鋼板７が設けられて、塑性ヒンジ部２と一般部３とが縁切りされている。このため、塑性ヒンジ部２のコンクリートの撤去が極めて容易であり、速やかな補修が可能となる。
【００４３】
＜ＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法＞
次に、図３を用いて、本発明の実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法について説明する。前述のＲＣ橋脚１０の塑性ヒンジ構造１に地震力が入力されて塑性ヒンジ部２が損傷した際に、その塑性ヒンジ部２を補修する場合を例示して説明する。図３は、本発明の実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法の各工程を示すフローチャートである。
【００４４】
（１．鉄筋撤去工程）
図３に示すように、先ず、本実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法（以下、単に塑性ヒンジ部補修方法という）では、塑性ヒンジ部２が降伏して変形した軸方向鉄筋４を撤去する鉄筋撤去工程を行う。
【００４５】
具体的には、機械式継手５を取り外し、変形した軸方向鉄筋４を撤去する。このとき、元々、機械式継手５を介して接合されているので、軸方向鉄筋４を撤去するのが、極めて容易である。
【００４６】
（２．塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程）
次に、本実施形態に係る塑性ヒンジ部補修方法では、塑性ヒンジ部２の損傷したコンクリートを撤去する塑性ヒンジ部コンクリート撤去工程を行う。このとき、鋼管６内のコアコンクリートで上部構造１２の荷重を支えつつ、塑性ヒンジ部２の損傷したコンクリートを撤去する。このため、ベントなどの上部構造１２の荷重を一時的に支持する仮設の支持機構を設ける必要なくなる。
【００４７】
また、本工程では、前工程で軸方向鉄筋４が全て撤去されているので、コンクリート部分が露出しており、斫り機等で損傷したコンクリートを斫り取ることが極めて容易である。
【００４８】
その上、本工程では、仕切材である鋼板７から軸方向外側の塑性ヒンジ部２のコンクリートを全て撤去する。このとき、ＲＣ橋脚１０の塑性ヒンジ構造１では、前述のように、鋼板７で塑性ヒンジ部２と一般部３とが縁切りされている。このため、本工程では、損傷したコンクリートを斫り取ることが極めて容易であるとともに、一般部３には、塑性ヒンジ部２のコンクリートを斫り取る際に影響を受けることがない。よって、この点でも、残留歪を低減することができる。
【００４９】
（３．鉄筋及び型枠組立工程）
次に、本実施形態に係る塑性ヒンジ部補修方法では、塑性ヒンジ部２に新しい機械式継手５を介して新しい軸方向鉄筋４及び必要な帯鉄筋を配筋するとともに、外側にコンクリート打設用の型枠を組み立てる鉄筋及び型枠組立工程を行う。
【００５０】
（４．コンクリート打設工程）
次に、本実施形態に係る塑性ヒンジ部補修方法では、前工程で組み立てた型枠内にコンクリートを打設するコンクリート打設工程を行う。
【００５１】
そして、打設したコンクリートが所定の強度が発現するまでの養生期間をとって、型枠を撤去すれば、本実施形態に係る塑性ヒンジ部補修方法の補修が全て完了する。
【００５２】
以上説明した本実施形態に係る塑性ヒンジ部補修方法によれば、鋼管６内のコアコンクリートで上部構造１２の荷重を支えつつ全工程を行う。このため、ベントなどの上部構造１２の荷重を一時的に支持する仮設の支持機構を設ける必要がなくなる。よって、塑性ヒンジ部２の補修が容易且つ短時間で行うことができるとともに、仮設費用を低減して安価に補修を行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る塑性ヒンジ部補修方法によれば、機械式継手５を外して損傷した軸方向鉄筋４を撤去して、塑性ヒンジ部２の損傷したコンクリートを撤去するので、塑性ヒンジ部２の補修が容易且つ短時間で行うことができる。
【００５４】
その上、本実施形態に係る塑性ヒンジ部補修方法によれば、塑性ヒンジ部２と一般部３とを鋼板７で仕切って縁切りがされているので、コンクリートを斫る際に、一般部３を傷めるおそれがなく、塑性ヒンジ部２の残留歪を低減することができる。それに加え、地震時に損傷を一般部３が受けるおそれを低減することができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態に係るＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ構造及びＲＣ柱状構造物の塑性ヒンジ部補修方法について詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【００５６】
