(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸方向鉄筋の重ね継手部を補強鉄筋で内包する鉄筋コンクリート部材の補強方法であって、
前記補強鉄筋は軸方向鉄筋と離間し、かつ補強鉄筋は相互に接する、又は補強鉄筋の直径以下の間隔で配置され、
重ね継手部の耐力比が５以上のとき、重ね継手長を軸方向鉄筋の直径の２５倍以上としてじん性率１０以上を確保するようにしたことを特徴とする鉄筋コンクリート部材の重ね継手部補強方法。
【請求項２】
複数の軸方向鉄筋の重ね継手部を補強鉄筋で内包する鉄筋コンクリート部材の補強方法であって、
前記補強鉄筋は軸方向鉄筋と離間し、かつ補強鉄筋は相互に接する、又は補強鉄筋の直径以下の間隔で配置され、
重ね継手部の耐力比が２以上のとき、重ね継手長を軸方向鉄筋の直径の３０倍以上としてじん性率１０以上を確保するようにしたことを特徴とする鉄筋コンクリート部材の重ね継手部補強方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法において、重ね継手部の軸方向鉄筋は相互に密着又は離間された状態で配置することを特徴とする鉄筋コンクリート部材の重ね継手部補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の鉄筋コンクリート部材の重ね継手部を補強する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート（ＲＣ）ラーメン高架橋において、杭と柱の接合部或いは柱等の継手部は、所要の耐震性能を確保する必要がある。しかし、このような形態の接合部を施工するためには、仮土留工の施工を要し、狭隘な作業空間で杭施工時のスライムを含んだ低強度のコンクリート（杭頭スライム）を除去し、鉄筋組立と型枠の組立、解体を行う必要がある。
【０００３】
これを解決する工法として、従来、杭と柱の接合部は施工時に鋼管を地中に押し込み、完成時にはこの鋼管を杭と柱の接合部の補強として本体利用する方法（根巻き鋼管）が用いられ、本出願人は既に提案している（特許文献１）。この工法では杭の杭頭スライムの除去が不要で、杭と柱鉄筋の接合も不要となるが、根巻き鋼管が高価であるという問題がある。
【０００４】
そこで、高価な根巻き鋼管を使用せず、杭と柱の鉄筋の重ね継手部の周囲をスパイラル鋼材で囲み、コンクリートを打設する工法も本出願人は提案している（特許文献２）。
【特許文献１】特開平９−３２８７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−７６３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既提案の杭と柱の鉄筋の重ね継手部の周囲をスパイラル鋼材で囲む工法は、根巻き鋼管の工法に比して安価であるが、十分な強度とじん性率を確保する点でさらに十分な対策を講ずる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を解決しようとするものであり、複数の軸方向鉄筋の重ね継手部を補強鉄筋で囲む鉄筋コンクリート部材の補強方法において、経済的な補強で、かつ十分な強度とじん性率を確保することを目的とする。
本発明は、複数の軸方向鉄筋の重ね継手部を補強鉄筋で内包する鉄筋コンクリート部材の補強方法であって、前記補強鉄筋は軸方向鉄筋と離間し、かつ補強鉄筋は相互に接する、又は補強鉄筋の直径以下の間隔で配置され、重ね継手部の耐力比が５以上のとき、重ね継手長を軸方向鉄筋の直径の２５倍以上としてじん性率１０以上を確保するようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、複数の軸方向鉄筋の重ね継手部を補強鉄筋で内包する鉄筋コンクリート部材の補強方法であって、前記補強鉄筋は軸方向鉄筋と離間し、かつ補強鉄筋は相互に接する、又は補強鉄筋の直径以下の間隔で配置され、重ね継手部の耐力比が２以上のとき、重ね継手長を軸方向鉄筋の直径の３０倍以上としてじん性率１０以上を確保するようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、重ね継手部の軸方向鉄筋は相互に密着又は離間された状態で配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、軸方向鉄筋の重ね継手部を補強鋼材で囲むことで経済的な補強が可能であり、重ね継手部の耐力比が５以上のとき重ね継手長を軸方向鉄筋の直径の２５倍以上、重ね継手部の耐力比が２以上のとき、重ね継手長を軸方向鉄筋の直径の３０倍以上とすることでじん性率１０以上を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、例えば、図１に示すような鉄道高架橋１を支える杭２と柱３の接合部（重ね継手部）４における補強方法を提案するものであり、重ね継手部の補強鋼材としてスパイラル鉄筋を用いた例について以下に説明する。なお、本発明は、補強鋼材としてスパイラル鉄筋に限らずフープ筋等を用いるようにしてもよい。
