(57)【要約】【課題】大地震などの大荷重に対して損傷を制御可能な橋脚などのアンカーボルト装置を提供する。【解決手段】橋梁のフーチング２０（基礎構造体）と橋脚１０（被定着構造体）との間に跨るアンカーボルト装置３１によって、橋脚１０がフーチング２０に定着されている。アンカーボルト装置３１は、橋脚１０の側において２つに分割され、そこに介在させたカプラー３３によって分割ボルト３２，３４どうしを着脱可能に連結してなり、しかも、カプラー３３の降伏強さが、ボルト３２，３４の降伏強さより小さい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎構造体と被定着構造体とに跨るアンカーボルトを有し、被定着構造体を基礎構造体に定着させる装置において、
アンカーボルトを被定着構造体の側において２つに分割し、そこに介在させたカプラーによって分割ボルトどうしを着脱可能に連結してなり、上記カプラーの降伏強さが、上記アンカーボルトの降伏強さより小さいことを特徴とするアンカーボルト装置。
【請求項２】
橋梁における基礎構造体としてのフーチングと被定着構造体としての橋脚とに跨るアンカーボルトを有し、橋脚をフーチングに定着させる装置において、
アンカーボルトを橋脚の側において２つに分割し、そこに介在させたカプラーによって分割ボルトどうしを着脱可能に連結してなり、上記カプラーの降伏強さが、上記アンカーボルトの降伏強さより小さいことを特徴とする橋脚用アンカーボルト装置。
【請求項３】
上記カプラーの最大強度が、上記アンカーボルトの降伏強さより大きく、アンカーボルトの最大強度より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のアンカーボルト装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のアンカーボルト装置におけるカプラーであって、上記２つの分割ボルトどうしの対峙端部とそれぞれねじ結合される一対の嵌合部と、これら嵌合部を繋ぐように延びる損傷制御部とを有し、この損傷制御部が、嵌合部より細く降伏しやすいことを特徴とするアンカーボルト装置のカプラー。
【請求項５】
上記損傷制御部が、応力集中を回避する柱形状をなし、その両端に上記嵌合部が滑らかに連なっていることを特徴とする請求項４に記載のカプラー。
【請求項６】
上記被定着構造体には基礎構造体に面するベース部材が設けられ、このベース部材に基礎構造体側の分割ボルトを通す挿通孔が形成されており、
上記基礎構造体側の嵌合部の外径が、上記挿通孔の内径より大きいことを特徴とする請求項４または５に記載のカプラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、橋脚などのアンカーボルト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように、一般に、橋梁の鋼製橋脚１（被定着構造体）は、アンカーフレーム３を介してフーチング２（基礎構造体）に定着されている。アンカーフレーム３のアンカーボルト３ａは、垂直をなしてフーチング２に埋設されるとともに、上端部が橋脚１に連結されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２６６１２８号公報（第１頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
平成１４年に改訂された道路橋示方書・同解説  Ｖ耐震設計編（社団法人  日本道路協会刊）では、地震動を発生する確率の高いレベルＩと発生する確率は低いが大きな強度を持つレベルＩＩに分け、耐震性能の照査に反映させ、レベルＩに対応する耐震性能１とレベルＩＩに対応する耐震性能２〜３を設定している。
耐震性能２では、
「塑性化を考慮した部材のみに塑性変形を生じ、その塑性変形が当該部材の修復が容易に行いうる範囲内で適切に定め、塑性化を考慮する部材としては、確実にエネルギー吸収を図ることができ、かつ速やかに修復を行うことが可能な部材を選定する」とし、
耐震性能３では、
「塑性化を考慮した部材のみに塑性変形を生じ、その塑性変形が当該部材の保有する塑性変形性能を越えない範囲内で適切に定め、塑性化を考慮する部材としては、確実にエネルギー吸収を図ることができる部材を選定する」としている。
【０００５】
