(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設されたコンクリート躯体と、前記コンクリート躯体の長手方向に延びて埋設された構造用主鉄筋と、前記構造用主鉄筋よりも高強度を有し主鉄筋の内側にほぼ平行に延びて埋設された芯材とを備える鉄筋コンクリート製柱状部材において、
前記芯材を鞘管等のアンボンド層により周囲のコンクリート躯体と隔てて配設すると共に、当該芯材の上下両端部または下端部をコンクリート躯体に当接し、この芯材の当接端部と前記アンボンド層端部に配設の定着部材との間を可縮性部材配設区間とし、当該区間に配設した可縮性部材の圧縮により芯材一端部側へコンクリート躯体が相対変位可能とし、柱状部材の大変形時における可縮性部材の圧縮代解消により、芯材の弾性的作用が前記定着部材を介してコンクリート躯体に伝達されて外力に抵抗することを特徴とする鉄筋コンクリート製耐震柱状部材。
【請求項２】
前記可縮性部材がゴムまたはコイルばねまたは皿ばね等からなることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート製耐震柱状部材。
【請求項３】
前記可縮性部材の圧縮代が前記コンクリート躯体および主鉄筋の降伏点変位を考慮して設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄筋コンクリート製耐震柱状部材。
【請求項４】
前記芯材の上下両端部または下端部を、コンクリート躯体に埋設の可動定着部材ユニットに定着し、この可動定着部材ユニットは、所定の間隔を離して配設した上下の定着板と、両板の間に挟まれて固着されたケーシングと、定着板の開口を通してケーシング内に進入し、端部が定着板に当接し、この端部に押圧プレートを固着した芯材端部と、押圧プレートと定着板との間の可縮性部材配設区間Ｓに配設した可縮性部材とから構成されている請求項１〜３の何れかに記載の鉄筋コンクリート製耐震柱状部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震性に優れたＲＣ（鉄筋コンクリート）製柱状部材の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高い耐震性を持つ柱状部材としては、従来、例えばＰＣ（プレストレストコンクリート）製の柱状部材が知られており、これはプレストレス（予加応力）を与えて柱状物の実質的な耐力および剛性を上げておくことで、残留変位を小さくしようとするものである。しかし、ＰＣ製の柱状部材は、プレストレスによりコンクリートに常時、外力を打ち消す方向の応力が負荷されているため、コンクリートの圧壊によって定義される耐力相当の変形が、通常のＲＣ製の柱状部材よりも小さくなり、変形性能が減少するという欠点を有する。
【０００３】
一方、従来、各種強度の鉄筋を混用したＲＣ製の柱状部材も知られており、これは異なった降伏強度を有する鉄筋を導入し、それらの鉄筋が順次降伏することにより荷重−変形関係に二次剛性を付与することを目的としている。ただし、大変形時には、全ての鉄筋が降伏するため、弾性的な復元力を確保することができず、残留変形の低減も困難である。
【０００４】
一般の耐震設計では、比較的頻度の高いレベルＩの地震動に対しては強度設計を行い、頻度は低いが強烈なレベルＩＩの地震動に対しては部材の塑性領域を含め変形性能を評価する保有水平耐力照査を行う、二段階設計を行っているが、例えば橋脚については、大地震後も比較的早期に修復可能なものとするために、残留変形が橋脚高さの１／１００であることをも同時に要求している。
【０００５】
すなわち、耐震性に富む橋脚とは、レベルＩの地震動に対しては高い耐力を備え、レベルＩＩの地震動に対しては大きな靭性と小さな残留変形という性能を兼ね備えた橋脚といえるが、特にレベルＩＩの地震動における大きな靭性と小さな残留変形との要求項目は相反する要求であり、従来のＲＣ橋脚では実現することが極めて困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、柱状部材の大変形時に弾性的に対応可能に強化し、塑性変形域における靭性の強化および残留変位の低減を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は次のように構成する。