【０００９】
図２は重ね継手部を説明する概念図であり、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）は横断面図である。
図示の例では、鉄筋コンクリート部材１０の軸方向鉄筋１１を内側、鉄筋コンクリート部材２０の軸方向鉄筋２１を外側にして継手長Ｌに渡って軸方向鉄筋が相互に重なっていて、これを包囲して重ね継手長Ｌより長い範囲に渡って補強鋼材としてのスパイラル鉄筋３０が所定のピッチで巻回され、その周囲に型枠を配置してコンクリートを打設することで鉄筋コンクリート部材１０、２０を接合する。なお、ここでは重ね継手部の帯鉄筋等は図示を省略している。重ね継手部は直近の軸方向鉄筋１１、２１が対となって相互に力の伝達を行うが、対をなしている軸方向鉄筋間は密着又は相互に離間してもよい。すなわち、継手周囲のコンクリートを介して相互に鉄筋に加わる力を伝達するため、重ね継手に引張り力または圧縮力が作用した場合、重ね継手周囲のコンクリートがこの力を伝達する。このとき重ね継手部のコンクリートの周囲をスパイラル鉄筋で包囲し、閉合してコンクリートの変形を拘束している。その結果、鉄筋の引張力および圧縮力の伝達に必要な鉄筋−コンクリート間の付着力を確保することができる。スパイラル鉄筋は、その鉄筋相互を密着させて巻回しても間隔を開けて巻回してもよく、間隔を開ける場合は鉄筋の直径以下の間隔とすることが望ましい。また、間隔を開ける場合その間隔は一定でなくてもよい。
【００１０】
次に本実施形態における具体的仕様を決定するために行った実験について説明する。
まず、試験体形状について説明する。
図３はフーチング４０直上の柱部に低強度のスライム部を設け、スライム部の上に杭と柱の重ね継手を設けた試験体形状Ａ（スライム有）であり、図３（ａ）は縦断面図、図３（ｂ）は横断面図である。試験体形状Ａでは柱鉄筋を外側、杭鉄筋を内側に配置し、重ね継手部を包囲する外巻きスパイラルに加えて、一部杭鉄筋を包囲して内巻きスパイラルを設けている（図３（ｂ））。
図４はフーチング４０直上に杭と柱の重ね継手を設けた試験体形状Ｂ（スライム無）であり、図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は横断面図である。試験体形状Ｂでは柱鉄筋を内側、杭鉄筋を外側に配置している。
【００１１】
試験体形状Ａ、Ｂともスパイラル高さ（スパイラル鉄筋の高さ）は柱の径（Ｄ）に等しく、柱に所定の軸力（荷重）を加え、所定のせん断スパンの位置に左右方向に水平力を交番的に加えるようにしている。
【００１２】
表１は試験体パラメータ一覧、表２は試験結果一覧をそれぞれ示している。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
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【００１５】
表１において、試験体Ｎｏ．１〜４は試験体形状Ａ（図３）、試験体Ｎｏ．５〜１８は試験体形状Ｂ（図４）で試験を行った。柱径（図３、図４参照）は、試験体Ｎｏ１８が７００ｍｍで、それ以外は５００ｍｍである。せん断スパンはフーチング天端から水平力を加える位置までの距離、ＳＰ径はスパイラル鉄筋の径、ＳＰ断面はスパイラル鉄筋の太さ、ＳＰピッチはスパイラル鉄筋の巻回ピッチでカッコ内は内巻きスパイラルのピッチである。なお、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３は内巻きスパイラルを設けていない。
【００１６】
ＳＰ筋比はスパイラル鉄筋によるせん断補強度を示し、これを図５により説明する。
図５において、スパイラル鉄筋の断面積（太さ）をＡｓｐ、らせん直径をｂ、らせんピッチをｓとしたとき、ＳＰ筋比は、図の斜線部の面積（ｂ・ｓ）に対する鉄筋の断面積の比Ａｓｐ／ｂ・ｓで表される。
【００１７】
鉄筋径はＤ１３（ｍｍ）、Ｄ１６（ｍｍ）、Ｄ１９（ｍｍ）を使用した。鉄筋本数は柱、杭それぞれ同数であり、軸方向鉄筋比は、柱断面積に対して鉄筋が占める面積の比である。
【００１８】
