(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が長方形形状のコンクリート橋脚柱と、前記コンクリート橋脚柱内に配置された鉄筋とを含み、前記コンクリート橋脚柱内に、底面から上方向に向かって段階状に細径となるように形成された勾配補強材をさらに含み、
前記コンクリート橋脚柱の四隅に前記鉄筋が貫通され、前記勾配補強材は、前記鉄筋の間であって、前記コンクリート橋脚柱の表面近くに配置される、ことを特徴とする耐震性能勾配を有する橋脚柱。
【請求項２】
前記橋脚柱内のコンクリートは、通常のポルトランドセメントコンクリート、高延性コンクリート、又は高性能コンクリートである、ことを特徴とする請求項１に記載の耐震性能勾配を有する橋脚柱。
【請求項３】
前記勾配補強材は、繊維筋又は形状記憶合金筋である、ことを特徴とする請求項１に記載の耐震性能勾配を有する橋脚柱。
【請求項４】
前記鉄筋は、一般に、橋脚柱の全長内に配置され、前記勾配補強材は、橋脚柱の全長内に配置されてもよく、全長の一部内に配置されてもよい、ことを特徴とする請求項１に記載の耐震性能勾配を有する橋脚柱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート橋脚柱の技術分野に関し、特に、耐震性能勾配を有する橋脚柱及びその建設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震は大きな破壊力を持つ自然災害であり、世界中で強い地震が頻繁に発生し、人々の生命や財産に深刻な脅威を与えている。橋梁構造のコンクリート橋脚柱と建物構造のコンクリート柱は、地震の横荷重に耐えるための重要なコンポーネントであり、地震による損傷を受けやすく、それにより人的及び物的損害を引き起こすため、橋脚柱の耐震性能レベルを大幅に改善することが急務である。
【０００３】
現在、地震の影響に抵抗するために、コンクリート橋脚柱（橋脚や構造柱などを含む）は、一般に延性耐震設計を採用している。地震の作用下で、橋脚柱は大幅な塑性変形を受けて地震の影響に抵抗し、地震によるエネルギー入力を放散して、倒れたり破損したりしないことを保証する。しかし、従来技術では、コンクリート橋脚柱は、地震の作用下で塑性変形ゾーンの範囲が小さいため、橋脚柱は、限界変形能力が限定的であり、損傷が集中し、損傷度が大きく、耐震レベルが低く、構造耐震性に対する現在の一般市民の要件を満たすことは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第２０８２６６６６９号明細書
【０００５】
本考案は、耐震橋梁の橋脚柱を開示し、橋梁設計の技術分野に関し、該装置は、支承板であって、その上に溝が設けられる支承板と、上橋脚柱であって、その上に溝と一致する凸状リブが設けられ、且つ凸状リブにより支承板の片側に固定される上橋脚柱と、下橋脚柱であって、上橋脚柱の反対側に配置され、且つ支承板のその他側に固定される下橋脚柱と、及び耐震装置であって、それは、間隔を置いて対向配置される上ベースと下ベースを含み、下ベースが上橋脚柱に固定され、上ベースと下ベースが間隔を置いて配置される２つの伸縮ロッドにより接続され、且つ上ベースと下ベースとの間には第１防振ばねがさらに接続され、下ベースには第２防振ばねが設けられ、第１防振ばねと第２防振ばねがいずれも間隔を置いて配置される２つの伸縮ロッドの間に位置する耐震装置と、を含む。本考案の耐震橋梁の橋脚柱は、振動衝撃による影響をより良く除去することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記技術的問題を解決するために、本発明は、従来技術におけるコンクリート橋脚柱の耐震レベルが低いという技術的問題を解決するための耐震性能勾配を有する橋脚柱及びその建設方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の耐震性能勾配を有する橋脚柱の技術的解決手段は、以下のとおりである。
