(57)【要約】【課題】鋼製橋脚接合部を補強するために、簡易な構造でせん断剛性が高く、高靱性特性を有する、鋼・コンクリート合成構造の補強構造を提供する。【解決手段】橋脚５０の頂部近傍の橋脚内に内筒２を設け、橋脚５０の内壁と内筒２の外壁との間にコンクリート５を充填して内外壁を一体化させると共に、橋脚５０の外周を囲む外套１０を設け、外套１０と橋脚５０の外面との間に高靱性セメント複合材料１５を充填して外套１０の内面と橋脚５０の外周とを一体化させた構造である。この高靱性セメント複合材料にプレストレスを導入するＰＣ緊張材３０を井桁状に橋脚周囲に配設するとさらに好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製橋脚と上部横梁との接合部の補強構造において、橋脚頂部近傍の橋脚内に内筒を設け、橋脚内壁と該内筒外壁との間にコンクリートを充填して内外壁を一体化させると共に、橋脚外周を囲む外套を設け該外套は上端を上部横梁の下面に取付け下端を橋脚外周に取付け、外套と橋脚外面との間に高靱性セメント複合材料を充填して外套内面と橋脚外周とを一体化させた構造を備えたことを特徴とする鋼製橋脚接合部の補強構造。
【請求項２】
前記内筒を省略し橋脚内にコンクリートを充填して橋脚内面と一体化させることを特徴とする請求項１記載の鋼製橋脚接合部の補強構造。
【請求項３】
前記外套内高靱性セメント複合材料と橋脚外面とを圧着させるＰＣ緊張材を井桁状に橋脚周囲に配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の鋼製橋脚接合部の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼製橋脚接合部の補強構造に関する。さらに詳しくは鋼製の橋脚と鋼製の横梁とからなるＴ字形の高速道路等の橋脚と横梁との接合部の補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速道路の高架橋を支持する円柱状の橋脚をもつＴ形の構造物において、鋼製橋脚と上部横梁との接合部の隅角部に疲労亀裂が発生し、補強工事が必要となってきている。
【０００３】
このような、鋼製橋脚と横梁との接合部の補強構造として鋼製補強部材による補強構造がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
このような補強構造は、変則的な形状の橋脚にぴったり外嵌する周方向複数分割した胴部と、胴部を補強する部材とを一体化したものである。この鋼製補強構造は多数の補強リブを取付けたフランジを上端に備え、このフランジを横梁下面に多数のボルトナット等で取付ける。また、胴部の下端近傍には複数のフランジ状の補強リングを備えている。周方向複数分割した胴部は橋脚の外面に添着し、多数のボルトナット等で橋脚外面に締めつけ固定するものである。
【０００５】
この鋼製補強構造は、橋脚や横梁に多数の取付孔を穿設するので、橋脚や横梁の強度低下や剛性低下を招来し、これを補償する設計が必要である。また、使用中の古い橋脚に鋼製補強構造を強固に取付けるための孔を正確な位置に明けたり、ボルトを打込んだりする作業は容易ではない。また、既設の橋脚の形状に対して正確な寸法精度をもつ部材を製作し、既設の橋脚や横梁に強固に密着するように取付けることも容易ではない。また、このような従来の補強構造は、剛性構造であるため、応力の分散性に乏しく、靱性が乏しいので過大な設計となりコスト上昇が避けられない。
【０００６】
従って、この鋼製補強構造は製造コストも高く、取付けに多大の労力を要するという問題が考えられる。
【０００７】
【非特許文献１】
日経新聞社：『日経コンストラクション』：２００２．１０．１１
ｐ．２８−２９
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑み、鋼製橋脚接合部の補強構造を提供することを目的とするもので、簡易な構造でせん断剛性が高く、高靱性特性を有する、鋼・コンクリート合成構造からなる補強構造を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その技術手段は、鋼製橋脚と上部横梁との接合部の補強構造において、橋脚頂部近傍の橋脚内に内筒を設け、橋脚内壁と該内筒外壁との間にコンクリートを充填して内外壁を一体化させると共に、橋脚外周を囲む外套を設け該外套は上端を上部横梁の下面に取付け下端を橋脚外周に取付け、外套と橋脚外面との間に高靱性セメント複合材料を充填して外套内面と橋脚外周とを一体化させた構造を備えたことを特徴とする鋼製橋脚接合部の補強構造である。
