(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＣラーメン架構を構成するＲＣ柱部材の主筋を一部切断して該ＲＣ部材の破壊性状をせん断破壊先行型から曲げ破壊先行型に移行させるとともに、前記ＲＣラーメン架構の面内にダンパブレース機構を取り付けるＲＣ架構の耐震補強工法であって、前記ダンパブレース機構による負担水平力の増加分を前記主筋の切断に伴う前記ＲＣラーメン架構の負担水平力の低下分に一致させることを特徴とするＲＣ架構の耐震補強工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、せん断破壊が曲げ破壊に先行するＲＣ部材を耐震補強する際の耐震補強工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート部材のせん断破壊は、曲げ破壊と違って破壊の進行が急激でじん性に欠け、構造物に致命的な被害をもたらすことが多い。特に、地震荷重の作用によって生じる柱材のせん断破壊は、構造物に大きい被害を与えることが多く、せん断スパン比が小さくしかも大きな軸力が作用する短柱などでは、大きな軸方向応力とせん断応力の複合作用によって柱のコア部分のコンクリートが爆裂的な崩壊を起こし、柱は急激に耐力を失う。
【０００３】
したがって、構造設計上は、せん断破壊が起きるのを極力さけるようにしなければならないとともに、せん断破壊が先行するおそれがある既存のＲＣ部材については、周囲に炭素繊維を巻き付けたり鋼板を巻き立てたりといった耐震補強が必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる方法によれば、鉄筋コンクリート部材のせん断耐力を向上させてせん断破壊を未然に防止することが可能となるが、その反面、部材長全体にわたって炭素繊維を巻き付けたりせねばならないために施工に時間がかかり、経済的な観点からは必ずしも耐震補強工法として最適なものとはいえない面があった。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、施工に時間を要することなくせん断破壊を未然に防止することが可能なＲＣ架構の耐震補強工法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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ＲＣ架構の耐震補強工法は請求項１に記載したように、ＲＣラーメン架構を構成するＲＣ柱部材の主筋を一部切断して該ＲＣ部材の破壊性状をせん断破壊先行型から曲げ破壊先行型に移行させるとともに、前記ＲＣラーメン架構の面内にダンパブレース機構を取り付けるＲＣ架構の耐震補強工法であって、前記ダンパブレース機構による負担水平力の増加分を前記主筋の切断に伴う前記ＲＣラーメン架構の負担水平力の低下分に一致させるものである。
【００１０】
請求項１に係るＲＣ架構の耐震補強工法においては、既存のＲＣ柱部材であって曲げ破壊よりもせん断破壊が先行するものを対象とする。具体例としては、せん断補強筋であるフープ筋の鉄筋量が主筋の鉄筋量よりも相対的に少ないためにせん断強度が低く、曲げ破壊に至る前にせん断破壊が生じて脆性的破壊を生じる可能性が高いＲＣ柱部材が考えられる。
【００１１】
そして、本発明においては、このようなせん断破壊先行型のＲＣ柱部材の主筋をダイヤモンドカッターなどで一部切断して曲げ降伏点を下げ、それによってせん断降伏点を相対的に引き上げて該ＲＣ柱部材の破壊性状をせん断破壊先行型から曲げ破壊先行型に移行させるとともに、ＲＣラーメン架構の面内にダンパブレース機構を取り付ける。
【００１２】
このようにすると、ＲＣ柱部材は、せん断破壊に至る前に曲げ破壊に至ることとなるが、脆性的破壊を呈するせん断破壊とは異なり、曲げ破壊の場合にはじん性に富んだ破壊性状、すなわち、ＲＣ柱部材が履歴曲線を描きながら曲げ変形を繰り返すことによって地震時エネルギーを履歴減衰の形で吸収しつつ、緩やかに破壊に至る。
【００１３】
したがって、主筋を切断した分だけＲＣ柱部材の曲げ降伏点が下がり、より小さな地震荷重でＲＣ柱部材が弾塑性領域に入ることにはなるものの、曲げ降伏点を越えても履歴曲線を描きながら曲げ変形を繰り返して履歴減衰を発揮することができるため、結果としてＲＣ柱部材の耐震性が向上する。
【００１７】
また、ＲＣラーメン架構のみならずダンパブレース機構も地震時水平力を負担するため、その分、ＲＣ柱部材に発生する部材力も小さくなり、ダンパブレース機構がなければＲＣ柱部材が弾塑性領域に入るような地震レベルであっても、本発明においては、ＲＣ柱部材は未だ曲げ降伏点を越えることなく弾性的に挙動する。