【０００８】
耐震性能勾配を有する橋脚柱は、コンクリート橋脚柱と、前記コンクリート橋脚柱内に配置された鉄筋とを含み、前記コンクリート橋脚柱内に段階状に配置された勾配補強材をさらに含む。
【０００９】
上記技術的解決手段のさらなる改善として、前記橋脚柱におけるコンクリートは、通常のポルトランドセメントコンクリート、高延性コンクリート、又は高性能コンクリートである。
【００１０】
上記技術的解決手段のさらなる改善として、前記勾配補強材は、繊維筋又は形状記憶合金筋である。
【００１１】
上記技術的解決手段のさらなる改善として、前記鉄筋は通常、橋脚柱の全長内に配置される。前記勾配補強材は、橋脚柱の全長内に配置されてもよく、全長の一部内に配置されてもよい。
【００１２】
上記技術的解決手段のさらなる改善として、前記勾配補強材の断面積は、橋脚柱の高さ方向に連続的に変化して段階状に配置された配筋を形成でき、又は橋脚柱の高さ方向にマルチレベルで変化して段階状に配置された配筋を形成でき、各レベル内での勾配補強材の面積は、変化しない。
【００１３】
本発明の耐震性能勾配を有する橋脚柱の建設方法は、以下の主要なステップを含む。
【００１４】
ステップＳ１：地震の作用下で構造物における橋脚柱の応力状態を決定する。
【００１５】
ステップＳ２：地震応力状態に応じて、橋脚柱の性能勾配の大きさと勾配の実現方法を決定する。
【００１６】
ステップＳ３：耐震目標と性能勾配目標に従って設計し、段階状に配置された勾配補強材の高さと数を含む橋脚柱のサイズ、材料及び配筋を決定する。
【００１７】
ステップＳ４：設計に従って橋脚柱を建設する。
【００１８】
上記技術的解決手段のさらなる改善として、ステップＳ２では、耐震性能勾配の大きさは、地震中の性能勾配ゾーンの上部断面が限界曲率に達したときに、性能勾配ゾーンの他の位置の断面曲率がその限界曲率を超えないことを保証する必要がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の耐震性能勾配を有する橋脚柱及びその建設方法は、従来技術と比較して、以下の有益な効果を有する。
【００２０】
本発明の耐震性能勾配を有する橋脚柱は、コンクリート橋脚柱に主筋を段階状に配置されることにより耐震性能勾配を形成し、耐震性能の勾配変化は、地震の作用下で橋脚柱の性能勾配ゾーンが塑性状態に同時に達できることを保証できる。本発明によって構築された橋脚柱は、塑性変形ゾーンが大幅に大きくなるため、変形性能やエネルギー消費容量などが大幅に向上し、抵抗できる地震ピーク加速度が大幅に増加し、それにより土木構造物の耐震安全性を向上させる。
【００２１】
耐震性能勾配ゾーンを設計計算することにより、各断面材料の力学的特性の利用度合いは、勾配の大きさにより調整されることができ、勾配補強材の構成数と勾配ゾーンの高さにより橋脚柱の地震による損傷の程度を制御できる。
【００２２】
橋脚柱変形が主に非常に小さい１つの塑性ヒンジ領域に集中している従来技術と異なり、本発明によって構築された橋脚柱は、塑性変形ゾーンが大幅に増加し、材料の性能が十分に活用され、建設資材の量が削減される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例に係る耐震性能勾配を有する橋脚柱及びその建設方法における連続勾配コンクリート橋脚柱の配筋図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る耐震性能勾配を有する橋脚柱及びその建設方法におけるマルチレベルの勾配コンクリート橋脚柱の配筋図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図７】橋脚柱の断面曲率と曲げモーメントの関係図である
【図８】橋脚柱の断面曲率と高さの関係図である。