特に、ＲＣ柱状構造物としてＲＣ橋脚を例示して説明したが、ＲＣ橋脚に限られず、本発明は、建築構造物のＲＣ柱などにも適用可能である。要するに、本発明が適用可能なＲＣ柱状構造物は、上下方向を軸方向として設置され、上部構造の荷重等の軸方向力を受けるＲＣ構造物であればよい。また、本発明が適用可能なＲＣ柱状構造物は、せん断破壊やコンクリート部分の圧壊などの脆性破壊に先行して曲げ応力で軸方向筋が終局的に曲げ破壊する靭性設計で設計された構造物である。
【００５７】
＜効果確認実験＞
次に、図４〜図１１を用いて、本発明の効果を確認するために行った検証実験について説明する。
【００５８】
（供試体）
先ず、図４、図５を用いて、実験に用いた供試体について説明する。図４は、従来のＲＣ橋脚とし作成した供試体を示す図であり、図５は、本発明に係るＲＣ橋脚として作成した供試体を示す図である。
【００５９】
従来のＲＣ橋脚として図４に示す供試体を作成するとともに、本発明に係るＲＣ橋脚として図５に示す供試体を作成した。各供試体の断面寸法は250mm×250mmの正方形断面で、供試体高さは1400mm、有効高さは875mm、せん断スパン比は3.5とした。
【００６０】
また、軸方向鉄筋はD13(SD295)を60mm間隔で計12本、帯鉄筋はD6(SD295)を70mm 間隔で配置した。軸方向鉄筋比は2.4％、帯鉄筋比は1.0 ％である。引張試験より求めた軸方向鉄筋の降伏強度は従来のＲＣ橋脚で346N/mm2、本発明に係るＲＣ橋脚で362N/mm2、帯鉄筋の降伏強度はいずれも360N/mm2である。
【００６１】
従来のＲＣ橋脚躯体部及び本発明に係るＲＣ橋脚の塑性ヒンジ部の実験当日のコンクリートの圧縮強度は28.9N/mm2、塑性ヒンジ外の本発明に係るＲＣ橋脚躯体部の実験当日のコンクリートの圧縮強度は31.3N/mm2である。従来のＲＣ橋脚の塑性ヒンジ長は130mmとし、本発明に係るＲＣ橋脚の塑性ヒンジ長は機械式継手の長さを考慮して230mmとした。
【００６２】
本発明に係るＲＣ橋脚のヒンジ部には、前述の塑性ヒンジ部２と同様に、鋼管、機械式継手、鋼板を設けた。鋼管は、径89.1mm、肉厚1.6mm、全長740mmで橋脚基部から460mm の高さまで配置した。鋼板は、塑性ヒンジ部上端、つまり橋脚基部から230mm の高さに配置し、また機械式継手は長さ50mm で橋脚基部及び鋼板の下側に配置し、軸方向鉄筋一本につき2 つずつ用いた。
【００６３】
（実験方法）
次に、実験方法について説明する。本実験では、Ｈ鋼及び重り鋼板を供試体に上載し橋脚基部に0.37N/mm2の軸応力を作用させた状態で、油圧ジャッキを用いて水平力を変位制御により与える事で正負交番載荷実験を行った。載荷速度は0.04〜0.4mm/sである。また、載荷パターンは一定変位振幅漸増方式で同一の変位振幅を3回ずつ与えた。
【００６４】
基準変位は軸方向鉄筋の降伏変位δyと定義し、実験時に橋脚基部付近における最外縁軸方向鉄筋ひずみがおおよそ降伏ひずみに達した時の載荷位置における水平変位を降伏変位δyとした。従来のＲＣ橋脚は、1δyを4mm、本発明に係るＲＣ橋脚は、1δy を4.5mm とした。本実験で与えた変位振幅は、従来のＲＣ橋脚は1δy〜6δy、8δy、11δy、本発明に係るＲＣ橋脚は1δy〜10δy である。
【００６５】
載荷方向は、図４、図５の矢印方向（EW 方向）で、また油圧ジャッキを押す場合を正載荷、引く場合を負載荷と定義し、E 面を正載荷面、W面を負載荷面とした。
【００６６】
実験では、水平荷重、水平変位、軸方向鉄筋及び鋼管のひずみ、帯鉄筋のひずみを測定した。また、載荷終了後には本発明に係るＲＣ橋脚塑性ヒンジ部の軸方向鉄筋、帯鉄筋、コンクリートを撤去し載荷位置での水平変位を測定した。
【００６７】
［実験結果］
次に、図６〜図１１を用いて、実験結果について説明する。先ず、図６、図７を用いて、損傷状況について説明する。図６は、６δy終了時の損傷状況を示す図であり、図７は、実験終了時の損傷状況を示す図である。
【００６８】
（損傷状況）