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、立設されたコンクリート躯体と、前記コンクリート躯体の長手方向に延びて埋設された構造用主鉄筋と、前記構造用主鉄筋よりも高強度を有し主鉄筋の内側にほぼ平行に延びて埋設された芯材とを備える鉄筋コンクリート製柱状部材において、前記芯材を鞘管等のアンボンド層により周囲のコンクリート躯体と隔てて配設すると共に、当該芯材の上下両端部または下端部をコンクリート躯体に当接し、この芯材の当接端部と前記アンボンド層端部に配設の定着部材との間を可縮性部材配設区間とし、当該区間に配設した可縮性部材の圧縮により芯材一端部側へコンクリート躯体が相対変位可能とし、柱状部材の大変形時における可縮性部材の圧縮代解消により、芯材の弾性的作用が前記定着部材を介してコンクリート躯体に伝達されて外力に抵抗することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記可縮性部材がゴムまたはコイルばねまたは皿ばね等からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記可縮性部材の圧縮代が前記コンクリート躯体および主鉄筋の降伏点変位を考慮して設定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記芯材の上下両端部または下端部を、コンクリート躯体に埋設の可動定着部材ユニットに定着し、この可動定着部材ユニットは、所定の間隔を離して配設した上下の定着板と、両板の間に挟まれて固着されたケーシングと、定着板の開口を通してケーシング内に進入し、端部が定着板に当接し、この端部に押圧プレートを固着した芯材端部と、押圧プレートと定着板との間の可縮性部材配設区間Ｓに配設した可縮性部材とから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明によると、柱状部材が引張外力を受けた場合、まずコンクリートおよび主鉄筋が外力を負担し変位する。これと同時に芯材下端部の可縮性部材が圧縮される。芯材は可縮性部材が圧縮されつつある間は引張力を負担しないが、例えば、主鉄筋の引張降伏点変位を越える塑性変位区間に入ると、可縮性部材の圧縮代はなくなり、高強度の芯材が定着部材を介してコンクリート躯体に負担メンバーとして加わる。こうして、柱状部材の塑性域において芯材の作用が付加され、芯材が弾性的に抵抗するため、柱状部材の靭性は増大し、弾性的な復元力の付与により残留変位が小さくなる。反対に、柱状部材が圧縮外力を受けた場合は、芯材の下端がコンクリート躯体と当接していることで、当該芯材が抵抗し、本来圧縮に強いコンクリートの圧縮強度が芯材によって一層補強される。
【００１３】
また、芯材の上下両端部に可縮性部材を配置した場合には、柱状部材が引張力、圧縮力のいずれの外力を受けた場合にも、外力に対する芯材の同様の作用が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態について図１〜図１１を参照して説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の鉄筋コンクリート（ＲＣ）製橋脚の構造を模式的に示す構造図である。図２、図３と図４はそれぞれ図１のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、C−C断面図である。図５〜図８は要部の構造についての説明図である。また、図９〜図１１は負荷時の特性を示す説明図である。
【００１６】
図１〜図４に示すように、柱状部材の一例として示す、鉄筋コンクリート（ＲＣ）製橋脚１は、従来の通常のＲＣ製橋脚と同様に、コンクリート躯体１ａと、そのコンクリート躯体１ａの表面付近にその長手方向に延びて埋設された構造用主鉄筋１ｂと、長手方向に直交して主鉄筋１ｂを囲むように埋設された横拘束鉄筋１ｃを主要素として構成され、これに加えて鞘管３と共に、主鉄筋１ｂの内側に基礎部分１ｄから橋脚１の中間部分まで延びて配置された複数（ここでは４本）の高強度の芯材２が付加されて構成されている。
【００１７】
芯材２は、例えば高弾性鋼棒で構成されると共に、図１に示すように、前記の鞘管３はアンボンド層を形成する部材の一例として示され、芯材２の外部にその略全長に亘って嵌合され、この鞘管３を介して、芯材２が周囲のコンクリート躯体１ａから隔てられて配置されることで、アンボンド区間Ｄが設けられている。芯材２と鞘管３との隙間は芯材２の座屈防止のために小さく抑えられている。