【図９】性能勾配橋脚柱の荷重−変位曲線と非性能勾配橋脚柱の荷重−変位実験曲線の比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面と実施例を参照して、本発明の特定の実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を説明するために使用されるが、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２５】
本発明の耐震性能勾配を有する橋脚柱の具体的な実施例は、コンクリート橋脚柱と、コンクリート橋脚柱内に配置された鉄筋１とを含み、鉄筋の両端は、前記コンクリート橋脚柱の両端まで延びている。耐震性能勾配を有する橋脚柱は、前記コンクリート橋脚柱内に段階状に配置された勾配補強材２をさらに含む。
【００２６】
ここで、コンクリート橋脚柱は、通常のポルトランドセメントコンクリートにより製造してなるものであり、鉄筋１は、通常の鉄筋であり、勾配補強材２は、ガラス繊維補強材を採用している。他の実施例では、ガラス繊維補強材は、形状記憶合金筋によって置き換えられることもできる。
【００２７】
図１、図２及び図３に示すように、連続的に変化する勾配を採用する場合、配筋は、鉄筋１と、断面積が連続的に変化するガラス繊維補強材とを含む。本実施例では、階段状に変化する勾配を採用し、配筋は、鉄筋１と、断面積が階段状に配置されるガラス繊維補強材とを含む。勾配補強材は、２つのセクションに分けられ、具体的には、橋脚柱の下部には、一定の断面積があるガラス繊維補強材が配置され、橋脚柱の上部には、ガラス繊維補強材が配置されておらず、それにより橋脚柱の長さ方向に主筋を階段状に配置することを実現する。
【００２８】
本実施例の耐震性能勾配を有する橋脚柱の建設方法は、以下の主要なステップを含む。
【００２９】
ステップＳ１：まず、地震の作用下で構造物における橋脚柱の応力状態を決定し、決定方法は、応答スペクトル法や地震時刻歴応答解析法などであってもよい。この橋脚柱は、底部の地震曲げモーメントが最大であり、頂部の地震曲げモーメントがゼロである。
【００３０】
ステップＳ２：地震応力状態によれば、橋脚柱の性能勾配を決定する実現方法は、２つのレベルの勾配であり、勾配の大きさは、橋脚柱の底部と、橋脚柱の底面から７０ｃｍ離れるところに同時に塑性ヒンジが現れる。
【００３１】
ステップＳ３：耐震目標と性能勾配の要件に従って、設計と計算により、橋脚柱の高さは、２７０ｃｍであり、断面サイズは、２５ｃｍ×２５ｃｍであり、コンクリートの強度レベルは、Ｃ４５であり、鉄筋１は、ＨＲＢ４２５レベルであり、ガラス繊維補強材の強度は、５００Ｍｐａであり、最大ひずみは、０．０２であると決定される。本実施例では、２つのレベルの勾配を採用し、橋脚柱断面の曲げモーメント−曲率（Ｍ−Φ）曲線に従って分析決定し、配筋は、橋脚柱の４つのコーナーに位置する鉄筋１と、断面の中央に位置する４本のガラス繊維補強材であり、ガラス繊維補強材の直径は、変化せず、構成の高さは、橋脚柱の底部から７０ｃｍ離れ、それは、図４、図５及び図６に示すとおりである。２つのレベルは、それぞれ橋脚柱の底部から７０ｃｍ離れる範囲内にあり、７０ｃｍから橋脚柱の頂部までの範囲内にあり、この構成では、橋脚柱の底部と橋脚柱の底部から７０ｃｍ離れる断面での荷重能力は、ステップＳ１で得られた橋脚柱の該位置での地震応力状態に対応しており、すなわち、２つの領域は、塑性状態に同時に入ることができる。
【００３２】
本実施例では、ガラス繊維補強材は、比較的大きな変形能力と線形弾性の構成関係を有し、鉄筋が降伏した後、ガラス繊維補強材が配置される断面の支持能力は、連続的に増加でき、これは、耐震性能勾配を実現するのに有利である。比較のために、４本の鉄筋と４本のガラス繊維補強材を使用する別のコンクリート橋脚柱を設計し、違いは、この橋脚柱のガラス繊維補強材が橋脚柱の高さに沿って全長に配置され、勾配を形成しないことであり、他のパラメータは、全く同じである。