【００１０】
前記内筒を省略し橋脚内にコンクリートを充填して橋脚内面と一体化させることとしてもよい。
【００１１】
さらに、荷重によるクリープ変形等に対応する目的で前記外套内高靱性セメント複合材料と橋脚外面とを圧着させるＰＣ緊張材を井桁状に橋脚周囲に配設することによって、一層強固な復元性を有する補強構造を提供することができ、好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
本発明は、例えば、図３に示す断面プロフィールを有する鋼製高架橋の橋脚５０と横梁６０との接合部の補強構造である。鋼製の橋脚５０は片寄って設けられ、その上に横梁６０が取り付けられ、その上に高速道路等の車道７０が載置され、片持梁に近い形状になっている。（図３で右側の橋脚５０ａは別の横梁を支持している。）橋脚５０の上端と横梁６０の下面とは溶接接合部５１によって連結されている。このような構造の一例を挙げると、橋脚５０は直径１．２ｍの鋼管を用い、横梁６０は、鋼板の合成殻構造である。このような構造の橋脚５０と横梁６０との溶接接合部５１は、長年月を経た高速道路では、溶接接合部５１に多数のクラックが発生し、補強が必要になっていることが調査報告されている。
【００１４】
図４は従来の補強構造の例を示す側面図で、鋼製補強材１００である。この鋼製補強材１００は、横梁６０の下面に取り付けるフランジ１１０を上端に備え、下端近傍に補強リング１３０を外径に取り付けた複数割りの円筒殻１２０からなり、橋脚５０の外周に密着するものである。
【００１５】
横梁６０の下面にフランジ６１を設け、フランジ補強プレート６２をこのフランジ６１に取付け、上記鋼製補強材１００のフランジ１１０をこれに取付ける。また、胴部（円筒殻）１２０は、多数のボルトナット１２１で橋脚の円筒外面に縫いつけ固定する。フランジ１１０、胴部（円筒殻）１２０には多数の補強リブ１１１を設けている。このような鋼製補強材１００は、橋脚５０の外周に密着する寸法精度を必要とし、精度の高い加工が必要である。また、橋脚５０に外嵌して多数のボルトナット１２１で固定するので、橋脚５０に多数のボルト孔を穿設する。従って橋脚５０の強度、剛性、耐久性（疲労強度）等に悪影響があり、その補償についても考慮する必要がある。
【００１６】
図１に鋼製橋脚接合部に用いる実施例の補強構造１の縦断面図を示した。この実施例の補強構造１は、鋼と、コンクリート及び高靱性セメント複合材料との合成構造である。橋脚５０の頂部近傍の橋脚５０内に内筒２を挿入する。橋脚５０の壁５２の内面に多数のジベル７を植設しておき、上記内筒２の外面にも多数のジベル３を植設しておく。この橋脚５０の内面と内筒２の外面との間にリング状の空間を形成し、その底は底板４で閉じておく。このリング状の空間にコンクリート５を打設し充填する。コンクリート５はジベル３、７を介して橋脚５０の壁５２の内面と内筒２の外面に強固に係着する。従って、内外壁及びコンクリートは一体化される。このコンクリート５は、リング状の閉空間内に充填されて内外壁と一体化するので、密閉コンクリートとして作用し、鋼と協働して剛性の高い構造物を形成する。
【００１７】
内筒は検査孔やマンホールを兼ねた上下貫通孔とすればよいが、その必要がない場合には内筒２を省略して橋脚頂部近傍の全断面にコンクリートを充填することとしてもよい。
【００１８】
さらに、橋脚の外周には、橋脚外周を囲む鋼製の外套１０を設ける。この外套１０は、上端を上部横梁６０の下面に取付け、下端を橋脚５０の外周に取付ける。外套１０の壁の内面には多数のジベル１１が植設され、橋脚５０の壁５２の外面にも多数のジベル８を設ける。外套１０と橋脚５０の外面との間にリング状の空間を形成し、この空間に高靱性セメント複合材料１５を充填する。この高靱性セメント複合材料１５は、外套１０の内面と橋脚５０の外周とを一体化させた構造を形成する。
【００１９】
