(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
履歴減衰特性を有する斜材をその一端がフーチングに他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱にそれぞれ接合されるように前記コンクリート柱の脚部側方に方杖状に配置したことを特徴とする柱脚構造。
【請求項２】
履歴減衰特性を有する斜材をその一端がフーチングに他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱にそれぞれ接合されるように前記コンクリート柱の脚部側方に方杖状に配置することを特徴とする耐震補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震性が要求される柱脚構造、特に道路、鉄道等に供される高架橋の橋脚に適用される柱脚構造及び耐震補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路、鉄道等の橋梁には、河川、海峡等を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは河川上の空間に連続して建設されるものであり、道路と道路あるいは道路と鉄道とが平面で交差する場合にそれらのいずれかを高架橋とすることにより、交通渋滞を解消することも可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる高架橋を構築するにあたっては、鉄筋コンクリート（ＲＣ）からなる橋脚で下部構造を構築するのが一般的であるが、最近では、ＲＣとダンパーブレースとを組み合わせた下部構造が研究開発されており、耐震性を向上させることができるという点で今後多いに期待されているものである。
【０００４】
一方、ＲＣだけで構成する従来型の下部構造の場合、ダンパーブレースを併用した場合よりも降伏剛性が低くなり、地震時の応答変位が大きくなる傾向にある。
【０００５】
そのため、橋脚断面を大きくして応答変位を抑えるとともに終局耐力を大きくする必要が生じ、その結果、橋脚自体はもちろんのこと、該橋脚を支持するフーチング、さらには該フーチングに作用する鉛直荷重を支持層まで伝達する杭などの規模が大きくなり、高架橋の下部構造を構築するにあたってコスト高となるのを余儀なくされていた。
【０００６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、橋脚を大断面とせずとも耐震性を向上させることが可能な柱脚構造を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、既設のコンクリート柱の耐震性を向上させることが可能な耐震補強方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る柱脚構造は請求項１に記載したように、履歴減衰特性を有する斜材をその一端がフーチングに他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱にそれぞれ接合されるように前記コンクリート柱の脚部側方に方杖状に配置したものである。
【０００９】
また、本発明に係る耐震補強方法は請求項２に記載したように、履歴減衰特性を有する斜材をその一端がフーチングに他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱にそれぞれ接合されるように前記コンクリート柱の脚部側方に方杖状に配置するものである。
【００１０】
本発明に係る柱脚構造においては、履歴減衰特性を有する斜材をコンクリート柱の脚部側方に方杖状に配置してある。
【００１１】
このようにすると、柱脚構造全体の復元力特性は、斜材の剛性が加わる分だけ、コンクリート柱だけの場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対する応答変位が低減する。
【００１２】
また、斜材の履歴減衰特性による減衰作用により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制されるとともに、柱脚構造に生じる部材力も低減する。
【００１３】
したがって、設計上要求される許容変位及び許容応力度が同じである場合、コンクリート柱の断面を小さくすることができる。すなわち、コンクリート柱の断面を小さくすると、その分、コンクリート柱の剛性及び降伏強度が小さくなるが、剛性の低減分については斜材で補うことができるとともに、降伏強度が小さくなっても、上述したように斜材による履歴減衰特性の減衰作用により、入力地震動によって生じる部材力自体が低減するため、そもそもコンクリート柱に従来と同様の降伏強度をもたせる必要がなくなる。また、斜材の履歴減衰作用により、コンクリート柱の振動も速やかに収斂する。
【００１４】
また、本発明に係る耐震補強方法においては、履歴減衰特性を有する斜材を既設のコンクリート柱の脚部側方に方杖状に配置する。
【００１５】
このようにすると、柱脚構造全体の復元力特性は、斜材の剛性が加わる分だけ、コンクリート柱だけの場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対する応答変位が低減する。
【００１６】
また、斜材の履歴減衰特性による減衰作用により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制されるとともに、柱脚構造に生じる部材力も低減する。
【００１７】
したがって、同じ規模の地震波が入力した場合、斜材を設けたことによって剛性が高くなる分だけ、既設のコンクリート柱に生じる応答変位は大幅に減少するとともに、斜材によって履歴減衰特性が発揮される分だけ、既設のコンクリート柱の応答変位がさらに抑制されるとともに、該コンクリート柱の振動もすみやかに収斂する。
【００１８】
斜材は、一端がフーチングに他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱に接合されていればよく、接合形式については、剛接合、ピン接合など、任意の接合形式を選択すればよい。
