(57)【要約】【課題】基部側にのみコンクリート充填された橋脚において、強度の不連続性を緩和する。【解決手段】鋼製橋脚本体２０Ｘの基部側の領域２１に充填されたコンクリート２３には、上側に偏るようにして発泡スチロールブロック２４（コンクリート除外部）が埋め込まれている。発泡スチロールブロック２４は、逆錐形状をなしている。これにより、領域２１の剛性が、上方へ向かうにしたがって小さくなっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製の橋脚本体の基部側におけるコンクリート充填された第１領域と、この第１領域より上側におけるコンクリート充填されていない第２領域とを有する橋脚において、
上記第１領域の充填コンクリートの内部には、上側すなわち第２領域の側に偏るようにしてコンクリート充填から除外されたコンクリート除外部が設けられ、これにより、第１領域における第２領域側の強度が、第２領域とは逆側より小さいことを特徴とする橋脚。
【請求項２】
上記コンクリート除外部が、略逆錘形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の橋脚。
【請求項３】
上記コンクリート除外部が、充填コンクリートに埋め込まれた発泡スチロールブロックによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の橋脚。
【請求項４】
上記発泡スチロールブロックが、複数の発泡スチロール製の分割体を組み立てることにより構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の橋脚。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基部側にのみコンクリートを充填した鋼製橋脚に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、都市部の高架橋では、架設上の制約等から鋼製橋脚が比較的多用されている。鋼製橋脚について、以前は地震による損傷の事例がほとんど見受けられなかったが、平成７年の兵庫県南部地震で様々な態様の破壊が報告され、被災の状況を踏まえた設計法が確立されたことは周知の通りである。
【０００３】
大地震時における鋼製橋脚の局部座屈、円形断面の提灯座屈、基部の損傷等を防ぎ、耐震性を向上させる観点から、橋脚の下端から所定の高さまでコンクリートを充填する構造が提案され、道路橋示方書でもその設計法が規定され（非特許文献１参照）、採用事例も増えている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、鋼製橋脚は、例えば水平地震力による補剛板の座屈や割れ等に伴って、上部構造等の死荷重に対する鉛直方向の耐力を失い、崩壊へと至る。このような崩壊を防ぐために、図３に示すように、地震時水平力Ｐに対する終局曲げモーメント（保有性能：地震時保有水平耐力）が、橋脚１の高さ方向に沿うすべての位置で作用曲げモーメント（要求性能）を上回るようにしておく。すなわち、橋脚１の地震時水平力Ｐに対する作用曲げモーメントは、高さに逆比例する（線分ＦＢ）。一方、コンクリートを充填しない場合の橋脚１の終局曲げモーメントは、高さに依らず一定である（線分ＣＥ）。そのため、ある中間の高さｈ（線分ＦＢ，ＣＥどうしが交わる点Ｄの高さ）で２つの性能の大小が逆転し、その高さｈより上側では保有性能が要求性能を上回るが、下側では保有性能が要求性能を下回る。そこで、橋脚１の下端から性能交差高さｈまでコンクリートを充填することにより、その部分の保有性能を増大側へスライドさせ（線分ＦＧ）、要求性能より大きくなるようにすることができる。
【０００５】
このコンクリート充填構造は、耐震性に優れ、施工も比較的容易である。今後、既設橋脚の耐震補強のみならず、新設橋脚の耐震性向上にも多用されるものと推察される。
【０００６】
【非特許文献１】
（社）日本道路協会「道路橋示方書・同解説  Ｖ耐震設計編  改訂版」平成１４年３月７日、ｐ．２０３−２０８
【特許文献１】