【００１８】
芯材２の上端部２ａは、橋脚１の中間部分の内部において、通常の構造の定着部４により、コンクリート躯体１ａに定着されているが、芯材２の下端部２ｂは、コンクリート躯体１ａに埋設された可動定着部材ユニット５により、後述の可縮性部材７の圧縮を介して、当該芯材２を伸長する方向の外力を負担するように構成されている。
【００１９】
可動定着部材ユニット５は、詳細を図５に示すように、所定の間隔を離して平行配設した上下の定着板６ａ、６ｂと、両定着板６ａ、６ｂの間に挟まれ両端が閉塞されるようにして両板に固着された筒状のケーシング１０と、上部定着板６ａの開口１１を通してケーシング１０内に進入した芯材２の下端部２ｂと、この下端部２ｂに螺着したナット２ｅからなる押圧プレート２ｃと、ケーシング１０内において、押圧プレート２ｃと上部定着板６ａの間の可縮性部材配設区間Ｓに配設した可縮性部材の一例として示す、コの字状縦断面を有するゴム部材７から構成されている。
【００２０】
前述の構成において、橋脚１が引張り外力を受けた場合に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、芯材２はゴム部材７の圧縮により上方への変位が許容されている。ゴム部材７の圧縮代Ｓ1の設定は、例えば橋脚１が引張り外力を受けて主鉄筋１ｂが降伏し、塑性域に入るときの変位量よりも若干小さい値に圧縮代Ｓ1を設定するなど調整可能に設定する方法がとられる。これにより、主鉄筋１ｂが塑性変形域（橋脚１が大変形領域）に入っても、芯材２が引張り外力に対して弾性的に挙動する開始時期を調整することが可能となる。
【００２１】
この弾性挙動を示すようにするため、芯材２には主鉄筋１ｂよりも高強度の材料、例えば既述の高弾性鋼棒や、高強度鉄筋、アラミド繊維等の新素材が用いられている。また、芯材２の全長の設定は、橋脚１の大変形領域において、例えば芯材２が降伏せずに弾性的伸び量にて振舞うことができるように設定する。
【００２２】
このように、橋脚１の耐震機能が効果的に発揮されるためには、高強度の芯材２が橋脚１の大変形時においても弾性挙動しなければならない。そのため前記のように、芯材２には構造用主鉄筋１ｂよりも高強度のものを用い、かつこの芯材２は構造用主鉄筋１ｂよりも変位の少ない内部に配置し、芯材２とコンクリート躯体１ａとが付着しないアンボンド区間Ｄを設けることにより、図９（ｂ）に示すように、芯材２の変位（歪み）はその全長に亘って均一化される。図９（ａ）は、比較のために芯材２が配設されていない通常のＲＣ製橋脚の場合を示す。
【００２３】
なお、可動定着部材ユニット５の可縮性部材配設区間Ｓに配設する可縮性部材としては、前述のゴム部材７に代えて、図６、図８にそれぞれ示すコイルばね８、皿ばね９を配設させる構成をとっても勿論よい。図６、図８（ａ）は、ばね８，９の取り付け状態を示し、図６、図８（ｂ）は圧縮された状態を示す。
【００２４】
このような構成により、図１０（ａ）に示すような通常のＲＣ製橋脚の変位−復元力関係に、同図（ｂ）に示すような芯材２の弾性的な変位−復元力関係を付加することができるので、同図（ｃ）に示すように、ＲＣ製橋脚１の変位−復元力関係の塑性域において芯材２の復元力（二次剛性）を付与することができ、これにより、ＲＣ製橋脚１の塑性域における靭性の増大と残留変形の低減が得られる。
【００２５】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、残留変位の低減の原理を示す。すなわち、通常の鉄筋コンクリート構造を持つＲＣ製橋脚のみでは、図１０（ａ）に示すように塑性域における剛性が極めて低いことから、図１１（ａ）に示すように大地震後の残留変位が大きなものとなる。しかし、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）に示すような高強度の芯材２をアンボンド区間Ｄおよびゴム部材７の圧縮代（不感帯）Ｓ1を設けて付加することで、  図１１（ｃ）に示すように、変位がゴム部材７の圧縮代Ｓ1より小のときはＲＣ製橋脚のみの場合と同じ履歴を呈し、変位が大きくて圧縮代Ｓ1がなくなると芯材２の弾性的な復元力が付与されて、ＲＣ製橋脚のみの場合よりも残留変位が小さくなる。