図６、図７に示すように、各供試体1δy〜6δy 載荷時にはひび割れが進展し部分的ではあるがかぶりコンクリート剥落の兆候がみられた。大きなかぶりコンクリートの剥落は従来のRC橋脚(RC-1) が8δy、本発明に係るＲＣ橋脚(RC-PHS) が9δy 載荷時に発生し、最終的にはRC-1が11δy、RC-PHS が10δy 載荷時に軸方向鉄筋の面外方向の座屈及びコアコンクリートの損傷を受け耐力の低下がみられたため実験を終了した。
【００６９】
6δy 載荷終了時及び実験終了時の橋脚躯体の４面のひび割れ、かぶりコンクリートの剥落、軸方向鉄筋の座屈状況を展開図として記録したものを、図６、図７ に示す。各供試体には83.3mm 間隔のメッシュを記入している。図６及び図７よりRC-1 は橋脚基部から200mmの区間でコンクリートのひび割れ、かぶりコンクリートの剥落、軸方向鉄筋のはらみ出しが見られる。一方RC-PHSは橋脚基部から300mmの位置でかぶりコンクリートの剥落が発生しており、機械式継手上部での軸方向鉄筋のはらみ出しや機械式継手のはらみ出しもみられた。このことから損傷を受ける部位である塑性ヒンジの形成状況がRC-1 とRC-PHS で異なることが分かる。
【００７０】
次に、図８〜図１１を用いて、荷重−変位関係について説明する。図８は、従来のＲＣ橋脚の荷重−変位の履歴曲線であり、図９は、本発明に係るＲＣ橋脚の荷重−変位の履歴曲線である。図１０は、図８、図９の包絡線の比較を示すグラフである。図１１は、従来のＲＣ橋脚と本発明に係るＲＣ橋脚の残留変位の比較を示すグラフである。
【００７１】
図８〜図１０の横軸は載荷位置での水平変位、縦軸は水平荷重である。ここでドリフト比とは、橋脚の有効高さと水平変位の比である。図１０の実線が従来のＲＣ橋脚（RC-1）、破線が本発明に係るＲＣ橋脚（RC-PHS）である。
【００７２】
これによれば、RC-1 は最大耐力にして61kN、ドリフト比にして5 ％まで最大耐力付近で耐力が安定している。一方RC-PHS は最大耐力にして75kN、ドリフト比にして5 ％まで最大耐力付近で耐力が安定している。ここで最大耐力に14kN の差があるのは機械式継手間の軸方向鉄筋の降伏強度がRC-1 では346N/mm2 であるのに対してRC-PHS では362N/mm2 であること、また、鋼管による耐力の増加が考えられる。
【００７３】
また、図１０からは、両供試体ともに大幅な耐力の低下がみられないため、変形性能は同等であると言える。しかし、RC-PHS はRC-1 と比較して合計の繰り返し載荷回数が多いことを考慮すれば、RC-PHS の変形性能はRC-1 と比べて同等以上であると言える。
【００７４】
また、図１１に変位振幅と各変位振幅における1 サイクル目における水平荷重が0kN の時の残留変位の関係を比較したものを示す。図１１から、RC-PHS はRC-1 と同程度の水平変位を与えた際には残留変位が若干低減していることが分かる。これもRC-PHS躯体中心部に配置した鋼管による影響であると考えられる。
【００７５】
最後に、載荷終了後について考察する。RC-PHS においては、載荷終了後に水平荷重を除去した後に、塑性ヒンジ部の軸方向鉄筋、帯鉄筋及びコアコンクリートを撤去した。その際、鋼管及びコンクリートから成るコア部による上載荷重の保持が可能であった。しかしながら、最終的に42mm の残留変位が生じた。原因としては鋼管が3δy 載荷時には橋脚基部から130mm の位置で降伏しており、鋼管が大きく塑性化しているためであると考えられる。
【００７６】
以上の実験をまとめると、本発明に係るＲＣ橋脚は従来のRC橋脚と比較して、損傷を受ける部位である塑性ヒンジの形成状況が異なることが分かった。
【００７７】
また、本発明に係るＲＣ橋脚は荷重−変位関係における履歴曲線の包絡線の比較から従来のＲＣ橋脚と同等以上の変形性能を有しており、耐力の増加及び残留変位の若干の低減が期待できる。
【００７８】
なお、本発明に係るＲＣ橋脚の塑性ヒンジ部のコンクリート及び鉄筋の撤去は容易で、鋼管内のコアコンクリートによる上載荷重の保持は可能だった。しかし、撤去時には残留変位がみられ、早い段階での鋼管の塑性化が起因していると考えられる。
【符号の説明】
【００７９】
１：塑性ヒンジ構造
２：塑性ヒンジ部
３：一般部
４：軸方向鉄筋（軸方向筋）
５：機械式継手
６：鋼管（管体）
７：鋼板（仕切材）
ＲＢ：ラーメン橋（橋梁）
１０：ＲＣ橋脚
１１：フーチング
１２：上部構造
【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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