継手の空きは、軸方向鉄筋同士が重なっている長さ（ＬＳ）を継手、軸方向鉄筋の芯間隔に軸方向鉄筋の径を差し引いた正味の離隔を空きとしている。重ね継手長は、継手のあきを加味して正味の継手長Ｌｓとしており、これを図６により説明する。
図６において、軸方向鉄筋の離隔（各鉄筋の中心線間の距離）が５φ（鉄筋径の５倍）である場合、あきは４φである。そして、軸方向鉄筋間は４５度線で力の伝達がなされていることを考慮して上下の部分を差し引いて、重ね継手長Ｌｓ＝ＬＳ−２×４φとしている。表１において、試験体Ｎｏ．１〜４はこのように補正をしており、カッコ内は補正前の値である。なお、試験体Ｎｏ．５〜１８は継手の空きが１φであるため、ＬＳをそのまま継手長Ｌｓの値とした。
【００１９】
次に試験方法について表３により説明する。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
試験は水平交番載荷試験により行った。柱頭部に鉛直ジャッキで表２に示す軸方向圧縮力を作用させ、フーチング天端から高さ１．１５ｍ（Ｎｏ．１８は１．７０ｍ）の載荷点で静的に水平交番載荷試験を行った。水平交番載荷試験時の降伏変位δｙは、最外縁の軸方向鉄筋のひずみが材料試験結果から求めた降伏ひずみ（表２の降伏ひずみ参照）に達したときの水平変位を１δとした。その後、降伏変位（δｙ）の整数倍について繰り返し水平載荷を行った。表３は、各試験体における載荷した水平変位を示している。
【００２２】
試験体の各パラメータの決定には、柱の根本における耐力比ならびに柱と杭の軸方向鉄筋継手長について考慮した。耐力比は、次のように定義される。
Ｖｙ／Ｖmu：耐力比
Ｖｙ：設計せん断耐力
Ｖｙ＝Ｖｃ＋Ｖｓ
Ｖｃ：せん断補強鋼材を用いない棒部材の設計せん断耐力（主にコンクリートが受け持        つせん断耐力で、有効高さ、軸方向鉄筋、軸力の影響を加味）
Ｖｓ：せん断補強鋼材により受け持たれる棒部材の設計せん断耐力（スパイラル鉄筋が        受け持つせん断耐力）
Ｖmu：部材が曲げ耐力に達する時のせん断力
Ｖmu＝Ｍu ／ａ
Ｍu ：曲げ応力
ａ  ：せん断スパン
表２において、軸力は、実際に柱に作用させた荷重であり、押・引は、水平交番裁荷試験で水平アクチュエータが押すときを押し、引くときを引きとし、各荷重は以下の通りである。
【００２３】
降伏荷重（押側）：押したときの柱断面の最外縁の鉄筋が降伏するときの荷重
降伏荷重（引側）：引いたときの柱断面の最外縁の鉄筋が降伏するときの荷重
最大荷重（押側）：押したときで荷重が最も大きいときの値
最大荷重（引側）：引いたときで荷重が最も大きいときの値
また、Ｖｃ、Ｖｓ、Ｖmuは次の通りである。
【００２４】
Ｖｃ：計算結果でコンクリート、軸方向鉄筋等が受け持つせん断耐力
Ｖｓ：計算結果でせん断補強鉄筋（ここではスパイラル鉄筋）が受け持つせん断耐力
Ｖmu：曲げモーメントが最大となるときのせん断力
耐力比は上記したように、（Ｖｃ＋Ｖｓ）／Ｖmuである。
【００２５】
じん性率は、正負交番裁荷試験で得られる荷重変位曲線において、降伏荷重裁荷後、裁荷重が降伏荷重を下回るときの裁荷変位を降伏変位で除した値であり、これを図７により説明する。
図７は荷重と変位の関係の例を示す図である。試験方法は、試験体の根元部分の軸方向鉄筋が降伏するまで、正負１回ずつの裁荷とし、以後は降伏変位の整数倍の変位を変位制御で正負１回ずつ裁荷し、最大荷重が降伏荷重を下回った時点で試験終了とする。図において軸方向鉄筋が降伏する荷重Ｐｙにおける変位をδｙとし、以後は降伏変位をδｙとしてその整数倍の変位を正負１回ずつ裁荷し、最大荷重が降伏荷重Ｐｙを下回った時点で試験終了であり、このときの変位がδｕであり、じん性率はδｕ／δｙである。じん性率が大きいと、部材が降伏してからの粘り強さが大きいことになる。
【００２６】
Ｎｏ．１０、７、１７の試験体は、耐力比が４．２〜５．１とほぼ同程度で、重ね継手長がそれぞれ２０φ、２５φ、３０φである。このときのじん性率は、５．９、１３．５、２１．１となっており、重ね継手長が長いほど降伏荷重裁荷後のエネルギ吸収容量が大きいことが分かる。
【００２７】
図８はＮｏ．１０、７、１７の試験体における柱の軸方向鉄筋高さ５００ｍｍのひずみの推移を示したものである。図から、変位が増大するにもかかわらずひずみが減少しており、付着破壊を起こしているものと考えられる。このときのひずみのピークに着目すると、Ｎｏ．１０は４δ、Ｎｏ．７は７δ、Ｎｏ．１７は１６δとなっている。このことから、重ね継手長が長いほど付着破壊が起こりにくく、重ね継手長が長いものは軸方向鉄筋が健全なコンクリートに付着していることが分かる。