【００１８】
これを具体的な状況例で説明すると、例えば小地震においては、ＲＣ柱部材を含むＲＣラーメン架構やダンパブレース機構は、それぞれが負担する地震時水平力に応じて変形するものの、それらは弾性範囲にとどまり、ＲＣラーメン架構やダンパブレース機構には一切の損傷は生じない。
【００１９】
次に、中程度の地震においては、ＲＣ柱部材若しくはダンパブレース機構のダンパのいずれかが降伏点を越えて変形するが、ＲＣ柱部材若しくはダンパが履歴減衰を発揮するので地震による揺れは速やかに収斂するとともに、ＲＣラーメン架構やダンパには大きな損傷は発生せず、構造物全体の健全性は、概ね維持される。
【００２０】
次に、大地震においては、ＲＣ柱部材及びダンパブレース機構のダンパがそれぞれの降伏点を越えて大きく変形するが、ＲＣ柱部材及びダンパが大きな履歴減衰を発揮して地震エネルギーを吸収するとともに、ダンパが破断する終局時においてもＲＣ柱部材が脆性破壊を生じることなく鉛直荷重を支持し続けるので、構造物全体が倒壊する事態は未然に回避される。
【００２１】
このように、本発明においては、ＲＣ柱部材の曲げ降伏点が低下することによるＲＣラーメン架構の負担水平力の減少分を、ダンパブレース機構に負担させることで、中小地震レベル以下においては構造物全体の損傷及び変形を最小限にとどめるとともに、大地震レベルにおいては、ＲＣ柱部材及びダンパの変形による履歴減衰によって地震時エネルギーを吸収するとともに、構造物全体の倒壊を防止するものである。
【００２２】
ここで、前記ＲＣ柱部材に先行して前記ダンパブレース機構のダンパを降伏させるようにしておけば、少なくとも中地震レベル以下については、ＲＣ柱部材に一切損傷を発生させずに済み、損傷を受けた方のダンパについてはこれを適宜交換すればよいため、かかる地震レベルでの構造物の健全性を完全に維持することが可能となる。
【００２３】
また、前記ダンパブレース機構による負担水平力の増加分を前記主筋の切断に伴う前記ＲＣラーメン架構の負担水平力の低下分に一致させるようにしておけば、ＲＣラーメン架構に構造的に接続された部位、例えばＲＣ柱部材のフーチングや基礎に作用する部材力は従前通りとなり、これらの部位を補強する必要がなくなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工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。
【００２５】
（第１実施形態）
【００２６】
本実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法は、ＲＣ部材の主筋を一部切断して該ＲＣ部材の破壊性状をせん断破壊先行型から曲げ破壊先行型に移行させるものであり、図１は、かかる耐震補強工法を、高架橋の下部構造１に適用する場合について示したものである。
【００２７】
同図に示す高架橋の下部構造１は、ＲＣ部材であるＲＣ柱部材２、２とそれらの頭部に架け渡されたＲＣ梁部材３とからなるＲＣラーメン架構として構成してあり、ＲＣ柱部材２、２は、せん断補強筋であるフープ筋７（同図(b)参照）の鉄筋量が主筋８の鉄筋量よりも相対的に少ないためにせん断強度が低く、曲げ破壊に至る前にせん断破壊が生じて脆性的破壊を生じる、いわゆるせん断破壊先行型のＲＣ部材である。なお、ＲＣ柱部材２は、杭５の頭部に設けられたフーチング６の上にそれぞれ立設してある。
【００２８】
本実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法においては、このようなせん断破壊先行型のＲＣ柱部材２、２の主筋８を、それらの柱脚部と柱頭部において同図(c)のように一部切断する。例えば、同図の例に示すように耐震補強前に１２本あった主筋８のうち、０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜方向に位置する４本を切断し、計８本に減らせばよい。
【００２９】
切断にあたっては、フープ筋７が走っていない高さを選んで被りコンクリートとともにダイヤモンドカッター等で切断し、切断後は、必要に応じてコンクリート切断箇所にセメントミルク等を充填し、主筋８等の防錆を図るのが望ましい。
【００３０】
このように主筋８の一部を切断すると、各ＲＣ柱部材２の曲げ降伏点が下がるとともにそれに伴ってせん断降伏点が相対的に上がり、該ＲＣ柱部材の破壊性状は、せん断破壊先行型から曲げ破壊先行型へと移行する。そして、各ＲＣ柱部材２は、脆性的破壊を呈するせん断破壊とは異なり、じん性に富んだ破壊性状、すなわち図２に示すような履歴曲線を描きながら曲げ変形を繰り返すことによって地震時エネルギーを履歴減衰の形で吸収しつつ、緩やかに破壊に至る。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法によれば、主筋８の一部を切断することでＲＣ柱部材２の破壊性状をせん断破壊先行型から曲げ破壊先行型へと移行させることが可能となる。