【００１９】
また、斜材は、コンクリート柱の脚部側方に方杖状に配置されていればよく、コンクリート柱の周囲にいくつ配置するかは任意である。すなわち、単体の斜材をコンクリート柱の脚部側方に配置するほか、例えば互いに背中合わせとなるように対でコンクリート柱の脚部両側方に配置してもよいし、かかる一対の斜材を別の直交構面に別途配置するようにしてもよいし、所望の角度ごとにコンクリート柱の側方周囲に複数配置するようにしてもよい。特に、ラーメン架構を構成する一対のコンクリート柱の脚部に設ける場合には、単体の斜材をラーメン架構の外側位置又は内側位置に配置され全体として対称となるように各コンクリート柱に配置することが考えられる。
【００２０】
コンクリート柱は、コンクリートを主体として構成された柱という意味であって、ＲＣ柱はもちろんのこと、鋼管内にコンクリートが充填されたいわゆるＣＦＴ柱やＰＣ柱をも含む概念である。
【００２１】
斜材は、履歴減衰特性を有するものであればいかなる構造のものでもよく、例えば極軟鋼やスリット入り薄鋼板を軸方向変形に対して履歴減衰を発揮するように斜材の中間位置に設けたり、同様の材料を曲げ変形に対して履歴減衰を発揮するように斜材の中間位置に設けたり、やはり同様の材料をせん断変形に対して履歴減衰を発揮するように斜材のコンクリート柱側端部に設けたりすることが考えられる。
【００２２】
なお、本発明の柱脚構造及び耐震補強方法は、主として高架橋の下部構造に適用することを想定しているが、かかる用途に限定されるものではなく、建築土木を問わず、あらゆる柱脚に適用することができることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る柱脚構造及び耐震補強方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
（第１実施形態）
【００２５】
本実施形態に係る柱脚構造は高架橋の下部構造に適用したものであって、図１は、該下部構造を橋軸方向から見た正面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る柱脚構造１１は、一対の斜材１２，１２を背中合わせとなるようにＲＣ柱２の脚部両側方に方杖状に配置してある。
【００２６】
なお、ＲＣ柱２は、互いに対向する位置にて立設された一対のＲＣ柱２，２となるよう、杭７を打ち込んだ上でその上に設けられたフーチング８にそれぞれ立設してあり、該ＲＣ柱の頂部に架け渡された梁３とともに高架橋の下部構造であるＲＣラーメン架構４を構成している。
【００２７】
ここで、斜材１２は図２の詳細図に示すように、履歴減衰特性を有する極軟鋼等の履歴減衰材料１３をロッド材１４，１４の間に介在させてなり、軸方向変形に対して履歴減衰を発揮することができるようになっている。
【００２８】
また、斜材１２は、その一端をフーチング８に他端を該フーチングに立設されたＲＣ柱２にそれぞれピン接合してあり、ＲＣ柱２が地震時水平荷重によって振動しているときにも軸力だけが伝達されるようになっている。
【００２９】
本実施形態に係る柱脚構造１１においては、履歴減衰特性を有する一対の斜材１２，１２をＲＣ柱２の脚部両側方に方杖状に配置してある。
【００３０】
このようにすると、柱脚構造全体の復元力特性は、斜材１２の剛性が加わる分だけ、ＲＣ柱２だけの場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対する応答変位が低減する。
【００３１】
また、斜材１２の履歴減衰特性による減衰作用により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制されるとともに、柱脚構造１１に生じる部材力も低減する。
【００３２】
図３(a)、(b)は、柱脚構造１１の復元力特性及びＲＣ柱２だけで構成された従来の柱脚構造における復元力特性をそれぞれ示したものであり、図４(a)、(b)は、中小地震が入力した場合のそれぞれの履歴性状を、図５(a)、(b)は大地震が入力した場合のそれぞれの履歴性状を示した図である。
【００３３】
なお、柱脚構造１１は、最終強度とそのときの水平変位とを従来の柱脚構造と一致させてあり、ＲＣ柱２は、斜材１２によって増加する剛性及び強度の分だけ、その断面を低減させてある。
【００３４】
これらの図でわかるように、中小地震の場合（図４）、従来の柱脚構造では、ＲＣ柱が弾性範囲にとどまるため、履歴減衰は全く期待することができず、そのため、水平応答変位はδ2まで進行するとともに、それに伴って応答部材力もＨ2と大きくなる。
【００３５】
それに対し、本実施形態の柱脚構造１１では、斜材１２による履歴減衰が発揮されるため、水平応答変位はδ1に、応答部材力はＨ1にそれぞれ抑制される。
【００３６】
また、大地震の場合（図５）、従来の柱脚構造では、ＲＣ柱が塑性化して履歴減衰が若干期待できるものの、水平応答変位はδ2′と非常に大きくなるとともに、それに伴って応答部材力も終局強度Ｈとなる。
【００３７】
それに対し、本実施形態の柱脚構造１１では、斜材１２による履歴減衰が発揮されるため、水平応答変位はδ1′に、応答部材力はＨ1′にそれぞれ抑制される。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係る柱脚構造１１によれば、斜材１２による履歴減衰作用により、地震時応答変位及び地震時応答部材力を従来よりも大幅に低減させることができる。
【００３９】
また、斜材１２に水平剛性を負担させることができるため、ＲＣ柱２の断面を小さくすることが可能となり、ＲＣ柱２の規模、ひいてはフーチング８や杭７の規模を小さくすることが可能となり、例えばかかる柱脚構造１１を高架橋の下部構造に適用したならば、該下部構造の構築コストを大幅に低減することが可能となる。
【００４０】
本実施形態では、履歴減衰特性を有する極軟鋼等の履歴減衰材料１３をロッド材１４，１４の間に介在させてなる斜材１２で本発明の斜材を構成したが、これに代えて図６に示す斜材を用いるようにしてもよい。
【００４１】