【００３３】
各レベルの勾配ゾーンでの断面の損傷程度を制御するために、勾配補強材２の構成数を増加又は減少することにより実現されることができる。図７に示すように、底部での勾配補強材２の構成数を増加させると、同じ曲げモーメントの作用下で勾配ゾーンの断面曲率は、減少し、図中の断面最大曲率は、Φ２からΦ１に減少し、損傷程度は、減少し、ただし、段階状に配置された配筋を減少した後、勾配ゾーンの損傷程度は、大きくなり、図中の断面曲率は、Φ２からΦ３に増加する。
【００３４】
ステップＳ４：設計に従ってコンクリート橋脚柱を製造し、コンクリート橋脚柱の製造と保守は、従来技術であり、ここでは改めて言及しない。
【００３５】
本発明の耐震性能勾配を有する橋脚柱の耐震性能を試験するために、本実施例では、耐震試験を実施した。試験の結果は、図８に示すように、耐震性能勾配を有するコンクリート橋脚柱は、勾配の各レベル領域でいずれも比較的大きな塑性変形を発生しており、断面曲率も、それぞれ橋脚柱の底部と橋脚柱の底部から７０ｃｍ離れるところに１つのピークがあることを示している。図８に示すように、耐震性能勾配を有しないコンクリート橋脚柱は、橋脚柱の底部にのみ１つの塑形塑性変形ゾーンがあり、断面曲率も、橋脚柱の底部にのみ１つのピークがある。図９に示すように、耐震性能勾配を有しないコンクリート橋脚柱と比較すると、耐震性能勾配を有するコンクリート橋脚柱の限界横力は、基本的に変化しないが、限界変位は、大幅に増加し、耐震性能は、向上している。同時に、耐震性能勾配を有するコンクリート橋脚柱におけるガラス繊維補強材の量は、少ないため、材料コストは、低い。
【００３６】
本発明は、耐震性能勾配を有する橋脚柱及びその建設方法を提供し、それは、従来技術と比較して以下の利点を有する。
【００３７】
本発明の耐震性能勾配を有する橋脚柱の建設方法は、コンクリート橋脚柱に勾配補強材２を配置することにより耐震性能勾配を形成し、耐震性能の勾配により、地震時に橋脚柱性能勾配ゾーンが塑性状態に同時に達できることを保証できる。本発明によって構築された橋脚柱は、塑性変形ゾーンが大幅に大きくなり、それにより変形性能やエネルギー消費容量などは、大幅に改善され、抵抗できる地震ピーク加速度は、大幅に増加する。本発明は、コンクリート橋脚柱の耐震性能レベルを大幅に向上させ、土木構造物の耐震安全性を保証できる。
【００３８】
また、橋脚柱の各断面の材料の力学的特性の利用度合いは、性能勾配の大きさにより調整されることができるため、橋脚柱の地震損傷の程度を制御できる。
【００３９】
従来技術では、橋脚柱の損傷が主に、非常に小さい１つの塑性ヒンジ領域に集中していると異なり、本発明によって構築された橋脚柱の塑性変形ゾーンは、大幅に増加し、材料の性能は、より十分に活用され、同じ耐震性能レベルに達する条件下で建設資材の使用量は、大幅に削減される。
【００４０】
上記は、本発明の好ましい実施形態にすぎず、当業者にとって、本発明の技術的原理から逸脱することなく、いくつかの改良及び置換を行うことができることを指摘しておくべきである。それはまた、本発明の保護範囲と見なされるべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１−鉄筋
２−勾配補強材
【図１】
0006856283.tif 000002
【図２】
0006856283.tif 000003
【図３】
0006856283.tif 000004
【図４】
0006856283.tif 000005
【図５】
0006856283.tif 000006
【図６】
0006856283.tif 000007
【図７】
0006856283.tif 000008
【図８】
0006856283.tif 000009
【図９】
0006856283.tif 000010