【００３２】
したがって、ＲＣ柱部材２は、地震時において曲げ変形による履歴減衰を発揮しながら、ＲＣラーメン架構全体の振動エネルギーを吸収することとなり、ＲＣ柱部材２、ひいてはＲＣラーメン架構全体の耐震性が向上する。そして、主筋８を切断するだけで足りるので、耐震補強をきわめて短時間に終えることが可能となる。
【００３３】
なお、主筋８を切断した分だけＲＣ柱部材２の曲げ降伏点が下がり、その分、ＲＣ柱部材２は、より小さな地震荷重で弾塑性領域に入ることにはなるが、上述したように、曲げ降伏点を越えても履歴曲線を描きながら曲げ変形を繰り返して履歴減衰を発揮することになるので、結果としてＲＣ柱部材２、ひいてはＲＣラーメン架構全体の耐震性を向上させることが可能となる。
【００３４】
本実施形態では、本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工法を、高架橋の下部構造のうち、橋軸に直交する面内に適用したが、橋軸に平行な面に適用することもできることは言うまでもない。また、ダンパブレース機構をどの面に取り付けるかは任意であり、ＲＣ架構の全ての面内に取り付けるようにしてもよいし、いずれかの面だけに取り付けるようにしてもよい。
【００３５】
また、本実施形態では、本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工法を高架橋の下部構造１に適用したが、適用可能な対象物としてはかかる構造体に限定されるものではなく、他の土木構造物をはじめ、建築分野の耐震壁にも適用することができる。
【００３６】
図３は、地下鉄１１が走行する地下構造物１２の中柱１３を対象として耐震補強を行った例を示したものであり、該柱の主筋８の一部をやはり柱脚部１３及び柱頭部１４において切断してある。
【００３７】
かかる地下構造物１２の中柱１３は、主筋が多くてせん断補強筋が少ないため、どちらかと言えばせん断破壊が先行する傾向にあるが、本発明に係る耐震補強工法によれば、上述した実施形態と同様、これを曲げ破壊先行型に移行させて耐震性の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態では、９０゜ごとに計４本の主筋８を切断するとともに柱脚部及び柱頭部の両方で切断するようにしたが、切断する主筋の本数や角度位置は任意であるとともに、場合によっては柱脚部若しくは柱頭部のいずれかでのみ主筋を切断するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
（第２実施形態）
【００４０】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部材等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
第２実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法は、ＲＣラーメン架構を構成するＲＣ柱部材の主筋を一部切断して該ＲＣ部材の破壊性状をせん断破壊先行型から曲げ破壊先行型に移行させるとともに、前記ＲＣラーメン架構の面内にダンパブレース機構を取り付けるものであるが、適用対象物を高架橋の下部構造１とした点については第１実施形態と同様であり、該下部構造についての説明はここでは省略する。
【００４２】
本実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法においては、せん断破壊先行型のＲＣ柱部材２、２の主筋８を図１と同様に切断するとともに、ＲＣ柱部材２、２とそれらの頭部に架け渡されたＲＣ梁部材３とからなるＲＣラーメン架構の面内に、図４に示すようにダンパブレース機構２１を取り付ける。
【００４３】
ダンパブレース機構２１は、逆Ｖ字状をなすブレース２２と、その頂部とＲＣ梁部材３との間に取り付けられたダンパ２３とからなり、該ダンパは、梁部材３とブレース２２との相対変位が強制的に加わることによって弾塑性変形を生じ、そのときの履歴減衰でＲＣラーメン架構の地震時エネルギーを吸収してその揺れを収斂させるようになっている。かかるダンパ２３は、例えば低降伏点鋼や通常の鋼板にスリットを設けたもので構成することができる。
【００４４】