【００２８】
図９はＮｏ．７、Ｎｏ．９の変位と荷重の関係を示したものである。
Ｎｏ．７とＮｏ．９の試験体は、重ね継手長が２５φでコンクリート強度が約２９Ｎ／ｍｍ2 とほぼ同等であるが、スパイラル鉄筋の径とピッチを変えて耐力比を変化させた試験体である。この場合、耐力比はそれぞれ５．１、１３．１であり、Ｎｏ．９の方が降伏荷重裁荷後のエネルギ吸収容量が大きく、じん性率は２２．９（表２）である。そして、Ｎｏ．７の試験後に、フーチングからの高さ３００ｍｍの位置において横方向のひび割れが発生していた。また、ひずみは図８に示したように、最大荷重時以降の７δにおいてピークとなり、それ以降減少傾向となった。このため、高さ３００ｍｍ以下で付着破壊を起こしているものと考えられる。
【００２９】
一方、Ｎｏ．９の試験後の軸方向鉄筋は、切断されて実験が終了している。これは継手部の付着破壊が起こる前に低サイクル疲労による鉄筋破断が生じたと考えられる。このことからスパイラル鉄筋によるコアコンクリートが健全で、拘束力が小さい（耐力比が小さい）と付着破壊が生じやすく、拘束力が大きい（耐力比が大きい）と、継手部における付着が大きくなると考えられる。
【００３０】
図１０は継手長と耐力比との関係を示し、図１１は全試験体の重ね継手長、耐力比、じん性率の関係を示している。
上記に示したように、じん性率が大きいと部材が降伏してからの粘り強さが大きいことになり、じん性率１０を確保すれば急激な耐力低下がなく、十分な変形性能を保持することが可能である。そこで、本発明ではじん性率１０以上を確保する条件を考慮した。
【００３１】
図１１に示すように、重ね継手長ごとに耐力比とじん性率には線形関係が見られた。このうち試験体Ｎｏ．３，４，８，１８については、表２に示したとおり試験機の能力上、終局時のじん性率の確認が不可能であったため、実際は示しているじん性率より大きい値をとる。この結果から、耐力比が５以上で、重ね継手長が２５φ以上となるようにスパイラル鉄筋を補強すればじん性率１０以上を確保することがわかり、このことは図８、図９の結果からも結論できる。
【００３２】
また、試験体Ｎｏ．８、１７の線形関係（図１１）に着目し、さらに試験を行った結果、耐力比が２以上のとき、重ね継手長が３０φ以上であればじん性率１０以上を確保できることも分かった。
【００３３】
なお、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４ではスライム部を有し、Ｎｏ．２とＮｏ．４は内巻きスパイラルを有している。Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の試験体のじん性率はそれぞれ９．６、１４．８で内巻きスパイラルを有する試験体の方が大きいが、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４の試験体のじん性率は両者ともじん性率が２０以上でほぼ同じである。このことから、耐力比が２０以上の条件、重ね継手長が１２φ以上であれば、内巻きスパイラルの存在の有無に関係なく、じん性率が２０以上となることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば経済的な補強が可能であり、じん性率１０以上を確保することが可能となるので産業上の利用価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】鉄道高架橋の杭と柱の接合部への本発明の適用を説明する図である。
【図２】重ね継手部を説明する概念図である。
【図３】試験体形状を説明する図である。
【図４】試験体形状を説明する図である。
【図５】ＳＰ筋比を説明する図である。
【図６】重ね継手長を説明する図である。
【図７】荷重と変位の関係の例を示す図である。
【図８】ひずみの推移を示した図である。
【図９】変位と荷重の関係を示した図である。
【図１０】継手長と耐力比との関係を示した図である。
【図１１】全試験体の重ね継手長、耐力比、じん性率の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，２０…鉄筋コンクリート部材、１１，２１…軸方向鉄筋、３０…スパイラル鉄筋。
【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】
0004519088.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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