特開平１０−３３８９０７号公報（第１頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、基部側のコンクリート充填された領域と上側の充填されていない領域との境（高さｈの部位）では、曲げモーメントの急変（図３の点Ｄ〜点Ｇ）や剛性などの強度が急変するため応力集中を生じやすい。また、コンクリート充填された領域では、保有性能の余裕（図３の△ＦＧＤ）が大きくなり過ぎるきらいがあり、経済的でない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、鋼製の橋脚本体の基部側におけるコンクリート充填された第１領域と、この第１領域より上側におけるコンクリート充填されていない第２領域とを有する橋脚において、上記第１領域の充填コンクリートの内部には、上側すなわち第２領域の側に偏るようにしてコンクリート充填から除外されたコンクリート除外部が設けられ、これにより、第１領域における第２領域側（上側部）の強度が、第２領域とは逆側（下側部）より小さいことを特徴とする。これによって、保有性能が要求性能を上回るようにすることができるとともに、第１、第２領域どうしの境における強度の不連続性を緩和でき、大きな応力集中を回避して局部座屈を防止することができる。また、第１領域における保有性能の余裕度が過大にならないように調節することができるとともに、コンクリート除外部の分だけコンクリートの充填量を減らすことができ、経済性・合理性を向上させることができる。
【０００９】
上記コンクリート除外部が、略逆錘形状をなしていることが望ましい。これによって、第１領域における保有性能を上側すなわち第２領域に近づくにしたがって漸次低減させることができる。ひいては、第１、第２領域どうしの境における強度の不連続性を一層確実に緩和でき、応力集中を確実に回避して局部座屈を確実に防止することができる。また、保有性能を要求性能に可及的に沿うようにさせることができ、合理性を一層高めることができる。
【００１０】
上記コンクリート除外部が、充填コンクリートに埋め込まれた発泡スチロールブロックによって形成されていることが望ましい。これによって、施工性を向上できるだけでなく、発泡スチロールブロックにある程度の圧縮力を分担させ、地震時エネルギーの吸収機能を見込むことができる。また、耐荷性を向上させ、充填コンクリートのひび割れ、破壊を確実に防止することができる。
【００１１】
上記発泡スチロールブロックが、複数の発泡スチロール製の分割体を組み立てることにより構成されていることが望ましい。これによって、橋脚内が狭隘でも簡単に搬入、設置することができ、施工性を一層良好にすることができる。
【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に示すように、橋梁は、アンカー部１０上に立設された橋脚２０と、この橋脚２０上に架設された主桁３０と、この主桁３０上に敷設された床版４０とを備えている。
【００１３】
橋脚２０の基部側（下側）は、第１領域２１として設定され、上側は、第２領域２２として設定されている。これら領域２１，２２の境は、上記性能交差高さｈ付近に設定されている。
図１および図２に示すように、橋脚２０は、例えば断面四角形状をなす鋼製の橋脚本体２０Ｘを備えている。第２領域２２の橋脚本体２０Ｘ内には、充填物が無く、空洞になっている。一方、第１領域２１の橋脚本体２０Ｘ内には、コンクリート２３が充填されている。
【００１４】
しかも、第１領域２１の充填コンクリート２３の内部には、発泡スチロールブロック２４（コンクリート除外部材）が埋め込まれている。（この発泡スチロールブロック２４の埋設部分は、コンクリートの除外部２３ａになっている。）発泡スチロールブロック２４は、複数の発泡スチロール製の分割体２４ａを接着剤で接着してなり、下へ向かうにしたがって細くなる逆四角錘形状をなしている。発泡スチロールブロック２４は、第１領域２１の上側部分に偏って配置されている。この実施形態では、発泡スチロールブロック２４の上面は、充填コンクリート２３の上面と面一をなして第２領域２２に面して露出しているが、コンクリート２３が多少被さっていてもよい。発泡スチロールブロック２４の上面が露出している場合において、橋脚内に電気配線等の火気の危険性があるときは、その露出面を鉄板等で蓋をするとよい。
【００１５】
なお、発泡スチロールブロック２４の四角形をなす断面は、橋脚本体２０Ｘの四角形断面とほぼ相似し、軸線は、橋脚本体２０Ｘの中心線上に配置され、４つの角は、橋脚本体２０Ｘの４つの角にそれぞれ向けられている。これによって、発泡スチロールブロック２４は、橋脚本体４０Ｘの周方向ないし水平方向に偏りなく配置されている。
【００１６】
上記のように構成された橋脚耐震構造の施工方法を説明する。
まず、ブロック２４となるべき複数の分割体２４ａを用意する。分割体２４ａを構成する発泡スチロールは、切断や成形が容易である。これら分割体２４ａをマンホール２５などから橋脚本体２０Ｘの内部に搬入する。そして、接着剤で接着し、逆錘形状に組み立ててブロック２４となすとともに、適宜な治具（図示せず）を用いて位置決めし、後記コンクリート打設時に動かないように固定する。このように、発泡スチロールからなるブロック２４は、極めて軽量で持ち運びが容易なだけでなく、小さな分割体２４ａの状態にして橋脚本体２０Ｘ内に簡単に搬入でき、簡単に組み立て設置することができる。したがって、橋脚本体２０Ｘの内部が狭隘でも作業性を十分に確保できる。