高靱性セメント複合材料は、例えば３０〜５０μｍの太さの高強度ポリエチレンファイバを１〜２容量％混入し、単位セメント量４００ｋｇ／ｍ3程度を砂、混和剤に加えて形成したＥＣＣコンクリート（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｕｓ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）などを用いるとよい。このような高靱性セメント複合材料はジベル等によくからみ、好適な鋼と高靱性セメント複合材料との合成構造を形成し、せん断剛性が高く、粘り性に富み、高靱性で復元性に富むものである。例えば変形により高靱性セメント複合材料にクラックが生じた後にも原姿勢に復帰する特性を有している。
【００２０】
本発明の補強構造は、鉛直荷重に対して橋脚内の密閉コンクリート合成構造が主として抵抗し、曲げ荷重に対しては、外套と高靱性セメント複合材料との合成構造が好適に作用する。
【００２１】
内筒２及び外套１０の長さは、荷重、剛性、耐久性等を勘案して設計により定めることができる。ほぼ橋脚５０の直径と同等の寸法とすればよい。
【００２２】
実施例の補強構造１は、荷重に対して十分な強度を有するほか、高剛性、高靭性で強度と粘りとの双方を兼備した構造であり、道路の載荷荷重はもとより、地震荷重等に対しても高いエネルギー吸収能を有する。
【００２３】
図２は、実施例の補強構造１の平面を示すものである。外套１０を貫通して、高靱性セメント複合材料内を通るＰＣ緊張材３０を井桁状に配置し、このＰＣ緊張材３０をナット３１によって緊張することにより、高靱性セメント複合材料１５を橋脚５０の外周に押圧する。
【００２４】
ＰＣ緊張材の配列は橋脚の直径が小さいので、湾曲配列とするよりは４本の真直なＰＣ緊張材を井桁状に配列する方が構造上及び施工上好ましい。このＰＣ緊張材は、例えば、上下に３段とし、高靱性セメント複合材料へ付与するプレストレス導入量は３０〜５０ｋｇ／ｍ2とすればよい。プレストレス導入前は補強材取付ボルト等は緩やかに仮締めしておき、プレストレス導入後最終的に締めつける。
【００２５】
例えば、図１に示す実施例において、橋脚の外径が１２００ｍｍ、橋脚内部コンクリート厚さ３５０ｍｍ、高靱性セメント複合材料の厚さ２００ｍｍ、コンクリート高さ１０００ｍｍの場合、ＰＣ緊張材としてＰＣ鋼棒１Ｔ１２．４（Ｐｔ＝１０ｔ）を３段に設け、図２に示すように井桁状に組んでプレストレスを導入すると、緊張力６０ｔｆ、コンクリート断面積１．１ｍ2となり、プレストレス導入量は５４．５ｔ／ｍ2となる。このときＰＣ鋼材の伸び量は１１．２ｍｍとなり、高靱性セメント複合材料の縮み量は０．０２５ｍｍとなる。こうすることによって、本発明の補強構造１は、さらに強固になり耐久性に富むと共に、靭性も増加し、変形に対して復元性を確保することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、安価で強力な高靭性の補強構造を得ることができる。この補強構造は構造が簡単で、安価であり、鋼製の部材の取付け精度も緩やかでよく、現場取付作業も容易であり、コンクリート及び高靱性セメント複合材料を充填することによって、鋼と、コンクリート及び高靱性セメント複合材料との合成構造となり、強度、剛性、耐久性、靱性が高いという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の縦断面図である。
【図２】実施例の平面図である。
【図３】鋼製橋脚のプロフィールである。
【図４】従来の補強部材の側面図である。
【符号の説明】
１    補強構造
２    内筒
３    ジベル
４    底板
５    コンクリート
７    ジベル
８    ジベル
１０    外套
１１    ジベル
１５    高靱性セメント複合材料
３０    ＰＣ緊張材
３１    ナット
５０    橋脚
５１    溶接接合部
５２    壁
６０    横梁
６１    フランジ
６２    ボルトナット
７０    車道
１００    鋼製補強材
１１０    フランジ
１１１    リブ
１２０    円筒殻（胴部）
１２１    ボルトナット
１３０    補強リング
【図１】
2004211334.tif 000003
【図２】
2004211334.tif 000004
【図３】
2004211334.tif 000005
【図４】
2004211334.tif 000006