ところで、通常、ボルトに予期せぬ引張軸力が作用すると、ねじ谷に応力集中が起きて、十分な伸び変形を伴わずに脆性的に破断することがあるのは良く知られている。図５の橋脚用アンカーボルト３ａでこのような変形ないし破断が起きた場合、ほぼ全体がフーチング２内に埋まっているため、その状況を把握したり取替えたりするのは困難を極め、上記のような耐震性能２や耐震性能３の部材要求を十分満足しているとは言えない状況にある。従って、現況ではアンカーボルトは塑性化させずに、橋脚躯体を塑性化させる構造としている。しかしながら、橋脚躯体を塑性化させた場合でも復旧が大がかりなものとなり、工期と費用が掛かることが課題として残されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記の事情に鑑み、アンカーボルトの設計においては、レベルＩの地震動に対応できるよう使用材質や断面サイズなどを常時における十分な安全率を見込んで決定するのは当然であるが、レベルＩＩの地震動である大地震などの予期せぬ大荷重に対して、ある程度の損傷を許容しつつ損傷を制御する部材を組み込むのが合理的であるとの着想を得て、本発明をなした。
【０００７】
すなわち、本発明は、基礎構造体（例えば橋梁のフーチング）と被定着構造体（例えば橋脚）とに跨るアンカーボルトを有し、被定着構造体を基礎構造体に定着させるアンカーボルト装置において、アンカーボルトを被定着構造体の側において２つに分割し（この分割部位より基礎構造体とは逆側に被定着構造体への止着部がある。）、この分割部位に介在させたカプラーによって分割ボルトどうしを着脱可能に連結してなり、上記カプラーの降伏強さが、上記アンカーボルトすなわち各分割ボルトの降伏強さより小さいことを特徴とする。これによって、レベルＩＩの地震動である大地震などの大荷重が作用したときは、損傷が専らカプラーで発生するように制御することができ、ボルトにまで損傷が及ぶのを回避ないしは抑制することができる。カプラーは、基礎構造体の外に配置できるので、容易に点検でき、取替えなどの補修作業も簡単に行うことができる。
【０００８】
上記カプラーの最大強度が、上記アンカーボルトの降伏強さより大きく、アンカーボルトの最大強度より小さいことが望ましい。これによって、ボルトの変形をある程度は認めてカプラーの破断ひいては交換数を減らし、経済性を高めることができる。
【０００９】
上記カプラーは、上記２つの分割ボルトどうしの対峙端部とそれぞれねじ結合される一対の嵌合部と、これら嵌合部を繋ぐように延びる損傷制御部とを有し、この損傷制御部が、嵌合部より細く、分割ボルトとの連結状態の嵌合部より降伏しやすくなっている。これによって、損傷制御部の断面や長さを調節することにより、損傷の制御を的確に行なうことができる。
【００１０】
上記損傷制御部が、応力集中を回避する円柱などの形状をなし、その両端に上記嵌合部が滑らかに連なっていることが望ましい。これによって、損傷制御部が破断する際、延性的な挙動をさせることができる。
【００１１】
上記被定着構造体には基礎構造体に面するベース部材が設けられ、このベース部材に基礎構造体側の分割ボルトを通す挿通孔が形成されており、上記基礎構造体側の嵌合部の外径が、上記挿通孔の内径より大きいことが望ましい。これによって、カプラーが破断して、被定着構造体が基礎構造体から離れて倒壊等しようとした場合、ベース部材が基礎構造体側嵌合部に突き当たり、倒壊等を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、橋梁における橋脚定着構造を示したものである。地盤には、鉄筋コンクリートからなるフーチング２０（基礎構造体）が構築され、このフーチング２０にアンカーフレーム３０（アンカー構造体）を介して橋脚１０（被定着構造体）が定着されている。
【００１３】
図１および図２に示すように、鋼製橋脚１０は、例えば断面四角形をなして垂直に延びる橋脚本体１１と、この橋脚本体１１の下側部に設けられたベースフレーム１２とを備えている。ベースフレーム１２は、橋脚本体１１の下端部に溶接されたベースプレート１３（ベース部材）と、このベースプレート１３の上側に離れて橋脚本体１１の側部に溶接されたベースフランジ１４と、これらフランジ１４とプレート１３とを繋ぐ複数の縦リブ１５とを有している。ベースプレート１３は、フーチング２０の上面に載せられている。図３に示すように、ベースプレート１３には、後記ボルト３２を通す挿通孔１３ａが形成されている。ベースフランジ１４には、後記ボルト３４を通す挿通孔１４ａが形成されている。
【００１４】