【００２６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図１１、図１２を参照して説明する。図１２は本実施形態の鉄筋コンクリート（ＲＣ）製橋脚１ｅ（柱状部材）の構造を模式的に示す構造図である。
【００２７】
本実施形態は、芯材２の上下両端部２ａ，２ｂにゴム部材７等の可縮性部材を設けている点が、前記第１実施形態（下端部２ｂのみ）と相違する。その構成は同じであるので、同一要素に同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２８】
図１２に示すように、芯材２の上下両端部２ａ，２ｂは共にゴム部材７を介して、可動定着部材ユニット５の一方の定着板６ａに設置されている。したがって、芯材２はゴム部材７の圧縮により上方への変位と共に、下方への変位が許容され、橋脚の引張、圧縮いずれの大変形領域においても、芯材２が弾性的に挙動できるように調整可能となる。
【００２９】
また、逆に芯材２の上下両端部部２ａ，２ｂにおける定着部５のゴム部材７を廃止した場合には、図１１（ｄ）に示すように橋脚に作用する外力に対して直ちに芯材２が抵抗し、図１１（ｅ）に示すように残留変位は小さくなるが、同変位時におけるエネルギー吸収量はＲＣ製橋脚のみの場合と同じとなる。
【００３０】
なお、前記の各実施形態ではＲＣ製橋脚１について説明したが、本発明はＲＣ製橋脚１に限定されるものではなく、その他各種のＲＣ製柱状部材に適用できることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、柱状部材の大変形時で主鉄筋が降伏して塑性域に入ると、高強度の芯材が外力に対して弾性的に抵抗するため、柱状部材の靭性は増大し、弾性的な復元力の付与により残留変位が小さくなって、靭性は大、残留変位は小という相反する要求に対応することが可能となり、さらに、柱状部材が圧縮外力を受けた場合は、芯材の下端がコンクリート躯体と当接していることで、当該芯材が抵抗し、本来圧縮に強いコンクリートの圧縮強度が芯材によって一層補強される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の鉄筋コンクリート（ＲＣ）製橋脚の構造を模式的に示す構造図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の要部の構造を示す断面説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の要部の構造変更例を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、図５（ａ）のＥ−Ｅ線の断面図、（ｂ）は、図６（ａ）のＦ−Ｆ線の断面図である。
【図８】第１実施形態の要部の構造変更における他の例を示す説明図である。
【図９】第１実施形態における芯材の歪みを通常の構造の場合と比較して示す説明図である。
【図１０】第１実施形態の静的特性を示す説明図である。
【図１１】第１実施形態の残留変位を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の鉄筋コンクリート（ＲＣ）製橋脚の構造を模式的に示す構造図である。
【符号の説明】
１，１ｅ  鉄筋コンクリート（ＲＣ）製橋脚（柱状部材）
１ａ  コンクリート躯体
１ｂ  構造用主鉄筋
１ｃ  横拘束鉄筋
１ｄ  基礎部分
２    芯材
２ａ  上端部
２ｂ  下端部
２ｃ  押圧プレート
３    鞘管
４    定着部
５    可動定着部材ユニット
６ａ，６ｂ  定着板
７    ゴム部材（可縮性部材）
８    コイルばね（可縮性部材）
９    皿ばね（可縮性部材）
１０  ケーシング
１１  開口
【図１】
0004346259.tif 000002
【図２】
0004346259.tif 000003
【図３】
0004346259.tif 000004
【図４】
0004346259.tif 000005
【図５】
0004346259.tif 000006
【図６】
0004346259.tif 000007
【図７】
0004346259.tif 000008
【図８】
0004346259.tif 000009
【図９】
0004346259.tif 000010
【図１０】
0004346259.tif 000011
【図１１】
0004346259.tif 000012
【図１２】
0004346259.tif 000013