このようにＲＣラーメン架構の構成要素であるせん断破壊先行型のＲＣ柱部材２、２の主筋８をダイヤモンドカッターなどで一部切断すると、第１実施形態と同様、各ＲＣ柱部材２の曲げ降伏点が下がるとともにそれに伴ってせん断降伏点が相対的に上がり、該ＲＣ柱部材の破壊性状は、せん断破壊先行型から曲げ破壊先行型へと移行する。そして、各ＲＣ柱部材２は、脆性的破壊を呈するせん断破壊とは異なり、履歴曲線を描きながら曲げ変形を繰り返すことで地震時エネルギーを履歴減衰の形で吸収しつつ、緩やかに破壊に至る。
【００４５】
また、ＲＣラーメン架構のみならずダンパブレース機構２１も地震時水平力を負担するため、その分、ＲＣ柱部材２、２に発生する部材力も小さくなり、ダンパブレース機構２１がなければＲＣ柱部材２、２が弾塑性領域に入るような地震レベルであっても、本実施形態においては、ＲＣ柱部材２が曲げ降伏点を越えることなく弾性的に挙動する。
【００４６】
図５は、本実施形態に係る耐震補強工法の採用によって高架橋の下部構造１の復元力特性がどのように変化するかを示したものであり、同図(a)は、補強を行わなかった場合のＲＣラーメン架構の復元力特性を破線で、補強を行った場合の復元力特性を実線ラインで示したものであり、同図(b)は、ダンパブレース機構２１の復元力特性を示したものである。そして、同図(c)は、それらを重ね合わせた全体の復元力特性を示したものである。なお、同図(c)には念のため、ＲＣラーメン架構単独、ダンパブレース機構単独の復元力特性も併せて示してある。
【００４７】
同図でわかるように、耐震補強を行った後は、原点Ｏから第１折れ点Ａを経て第２折れ点Ｂに至り、その後、変形だけが進行する復元力特性となる。
【００４８】
かかる復元力特性を参照しながら地震時の状況を具体的に説明すると、まず小地震においては、ＲＣ柱部材２、２を含むＲＣラーメン架構やダンパブレース機構２１は、それぞれが負担する地震時水平力に応じて変形するものの、それらは弾性範囲（原点Ｏ〜第１折れ点Ａ）にとどまり、ＲＣラーメン架構やダンパブレース機構２１には一切の損傷は生じない。
【００４９】
次に、中程度の地震においては、ダンパブレース機構２１のダンパ２３が降伏点を越えて変形するが（第１折れ点Ａ〜第２折れ点Ｂ）、かかる状況では、ダンパ２３が履歴減衰を発揮するので地震による揺れは速やかに収斂する。また、ＲＣラーメン架構は弾性範囲での挙動となるので、ＲＣ柱部材２には一切損傷が発生せず、構造物全体の健全性は完全に維持される。なお、ダンパ２３の損傷が大きい場合には、これを随時新しいものに交換できることは言うまでもない。
【００５０】
次に、大地震においては、ＲＣ柱部材２及びダンパブレース機構２１のダンパ２３がそれぞれの降伏点を越えて大きく変形するが（第２折れ点Ｂ以降）、ＲＣ柱部材２及びダンパ２３が大きな履歴減衰を発揮して地震エネルギーを吸収するとともに、ダンパ２３が破断した終局時においてもＲＣ柱部材２が脆性破壊を生じることなく鉛直荷重を支持し続けるので、構造物全体が倒壊する事態は未然に回避される。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法によれば、第１実施形態と同様、主筋８の一部を切断することでＲＣ柱部材２の破壊性状をせん断破壊先行型から曲げ破壊先行型へと移行させることが可能となる。
【００５２】
したがって、ＲＣ柱部材２は、地震時において曲げ変形による履歴減衰を発揮しながら、ＲＣラーメン架構全体の振動エネルギーを吸収することとなり、ＲＣ柱部材２、ひいてはＲＣラーメン架構全体の耐震性が向上する。そして、主筋８を切断するだけで足りるなので、耐震補強をきわめて短時間に終えることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法によれば、第１実施形態とは異なり、ＲＣラーメン架構の面内にダンパブレース機構２１を取り付けたことによって、ＲＣ柱部材２の曲げ降伏点が低下することによるＲＣラーメン架構の負担水平力の減少分を、ダンパブレース機構２１に負担させることが可能となり、中小地震レベル以下においては構造物全体の損傷及び変形を最小限にとどめるとともに、大地震レベルにおいては、ＲＣ柱部材２及びダンパ２３の変形による履歴減衰によって地震時エネルギーを吸収するとともに、構造物全体の倒壊を防止することができる。
【００５４】
特に、本実施形態によれば、図５の復元力特性でわかるように、ＲＣ柱部材２に先行してダンパブレース機構２１のダンパ２３を降伏させるようにしたので、少なくとも中地震レベル以下（第２折れ点Ｂまでの範囲）については、ＲＣ柱部材２をはじめとするＲＣラーメン架構に一切損傷を発生させずに済み、損傷を受けた方のダンパ２３についてはこれを適宜交換すればよいため、かかる地震レベルでの構造物の健全性を完全に維持することが可能となる。
【００５５】