図１および図２に示すように、アンカーフレーム３０は、垂直に延びるとともに橋脚本体１１を囲むように並べられた複数本のアンカーボルト装置３１と、水平な枠状をなしてこれらアンカーボルト装置３１を連ねる上下一対のアンカービーム３８Ｕ，３８Ｌと、これら上下のアンカービーム３８Ｕ，３８Ｌを連ねるブレース３９とを備えている。図１に示すように、下側のアンカービーム３８Ｕは勿論、上側のアンカービーム３０Ｌもフーチング２０の内部に埋まっている。各アンカービーム３８Ｕ，３８Ｌは、上下に対をなすビームプレート３８ａと、これらビームプレート３８ａどうしを繋ぐ複数の縦リブ３８ｂとを有している。各ビームプレート３８ａには、後記ボルト３２を通す挿通孔３８ｃが形成されている。
【００１５】
本発明の主要部に係るアンカーボルト装置３１について説明する。
図１に示すように、アンカーボルト装置３１は、長尺のフーチング側ボルト３２（基礎構造体側の分割ボルト）と、カプラー３３と、短尺の橋脚側ボルト３４（被定着構造体側の分割ボルト）とを一直線に連ねることによって構成されている。すなわち、アンカーボルトが、橋脚１０の側において２つに分割され、そこに介在させたカプラー３３によって分割ボルト３２，３４どうしを連結することによって構成されている。
【００１６】
長尺のフーチング側ボルト３２は、垂直をなして上下のアンカービーム３８Ｕ，３８Ｌの挿通孔３８ｃに通されている。そして、下端に位置するボルト頭部（ないしはナット）３２ａと上側部に螺合されたナット３７とによる締め付けによって、アンカービーム３８Ｕ，３８Ｌに固定されている。図１および図３に示すように、フーチング側ボルト３２は、その大部分がアンカービーム３８Ｕ，３８Ｌやブレース３９と一緒にフーチング２０内に埋め込まれるとともに、上端部がフーチング２０から上に突出されている。図３に示すように、この突出部分が、橋脚１０のベースプレート１３の挿通孔１３ａに通されている。フーチング側ボルト３２には、鉛直度調節ナット３６がベースプレート１３の下面に当接するようにしてねじ込まれている。
【００１７】
短尺の橋脚側ボルト３４は、垂直をなしてベースフランジ１４の挿通孔１４ａに通されている。橋脚側ボルト３４の上端部（橋脚への止着部）には、ダブルナット３５がねじ込まれ、ベースフランジ１４の上面に押し当てられている。
橋脚側ボルト３４の下端部とフーチング側ボルト３２の上端部とは、ベースフランジ１４とベースプレート１３との間において上下に離れて対峙している。これらボルト３４，３２の対峙端部どうしの間にカプラー３３が介在されている。
【００１８】
カプラー３３は、軸線を鉛直に向けた円柱形状のロッド部３３ａ（損傷制御部）と、このロッド部３３ａの上下両端部に同軸をなすようにして設けられた一対の円筒形状の嵌合部３３ｂとを有している。ロッド部３３ａの太さ（直径）および長さは、後述する損傷制御機能を発揮し得る所定の大きさに設定されている。このロッド部３３ａより嵌合部３３ｂの外直径が大きく（例えば約１．２倍に）なっている。この嵌合部３３ｂの外直径は、ベースプレート１３の挿通孔１３ａの内直径より大きくなっている。ロッド部３３ａと嵌合部３３ｂの外周面どうしは、Ｒ付きのテーパー面３３ｄを介して滑らかに連なっている。嵌合部３３ｂの内周面に雌ねじ３３ｃが刻設されており、この雌ねじ３３ｃにボルト３４，３２がそれぞれねじ込まれている。これによって、上下のボルト３４，３２どうしがカプラー３３を介して着脱可能に連結されている。そして、ナット３５，３６の締め付けによってアンカーボルト装置３１が橋脚１０に固定されている。ひいては、橋脚１０がアンカーフレーム３０を介してフーチング２０に定着されている。
なお、橋脚１０のベースフランジ１４とベースプレート１３との間のボルト３４，３２およびカプラー３３は、２枚の縦リブ１５によって両側から挟まれている。
【００１９】
ここで、ボルト３２，３４のレベルＩの地震動に対応する常時許容軸力をＦｂａ、降伏強さをＦｂｙ、最大強度をＦｂｍａｘとし、カプラー３３の降伏強さをＦｃｙ、最大強度をＦｃｍａｘとすると、次式の関係が成り立つように設定されている。なお、レベＩＩに対応する許容軸力はＦｃｍａｘと同等またはそれよりやや小さく（勿論レベルＩに対応するＦｂａより大きく）設定する。
Ｆｂａ＜Ｆｃｙ＜Ｆｂｙ＜Ｆｃｍａｘ＜Ｆｂｍａｘ  …（式１）
【００２０】
例えば、この実施形態においては、ボルト３２，３４の材質は、Ｓ３５ＣＮで構成され、ボルトサイズは、Ｍ３０が採用されている。そして、常時許容軸力Ｆｂａ＝１０６．６ｋＮ、降伏強さＦｂｙ＝１７１．１ｋＮ、最大強度Ｆｂｍａｘ＝２８６．１ｋＮに設定されている。一方、カプラー３３の材質は、極低降伏点鋼のＬＹ２２５（降伏点２２５Ｎ／ｍｍ２保証鋼）で構成され、ロッド部３３ａの直径は２８ｍｍφに設定されている。（なお、ロッド部３３ａの長さは、４５ｍｍに設定されている。）そして、降伏強さＦｃｙ＝１４０．４ｋＮ、最大強度Ｆｃｍａｘ＝１９９．０ｋＮに設定されている。