ここで、図６(a)に示す斜材１２ａは、実施形態と同様、履歴減衰特性を有する極軟鋼等の履歴減衰材料１３をロッド材１４，１４の間に介在させてなるが、該履歴減衰材料は、曲げ変形に対して履歴減衰を発揮するように構成してある。
【００４２】
図６(b)に示す斜材１２ｂは、ロッド材１４の柱接合端に極軟鋼等の履歴減衰材料１３を介在させてなり、該履歴減衰材料をせん断変形に対して履歴減衰を発揮するように構成してある。
【００４３】
また、本実施形態では、斜材１２をフーチング８とＲＣ柱２にピン接合するようにしたが、斜材の接合形式はピン接合に限定されるものではなく、これに代えて剛接合としてもかまわない。
【００４４】
また、本実施形態では、一対の斜材１２，１２をＲＣ柱２の脚部両側方に背中合わせとなるように配置したが、必ずしも対で配置する必要はなく、単体の斜材１２をＲＣ柱２の脚部側方に配置するようにしてもよいし、ＲＣ柱２を取り囲むように複数配置してもかまわない。
【００４５】
図７は、単体の斜材１２をＲＣラーメン架構４の外側位置にくるように各ＲＣ柱２に方杖状に配置してなる柱脚構造１１ａを示したものであり、図８は、同じく単体の斜材１２をＲＣラーメン架構４の内側位置にくるように各ＲＣ柱２に方杖状に配置してなる柱脚構造１１ｂを示したものである。
【００４６】
かかる構成において、前者、すなわちＲＣラーメン架構４の外側位置にくるように単体の斜材１２を配置した場合には、該ＲＣラーメン架構４の内側を道路や線路などのスペースとして利用する場合に適しており、後者、すなわちＲＣラーメン架構４の内側位置にくるように単体の斜材１２を配置した場合には、ＲＣラーメン架構４の外側が道路や河川に隣接している場合に適する。
【００４７】
（第２実施形態）
【００４８】
次に、第２実施形態に係る耐震補強方法について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
本実施形態に係る耐震補強方法においては、一対の斜材１２，１２をそれらの一端がフーチング８に他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱である既設のＲＣ柱２にそれぞれピン接合されるように該ＲＣ柱の脚部両側方に方杖状に配置する（図１参照）。
【００５０】
このようにすると、柱脚構造全体の復元力特性は、斜材１２の剛性が加わる分だけ、ＲＣ柱２だけの場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対する応答変位が低減する。
【００５１】
また、斜材１２の履歴減衰特性による減衰作用により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制されるとともに、柱脚構造に生じる部材力も低減する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に係る耐震補強方法によれば、同じ規模の地震波が入力した場合、一対の斜材１２，１２を設けたことによって剛性が高くなる分だけ、既設のＲＣ柱２に生じる応答変位は大幅に減少するとともに、一対の斜材１２，１２によって履歴減衰特性が発揮される分だけ、既設のＲＣ柱２の応答変位がさらに抑制されるとともに、応答部材力も低減する。また、ＲＣ柱２の振動もすみやかに収斂させることができる。
【００５３】
本実施形態では、履歴減衰特性を有する極軟鋼等の履歴減衰材料１３をロッド材１４，１４の間に介在させてなる斜材１２で本発明の斜材を構成したが、第１実施形態と同様、これに代えて図６に示す斜材を用いるようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、斜材１２をフーチング８とＲＣ柱２にピン接合するようにしたが、第１実施形態と同様、やはりピン接合に代えて剛接合としてもかまわない。
【００５５】
斜材１２の配置数あるいは配置形態についても第１実施形態と同様であり、必ずしも対で配置する必要はなく、単体の斜材１２をＲＣ柱２の脚部側方に配置するようにしてもよいし、ＲＣ柱２を取り囲むように複数配置してもかまわない。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る柱脚構造及び耐震補強方法によれば、斜材による履歴減衰作用により、地震時応答変位及び地震時応答部材力を従来よりも大幅に低減させることができる。また、斜材に水平剛性を負担させることができるため、コンクリート柱の断面を小さくすることが可能となり、コンクリート柱の規模、ひいてはフーチングや杭の規模を小さくすることが可能となり、例えばかかる柱脚構造を高架橋の下部構造に適用したならば、該下部構造の構築コストを大幅に低減することが可能となる。
【００５７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る柱脚構造が適用される高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【図２】本実施形態に係る柱脚構造の詳細図。
【図３】本実施形態に係る柱脚構造の作用を示した図。
【図４】同じく本実施形態に係る柱脚構造の作用を示した図。
【図５】同じく本実施形態に係る柱脚構造の作用を示した図。
【図６】変形例に係る斜材の詳細図。
【図７】変形例に係る柱脚構造が適用される高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【図８】別の変形例に係る柱脚構造が適用される高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【符号の説明】
２                          ＲＣ柱（コンクリート柱）
８                          フーチング
１１、１１ａ、１１ｂ        柱脚構造
１２、１２ａ、１２ｂ        斜材
【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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