【００１７】
その後、コンクリート２３を発泡スチロールブロック２４の上面の高さまで打設する。これによって、第１領域２１のブロック２４すなわち除外部２３ａ以外の内部空間にコンクリート２３が充填される。この時、発泡スチロールブロック２４は、コンクリート２３に除外部２３ａを形成するための型枠として機能する。したがって、除外部２３ａ用の型枠を別途設ける必要が無く、施工性、経済性を一層向上できる。
【００１８】
橋脚２０によれば、充填コンクリート２３によって、第１領域２１における剛性を橋脚本体２０Ｘのみの場合（線分ＣＤ）よりも増大させることができる。しかも、第１領域２１の上側部に偏って配置された発泡スチロールブロック２４（コンクリート除外部２３ａ）によって、上記剛性の増大の程度を、第１領域２１の下側部では大きくし、上側部では小さくすることができる。これによって、保有性能が要求性能を上回るようにしつつ、第１領域２１と第２領域２２の境における強度の不連続性を緩和でき、大きな応力集中を回避することができる。この結果、第１、第２領域２１，２２の境付近（特にこの境とその直上のマンホール２５との間）における局部座屈を防止することができる。加えて、発泡スチロールブロック２４（コンクリート除外部２３ａ）が、逆錘形状に形成されているため、第１領域２１の保有性能を、上方へ向かうにしたがって漸次小さくすることができる（線分ＨＧ’）。これによって、第１、第２領域２１，２２どうしの境における強度の不連続性（点Ｇ’と点Ｄとのギャップ）を一層確実に緩和でき、応力集中を一層確実に回避することができ、局部座屈を確実に防止することができる。
【００１９】
しかも、発泡スチロールブロック２４の分だけコンクリート２３の充填量を減らすことができ、軽量化およびコスト低減を図ることができる。また、発泡スチロールブロック２４の逆錘形状を適宜調節することによって、第１領域２１における保有性能を要求性能（線分ＦＤ）に可及的に沿うようにでき、保有性能の余裕度が過大にならないようにして合理性を高めることができる。
【００２０】
また、発泡スチロールブロック２４は、ある程度の圧縮力を分担することができる。したがって、コンクリート除外部２３ａが単なる凹空間であって発泡スチロールブロック２４が埋め込まれていない場合と比べると、耐荷力を高めることができる。更に、ブロック２４と橋脚本体２０Ｘの内壁面との間のコンクリート２３を拘束することができ、ひび割れ・破壊を防ぐことができる。
また、発泡スチロールブロック２４は、耐水性にも優れている。
【００２１】
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、鋼製の橋脚本体２０Ｘが、断面円形状をなし、発泡スチロールブロック２４（コンクリート除外部２３ａ）が、大略円錐形状をなしていてもよい。コンクリート除外部材として、発泡スチロールに代えて軽量の木材やプラスチック等を用いてもよい。
コンクリート除外部２３ａには、発泡スチロールブロック２４などのコンクリート除外部材が埋め込まれていなくてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、保有性能が要求性能を上回るようにすることができるとともに、第１、第２領域どうしの境における強度の不連続性を緩和でき、大きな応力集中を回避して局部座屈を防止することができる。また、第１領域における保有性能の余裕度が過大にならないようにすることができるとともに、コンクリート除外部の分だけコンクリートの充填量を減らすことができ、経済性・合理性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る耐震補強された橋梁の正面図と、その高さ方向の位置に対する要求性能と保有性能との関係を示すグラフとを合成して示す解説図である。
【図２】図１のII−II線に沿う上記橋梁の橋脚の断面図であり、充填コンクリートの図示は省略する。
【図３】従来の耐震補強された橋梁の正面図と、その高さ方向の位置に対する要求性能と保有性能との関係を示すグラフとを合成して示す解説図である。
【符号の説明】
１０  アンカー部
２０  橋脚
２０Ｘ  橋脚本体
２１  第１領域
２２  第２領域
２３  充填コンクリート
２３ａ  コンクリート除外部
２４  発泡スチロールブロック（コンクリート除外部材）
２４ａ  分割体
２５  マンホール
３０  主桁
４０  床版
【図１】
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【図２】
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【図３】
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