なお、この実施形態におけるアンカーボルト装置３１のフーチング２０への埋設部分の長さは、約７００ｍｍ程度、フーチング２０より上の橋脚対応部分の長さは、約２５０ｍｍ程度になっている。
【００２１】
上記のように構成された橋脚定着構造の施工手順の一例を説明する。
図４に示すように、アンカーフレーム３０のフーチング側ボルト３２と、アンカービーム３８Ｕ，３８Ｌと、ブレース３９とを組み立てておく。フーチング側ボルト３２の上端部には、鉛直度調節ナット３６を螺合しておく。カプラー３３と橋脚側ボルト３４は、未だ取り付けないでおく。このカプラー３３とボルト３４が付いていない状態のアンカーフレーム３０を現場の地中に据え付け、フーチング２０用の型枠や鉄筋を設置したうえで、コンクリートを打設してフーチング２０を構築する。これによって、アンカーフレーム３０がフーチング２０に埋め込まれる。この時、アンカーフレーム３０周辺のフーチング２０上面には、浅い凹部２０ａを形成し、ナット３６を含むボルト３２の上端部が露出するようにしておく。
【００２２】
コンクリートが硬化した後、橋脚１０の建て込みを行なう。すなわち、橋脚１０を上から降ろして行き、下端のベースプレート１３の挿通孔１３ａにフーチング側ボルト３２の上端部を差し入れ、ベースプレート１３をナット３６のワッシャー３６ａ上に載せる。次いで、ナット３６によって橋脚１０の鉛直度を調節する。そして、フーチング側ボルト３２の上端部にカプラー３３の下側の嵌合部３３ｂを連結する。また、上側の嵌合部３３ｂに連結された橋脚側ボルト３４のナット３５を締め付ける。これにより、橋脚１０をアンカーボルト装置３１に固定でき、ひいてはフーチング２０に定着することができる。なお、カプラー３３と橋脚側ボルト３４とは、建込み作業前に橋脚１０に予め仮止めしておいてもよく（図４の状態）、橋脚１０をフーチング２０上に降ろした後で初めから取り付けることにしてもよい。その後、凹部２０ａをコンクリートで埋める。
【００２３】
作用を説明する。
この橋脚定着構造によれば、設計段階において、ボルト３２，３４の降伏強さＦｂｙや破断強さＦｂｍａｘは、計算により求めることができる。この計算結果に基づいて、関係式（１）が満たされるように、カプラー３３を設計できる。カプラー３３の材質は、ボルト３２，３４の材質とは無関係に選定でき、低降伏比鋼などの延性に富む鋼材を使用するのが適当である。また、嵌合部３３ｂの外径をボルト３２，３４の約１．８倍としたとき、ロッド部３３ａの外径は、ボルト３２，３４の約１．５倍以下の範囲で設定可能である。（約１．５倍以下という制限があるのは、カプラー３３においてロッド部３３ａが嵌合部３３ｂより降伏を起こしやすくするためである。）また、ロッド部３３ａの長さは自由に設定可能である。
【００２４】
こうして、関係式（１）を満たした橋脚定着構造が構築されることにより、レベルＩＩの大地震などによる損傷を専らカプラー３３のロッド部３３ａで発生させるように制御することができる。すなわち、レベルＩＩの大地震などでアンカーボルト装置３１に極めて大きな（Ｆｃｙ以上の）軸力が作用した場合、まずカプラー３３のロッド部３３ａを降伏させて塑性変形させることができる。これによって、外力エネルギーを吸収することができる。そして、作用軸力がボルト３２，３４の降伏強さを超えた（Ｆｂｙ以上）場合でも、上述したようにカプラー３３が十分にエネルギー吸収しているので、ボルト３２，３４の特にねじ谷での塑性変形量を小さくすることができ、ひいては脆性的破壊を回避することができる。
【００２５】
例えば、この実施形態のＬＹ２２５からなるカプラー３３の場合、約３０％程度の塑性ひずみまでは安定した変形が期待できるので、アンカーボルト装置３１全体で２１．２ｍｍ程度の伸び（うち、カプラー３３の伸びが１３．５ｍｍ、ボルト３２，３４の伸びが７．７ｍｍ）まで安定した挙動を得ることができる。これに対して、アンカーボルト装置全体を１本のボルトで構成した従来型（図５）では、同じ軸力作用時でも１２ｍｍ程度の伸びに留まる。すなわち、本実施形態のアンカーボルト装置３１は、従来型の約１．８倍ものエネルギー吸収能を有することになる。
【００２６】
更に大きな（Ｆｃｍａｘ以上の）軸力が作用した場合、カプラー３３のロッド部３３ａが破断に至る。ここで、ロッド部３３ａは、応力集中の起きる部位の無い円柱形状になっているので、ねばりのある延性的な（ねじ谷部で発生するような脆性破断ではない）破断形態にすることができる。