本実施形態では特に言及しなかったが、ダンパブレース機構２１による負担水平力の増加分を主筋８の切断に伴うＲＣラーメン架構の負担水平力の低下分に一致させるようにしておけば、構造物全体の水平耐力は従前通りとなる。すなわち、ＲＣ柱部材２のフーチング６に作用する地震時水平力の大きさが補強前後で変化しないこととなり、上述した耐震補強に伴って基礎廻りの補強を行う必要がなくなる。
【００５６】
また、本実施形態では、本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工法を高架橋の下部構造１に適用したが、適用可能な対象物としては、第１実施形態と同様、かかる構造体に限定されるものではなく、他の土木構造物をはじめ建築分野の耐震壁にも適用することができる。
【００５７】
図６は、ＲＣ柱部材３１、３１及びＲＣ梁部材３２、３２からなるＲＣラーメン架構を対象として耐震補強を行った例を示したものであり、該柱の主筋８の一部をやはり柱脚部３４及び柱頭部３３において切断してある。なお、かかる変形例における作用効果については上述した実施形態の作用効果とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００５８】
また、本実施形態では、ＲＣ柱部材２、２に先行してダンパブレース機構２１のダンパ２３を降伏させるようにしたが、どの程度の割合まで主筋８を切断するか、言い換えればＲＣラーメン架構の水平耐力をどのように設定するかは任意であるとともに、その減少分がちょうど補われるようにダンパブレース機構２１を設計するのか該減少分とは関わりなくダンパブレース機構２１を設計するのかについても任意である。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工法によれば、ＲＣ部材が地震時において曲げ変形による履歴減衰を発揮しながら、ＲＣラーメン架構全体の振動エネルギーを吸収することとなり、ＲＣ部材ひいてはＲＣラーメン架構全体の耐震性を向上させることが可能となるとともに、ＲＣ柱部材の曲げ降伏点が低下することによるＲＣラーメン架構の負担水平力の減少分をダンパブレース機構に負担させることができるので、中小地震レベル以下においては構造物全体の損傷及び変形を最小限にとどめ、大地震レベルにおいては、ＲＣ柱部材及びダンパの変形による履歴減衰によって地震時エネルギーを吸収して構造物全体の倒壊を防止することが可能となる。
【００６２】
また、本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工法によれば、ＲＣラーメン架構に構造的に接続された部位、例えばＲＣ柱部材のフーチングや基礎に作用する部材力は従前通りとなり、これらの部位を補強する必要がなくなるという効果も奏する。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法を行っている様子を示した図であり、(a)は補強対象である高架橋の下部構造を示した正面図、(b)はＡ―Ａ線に沿う補強前の水平断面図、(c)は同じくＡ―Ａ線に沿う補強後の水平断面図。
【図２】第１実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法の作用を示した概念図。
【図３】本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工法を別の構造体に適用した様子を示した断面図。
【図４】第２実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法を高架橋の下部構造に適用した様子を示した図。
【図５】第２実施形態に係るＲＣ架構の耐震補強工法の作用を示した図であり、(a)はＲＣラーメン架構単独での復元力特性、(b)はダンパブレース機構単独での復元力特性、(c)は全体の復元力特性。
【図６】本発明に係るＲＣ架構の耐震補強工法を別の構造体に適用した様子を示した正面図。
【符号の説明】
１                          高架橋の下部構造（ＲＣラーメン架構）
２                          ＲＣ柱部材（ＲＣ部材）
８                          主筋
１３                        中柱（ＲＣ部材）
２１                        ダンパブレース機構
２３                        ダンパ
３１                        ＲＣ柱部材
【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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