カプラー３３の下側の嵌合部３３ｂは、破断後においてもフーチング側ボルト３２の上端部に残っている。橋脚１０が倒壊しようとすると、この下側嵌合部３３ｂにベースプレート１３が突き当たる。これによって、橋脚１０の倒壊を防ぐことができる。
【００２７】
カプラー３３は、外部に露出されているので、容易に点検することができる。どの程度の軸力が作用したかを把握するのも可能である。そして、耐震性能２、３の段階で、カプラー３３が伸び変形を来たしているときは、そのカプラー３３を簡単に取り替えることができる。カプラー３３とボルト３２，３４の強度比から，ボルト３２，３４が想定以上の損傷を受けることはないので、特にフーチング２０内のボルト３２を取り替える必要が生じることはなく、復旧作業を大幅に簡略化できる。なお、レベルＩＩの地震動を受けたカプラー３３を取り替える理由は、地震のような変動荷重では塑性履歴が解らないので，例え変形が元に戻っていたとしても、塑性変形により材料自体が脆化している可能性があるからである。ただし、大地震後は必ず取り替えるのではなく、例えば伸びの発生を記録するような装置を付けておき（伸びたら簡単に切れるテープのようなものをカプラーに貼り付けておく）、変形が生じたもののみを取り替えることにすれば、コスト削減や復旧作業の簡略化ができるので望ましい。
【００２８】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の形態を採用可能である。
例えば、堅固な基礎構造体にボルトで固定されている機械設備（被定着構造体）などの定着ボルトにも活用できる。
ボルト３２，３４とカプラー３３の強度設定は、基本的にはＦｃｙ＜Ｆｂｙでありさえすればよい。例えば、Ｆｃｍａｘ＜Ｆｂｙになるように設計してもよい。この場合、カプラー３３が先に破断を来たすので、地震のエネルギー吸収は少なくなるが、ボルト３２，３４にはまったく損傷を与えないようにすることができる。一方、関係式（１）のように設定した場合には、ボルト３２，３４の変形をある程度は認めてエネルギー吸収を大きくすることで、より大きな地震に対応できるようにすると共に、カプラー３３の破断ひいては交換数を減らし、経済性を高めることもできる。
Ｆｃｙ＜Ｆｂｙでありさえすれば、２つの分割ボルト３２，３４の材質、ボルトサイズ、強度などが互いに異なっていてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レベルＩＩの大地震などの大荷重が作用したときは、損傷が専らカプラーで発生するように制御することができ、ボルトにまで損傷が及ぶのを回避ないしは抑制することができる。カプラーは、基礎構造体の外に配置できるので、容易に点検でき、取替えなどの補修作業も簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る橋梁の橋脚定着構造の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う上記橋脚定着構造の平面断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って上記橋脚定着構造の要部を拡大して示す正面断面図である。
【図４】上記橋脚定着構造の施工手順を、フーチング構築後、橋脚の建て込み時の状態で示す正面図である。
【図５】従来の橋脚定着構造の正面図である。
【符号の説明】
１０  橋脚（被定着構造体）
１１  橋脚本体
１２  ベースフレーム
１３  ベースプレート（ベース部材）
１４  ベースフランジ
１３ａ，１４ａ  挿通孔
１５  縦リブ
２０  フーチング（基礎構造体）
２０ａ  凹部
３０  アンカーフレーム（アンカー構造体）
３１  アンカーボルト装置
３２  フーチング側ボルト（基礎構造体側の分割ボルト）
３２ａ  ボルト頭部ないしはナット
３３  カプラー
３３ａ  ロッド部（損傷制御部）
３３ｂ  嵌合部
３３ｃ  雌ねじ
３３ｄ  テーパー面
３４  橋脚側ボルト（被定着構造体側の分割ボルト）
３５，３６，３７  ナット
３８Ｕ，３８Ｌ  アンカービーム
３８ａ  ビームプレート
３８ｂ  縦リブ
３８ｃ  挿通孔
３９  ブレース
【図１】
2004225411.tif 000003
【図２】
2004225411.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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